Расчет вентиляции помещения и площади сечения труб по формулам

3.
Расчет механической приточно-вытяжной вентиляции проводится аналогично п. 9.2.

9.3.1. В системах
вентиляции с утилизацией тепла вытяжного воздуха утилизатор должен быть
оборудован системой нагрева приточного воздуха, когда его температура ниже 15
°С.

Термины и определения

Вентиляция –
организованный обмен воздуха в помещениях для обеспечения параметров
микроклимата и чистоты воздуха в обслуживаемой зоне помещений в пределах
допустимых норм.

Вентиляция
естественная – организованный обмен воздуха в помещениях под действием
теплового (гравитационного) и/или ветрового давления.

Вентиляция
механическая (искусственная) – организованный обмен воздуха в помещениях под
действием давления, создаваемого вентиляторами.

Воздух наружный –
атмосферный воздух, забираемый системой вентиляции для подачи в обслуживаемое
помещение.

Воздух приточный –
воздух, подаваемый в помещение системой вентиляции.

Воздух удаляемый
(уходящий) – воздух, забираемый из помещения и больше в нем не используемый.

Воздушный затвор,
спутник – вертикальный участок воздуховода, изменяющий направление движения
воздуха и препятствующий его перетеканию из одной квартиры в другую.

Допустимое качество
воздуха в помещениях (чистота воздуха) – состав воздуха, в котором в
соответствии с определением полномочных органов концентрация известных
загрязняющих веществ не превышает ПДК и к которому не имеют претензий более 80
% людей, подвергаемых его воздействию.

Микроклимат
помещения – состояние внутренней среды помещения, характеризуемое следующими
показателями: температурой воздуха, радиационной температурой, скоростью движения
и относительной влажностью воздуха в помещении.

Отопление –
поддержание в закрытых помещениях нормируемой температуры воздуха и
радиационной температуры.

Сборный канал,
воздуховод – участок воздуховода, к которому присоединяются воздуховоды из двух
или большего числа этажей.

Транзитный
воздуховод – участок воздуховода, прокладываемый за пределами обслуживаемого им
помещения или группы помещений.

Примеры расчета систем вентиляции

Рассчитать систему
естественной вентиляции секции 17-этажного жилого дома с высотой этажа 2,8 м.
Квартиры 2-й категории – «Экономические» (по МГСН 3.01-01 «Жилые здания»). На каждом этаже
расположены 4 квартиры: 2 однокомнатные и 2 трехкомнатные.

Система вентиляции собирается из вентиляционных блоков по
схеме с общим вертикальным сборным каналом и поэтажными ответвлениями
(спутниками).

Спутники проходят вертикально параллельно сборному каналу
и присоединяются к нему через этаж на 300 мм ниже отверстия для вытяжного
устройства. Схема системы соответствует рис. 1.

К сборному вентиляционному каналу на каждом этаже
присоединяется одна квартира.

Для повышения аэродинамической устойчивости системы (за
счет увеличения аэродинамического сопротивления входу воздуха в спутник)
входной участок спутника выполнен в виде конфузора. Спутники присоединены к
сборному вертикальному каналу через диффузор.

В каждой квартире установлены 2 вытяжных клапана и 2
спутника: один в кухне и один в совмещенном санузле. Вытяжной клапан кухни
вставлен непосредственно в вентиляционный блок, а клапан санузла соединяется со
спутником коробом из гипсокартона.

Сборный вентиляционный канал выведен в теплый чердак. В
месте выхода на чердак канал накрыт бетонным оголовком, представляющим собой диффузор.
В чердак поступает воздух из всех квартир секции дома (двух вертикалей
однокомнатных квартир и двух вертикалей трехкомнатных квартир).

Из теплого чердака воздух удаляется в атмосферу через
утепленную вытяжную шахту (без зонта). Высота шахты равна 2,5 м над кровлей
чердака (4,5 м от пола чердака).

Для притока свежего воздуха в наружных стенах установлены
регулируемые приточные клапаны. В однокомнатной квартире установлено 3 клапана
(2 клапана в комнате и 1 клапан на кухне).

– Расчетный расход вентиляционного воздуха определен по
табл. 2.

Расчетный расход приточного воздуха (проживает 2 человека)

L
прит = 30 м3/ч∙2 = 60м3/ч

Расчетный расход вытяжного воздуха L выт = 110 м3/ч, в том
числе из кухни L кух =
60 м3/ч, из совмещенного санузла L с/у = 50 м3/ч.

Расчетный расход воздуха в трехкомнатных квартирах
(проживает 3 человека) такой же, как в однокомнатных. Расчетный расход воздуха
теплого чердака составляет L
расч. чер = 4∙17∙110 = 7480 м3/ч.

