Расчёт площади воздуховодов и фасонных изделий: формулы, калькулятор

Кратность воздухообмена

Для того чтобы воздух в жилых, производственных и подсобных помещениях был чистым и не воздействовал отрицательно на здоровье человека, необходимо, чтобы он периодически обновлялся.

Чтобы оценить данный процесс, вводится количественный показатель кратности воздухообмена, который учитывается при расчете скорости потока воздуха в вентиляционных шахтах и каналах.

А именно, проводится расчет площади сечения воздуховода, исходя из объема прогоняемого воздуха.

Кратность воздухообмена – это показатель того, сколько раз за 1 час происходит полная смена объема воздуха в помещении.

Она вычисляется следующим образом:

где N – кратность воздухообмена (раз/ч), V – объем чистого воздуха, который заполняет данное помещение за 1 час (м3/ч), W – объем помещения (м3).

В качестве примера можно привести несколько значений кратности воздухообмена для помещений разного назначения.

Так, для жилых комнат кратность равна 3/ч на 1 м2 площади, для кухни – 6-8, для ванной комнаты –7-9, для туалета – 8-10, для кладовой – 1 и т. д.

Расчет скорости воздуха в воздуховоде по сечению: таблицы, формулы

При расчете и установке вентиляции большое внимание уделяется количеству свежего воздуха, поступающего по этим каналам. Для вычислений используются стандартные формулы, которые хорошо отражают зависимость между габаритами вытяжных устройств, скоростью движения и расходом воздуха. Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер

Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер.

Общие принципы расчета

Воздуховоды могут быть изготовлены из различных материалов (пластик, металл) и иметь разные формы (круглые, прямоугольные). СНиП регулирует только габариты вытяжных устройств, но не нормирует количество притяжного воздуха, т. к. его потребление в зависимости от типа и назначения помещения может сильно различаться. Этот параметр высчитывается по специальным формулам, которые подбираются отдельно.

Нормы установлены только для социальных объектов: больниц, школ, дошкольных учреждений. Они прописаны в СНиПах для таких зданий. При этом отсутствуют четкие правила по скорости движения воздуха в воздуховоде. Есть только рекомендуемые значения и нормы для принудительной и естественной вентиляции в зависимости от ее типа и назначения, их можно посмотреть в соответствующих СНиПах. Это отражено в таблице, приведенной ниже.

Скорость движения воздуха измеряется в м/с.

Рекомендуемые скорости воздуха

Дополнить данные в таблице можно следующим образом: при естественной вентиляции скорость движения воздуха не может превышать 2 м/с независимо от ее назначения, минимальная допустимая – 0,2 м/с. В противном случае обновление газовой смеси в помещении будет недостаточным. При принудительной вытяжке максимально допустимым считается значение 8 -11 м/с для магистральных воздуховодов. Превышать данные нормы не следует, т. к. это создаст слишком большое давление и сопротивление в системе.

Формулы для расчета

Для проведения всех необходимых вычислений необходимо обладать некоторыми данными. Чтобы вычислить скорость воздуха, понадобится следующая формула:

ϑ= L / 3600*F, где

ϑ – скорость потока воздуха в трубопроводе вентиляционного устройства, измеряется в м/с;

L – расход воздушных масс (данная величина измеряется в м3/ч) на том участке вытяжной шахты, для которого производится вычисление;

F – площадь поперечного сечения трубопровода, измеряется в м2.

По данной формуле и производится расчет скорости воздуха в воздуховоде, причем его фактическое значение.

Из этой же формулы можно вывести и все остальные недостающие данные. Например, чтобы рассчитать расход воздуха, формулу необходимо преобразовать следующим образом:

L = 3600 x F x ϑ.

В некоторых случаях подобные вычисления производить сложно или не хватает времени. В этом случае можно использовать специальный калькулятор. Встречается множество подобных программ в интернете. Для инженерных бюро лучше установить специальные калькуляторы, которые обладают большей точностью (вычитают толщину стенки трубы при расчете ее площади поперечного сечения, ставят большее количество знаков в число пи, высчитывают более точный расход воздуха и т. д.).

