Расчет системы вентиляции и ее отдельных элементов: площади, диаметров труб, параметров нагревателей и диффузоров

Хотя для расчетов вентиляции существует множество программ, многие параметры все еще определяются по старинке, с помощью формул. Расчет нагрузки на вентиляцию, площади, мощности и параметров отдельных элементов производят после составления схемы и распределения оборудования.

Это сложная задача, которая под силу лишь профессионалам. Но если необходимо подсчитать площадь некоторых элементов вентиляции или сечение воздуховодов для небольшого коттеджа, реально справиться самостоятельно.

Расчет воздухообмена

Если в помещении нет ядовитых выделений или их объем находится в допустимых пределах, воздухообмен или нагрузка на вентиляцию рассчитывается по формуле:

R=n * R1,

здесь R1 — потребность в воздухе одного сотрудника, в куб.м\час, n — количество постоянных сотрудников в помещении.

Если объем помещения на одного сотрудника составляет больше 40 кубометров и работает естественная вентиляция, не нужно рассчитывать воздухообмен.

Для помещений бытового, санитарного и подсобного назначения расчет вентиляции по вредностям производится на основании утвержденных норм кратности воздухообмена:

• для административных зданий (вытяжка) — 1,5;
• холлы (подача) — 2;
• конференц-залы до 100 человек вместимостью (по подаче и вытяжке) — 3;
• комнаты отдыха: приток 5, вытяжка 4.

Для производственных помещений, в которых постоянно или периодически в воздух выделяются опасные вещества, расчет вентиляции производится по вредностям.

Воздухообмен по вредностям (парам и газам) определяют по формуле:

Q=K\(k2-k1),

здесь К — количество пара или газа, появляющееся в здании, в мг\ч, k2 — содержание пара или газа в оттоке, обычно величина равна ПДК, k1 — содержание газа или пара в приточке.

Разрешается концентрация вредностей в приточке до 1\3 от ПДК.

Для помещений с выделением избыточного тепла воздухообмен рассчитывается по формуле:

Q=Gизб\c(tyx — tn),

здесь Gизб — избыточное тепло, вытягиваемое наружу, измеряется в Вт, с — удельная теплоемкость по массе, с=1 кДж, tyx — температура удаляемого из помещения воздуха, tn — температура приточки.

Расчет тепловой нагрузки

Расчет тепловой нагрузки на вентиляцию осуществляется по формуле:

Qв= Vн * k * p * Cр(tвн — tнро),

в формуле расчета тепловой нагрузки на вентиляцию Vн — внешний объем строения в кубометрах, k — кратность воздухообмена, tвн — температура в здании средняя, в градусах Цельсия, tнро — температура воздуха снаружи, используемая при расчетах отопления, в градусах Цельсия, р — плотность воздуха, в кг\кубометр, Ср — теплоемкость воздуха, в кДж\кубометр Цельсия.

Если температура воздуха ниже tнро снижается кратность обмена воздуха, а показатель расхода тепла считается равной Qв, постоянной величиной.

Если при расчете тепловой нагрузки на вентиляцию невозможно уменьшить кратность воздухообмена, расход тепла рассчитывают по температуре отопления.

Расход тепла на вентиляцию

Удельный годовой расход тепла на вентиляцию рассчитывается так:

Q=[Qo — (Qb + Qs) * n * E] * b * (1-E),

в формуле для расчета расхода тепла на вентиляцию Qo — общие теплопотери строения за сезон отопления, Qb — поступления тепла бытовые, Qs — поступления тепла снаружи (солнце), n — коэффициент тепловой инерции стен и перекрытий, E — понижающий коэффициент. Для индивидуальных отопительных систем 0,15, для центральных 0,1, b — коэффициент теплопотерь:

• 1,11 — для башенных строений;
• 1,13 — для строений многосекционных и многоподъездных;
• 1,07 — для строений с теплыми чердаками и подвалами.

Расчет диаметра воздуховодов

Диаметры и сечения воздуховодов вентиляции рассчитывают после того, как составлена общая схема системы. При расчетах диаметров воздуховодов вентиляции учитывают следующие показатели:

• Объем воздуха (приточного или вытяжного), который должен пройти через трубу за заданный промежуток времени, куб.м\ч;
• Скорость движения воздуха. Если при расчетах вентиляционных труб скорость движения потока занижена, установят воздуховоды слишком большого сечения, что влечет дополнительные расходы. Завышенная скорость приводит к появлению вибраций, усилению аэродинамического гула и повышению мощности оборудования. Скорость движения на притоке 1,5 — 8 м\сек, она меняется в зависимости от участка;
• Материал вентиляционной трубы. При расчете диаметра этот показатель влияет на сопротивление стенок. Например, наиболее высокое сопротивление оказывает черная сталь с шероховатыми стенками. Поэтому расчетный диаметр воздуховода вентиляции придется немного увеличить по сравнению с нормами для пластика или нержавейки.