– Аэродинамический расчет системы вентиляции.

В соответствии с п. 9.1.3
определяем расчетное располагаемое давление Δ ррасп, Па, для квартир каждого этажа по формуле
(1).

Результаты расчета представлены в табл. П 1.

В соответствии с п. 9.1.4
определяем сопротивление воздушного тракта (потери давления) системы
вентиляции.

Предварительно принимаем скорость воздуха в спутнике Vспут = 1,0 м/с и определяем
площадь его поперечного сечения:

dспут
= 0,146 м

Принимаем диаметр спутника dспут = 0,14 м, тогда fспут = 0,0154 м2
,а Vспут = 1,08 м/с.

Предварительно принимаем скорость воздуха в сборном канале
Vкан = 2,5 м/с и определяем
площадь его поперечного сечения:

Принимаем площадь поперечного сечения сборного канала fкан = 0,192 м2. Сечение имеет форму прямоугольника
450×360 мм, соединенного с половиной круга d = 369 мм. Vкан = 2,7 м/с.

Предварительно принимаем скорость воздуха в шахте Vшах = 1,0 м/с и определяем
площадь ее поперечного сечения:

Принимаем
площадь поперечное сечение шахты равным fшax = 1,50×1,50 = 2,25м2.
Vшах = 0,92 м/с.

Принимаем
к установке приточные клапаны с расходом воздуха, при полном открытии клапана Lклап = Lрасч / 3 = 110 / 3 = 37 м3/ч.
Потеря давления в клапане при расчетном расходе воздуха составит 6 Па.

Принимаем
к установке регулируемые вытяжные клапаны диаметром dвыт= 130 мм; площадь сечения fвыт. = 0,0133 м2;
коэффициент местного сопротивления, отнесенный к фронтальному сечению ξ = 1,5.

Потеря
давления в вытяжных клапанах составит:

– в
кухнях – ΔР = ξ∙v2∙ρ / 2 = 1,41 Па (скорость во фронтальном
сечении – V=
1,25 м/с);

– в
совмещенных санузлах – 0,98 Па (скорость во фронтальном сечении – V= 1,04м/с).

Потеря
давления в конфузорах перед вытяжными клапанами при ξ = 0,1 составит:

– в
воздуховоде из кухни – ΔР = ξ∙v2∙ρ / 2 = 0,1; 1,252∙1,2
/ 2 = 0,09 Па;

– в
воздуховоде из совмещенного санузла

ΔР = ξ∙v2∙ρ / 2
=0,1∙1,042∙1,2 / 2 = 0,06 Па.

Потеря
давления в гипсокартонном воздуховоде сечением 150×150 мм, проложенном от
совмещенного санузла до вентиляционного блока, ΔР = R∙βш∙1 = 0,105∙1,073∙1,6 = 0,18 Па (при эквивалентной
шероховатости гипсокартона κш = 1 мм и скорости воздуха V = 50 / (3600∙0,15∙0,15) = 0,62 м/с).

Потеря
давления в диффузорах перед входом в сборный воздуховод при ξ = 0,12 составит:

– для
кухни – ΔР= ξ∙v2∙ρ / 2 = 0,12∙0,532∙1,2 / 2 = 0,02 Па (при скорости
воздуха V = 60
/ (3600∙3,14∙0,22 / 4) = 0,53 м/с);

– для
совмещенного санузла ΔР= ξ∙v2∙ρ / 2 = 0,12∙0,442∙1,2 / 2 = 0,014 Па (при скорости
воздуха V = 50
/ (3600∙3,14∙0,22 / 4) = 0,44м/с) /
2 = 0,12∙0,442∙1,2 / 2 = 0,014 Па).

Потеря
давления в коленах при входе воздуха в спутник и выходе из него (площадь
поперечного сечения колена 3,14∙0,142 / 4 = 0,0154 м2, ξ = 1,2) составит:

– в
воздуховоде из кухни –

ΔР = ξ∙v2∙ρ / 2 = 2∙1,2∙1,082∙1,2 / 2 = 2∙0,84 = 1,68 Па (при скорости
воздуха V = 60
/ (3600∙0,0154)
= 1,08 м/с);

– в
воздуховоде из совмещенного санузла –

ΔР = ξ∙v2∙ρ / 2 = 2∙1,2∙0,92∙1,2 / 2 = 2∙0,58 = 1,17 Па (при скорости
воздуха V=
50 /(3600∙0,0154) = 0,9 м/с).

https://www.youtube.com/watch?v=mkr3IF2apKE

Потеря
давления в спутниках по длине при шероховатости 2 мм:

– в
спутниках из кухни – ΔР = R∙βш∙1 = 0,163∙1,23∙2,5 = 0,50 Па;

– в
спутниках из совмещенного санузла – ΔР = R∙βш∙1 = 0,115∙1,2∙2,5 = 0,35 Па.