Знать скорость движения воздуха необходимо для того, чтобы вычислить не только объем подачи газовой смеси, но и для определения динамического давления на стенки каналов, потерь на трение и сопротивление и т.д.

Несколько полезных советов и замечаний

Как можно понять из формулы (или при проведении практических расчетов на калькуляторах), скорость воздуха увеличивается при уменьшении размеров трубы. Их этого факта можно извлечь ряд преимуществ:

• не возникнет потерь или необходимости в прокладке дополнительного вентиляционного трубопровода для обеспечения необходимого расхода воздуха, если габариты помещения не позволяют провести каналы больших размеров;
• можно прокладывать трубопроводы меньших размеров, что в большинстве случаев проще и удобней;
• чем меньше диаметр канала, тем дешевле его стоимость, снизится цена и на доборные элементы (заслонки, клапаны);
• меньший размер труб расширяет возможности монтажа, их можно расположить так, как нужно, практически не подстраиваясь под внешние стесняющие факторы.

Однако при прокладке воздуховодов меньшего диаметра необходимо помнить, что при повышении скорости воздуха повышается динамическое давление на стенки труб, увеличивается и сопротивление системы, соответственно потребуется более мощный вентилятор и дополнительные расходы. Поэтому до монтажа необходимо тщательно провести все расчеты, чтобы экономия не обернулась большими затратами или даже убытками, т.к. постройку, не соответствующую нормам СНиП могут не допустить до эксплуатации.

Расчет диффузоров и решеток

Диффузоры используются для подачи или удаления воздуха из помещения. От правильности расчета количества и расположения диффузоров вентиляции зависит чистота и температура воздуха в каждом уголке помещения. Если установить диффузоров больше, увеличится давление в системе, а скорость падает.

Количество диффузоров вентиляции рассчитывается так:

N
=
R
\(2820 *
v
* D * D
),

здесь R
— пропускная способность, в куб.м\час, v
— скорость воздуха, м\с, D
— диаметр одного диффузора в метрах.

Количество вентиляционных решеток можно рассчитать по формуле:

N
=
R
\(3600 *
v
*
S
),

здесь R
— расход воздуха в куб.м\час, v
— скорость воздуха в системе, м\с, S
— площадь сечения одной решетки, кв.м.

Производительность по воздуху

Расчет системы вентиляции начинается с определения производительности по воздуху (воздухообмена), измеряемой в кубометрах в час. Для расчетов нам потребуется план объекта, где указаны наименования (назначения) и площади всех помещений.

Подавать свежий воздух требуется только в те помещения, где люди могут находиться длительное время: спальни, гостиные, кабинетыи т. п. В коридоры воздух не подается, а из кухни и санузлов удаляется через вытяжные каналы. Таким образом, схема движения воздушных потоков будет выглядеть следующим образом: свежий воздух подается в жилые помещения, оттуда он (уже частично загрязненный) попадает в коридор, из коридора — в санузлы и на кухню, откуда удаляется через вытяжную вентиляцию, унося с собой неприятные запахи и загрязнители. Такая схема движения воздуха обеспечивает воздушный подпор «грязных» помещений, исключая возможность распространения неприятных запахов по квартире или коттеджу.

Для каждого жилого помещения определяется количество подаваемого воздуха. Расчет обычно ведется в соответствии со СНиП 41-01-2003и МГСН 3.01.01. Поскольку СНиП задает более жесткие требования, то в расчетах мы будем ориентироваться на этот документ. В нем говорится, что для жилых помещений без естественного проветривания (то есть там, где окна не открывают) расход воздуха должен составлять не менее 60 м³/ч на человека. Для спален иногда используют меньшее значение — 30 м³/ч на человека, поскольку в состоянии сна человек потребляет меньше кислорода (это допустимо по МГСН, а также по СНиП для помещений с естественным проветриванием). При расчете учитываются только люди, находящиеся в помещении длительное время. Например, если у вас в гостиной пару раз в году собирается большая компания, то увеличивать производительность вентиляции из-за них не нужно. Если же вы хотите, чтобы гости чувствовали себя комфортно, можно установить VAV-систему, которая позволяет регулировать расход воздуха раздельно в каждом помещении. С такой системой вы сможете увеличить воздухообмен в гостиной за счет его снижения в спальне и других помещениях.

После расчета воздухообмена по людям нам нужно рассчитать воздухообмен по кратности (этот параметр показывает, сколько раз в течение одного часа в помещении происходит полная смена воздуха). Чтобы воздух в помещении не застаивался, нужно обеспечить хотя бы однократный воздухообмен.

Таким образом, для определения требуемого расхода воздуха нам нужно рассчитать два значения воздухообмена: по количеству людейи по кратности и, после чего выбрать большее из этих двух значений:

1. Расчет воздухообмена по количеству людей: L = N * Lnorm, гдеL — требуемая производительность приточной вентиляции, м³/ч;

   N — количество людей;

   Lnorm — норма расхода воздуха на одного человека:

   • в состоянии покоя (сна) — 30 м³/ч;
2. типовое значение (по СНиП) — 60 м³/ч;
3. Расчет воздухообмена по кратности:L = n * S * H, где

   L — требуемая производительность приточной вентиляции, м³/ч;

   n — нормируемая кратность воздухообмена:

   для жилых помещений – от 1 до 2, для офисов – от 2 до 3;

   S — площадь помещения, м²;

   H — высота помещения, м;

Рассчитав необходимый воздухообмен для каждого обслуживаемого помещения, и сложив полученные значения, мы узнаем общую производительность системы вентиляции. Для справки типовые значения производительности вентиляционных систем:

• Для отдельных комнат и квартир — от 100 до 500 м³/ч;
• Для коттеджей — от 500 до 2000 м³/ч;
• Для офисов — от 1000 до 10000 м³/ч.

Расчет воздуховодов или проектирование систем вентиляции

В создании оптимального микроклимата помещений наиболее важную роль играет вентиляция. Именно она в значительной степени обеспечивает уют и гарантирует здоровье находящихся в помещении людей. Созданная система вентиляции позволяет избавиться от множества проблем, возникающих в закрытом помещении: от загрязнения воздуха парами, вредными газами, пылью органического и неорганического происхождения, избыточным теплом. Однако предпосылки хорошей работы вентиляции и качественного воздухообмена закладываются задолго до сдачи объекта в эксплуатацию, а точнее, на стадии создания проекта вентиляции. Производительность систем вентиляции зависит от размеров воздуховодов, мощности вентиляторов, скорости движения воздуха и других параметров будущей магистрали. Для проектирования системы вентиляции необходимо осуществить большое количество инженерных расчетов, которые учтут не только площадь помещения, высоту его перекрытий, но и множество других нюансов.

Расчет площади сечения воздуховодов

После того, как вы определили производительность вентиляции, можно переходить к расчету размеров (площади сечения) воздуховодов.

Расчет площади воздуховодов определяется по данным о необходимом потоке, подаваемом в помещение и по максимально допустимой скорости потока воздуха в канале. Если допустимая скорость потока будет выше нормы, то это приведет к потере давления на местные сопротивления, а также по длине, что повлечет за собой увеличение затрат электроэнергии. Также правильный расчет площади сечения воздуховодов необходим для того, чтобы уровень аэродинамического шума и вибрация не превышали норму.

При расчете нужно учитывать, что если вы выберете большую площадь сечения воздуховода, то скорость воздушного потока снизится, что положительно повлияет и на снижение аэродинамического шума, а также на затраты по электроэнергии. Но нужно знать, что в этом случае стоимость самого воздуховода будет выше. Однако использовать «тихие» низкоскоростные воздуховоды большого сечения не всегда возможно, так как их сложно разместить в запотолочном пространстве. Уменьшить высоту запотолочного пространства позволяет применение прямоугольных воздуховодов, которые при одинаковой площади сечения имеют меньшую высоту, чем круглые (например, круглый воздуховод диаметром 160 мм имеет такую же площадь сечения, как и прямоугольный размером 200×100 мм). В то же время монтировать сеть из круглых гибких воздуховодов проще и быстрее.

Поэтому при выборе воздуховодов обычно подбирают вариант, наиболее подходящий и по удобству монтажа, и по экономической целесообразности.

Площадь сечения воздуховода определяется по формуле:

Sс = L * 2,778 / V, где

Sс — расчетная площадь сечения воздуховода, см²;

L — расход воздуха через воздуховод, м³/ч;

V — скорость воздуха в воздуховоде, м/с;

2,778 — коэффициент для согласования различных размерностей (часы и секунды, метры и сантиметры).

Итоговый результат мы получаем в квадратных сантиметрах, поскольку в таких единицах измерения он более удобен для восприятия.

Фактическая площадь сечения воздуховода определяется по формуле:

S = π * D² / 400 — для круглых воздуховодов,

S = A * B / 100 — для прямоугольных воздуховодов, где

S — фактическая площадь сечения воздуховода, см²;

D — диаметр круглого воздуховода, мм;

A и B — ширина и высота прямоугольного воздуховода, мм.

Расчет сопротивления сети воздуховодов

После того как вы рассчитали площадь сечения воздуховодов, необходимо определить потери давления в вентиляционной сети (сопротивление водоотводной сети). При проектировании сети необходимо учесть потери давления в вентиляционном оборудовании. Когда воздух движется по воздуховодной магистрали, он испытывает сопротивление. Для того чтобы преодолеть это сопротивление, вентилятор должен создавать определенное давление, которое измеряется в Паскалях (Па). Для выбора приточной установки нам необходимо рассчитать это сопротивление сети.

Для расчета сопротивления участка сети используется формула:

Где R – удельные потери давления на трение на участках сети

L – длина участка воздуховода (8 м)

Еi – сумма коэффициентов местных потерь на участке воздуховода

V – скорость воздуха на участке воздуховода, (2,8 м/с)

Y – плотность воздуха (принимаем 1,2 кг/м3).

Значения R определяются по справочнику (R – по значению диаметра воздуховода на участке d=560 мм и V=3 м/с). Еi – в зависимости от типа местного сопротивления.

В качестве примера, результаты расчета воздуховода и сопротивления сети приведены в таблице:

Устройство вентиляции в погребе

После того как схема вентиляции для подвального помещения будет полностью рассчитана, можно начинать непосредственный монтаж. Если предполагается, что вентиляция будет включать в себя две трубы, то одну из них следует расположить на расстоянии в 150-180 см от пола (это будет вытяжная труба). С другой стороны, на противоположной стене устанавливается приточная труба, нижняя часть которой не должна доходить до пола примерно 20-30 см. Это связано с тем, что по законам физики теплый воздух постепенно поднимается вверх. Именно в теплом воздухе содержится большее количество влаги, которая оседает на стенках подвального помещения, поэтому его нужно вовремя убирать из погреба.

Схема воздухообмена в погребе.

Всю работу можно сделать самостоятельно

Очень важно, чтобы верхняя часть вытяжной трубы проходила через все перекрытия здания и располагалась над кровлей на высоте в 20-50 см. Кроме того, выход трубы требуется закрыть колпачком, который предотвратит попадание осадков внутрь трубы и, следовательно, в помещение подвала

С другой стороны, верхнюю часть приточной трубы также рекомендуется тщательно закрыть металлической сеткой, потому что именно через эту трубу в погреб могут проникать насекомые и грызуны, наносящие непоправимый ущерб провизии.

Вычисляем диаметры вентканалов

Дальнейшие расчеты несколько сложнее, поэтому каждый этап мы сопроводим примерами вычислений. Результатом станет диаметр и высота вентиляционных шахт нашего одноэтажного здания.

