Расчет воздуховодов по скорости и расходу + способы измерения расхода воздуха в помещениях

Правила определения скорости воздуха

Скорость движения воздуха тесно взаимосвязана с такими понятиями, как уровень шума и уровень вибрации в вентиляционной системе. Проходящий по каналам воздух создает определенный шум и давление, которые возрастают с увеличением количества поворотов и изгибов.

Чем больше сопротивление в трубах, тем ниже скорость воздуха и тем выше производительность вентилятора. Рассмотрим нормы сопутствующих факторов.

№1 — санитарные нормы уровня шума

Нормативы, указанные в СНиП, касаются помещений жилого (частных и многоквартирных домов), общественного и производственного типа.

В таблице, представленной ниже, вы можете сравнить нормы для помещений различного типа, а также территорий, прилегающих к зданиям.

Часть таблицы из №1 СНиП-2-77 из параграфа «Защита от шума». Максимально допустимые нормы, относящиеся к ночному времени, ниже дневных значений, а нормы для прилегающих территорий выше, чем для жилых помещений

Одной из причин увеличения принятых норм как раз может быть неправильно спроектированная система воздуховодов.

Уровни звукового давления представлены в другой таблице:

При введении в эксплуатацию вентиляционного или другого оборудования, связанного с обеспечением благоприятного, здорового микроклимата в помещении, допускается лишь кратковременное превышение обозначенных параметров шума

№2 — уровень вибрации

Мощность работы вентиляторов напрямую связана с уровнем вибрации.

Максимальный порог вибрации зависит от нескольких факторов:

• размеров воздуховода;
• качества прокладок, обеспечивающих снижение уровня вибрации;
• материала изготовления труб;
• скорости потока воздуха, проходящего по каналам.

Нормы, которых стоит придерживаться при выборе вентиляционных устройств и при расчетах, касающихся воздуховодов, представлены в следующей таблице:

Предельно допустимые значения локальной вибрации. Если при проверке реальные показатели выше норм, значит, система воздуховодов спроектирована с техническими недочетами, которые необходимо исправить, или мощность вентилятора слишком велика

Скорость воздуха в шахтах и каналах не должна влиять на увеличение показателей вибрации, как и на связанные с ними параметры звуковых колебаний.

№3 — кратность воздухообмена

Очистка воздуха происходит благодаря процессу воздухообмена, который подразделяется на естественный или принудительный.

В первом случае он осуществляется при открывании дверей, фрамуг, форточек, окон (и называется аэрацией) или просто путем инфильтрации через щели на стыках стен, дверей и окон, во втором – с помощью кондиционеров и вентиляционного оборудования.

Смена воздуха в комнате, подсобном помещении или цеху должна происходить несколько раз в час, чтобы степень загрязнения воздушных масс была допустимой. Количество смен – это кратность, величина, также необходимая для определения скорости воздуха в вентканалах.

Кратность вычисляют по следующей формуле:

N=V/W,

где:

• N – кратность воздухообмена, раз в 1 час;
• V – объем чистого воздуха, заполняющего помещение за 1 ч, м³/ч;
• W – объем помещения, м³.

Чтобы не выполнять дополнительные расчеты, средние показатели кратности собраны в таблицы.

Например, для жилых помещений подходит следующая таблица кратности воздухообмена:

Судя по таблице, частая смена воздушных масс в помещении необходима, если ему характерна высокая влажность или температура воздуха – например, в кухне или санузле. Соответственно, при недостаточной естественной вентиляции в данных помещениях устанавливают приборы принудительной циркуляции

Что случится, если нормативы кратности воздухообмена не будут соблюдаться или будут, но в недостаточной степени?

Произойдет одно из двух:

Кратность ниже нормы. Свежий воздух прекращает замещать загрязненный, вследствие чего в помещении увеличивается концентрация вредных веществ: бактерий, болезнетворных микроорганизмов, опасных газов

Количество кислорода, важного для дыхательной системы человека, уменьшается, а углекислого газа, напротив, увеличивается. Влажность повышается до максимума, что чревато появлением плесени

Кратность выше нормы

Возникает, если скорость перемещения воздуха в каналах превышает норму. Это негативно влияет на температурный режим: помещение просто не успевает нагреваться. Излишне сухой воздух провоцирует болезни кожи и дыхательного аппарата.

Чтобы кратность обмена воздуха соответствовала санитарным нормам, следует установить, убрать или отрегулировать вентиляционные приборы, а при необходимости и заменить воздуховоды.