Таблица 1. Оптимальная скорость воздушного потока в трубах вентиляции.

Когда известна пропускная способность будущих воздуховодов, можно рассчитать сечение воздуховода вентиляции:

S=R\3600v,

здесь v — скорость движения воздушного потока, в м\с, R — расход воздуха, кубометры\ч.

Число 3600 — временной коэффициент.

Зная площадь сечения, можно рассчитать диаметр круглого воздуховода вентиляции:

здесь: D — диаметр вентиляционной трубы, м.

Если необходимо рассчитать диаметр вентиляционной трубы прямоугольного сечения, ее показатели подбирают исходя из полученной площади сечения круглой трубы.

Расчет площади элементов вентиляции

Расчет площади вентиляции необходим в том случае, когда элементы изготавливаются из листового металла и нужно определить количество и стоимость материала.

Площадь вентиляции рассчитывают электронные калькуляторы или специальные программы, их во множестве можно найти в интернете.

Мы приведем несколько табличных значений наиболее популярных элементов вентиляции.

Таблица 2. Площадь прямых воздуховодов круглого сечения.

Значение площади в м. кв. на пересечении горизонтальной и вертикальной строчки.

Таблица 3. Расчет площади отводов и полуотводов круглого сечения.

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.

Расчет канального нагревателя

Расчет калорифера вентиляции электрического типа производится так:

P=v * 0,36 * ∆T

здесь v — объем пропускаемого через калорифер воздуха в куб.м.\час, ∆T — разница между температурой воздуха снаружи и внутри, которую необходимо обеспечить калориферу.

Этот показатель варьирует в пределах 10 — 20, точная цифра устанавливается клиентом.

Расчет нагревателя для вентиляции начинается с вычисления фронтальной площади сечения:

Аф=R * p\3600 * Vp,

здесь R — объем расхода приточки, куб.м.\ч, p — плотность атмосферного воздуха, кг\куб.м, Vp — массовая скорость воздуха на участке.

Размер сечения необходим для определения габаритов нагревателя вентиляции. Если по расчету площадь сечения получается чересчур большой, необходимо рассмотреть вариант из каскада теплобменников с суммарной расчетной площадью.

Показатель массовой скорости определяется через фронтальную площадь теплообменников:

Vp=R * p\3600 * Aф.факт

Для дальнейшего расчета калорифера вентиляции определяем нужное для согрева потока воздуха количества теплоты:

Q=0,278 * W * c (Tп-Tу),

здесь W — расход теплого воздуха, кг\час, Тп — температура приточного воздуха, градусы Цельсия, Ту — температура уличного воздуха, градусы Цельсия, c — удельная теплоемкость воздуха, постоянная величина 1,005.

Так как в приточных системах вентиляторы размещаются перед теплообменником, расход теплого воздуха вычисляем так:

W=R * p

Рассчитывая калорифер вентиляции, следует определить поверхность нагрева:

Апн=1,2Q\k(Tс.т-Tс.в),

здесь k — коэффициент отдачи калорифером тепла, Tс.т — средняя температура теплоносителя, в градусах Цельсия, Tс.в — средняя температура приточки, 1,2 — коэффициент остывания.

Расчет вытесняющей вентиляции

При вытесняющей вентиляции в помещении оборудуются рассчитанные восходящие потоки воздуха в местах повышенного выделения тепла. Снизу подается прохладный чистый воздух, который постепенно поднимается и в верхней части помещения удаляется наружу вместе с избытком тепла или влаги.

При грамотном расчете вытесняющая вентиляция намного эффективнее перемешивающей в помещениях следующих типов:

• залы для посетителей в заведениях общепита;
• конференц-залы;
• любые залы с высокими потолками;
• ученические аудитории.

Рассчитанная вентиляция вытесняет менее эффективно если:

• потолки ниже 2м 30 см;
• главная проблема помещения — повышенное выделение тепла;
• необходимо понизить температуру в помещениях с низкими потолками;
• в зале мощные завихрения воздуха;
• температура вредностей ниже, температуры воздуха в помещении.

Вытесняющая вентиляция рассчитывается исходя из того, что тепловая нагрузка на помещение составляет 65 — 70 Вт\кв.м, при расходе до 50 л на кубометр воздуха в час. Когда тепловые нагрузки выше, а расход ниже, необходимо организовывать перемешивающую систему, комбинированную с охлаждением сверху.

Видеоролик расскажет о компактной вентиляционной установке, работающей по принципу вытеснения: