Системы вентиляции: проектирование и расчёт

Итак, Вы – Заказчик. И хотите знать, как происходит выбор оборудования для системы вентиляции.
При выборе оборудования необходимо рассчитать следующие параметры:

  • Производительность по воздуху;
  • Мощность калорифера;
  • Рабочее давление, создаваемое вентилятором;
  • Скорость потока воздуха и площадь сечения воздуховодов;
  • Допустимый уровень шума.

Ниже мы приводим упрощенную методику подбора основных элементов системы приточной вентиляции, используемой в бытовых условиях.

Расход воздуха или производительность по воздуху

Проектирование системы начинается с расчета требуемой производительности по воздуху, измеряемой в кубометрах в час. Для этого необходим поэтажный план помещений с экспликацией, в которой указаны наименования (назначения) каждого помещения и его площадь.
Расчет начинается с определения требуемой кратности воздухообмена, которая показывает сколько раз в течение одного часа происходит полная смена воздуха в помещении. Например, для помещения площадью 50 квадратных метров с высотой потолков 3 метра (объем 150 кубометров) двукратный воздухообмен соответствует 300 кубометров в час.
Требуемая кратность воздухообмена зависит от назначения помещения, количества находящихся в нем людей, мощности тепловыделяющего оборудования и определяется СНиП (Строительными Нормами и Правилами).
Так, для большинства жилых помещений достаточно однократного воздухообмена, для офисных помещений требуется 2-3 кратный воздухообмен.
Но, подчеркиваем, это не Правило!!! Если это офисное помещение 100 кв.м. и в нем работает 50 человек (допустим операционный зал), то для обеспечения вентиляции необходима подача около 3000 м3/ч.
Для определения требуемой производительности необходимо рассчитать два значения воздухообмена: по кратности и по количеству людей, после чего выбрать большее из этих двух значений.

1. Расчет воздухообмена по кратности:
L = n * S * H, где
L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;
n — нормируемая кратность воздухообмена: для жилых помещений n = 1, для офисов n = 2,5;
S — площадь помещения, м2;
H — высота помещения, м;

2. Расчет воздухообмена по количеству людей:
L = N * Lнорм, где
L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;
N — количество людей;
Lнорм — норма расхода воздуха на одного человека:

  • в состоянии покоя — 20 м3/ч;
  • работа в офисе — 40 м3/ч;
  • при физической нагрузке — 60 м3/ч.

Рассчитав необходимый воздухообмен, выбираем вентилятор или приточную установку соответствующей производительности. При этом необходимо учитывать, что из-за сопротивления воздухопроводной сети происходит падение производительности вентилятора. Зависимость производительности от полного давления можно найти по вентиляционным характеристикам, которые приводятся в технических характеристиках оборудования.

Для справки: участок воздуховода длиной 15 метров с одной вентиляционной решеткой создает падение давления около 100 Па.

Типичные значения производительности систем вентиляции:

  • Для квартир — от 100 до 600 м3/ч;
  • Для коттеджей — от 1000 до 3000 м3/ч;
  • Для офисов — от 1000 до 20000 м3/ч.

Мощность калорифера

Калорифер используется в приточной системе для подогрева наружного воздуха в холодное время года. Мощность калорифера рассчитывается исходя из производительности, требуемой температурой воздуха на выходе системы и минимальной температурой наружного воздуха.
Два последних параметра определяются СНиП. Температура воздуха, поступающего в жилое помещение, должна быть не ниже +18°С. Минимальная температура наружного воздуха зависит от климатической зоной и для Петропавловска –Камчатского равен -18°С (рассчитывается как средняя температура самой холодной пятидневки самого холодного месяца в 13 часов).
Таким образом, при включении калорифера на полную мощность он должен нагревать поток воздуха на 40°С. Поскольку сильные морозы в Петропавловске-Камчатском непродолжительны, в приточных системах можно устанавливать калориферы, имеющие мощность меньше расчетной.
При этом приточная система желательно должна иметь регулятор производительности для уменьшения скорости вентилятора в холодное время года, дабы не платить большие счета за электричество (если стоит электрический калорифер, возможно обустройство водяного калорифера).

При расчете мощности калорифера необходимо учитывать следующие ограничения:

  • Возможность использования однофазного (220 В) или трехфазного (380 В) напряжения питания. При мощности калорифера свыше 5 кВт необходимо 3-х фазное подключение, но в любом случае 3-х фазное питание предпочтительней, так как рабочий ток в этом случае меньше.
  • Максимально допустимый ток потребления. Ток, потребляемый калорифером, можно найти по формуле:
    I = P / U, где
    I — максимальный потребляемый ток, А;
    Р — мощность калорифера, Вт;
    U — напряжение:
    220 В — для однофазного питания,
    660 В (3 × 220В) — для трехфазного питания.

В случае если допустимая нагрузка электрической сети меньше чем требуемая, можно установить калорифер меньшей мощности. Температуру, на которую калорифер сможет нагреть приточный воздух, можно рассчитать по формуле:
ΔT = 2,98 * P / L, где
ΔT — разность температур воздуха на входе и выходе системы приточной вентиляции,°С;
Р — мощность калорифера, Вт;
L — производительность по воздуху, м3/ч.

Типичные значения расчетной мощности калорифера — от 1 до 5 кВт для квартир, от 5 до 50 кВт для офисов. Если использовать электрический калорифер с расчетной мощностью не представляется возможным, следует установить калорифер, использующий в качестве источника тепла воду из системы центрального или автономного отопления (водяной калорифер).

Рабочее давление, скорость потока воздуха в воздуховодах и допустимый уровень шума.

После расчета производительности по воздуху и мощности калорифера приступают к проектированию воздухораспределительной сети, которая состоит из воздуховодов, фасонных изделий (переходников, разветвителей, поворотов) и распределителей воздуха (решеток или диффузоров).
Расчет воздухораспределительной сети начинают с составления схемы воздуховодов. Далее по этой схеме рассчитывают три взаимосвязанных параметра — рабочее давление, создаваемое вентилятором, скорость потока воздуха и уровень шума.
Требуемое рабочее давление определяется техническими характеристиками вентилятора и рассчитывается исходя из диаметра и типа воздуховодов, числа поворотов и переходов с одного диаметра на другой, типа распределителей воздуха. Чем длиннее трасса и чем больше на ней поворотов и переходов, тем больше должно быть давление, создаваемое вентилятором. Проводим аэродинамический расчет, находим внешнее давление сети воздуховодов.
От диаметра воздуховодов зависит скорость потока воздуха. Обычно эту скорость ограничивают значением от 2,5 до 4 м/с. При больших скоростях возрастают потери давления и увеличивается уровень шума. В тоже время, использовать «тихие» воздуховоды большого диаметра не всегда возможно, поскольку их трудно разместить в межпотолочном пространстве. А межпотолочное пространство любят уменьшать и дизайнеры и вы, заказчик.
Поэтому при проектировании часто приходится искать компромисс между уровнем шума, требуемой производительностью вентилятора и диаметром воздуховодов. Для бытовых систем приточной вентиляции обычно используются гибкие воздуховоды сечением 160—250 мм и распределительные решетки размером 200×200 мм — 200×300 мм.
Помимо всего, осталось выполнить схему автоматики и всё – упрощенно система спроектирована!
И самое главное: данные расчеты являются приблизительными и могут подходить только для типовых помещений. Если у Вас производство или сложные технологические процессы, а также не стандартные требования к системам вентиляции, не стоит пробовать самим заниматься сложными технологическими расчетами. Шанс что Вы все правильно рассчитаете очень мал.