Как вычислить давление в вентиляции?

Полный напор на входе измеряют в поперечном сечении вентиляционного канала, находящемся на расстоянии двух гидравлических диаметров воздуховода (2D). Перед местом измерения в идеале должен быть прямой фрагмент воздуховода с длиной от 4D и невозмущенным течением.

Потом в систему вентиляции вводят приемник полного давления: в несколько точек в сечении по очереди – минимум в 3. По полученным значениям высчитывают средний результат. У вентиляторов со свободным входом Pп входное соответствует давлению окружающей среды, а избыточный напор в таком случае равняется нулю.

Схема приемника полного давления: 1 — приемная трубка, 2 — преобразователь давления, 3 — камера торможения, 4 — держатель, 5 — кольцевой канал, 6 — передняя кромка, 7 — входная решетка, 8 — нормализатор, 9 — регистратор выходного сигнала, α — угол при вершинах, h — глубина впадин

Если измерять сильный поток воздуха, то по давлению следует определить скорость, а потом — сопоставить ее с размером сечения. Чем выше скорость на единицу площади и чем больше при этом сама площадь, тем производительнее вентилятор.

Полный напор на выходе — понятие сложное. Выходящий поток имеет неоднородную структуру, которая также зависит от режима работы и типа прибора. Воздух на выходе имеет зоны возвратного движения, что усложняет расчет напора и скорости.

Закономерность для времени появления такого движения установить не удастся. Неоднородность течения достигает 7—10 D, но показатель можно снизить выпрямляющими решетками.

Трубка Прандтля является усовершенствованным вариантом трубки Пито: приемники выпускают в 2 вариантах — для скоростей меньше и больше 5 м/с

Иногда на выходе из вентилирующего устройства стоит поворотное колено или отрывной диффузор. В таком случае течение будет еще более неоднородным.

Напор тогда измеряют по следующему методу:

1. За вентилятором выбирают первое сечение и сканируют его зондом. По нескольким точкам измеряют средний полный напор и производительность. Последнюю потом сравнивают с производительностью на входе.
2. Дальше выбирают дополнительное сечение — на ближайшем прямом участке после выхода из вентилирующего прибора. От начала такого фрагмента отмеряют 4—6 D, а если длина участка меньше, то выбирают сечение в самой отдаленной точке. Затем берут зонд и определяют производительность и средний полный напор.

От среднего полного давления на дополнительном сечении отнимают расчетные потери на отрезке после вентилятора. Получают полное давление на выходе.

Потом сравнивают производительность на входе, а также на первом и дополнительном сечениях на выходе. Правильными следует считать входной показатель и один из выходных — более близкий по значению.

Прямолинейного отрезка нужной длины может и не быть. Тогда выбирают сечение, которое разделяет участок для замера на части с соотношением 3 к 1. Ближе к вентилятору должна быть большая из этих частей. Замеры нельзя производить в диафрагмах, шиберах, отводах и других соединениях с возмущением воздуха.

Перепады давления можно регистрировать напоромерами, тягомерами по ГОСТ 2405-88 и дифманометрами по ГОСТ 18140-84 с классом точности 0,5—1,0

В случае с крышными вентиляторами Pп измеряют только на входе, а на выходе определяют статическое. Скоростной поток после вентилирующего устройства теряется почти полностью.

Также рекомендуем прочесть наш материал о выборе труб для вентиляции.

Значения параметров в различных видах воздушных каналов

В современных вентиляционных системах применяются установки, включающие в себя весь комплекс для подачи и обработки воздуха: очистка, нагревание, охлаждение, увлажнение, шумопоглощение. Эти установки называют центральными кондиционерами. Скорость потока внутри нее регламентируется заводом-производителем. Дело в том, что все элементы для обработки воздушных масс должны действовать в оптимальном режиме, чтобы обеспечить требуемые параметры воздуха. Поэтому производители изготавливают корпуса установок определенных размеров под заданный диапазон расходов воздуха, при которых все оборудование будет работать эффективно. Обычно значение скорости движения потока внутри центрального кондиционера лежит в пределах 1,5-3 м/с.

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, кабинеты и 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 41-01-2003 и 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 людей и по кратности и, после чего выбрать большее из этих двух значений:

1. Расчет воздухообмена по количеству людей:

   L = N * Lnorm, где

   L — требуемая производительность приточной вентиляции, м³/ч;

   N — количество людей;

   Lnorm — норма расхода воздуха на одного человека:

   •      в состоянии покоя (сна) — 30 м³/ч;
   •      типовое значение (по СНиП) — 60 м³/ч;

2. 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.

О вентиляции

Как вообще устроена вентиляция жилого помещения? И почему вентиляционные отверстия делаются под потолком? И что такого, что выход от вытяжки установили в этом отверстии?

Ответим по порядку:

1. Тёплый воздух поднимается вверх (вспоминаем учебник физики 6 класса или естествознания 4 класса), другими словами, «всплывает» над менее тёплым. На его место из разных щелей приходит воздух с меньшей температурой и большей плотностью. Вот так и меняется он в жилище.
2. Как раз поэтому отверстия для вентиляции расположены по возможности выше. Чтобы более нагретый воздух беспрепятственно покидал вашу квартиру.
3. «Запечатав» вентиляционное отверстие арматурой вытяжки, вы тем самым закрыли канал установленной при строительстве дома вентиляции для воздухообмена в кухне.

Почему вытяжка не заменит вентиляцию

Вы скажете, что купольный раструб вытяжки большой и открытый. Думаете, что и забор воздуха у него повыше, чем у крохотного вентиляционного отверстия. Отнюдь – ответим мы. Почему?

• Во-первых, вытяжка забирает только тот воздух, который находится ниже неё. Посмотрите, сколько пространства находится над ней. Для неё это «мёртвая зона».
• Во-вторых, зона забора не дальше размера его отверстия. Любое всасывающее воздух устройство эффективно забирает воздух не далее диаметра входного отверстия. Попробуйте пошевелить пушинку самым мощным пылесосом с расстояния в 1 метр. Занятие бесполезное, если пытаетесь сделать это стандартными насадками с максимальным диаметром 4-5 см. Вытяжка не зря устанавливается прямо над плитой. Очень горячий воздух сам идёт в её раструб. Не потому, что стремится туда, а потому, что у вытяжки заборное отверстие находится прямо над ней и на кратчайшем расстоянии. Засасывающий эффект проявляется только в непосредственной близости заборного отверстия. Можете быть уверены, что из переносной плиты, стоящей не под вытяжкой непосредственно, ни молекулы из испарений в неё не попадёт.
• В-третьих, любой воздуховод имеет так называемое аэродинамическое сопротивление. И чем больше колен, задвижек, зауженностей и нестыковок в вентиляционном канале, тем сопротивление его выше. Про шахту в кирпичной кладке и говорить нечего. Она и вовсе может быть забита строительным мусором. Никакие вентиляторы не смогут прогнать через воздуховод воздуха столько, сколько захочется.

Важность правильного воздухообмена

Основным назначением вентиляции является создание и поддержание благоприятного микроклимата внутри жилых и производственных помещений.

Если воздухообмен с наружной атмосферой будет слишком интенсивным, то воздух внутри здания не успеет прогреться, особенно в холодное время года. Соответственно, в помещениях будет холодно и недостаточно влажно.

И наоборот, при низкой скорости обновления воздушной массы мы получаем переувлажненную, избыточно теплую атмосферу, которая вредна для здоровья. В запущенных случаях нередко наблюдается появление на стенах грибков и плесени.

Нужен определенный баланс воздухообмена, который позволит поддерживать такие показатели влажности и температуру воздуха, которые положительно сказываются на здоровье людей. Эта важнейшая задача, которая требует решения.

Воздухообмен зависит в основном от скорости прохождения воздуха по вентиляционным каналам, сечения самих воздуховодов, количества изгибов трассы и длины участков с меньшими диаметрами воздухопроводящих труб.

Все эти нюансы учитываются при проектировании и расчетах параметров вентиляционной системы.

Эти вычисления позволяют создать надежную внутридомовую вентиляцию, которая отвечает всем нормативным показателям, утвержденным в «Строительных нормах и правилах».

Вытяжная вентиляция

Предназначение вентиляции вытяжного типа — это проветривание. Иными словами, такое конструктивное сооружение способствует качественному выводу из помещений уже отработанных воздушных потоков, и обеспечивает замену их на свежие потоки с улицы. Современное техническое развитие позволяет наряду с решением основной задачи устанавливать в таких системах оборудование кондиционирования, подогрева-охлаждения, фильтрации. Однако насколько это необходимо и целесообразно следует решать в каждом отдельном случае.