Весь объем вытяжного воздуха мы распределили на 3 канала: 100 м. куб. принудительно удаляет вытяжка на кухне в период включения плиты, оставшийся 271 кубометр уходит по двум одинаковым шахтам естественным образом. Расход через 1 воздуховод получится 271 / 2 = 135.5 м³/ч. Площадь сечения трубы определяется по формуле:

• F – площадь поперечного сечения вентканала, м²;
• L – расход вытяжки через шахту, м³/ч;
• ʋ — скорость движения потока, м/с.

Как рассчитать сечение и диаметр одной трубы в примере:

1. Находим размер поперечника в квадратных метрах F = 135.5 / 3600 х 1 = 0.0378 м².
2. Из школьной формулы площади круга определяем диаметр канала D = 0.22 м. Выбираем ближайший больший воздуховод из стандартного ряда – Ø225 мм.
3. Если речь идет о заложенной внутрь стены кирпичной шахте, то под найденное сечение подойдет размер вентканала 140 х 270 мм (удачное совпадение, F = 0.0378 м. кв.).

Кирпичные шахты имеют строго фиксированные размеры — 14 х 14 и 27 х 14 см

Диаметр отводящей трубы под бытовую вытяжку считается аналогичным образом, только скорость потока, нагнетаемого вентилятором, принимается больше – 3 м/с. F = 100 / 3600 х 3 = 0.009 м² или Ø110 мм.

Важность воздухообмена

В зависимости от размеров помещения скорость воздухообмена должна быть разной Задача любой вентиляции – обеспечить оптимальный микроклимат, уровень влажности и температуру воздуха в помещении. Эти показатели влияют на комфортное самочувствие человека во время рабочего процесса и отдыха.

Некачественная вентиляция приводит к размножению бактерий, вызывающих инфекции дыхательных путей. Продукты питания начинают быстро портиться. Повышенный уровень влажности провоцирует появление грибка и плесени на стенах и предметах мебели.

Свежий воздух может поступать в помещение естественным способом, но добиться соблюдения всех санитарно-гигиенических показателей можно только при работе качественной системы вентиляции. Она должна быть рассчитана для каждого помещения отдельно, учитывая состав и объем воздуха, конструктивные особенности.

Для небольших частных домов и квартир достаточно оборудовать шахты с естественной циркуляцией воздушных потоков. Но для промышленных помещений, больших домов требуется дополнительное оборудование в виде вентиляторов, которые обеспечивают принудительную циркуляцию.

При планировке здания предприятия или общественного учреждения необходимо принимать во внимание следующие факторы:

• качественная вентиляция должна быть в каждом помещении;
• необходимо, чтобы состав воздуха соответствовал всем утвержденным нормам;
• на предприятия требуется установка дополнительного оборудования, которое будет регулировать скорость воздуха в воздуховоде;
• для кухни и спальни необходимо монтировать разные типы вентиляции.

Расчёт площади фасонных частей воздуховодов

При создании разветвленных систем вентиляции используются различные фасонные изделия:

• отводы – тройники с одинаковым или разным сечением;
• утка – отвод s-образной формы;
• зонт;
• переходники:

• между различными сечениями одной формы (как правило, разные диаметры);
• между различными типами сечений (к примеру, от прямоугольной, к круглой).

Каждое из представленных фасонных изделий рассчитывается по отдельным формулам, вследствие чего их общий расчёт является довольно сложным. Даже опытным проектировщикам требуется инженерная помощь в расчётах площади воздуховодов. Для этого они используют специальные программы.

Какие существуют программы для определения параметров фасонных частей воздуховодов?

