Калькулятор расчет диаметра воздуховода вентиляции. Калькулятор расчета норм приточной вентиляции

Оснащение жилья всеми благами цивилизации является необходимостью для любого хозяина. Нельзя не включить в список инженерных систем дома вентиляцию и кондиционер. К обустройству этих комплексов необходимо подходить с максимальной ответственностью, что невозможно без расчёта площади воздуховодов и фасонных изделий. При малейшей ошибке микроклимат в помещении будет нарушен, что скажется на комфорте всех членов семьи.

Показать всё

Причины проблем с вентиляцией

Если вычисления произведены правильно, то поступление чистого воздуха нормальной влажности, а также удаление неприятных запахов будет максимально допустимым. В противоположном случае гарантировано образование плесени, грибка в ванных и туалетах, постоянная духота в кухнях и комнатах. Ситуация усугубляется тем, что практически все помещения оборудуются герметичными пластиковыми окнами без щелевой вентиляции. Приходится компенсировать недостаток свежего воздуха принудительно.

Ещё одной причиной проблем с ликвидацией отработанных масс, неприятных ароматов и избыточных водяных паров являются засоры и разгерметизация вентиляционных труб. Негативное влияние на микроклимат может оказать перепланировка помещений в том случае, если не прибегнуть к инженерной помощи при расчёте площади воздуховодов при модернизации вентиляции в соответствии с новыми параметрами.



Проще всего зафиксировать проблемы в этой системе с помощью проверки присутствия тяги. Для этого к вытяжному каналу надо поднести лист бумаги или горящую спичку. Применение открытого огня в помещениях с газовым нагревательным оборудованием не рекомендуется. Если отклонение явно заметно, то о проблемах говорить не приходится. В случае обратного результата следует выяснить причины отсутствия притока свежего воздуха и приступить к их устранению, что может потребовать заново пересчитать все параметры.

Площадь воздуховодов



Основания для определения площадей

Система вентиляционных коммуникаций является сложной конструкцией. При её проектировании необходимо вычислить квадратуру прямоугольных и сечение круглых участков сети, перевести их в кв. м, посчитать площади врезок, переходов. Сделать это можно с помощью особых математических выражений или специальной программы - онлайн-калькулятора для расчёта воздуховодов.



Вычисление по формулам

Существует несколько определений для произведения подсчётов. Основными из них являются:



Площадь воздуховодов MagiCAD



Последовательность операций

Чтобы не ошибиться в проектируемых показателях, нужно разбить весь рабочий цикл на этапы. Примерно получится такая последовательность:

• Расчёт отдельных зон, ограниченных тройниками или заслонками. Если есть ответвления, то они прибавляются к этому отрезку. Расход кислорода по всей длине считается стабильным.
• Определение главной магистрали, имеющей максимальные затраты воздуха. Это будет самый протяжённый элемент схемы.
• Сечения на рассчитываемых отрезках подбираются в соответствии с рекомендациями госстандарта - ≤ 8 м/с в магистралях, ≤ 8 м/с в ответвлениях, ≤ 3 м/с в жалюзи и решётках.
• Все участки маркируются от наименее нагруженных по возрастанию давления.

Учитывая предварительные условия, можно выполнить подсчёт показателей систем вентиляции. Формулы, которые следует использовать, таковы:





Предполагается, что во время вычислений будут использованы специальные справочники. В них указаны практические потери из-за трения, расход воздуха при различных скоростях потока:



Для гашения избыточного давления применяется диафрагма. Коэффициент её сопротивления определяется таким образом:



Данные из этих таблиц используются для нескольких видов вентиляционных установок. Среди них:

• Вытяжные, устанавливаемые на промышленных, торговых, спортивных площадках и в жилых домах, смонтированных как внутри, так и снаружи здания.
• Приточные, снабжающие подготовленным воздухом комнаты различных типов.
• Комбинированные с установкой рекуперации.

Расчет падения давления в воздуховодах

Расчёт поперечника каналов

Определив быстроту хода воздушных масс внутри трассы, можно переходить к вычислению следующего параметра. Он определяется формулой S=R\3600v, где S - площадь сечения магистрали, R - затраты кислорода в м3/час, v - скорость движения воздушного потока, 3600 - временной поправочный коэффициент. Узнав его, подчитывается диаметр:



Определяя размер магистральных трубопроводов, нужно выполнение некоторых условий. Проект должен подходить по следующим критериям:

• Обеспечивать необходимый подогрев смеси и удаление излишнего тепла при экономической их целесообразности.
• Скоростные показатели передвижения воздушных потоков не должны нарушать комфорта нахождения в помещениях.
• Предельная концентрация вредных веществ, не превышающая определённых ГОСТом 12.1.005–88 значений.

Основные понятия аэродинамического расчета УРОК 1 (всего 10 уроков)

Типы каналов

Прежде чем начать расчёт воздуховодов и фасонных частей, нужно знать, из какого материала они изготовлены. От этого зависит пересчёт площади поперечника и манера передвижения воздушных масс внутри. Каналы для вентиляции бывают:

• Металлическими (оцинкованная, нержавеющая или чёрная сталь).
• Из гибкой плёнки (пластмасса или алюминий).
• Жёсткого пластика.
• Ткани.

Форма их в основном прямоугольная или круглая, реже - овальная. Изготавливаются они на промышленных предприятиях, так как организовать производство непосредственно на объекте довольно сложно.

Определение поперечника

Эта задача становится основной при создании проектной документации на вентиляционную систему. Процесс может быть осуществлён как специалистами-монтажниками, так и самостоятельно, с помощью калькулятора воздуховодов и фасонных изделий. Сделать это можно двумя способами.

Вариант с применением допустимых скоростей основан на нормированной быстроте передвижения внутри трубы. Показатели отбираются по отдельному типу помещений и отрезку магистрали по рекомендованным значениям.

Каждое здание характеризуется максимально разрешёнными темпам распространения воздуха, превышать которые недопустимо. Для регулярного использования стоит взять такую схему:

• Составление плана с указанием необходимого количества подаваемого или удаляемого воздуха. Это базисный показатель, на котором строится вся работа по проектированию.
• Пометки на схеме отдельных участков с данными о количестве кислорода, перемещаемого по ним. Надо указать решётки, перепады сечения, изгибы и клапаны.
• После подбора максимальной скорости производится расчёт калибра, диаметра или размера сторон канала.

Простой расчет вентиляции с рекуператором.

А также подобрать эти параметры можно по методу определения потерь давления, просуммировав их на непрямых участках и изгибах, решётках и тройниках. Для этого потребуются геометрические формулы и специальные таблицы.

Подбор материала

Эта процедура производится на предприятии, где изготавливаются воздуховод и дополнительные принадлежности. При этом определяется количество сырья для выпуска необходимого количества продукции. В таких целях создаётся развёртка профиля и используются формулы из геометрии. Для круглых участков это будет диаметр трубы, умноженный на длину окружности.

Фасонные изделия рассчитываются сложнее, так как для них нет готовых формул. Приходится производить для каждого элемента по отдельности. Осуществить операцию на стройплощадке невозможно, поэтому все дополнительные детали поставляются изготовителем вместе с основными конструкционными элементами.

Самыми распространёнными комплектующими для систем вентиляции и кондиционирования являются:

• Отводы обычные и S-образные (утки).
• Переходники по диаметру и геометрической форме.
• Тройники.
• Зонты.



Для любого из этих компонентов отведена особая роль в комплексе вентиляционной системы, поэтому каждый из них проектируется отдельно. Подсчитать как фасонные изделия, так и площадь воздуховодов онлайн-калькулятором несложно.

Программы для помощи

Для исключения человеческих факторов в расчётах, а также уменьшения сроков проектирования разработано несколько продуктов, позволяющих грамотно определить параметры будущей системы вентиляции. Кроме того, некоторые из них допускают построение 3D-модели создаваемого комплекса. Среди них есть такие разработки:

• Vent-Calc для расчёта площади сечения, тяги и сопротивления на участках.
• GIDRV 3.093 обеспечивает контроль подсчёта параметров каналов.
• Ducter 2.5 подбирает элементы системы по определённым характеристикам.
• CADvent, созданный на основе AutoCAD с максимальной базой данных по элементам.

Каждый решает проблему подбора габаритов будущей вентиляции самостоятельно. Для неопытного монтажника произвести проектирование и установку всех компонентов будет предпочтительнее с помощью специалистов, имеющих опыт по созданию таких магистралей и соответствующее оборудование и оснастку.

При устройстве системы вентиляции важно правильно подобрать и определить параметры всех элементов системы. Необходимо найти требуемое количество воздуха, подобрать оборудование, рассчитать воздуховоды, фасонные элементы и другие комплектующие вентиляционной сети. Как проводится расчет воздуховодов вентиляции? Что влияет на их размер и сечение? Разберем этот вопрос подробнее.

Воздуховоды необходимо рассчитывать с двух точек зрения. Во-первых, подбирается необходимое сечение и форма. При этом необходимо учитывать количество воздуха и другие параметры сети. Также уже при изготовлении рассчитывается количество материала, например, жести, для изготовления труб и фасонных элементов. Такой расчет площади воздуховодов позволяет заранее определить количество и стоимость материала.

Типы воздуховодов

Для начала пару слов скажем и материалах и типах воздуховодов. Это важно из-за того, что в зависимости от формы воздуховодов существуют особенности его расчета и выбора площади поперечного сечения. Также важно ориентироваться и на материал, так как от него зависит особенности движения воздуха и взаимодействие потока со стенками.

Если коротко, то воздуховоды бывают:

• Металлические из оцинкованной или черной стали, нержавейки.
• Гибкие из алюминиевой или пластиковой пленки.
• Жесткие пластиковые.
• Тканевые.

По форме воздуховоды изготовливаются круглого сечения, прямоугольного и овального. Наиболее часто используются круглые и прямоугольные трубы.

Большая часть из описанных воздуховодов изготовливаются в заводских условиях, например, гибкие из пластика или тканевые, и изготовить их на объекте или в небольшой мастерской сложно. Большая часть изделий, которым требуется расчет, производят из оцинкованной стали или нержавейки.

Из оцинкованной стали изготовляются как прямоугольные, так и круглые воздуховоды, причем для производства не требуется особо дорогостоящее оборудование. В большинстве случаев достаточно гибочного станка и устройства для изготовления круглых труб. Не считая мелкого ручного инструмента.

Расчет поперечного сечения воздуховода

Основная задача, которая возникает при расчете воздуховодов - это выбор поперечного сечения и формы изделия. Этот процесс проходит при проектировании системы как в специализированных компаниях, так и при самостоятельном изготовлении. Необходимо провести расчет диаметра воздуховода или сторон прямоугольника, выбрать оптимальное значение площади поперечного сечения.

Расчет поперечного сечения проводят двумя способами:

• допустимых скоростей;
• постоянной потери давления.

Метод допустимых скоростей проще для неспециалистов, поэтому рассмотрим в общих чертах его.

Расчет сечения воздуховодов методом допустимых скоростей

Расчет сечения воздуховода вентиляции методом допустимых скоростей базируется на нормированной максимальной скорости. Скорость выбирается для каждого типа помещения и участка воздуховода в зависимости от рекомендуемых значений. Для каждого типа здания существуют максимально допустимые скорости в магистральных воздуховодах и ответвлениях, выше которых использование системы затруднено из-за шума и сильных потерь давления.

Рис. 1 (Схема сети для расчета)

В любом случае, перед началом расчета необходимо составить план системы. Для начала необходимо рассчитать требуемое количество воздуха, которое нужно подать и удалить из помещения. На этом расчете будет базироваться дальнейшая работа.

Сам процесс расчета сечения методом допустимых скоростей упрощенно состоит из таких этапов:

1. Создается схема воздуховодов, на которой отмечаются участки и расчетное количество воздуха, которое будет по ним транспортироваться. Лучше на ней же указать все решетки, диффузоры, изменения сечения, повороты и клапаны.
2. По подобранной максимальной скорости и количеству воздуха рассчитывается сечение воздуховода, его диаметр или размер сторон прямоугольника.
3. После того, как известны все параметры системы, можно подобрать вентилятор необходимой производительности и напора. Подбор вентилятора базируется на расчете падения давления в сети. Это существенно сложнее, чем просто подобрать сечение воздуховода на каждом участке. Этот вопрос мы рассмотрим в общих чертах. Так как иногда просто подбирают вентилятор с небольшим запасом.

Для расчета необходимо знать параметры максимальной скорости воздуха. Их берут из справочников и нормативной литературы. В таблице приведены значения для некоторых зданий и участков системы.

Нормативная скорость

Значения приблизительные, но позволяют создать систему с минимальным уровнем шума.

Рис, 2 (Номограмма круглого жестяного воздуховода)

Как использовать этих значения? Их необходимо подставить в формулу или использовать номограммы (схемы) для разных форм и типов воздуховодов.

Номограммы обычно даются в нормативной литературе или в инструкции и описании воздуховодов конкретного производителя. Например, такими схемами комплектуются все гибкие воздуховоды. Для труб из жести данные можно найти в документах и на сайте производителя.

В принципе, можно не использовать номограмму, а найти требуемую площадь сечения, исходя из скорости воздуха. А площади подобрать по диаметру или ширине и длине прямоугольного сечения.

Пример

Рассмотрим пример. На рисунке приведена номограмма для круглого воздуховода из жести. Номограмма полезна еще и тем, что на ней можно уточнить потери давления на участке воздуховода при заданной скорости. Эти данные потребуются в дальнейшем для подбора вентилятора.

Итак, какой воздуховод подобрать на участке сети (ответвлении) от решетки до магистрали, по которому будет прокачиваться 100 м³/ч? На номограмме находим пересечения заданного количества воздуха с линией максимальной скорости для ответвления 4 м/с. Также недалеко от этой точки находим ближайший (больший) диаметр. Это труба диаметром 100 мм.

Таким же образом находим сечение для каждого участка. Все подобрано. Теперь осталось провести подбор вентилятора и расчет воздуховодов и фасонных частей (если это необходимо для производства).

Подбор вентилятора

Составляющей частью метода допустимых скоростей является расчет потерь давления в сети воздуховодов для подбора вентилятора необходимой производительности и напора.

Потери давления на прямых участках

В принципе, требуемую производительность вентилятора можно узнать путем сложения необходимого количества воздуха для всех помещений здания и подбором подходящей модели в каталоге производителя. Но проблема в том, что максимальное количество воздуха, указанное в документации к вентилятору, он способен подать лишь без сети воздуховодов. А при подключении трубы его производительность будет падать в зависимости от потери давления в сети.

Для этого в документации каждому вентилятору дается диаграмма производительности в зависимости от падения давления в сети. А как же рассчитать это падение? Для этого необходимо определить:

• падение давления на ровных участках воздуховодов;
• потери на решетках, поворотах, тройниках и других фасонных элементах и препятствиях в сети (местных сопротивлениях).

Потери давления на участках воздуховодов рассчитываются по той же приведенной номограмме. От точки пересечения линии скорости движения воздуха в подобранном воздуховоде и его диаметра находим потери давления в паскалях на метр. Далее высчитываем полные потери давления на участке определенного диаметра умножением удельной потери на длину.

Для нашего примера с воздуховодом 100 мм и скоростью около 4 м/с потери давления будут составлять около 2 Па/м.

Потери давления на местных сопротивлениях

Расчет потерь давления на поворотах, изгибах, тройниках, изменения сечения и переходах существенно сложнее чем на прямых участках. Для такого на той же приведенной выше схеме указываются все элементы, которые могут препятствовать движению.

Рис 3 (Некоторые к. м. с.)

Далее необходимо для каждого такого местного сопротивления в нормативной литературе найти коэффициент местного сопротивления (к. м. с), который обозначается буквой ζ (дзетта). Потеря давления на каждом таком элементе находится по формуле:

Pм. с.=ζ×Pд

где Pд=V2×ρ/2 - динамическое давление (V - скорость, ρ - плотность воздуха).

Например, если на уже рассматриваемом нами участке диаметром 100 мм со скоростью движения воздуха 4 м/с будет находиться круглый отвод (поворот 90 градусов) к. м. с. которого 0,21 (по таблице), потери давления на нем будут составлять

• Pм. с.=0,21 · 42·(1,2/2) = 2,0 Па.

Средняя плотность воздуха при температуре 20 градусов составляет 1,2 кг/м3.

Рис 4 (Пример таблицы)

По найденным параметрам подбирается вентилятор.

Расчет материала для воздуховодов и фасонных элементов

Расчет площади воздуховодов и фасонных изделий необходим при их производстве. Он делается для того, чтобы определить количество материала (жести) для изготовления участка трубы или какого-либо фасонного элемента.

Для расчета необходимо использовать лишь формулы из геометрии. Например, для круглого воздуховода находим диаметр окружности, умножением которого на длину участка получим площадь наружной поверхности трубы.

Для изготовления 1 метра трубопровода диаметром 100 мм потребуется: π·D·1=3.14·0.1·1=0.314 м² жести. Также необходимо учитывать от 10-15 мм запаса на соединение. Также рассчитывается и прямоугольный воздуховод.