Проверяем
равенство потерь давления в воздушном тракте от приточного клапана до сборного
воздуховода:

– для
кухни – ΔР = 6 1,41 0,09 1,68 0,02 0,5 = 9,7 Па;

– для
совмещенного санузла –

ΔР = 6 0,98 0,06 0,18 1,17 0,014 0,35 = 8,8 Па.

Для
выравнивания потерь давлений по обоим трактам необходимо при наладке системы
прикрыть вытяжной клапан в совмещенном санузле.

Для
дальнейших расчетов принимаем потери давления в воздушном тракте от приточного
клапана до сборного воздуховода 9,7 Па.

Общие
потери давления в оголовке сборного воздуховода в вытяжной шахте составят:

– в
диффузоре ΔР = ξ∙v2∙ρ / 2 = 0,15∙1,2152∙1,2/2 = 0,13 Па (при коэффициенте
местного сопротивления ξ = 0,15 и скорости воздуха в основании оголовка V=110∙17 / (3600∙0,95∙0,45) 1,215м/с);

– в
шахте по длине ΔР = R∙βш∙1 = 0,011∙1∙4,5 = 0,05 Па (при эквивалентном
диаметре шахты dэкв= 2
АВ / (А В) = 2∙1,5∙1,5 (1,5 1,5) = 1,5 м и расходе воздуха 7480 м3/ч);

–
потери давления на местные сопротивления при входе воздуха в шахту и выходе из
нее ΔР = ξ∙v2∙ρ / 2 = (0,5 1,5)∙0,922∙1,2/2 = 1,01 Па (ξвх = 0,5; ξвых = 1,5; скорость воздуха в шахте V=0,92 м/с).

Общие
потери давления в шахте – ΔР = 0,05 1,01 = 1,06 Па.

Общие потери
давления в оголовке и шахте составят ΔР = 0,13 1,06 =1,19 Па.

Основные
результаты дальнейших расчетов приведены в табл. П 1.

В
графах таблицы представлены:

– в
графе 2 – расстояния от центра вытяжного клапана до верха вытяжной шахты;

– в
графе 3 – располагаемое естественное давление Δр
ест,
рассчитанное по формуле (1);

– в
графе 4 – расчетный расход воздуха L,м3/ч, в сборном воздуховоде после
тройника этажа, указанного в графе 1;

– в
графах 5 и 6 – коэффициенты местных сопротивлений в тройниках при входе в
сборный воздуховод соответственно на проход ξ п и в ответвлении ξ отв;

– в
графе 7 – скорость воздуха Vп, м/с,
после тройников;

– в
графе 8 – потери давления в тройнике на проход (ΔР = ξп∙vп2∙ρ / 2 = при соответствующей скорости
воздуха);

– в
графе 9 – потери давления в тройнике на ответвлении

(ΔР = ξотв∙vотв2∙ρ / 2при скорости воздуха в ответвлении ,Vотв = 1,08 м/с);

– в
графе 10 – удельная потеря давления на трение в участке сборного воздуховода от
присоединения спутников указанного этажа до следующего;

– в
графе 11 – поправочный коэффициент на шероховатость сборного воздуховода;

– в
графе 12 – потери давления по длине на участке сборного воздуховода
(эквивалентный диаметр сборного воздуховода равен dэкв = 2∙0,533∙0,4 / (0,533 0,4) = 0,46м);

– в
графе 13 – полные потери давления от приточного клапана рассматриваемого этажа
до верха вытяжной шахты. Величина этих потерь складывается из потерь в
ответвлении (9,7 Па), потерь на общих участках (1,19 Па), суммы потерь в тройниках на проход, начиная с 17
этажа и включая рассматриваемый, потерь в тройнике на ответвлении данного этажа
и суммы потерь по длине сборного воздуховода от данного этажа до 17
включительно;

– в
графе 14 – суммарные расходы воздуха в квартире на вентиляционных вытяжных
решетках. Расходы воздуха соответствуют режиму без наладки вентиляционной
системы по данным расчета.

Данные
табл. П 1 показывают:

– в
квартирах на 14 -17 этажах потеря давления в воздуховодах при проходе
расчетного расхода воздуха превышает располагаемое естественное давление; на
этих этажах естественная вентиляция не обеспечивает расчетный расход воздуха
при расчетных условиях.

– в
квартирах 1 – 13 этажей с системой естественной вентиляции в расчетных условиях
при установке принятых приточных и вытяжных клапанов и размерах шахты и
спутников имеет место большая неравномерность в распределении расходов воздуха
по этажам ( 40 % на первом этаже и – 20 % на 13 этаже).

Для
уменьшения неравномерности в распределении расходов воздуха по этажам следует
провести монтажную регулировку системы (например, настройкой вытяжных клапанов)
либо изменить сечение шахты, уменьшив его на участке с 1 до 7 этажей на 30 %.

В этом
случае в расчетных условиях неравномерность в распределении расходов воздуха
снизится до 20 ÷ 10 %. В процессе эксплуатации системы при понижении
температуры наружного воздуха и увеличении располагаемого давления проводится
индивидуальная регулировка системы.

Пример 2

Рассчитать
систему механической вытяжной вентиляции (централизованной) с естественным
притоком воздуха 17-этажного жилого дома, рассмотренного в примере 1.

–
Конструкция системы вентиляции.

Воздуховоды
вентиляционной системы выполняются из стали по схеме с общим вертикальным
сборным каналом и поэтажными ответвлениями (спутниками). Спутники проходят
вертикально параллельно стволу и присоединяются к нему через этаж на 300 мм
ниже отверстия для решетки. Схема системы соответствует рис. 2.

К
сборному вентиляционному каналу на каждом этаже присоединяется одна квартира.

В
каждой квартире установлены 2 регулируемых вытяжных клапана и 2 спутника: один
в кухне и один в совмещенном санузле.

Спутники
соединяются со сборным каналом и с вытяжным клапаном коленом. Вытяжной клапан
кухни вставлен непосредственно в спутник, а клапан санузла соединяется со
спутником коробом из гипсокартона. Центр отверстия вытяжного регулируемого клапана расположен на
расстоянии 0,3 м от потолка.

Сборный
вентиляционный канал выведен на верхний технический этаж, где устанавливается
радиальный вентилятор с шумоглушителями до и после него. Вентилятор удаляет
вытяжной воздух непосредственно в атмосферу. Утепленная вытяжная шахта
выполнена из стали. Высота шахты равна 1 м над кровлей чердака.

Для
притока свежего воздуха в наружных стенах жилой комнаты установлены
регулируемые приточные клапаны. В однокомнатной квартире установлено 2 клапана.

–
Расчетный расход вентиляционного воздуха – см. пример 1.

–
Аэродинамический расчет системы вентиляции.

Размеры
вентиляционных каналов выбираем из условий акустики.

Диаметр
ответвлений принимаем dотв =100 мм, площадь поперечного
сечения ответвлений равна fотв= 0,00785 м2, скорость
воздуха в ответвлении Vотв
= 2,1 м/с.

Диаметр
сборного канала принимаем dсб1-4 = 300 мм (площадь поперечного сеченияf сб1-4 = 0,141 м2, V
сб1-4 = 0,9м/с)

на первых 4
этажах; диаметр d
сб5-14 = 470 мм (fc6 = 0,173 м2, V
сб4 = 3,0 м/с) на
остальных этажах.

Диаметр
соединительных участков спутника и сборного канала принимаем dотв = 100 мм. Вытяжной клапан санузла соединяется со спутником
коробом сечением 100×100 мм длиной 1,6м.

Поперечное
сечение шахты принято равным dшах = 470 мм, скорость воздуха в
шахте и на конечном участке сборного канала Vшах = 3,0 м/с.

Потери
давления в регулируемом приточном клапане при расходе воздуха Lпр кл = 55 м3/ч составляют
15 Па.

Потери
давления в регулируемых вытяжных клапанах составляют:

– в кухне
(при расходе воздуха Lвыт кух = 60 м3/ч) – ΔР кух = 6,76 Па;

– в
совмещенном санузле (при расходе воздуха – L выт кух = 50 м3/ч) – ΔРкyх = 4,5 Па.

Потери давления в
гипсокартонном воздуховоде при эквивалентной шероховатости гипсокартона κш
= 1мм и скорости воздуха V= 50 / (3600∙0,01) = 1,39 м составит

ΔР = R∙βш∙1 =0,588∙1,25∙1,6 = 1,18 Па.

Сопротивление
в коленах при входе в спутник и выходе из него при (ξ кол = 1,2) составит:

– в
воздуховоде из кухни – ΔР кол кух = 6,49 Па;

– в
воздуховоде из санузла – ΔРкол су= 4,5 Па.

Потеря
давлений в спутниках по длине при шероховатости 0,1 мм:

– в
воздуховоде из кухни – ΔР спкух = 2 Па;

– в
воздуховоде из санузла – ΔРспсу = 1,47 Па.

Проверяем
равенство сопротивлений прохождению воздуха до слияния со сборным воздуховодом
по трактам из кухни и из санузла. Общая потеря давлений по тракту равна:

– из
кухни – ΔР кух = 15 6,76 6,49 1,68 2 =
31,93 Па;

– из
санузла – ΔР су = 15 4,495 1,176 4,506 1,47
= 26,65 Па.

Для
выравнивания потерь давлений необходимо при наладке в санузле прикрыть вытяжной
клапан.

Считаем,
что до ствола потеря давления на каждом этаже составляет 31,93 Па. Общие потери
давления на конечном участке сборного канала, шумоглушителях и в вытяжной шахте
составят:

– в
круглом воздуховоде длиной 1,5 м с отводом 90° при коэффициенте местного
сопротивления ξ
= 0,21 и скорости
воздуха в V= 3
м/с

ΔР = ΔР = R∙βш∙1
ξ∙v2∙ρ / 2 =0,215∙1∙1,5 0,21∙З2∙1,2 / 2 = 0,32 1,13 = 1,45 Па;

– в
шахте при длине 2,5 м с учетом сопротивления на выходе из шахты с зонтом при ξ = 1,15 и скорости в шахте V= 3 м/с

ΔР = R∙βш∙1 ΔР= ξ∙v2∙ρ / 2 = 0,215∙1∙2,5 1,15∙32∙1,2 / 2 = 0,54 6,21 = 6,75 Па;

– в
шумоглушителях потери равны 20 15= 35 Па.

Общие потери
в общих участках составляют 1,45 6,75 35 = 43,2 Па.

Длина
прохода на каждом этаже равна 2,8 м.

Основные
результаты дальнейших расчетов приведены в табл. П 2. В графах таблицы приведены:

– в
графе 2 – расстояния от центра вытяжного клапана до верха вытяжной шахты;

– в
графе 3 – располагаемое естественное давление Δрест,
рассчитанное по формуле (1);

– в
графе 4 – расчетный расход воздуха L,м3/ч, в сборном воздуховоде после
тройника этажа, указанного в графе 1;

– в
графах 5 и 6 – коэффициенты местных сопротивлений в тройниках при входе в
сборный воздуховод соответственно на проход ξп и в ответвлении ξотв;

– в
графе 7 – скорость воздуха Vпм/с,
после тройников;

– в
графе 8 – потери давления в тройнике на проход ΔР = ξ∙v2∙ρ / 2 при соответствующей скорости
воздуха);

– в
графе 9 – потери давления в тройнике на ответвлении ΔР = ξотв∙vотв2∙ρ / 2 при скорости воздуха в ответвлении Vотв= 2,12 м/с);

– в графе
10 – удельная потеря давления на трение в участке сборного воздуховода от
присоединения спутников указанного этажа до следующего;

– в
графе 11 – потери давления по длине на участке сборного воздуховода от
присоединения спутников указанного этажа до следующего;

– в
графе 12 – полные потери давления от приточного клапана рассматриваемого этажа
до верха вытяжной шахты. Величина этих потерь складывается из потерь в
ответвлении (31,93 Па), потерь на общих участках (42,29 Па), суммы потерь в
тройниках на проход, начиная с 17 этажа и включая рассматриваемый, потерь в
тройнике на ответвлении данного этажа и суммы потерь по длине сборного
воздуховода от данного этажа до 17включительно;

– в
графе 13 – полные потери давления за вычетом естественного располагаемого
давления. Данные графы 13 показывают, что самые большие потери давления (с
учетом естественного давления) составляют потери для квартир 16 и 17 этажей.
Для обеспечения расчетных расходов воздуха необходима монтажная регулировка
клапанов, увеличивающая сопротивление воздушного тракта квартир нижележащих
этажей.

Вытяжной
вентилятор должен быть подобран на расход воздуха 1870 м3/ч и
давление не менее 75 Па. Если вентилятор подбирать на давление без учета естественного давления, то в наиболее
холодный зимний период воздух будет удаляться с увеличенным расходом из нижних
этажей и с уменьшенным из верхних;

– в
графе 14 приведены суммарные расходы воздуха в квартире на вентиляционных
вытяжных решетках. Расходы воздуха соответствуют режиму без наладки вентиляционной
системы по данным расчета.

Данные
табл. П 2 показывают:

–
неравномерность в распределении расходов воздуха по этажам составляет 30 % на
первом этаже и – 20 % на 17 этаже;

– для
уменьшения неравномерности в распределении расходов воздуха по этажам следует
провести монтажную регулировку системы.