Было разработано множество программ для расчёта площади фасонных частей воздуховодов:

• Vent-Calc v2.0 – универсальное средство проектирования и расчёта основных параметров систем вентиляции. Как утверждают разработчики, ключевыми параметрами для расчёта являются расход воздуха и длина воздуховодов. Получив от оператора эти данные, программа самостоятельно с генерирует прототип вентиляционной сети с указанием аэродинамического сопротивления по каждой ветви, ограниченной фасонными изделиями. Сумма этих показателей является основой для подбора силовой вентилирующей установки. С недавнего времени этот программный комплекс стал бесплатным;
• MagiCAD – программное обеспечение для проектирования всех типов инженерных коммуникаций. Файлы проекта могут быть импортированы в ADT и AutoCAD;
• GIDRV 3.093 – калькулятор расчёта площади воздуховодов и фасонных изделий для естественного типа вентиляции с учётом аспирации здания;
• Fans 400 – специализированное ПО для расчёта противодымной вентиляции;
• Ducter 2.5 – программа расчёта площади фасонных частей воздуховодов.

Существует несколько более простых программ и макросов, написанных на основе Microsoft Excel. В основном они выполняют расчёт аэродинамики воздуховодов различных сечений.

Также на некоторых сайтах можно встретить онлайн-калькуляторы площади поверхности воздуховодов, которые предлагают компании, занимающиеся оказанием соответствующих услуг.

Интерфейс программы Vent-calc v2.0.6.2011, закладка расчёта тепловой нагрузки калорифера

В заключение

Процесс проектирования и расчета вентиляционной системы достаточно сложный и занимает немало времени.

Необходимо пройти все этапы:

• ознакомиться с нормативными требованиями;
• выбрать типа воздуховода;
• определить нужный диаметр вытяжной трубы или размеры сечения;
• рассчитать длину;
• спланировать монтаж.

Соблюдение всех этих пунктов позволит избежать проблем с циркуляцией воздуха в будущем и сэкономить на обслуживании.

Организация системы вентиляции является одним из самых важных элементов строительства, так как микроклимат в помещении напрямую влияет на работоспособность и здоровье человека.

7 Подводя итоги

Проектирование и последующий монтаж систем вентиляции – процесс трудоёмкий и не всегда выполнимый самостоятельно. Такая работа требует особых знаний и навыков. Конечно, сегодня существует множество программ, помогающих спроектировать вентиляционные магистрали, однако они не могут заменить инженерной мысли. Оптимальным вариантом будет доверить всю работу, от начала до конца, настоящим профессионалам. Но проблема в том, что в наши дни начали появляться проектные конторы, работники в которых совершенно не знакомы с инженерным делом. Хотя подобная ситуация наблюдается и в других отраслях. По этой причине прежде чем доверить какой-либо фирме разработку проекта вентиляционной системы для своего дома, постарайтесь узнать о ней как можно больше. В идеале будет пообщаться с их клиентами, дома которых уже обжиты. Только в этом случае можно надеяться на тот результат, которого вы ожидаете.

Редакция Seti.guru надеется, что сегодняшняя статья была интересна и полезна нашему уважаемому читателю. Если у вас остались вопросы, их можно задать в обсуждениях ниже, наша команда с удовольствием на них ответит в максимально короткие сроки

Если у вас есть опыт в монтаже вентиляционных систем или их проектировании (неважно, положительный или отрицательный), просим вас поделиться им с другими читателями. Это будет полезно начинающим домашним мастерам, делающим первые шаги в области устройства вентиляции. А мы напоследок, по уже сложившейся доброй традиции, предлагаем посмотреть короткий видеоролик по сегодняшней теме, который вам точно будет интересен

А мы напоследок, по уже сложившейся доброй традиции, предлагаем посмотреть короткий видеоролик по сегодняшней теме, который вам точно будет интересен.

Источники

• https://VentingInfo.ru/sistemyventilyacii/raschyot-ploshhadi-vozduhovodov-i-fasonnyh-izdelij-formuly-kalkulyator
• https://sovet-ingenera.com/vent/raschety/raschet-ploshhadi-vozduxovodov-i-fasonnyx-izdelij.html
• https://kalk.pro/ventilation/raschet-vozduhovodov/
• https://melt-spb.ru/ventilyacionnye/raschet-secheniya-vozduhovoda.html
• https://odstroy.ru/rascet-plosadi-vozduhovodov-i-fasonnyh-izdelij-ventilacii/