Соблюдение санитарных и гигиенических условий в помещении может обеспечить только лишь постоянная вентиляция атмосферы помещения. Правильно рассчитать вытяжную вентиляцию – значит создать в здании благоприятную для самочувствия и здоровья человека среду, которая будет отвечать всем имеющимся санитарным требованиям. Вытяжная вентиляция необходима для борьбы с вредными выделениями внутри помещения. Эти выделения в жилом здании можно определить так:

• пыль;
• избыток влаги (не только ванная комната, туалет, кухня, столовая, но и жилые комнаты зачастую отличаются высокой влажностью);
• избыток тепла;
• пары вредных веществ и скопления разных газов.

Вентиляция вытяжного типа может представлять собой целую систему разных конструктивных элементов, общей целью которых является полноценное удаление использованного (отработанного) воздуха из любых помещений. Проверить ее функциональность очень просто: если после прогулки вы заходите в квартиру, а ощущение свежести в ней ни чем не отличается от тех ощущений, которые вы испытывали на улице, значит, вытяжная вентиляция вашего дома работает просто идеально.

Конечно же, такой метод проверки действенен там, где воздух вокруг дома чист, что невозможно в условиях загазованности городской среды или вблизи от промышленных предприятий. Таким образом, если при входе в квартиру вы ощущаете даже небольшое присутствие неприятного запаха или спертости, то вентиляционную систему нужно проверить на эффективность работы. В случае обнаружения каких-то неполадок, их следует исправить в обязательном порядке. Помните, что организму человека свойственно привыкать к окружающим его запахам и атмосфере. Однако даже если вы не будете ощущать явного дискомфорта от потребления несвежего воздуха, на вашем самочувствии он будет продолжать сказываться максимально отрицательно.

Нужно ли ориентироваться на СНиП?

Во всех расчетах, которые мы проводили, использовались рекомендации СНиП и МГСН. Эта нормативная документация позволяет определить минимально допустимую производительность вентиляции, обеспечивающую комфортное пребывание людей в помещении. Другими словами требования СНиП направлены в первую очередь на минимизацию стоимости системы вентиляции и затрат на ее эксплуатацию, что актуально при проектировании вентсистем для административных и общественных зданий.

В квартирах и коттеджах ситуация иная, ведь вы проектируете вентиляцию для себя, а не для усредненного жителя и вас никто не заставляет придерживаться рекомендаций СНиП. По этой причине производительность системы может быть как выше расчетного значения (для большего комфорта), так и ниже (для уменьшения энергопотребления и стоимости системы). К тому же субъективное ощущение комфорта у всех разное: кому-то достаточно 30–40 м³/ч на человека, а для кого-то будет мало и 60 м³/ч.

Однако если вы не знаете, какой воздухообмен вам нужен для комфортного самочувствия, лучше придерживаться рекомендаций СНиП. Поскольку современные приточные установки позволяют регулировать производительность с пульта управления, вы сможете найти компромисс между комфортом и экономией уже в процессе эксплуатации системы вентиляции.

Материал взят с сайта: https://www.rfclimat.ru/htm/vent_ft.htm

По первому требованию будет удален в течении 24х часов.

Настройка действующей системы вентиляции

Основным способом диагностики работы вентиляционных сетей является измерение скорости воздуха в воздуховоде, так как зная диаметр каналов несложно вычислить реальный расход воздушных масс. Приборы, которые используются для этого называют анемометрами. В зависимости от характеристик движения воздушных масс, применяют:

• Механические устройства с крыльчаткой. Предел измерений 0,2 – 5 м/с;
• Чашечные анемометры измеряют воздушный поток в пределах 1 – 20 м/с;
• Электронные термоанемометры могут использоваться для проведения измерений в любых вентиляционных сетях.

На этих устройствах стоит остановиться более подробно. Электронные термоанемометры не требуют, как в применении аналоговых устройств, организации люков в каналах. Все измерения производятся посредством установки датчика и получении данных на экран, встроенный в прибор. Погрешности измерений у таких устройств не превышает 0,2%. Большинство современных моделей могут работать как от батареек, так и от питания 220 v. Именно поэтому для проведения пусконаладочных работ, профессионалы рекомендуют использовать именно электронные анемометры.

В качестве заключения: скорость движения воздушных потоков, расход воздуха и площадь сечения каналов являются важнейшими параметрами для проектирования воздухораспределительных и вентиляционных сетей.

Совет: В данной статье, в качестве наглядного примера была приведена методика аэродинамического расчета для участка воздухопровода вентиляционной системы. Проведение вычислительных операций – это достаточно сложный процесс, требующий знаний и опыта, а также учитывающий массу нюансов. Не занимайтесь расчетами самостоятельно, а доверьте это профессионалам.