Расчет фасонных частей воздуховодов осложнен тем, что для него не существует определенных формул, как для круглого или прямоугольного сечения. Для каждого элемента необходимо проводить раскрой и рассчитывать необходимое количество материалов. Это делается на производстве или в жестяных мастерских.

Начнем, пожалуй, с естественной и . Как понятно из названия, к первому типу относятся проветривание и все, что никак не связано с устройствами. Соответственно, к механической вентиляции относятся вентиляторы, вытяжки, приточные клапаны и другая техника для создания принудительного потока воздуха.

Хороша умеренной скоростью этого потока, что создает комфортные условия в помещении для человека – ветер не ощущается. Хотя правильно установленная качественная принудительная вентиляция также не приносит сквозняков. Но есть и минус: при низкой скорости потока воздуха при естественной вентиляции необходимо более широкое сечение для его подачи. Как правило, наиболее эффективное проветривание обеспечивается с полностью открытыми окнами или дверьми, что ускоряет процесс воздухообмена, но может негативно сказаться на здоровье жильцов, особенно в зимний период года. Если мы проветриваем дом, частично открыв окна или полностью открыв форточки, на такое проветривание необходимо около 30–75 минут, а здесь возможно замерзание оконной рамы, что вполне может привести к конденсату, а холодный воздух, поступающий длительное время, ведет к проблемам со здоровьем. Открытые настежь окна ускоряют воздухообмен в помещении, сквозное проветривание займет примерно 4–10 минут, что безопасно для оконных рам, но при таком проветривании почти все тепло в доме выходит наружу, и долгое время температура внутри помещений достаточно низка, что опять-таки повышает риск заболеваний.

Не стоит также забывать про набирающие популярность приточные клапаны, которые устанавливаются не только на окнах, но и на стенах внутри комнат (стеновой приточный клапан), если конструкция окон не предусматривает такие клапаны. Стеновой клапан осуществляет инфильтрацию воздуха и представляет собой продолговатый патрубок, устанавливаемый в стену насквозь, закрытый с обеих сторон решетками и регулируемый изнутри. Он может быть как полностью открытым, так и закрытым тоже полностью. Для удобства в интерьере рекомендуется ставить такой клапан рядом с окном, поскольку его можно будет спрятать под тюлем, и поток проходящего воздуха будет нагреваться радиаторами, расположенными под подоконниками.

Для нормальной циркуляции воздуха по всей квартире необходимо обеспечить его свободное перемещение. Для этого на межкомнатных дверях ставят переточные решетки, чтобы воздух спокойно перемещался от приточных систем к вытяжным, проходя по всему дому, через все комнаты. Важно учитывать, что правильным считается такой поток, при котором самая пахнущая комната (туалет, ванная комната, кухня) – последняя. Если нет возможности установить переточную решетку, достаточно просто оставить зазор между дверью и полом, примерно 2 см. Этого вполне достаточно, чтобы воздух легко перемещался по дому.

В случаях, когда естественной вентиляции не хватает или нет желания ее устраивать, переходят к использованию механической вентиляции.

Прежде чем начинать монтаж вентиляционных коммуникаций, необходимо выполнить расчет площади воздуховодов и фасонных частей. От корректности произведенных расчётов будет зависеть производительность всей системы в целом. Естественной и принудительной вентиляции требуется отдельный порядок действий в проектной работе, хотя они и имеют общее назначение.

Прежде чем монтировать систему вентиляции, необходимо рассчитать правильный размер воздуховода

Очередность расчётов систем вентиляции

При определении противодействия движению воздуха принимается во внимание форма и свойства материала вентиляционных каналов, их суммарная длина, кинематическая схема, наличие разветвлений. Также выполняются дополнительные расчёты теплопотерь для сохранения благоприятных микроклиматических условий и сокращения расходов на обслуживание помещения в зимнее время.

Площадь сечения рассчитывается согласно данным аэродинамического расчета воздуховодов. Учитывая полученные значения, выполняется:

• выбор наиболее приемлемого размера поперечного сечения вентиляционного канала в зависимости от скорости перемещения потока воздуха;
• установление максимально возможного снижения давления в вентиляционной системе.

Расчет квадратуры воздуховодов выполняется с помощью формул, но проще воспользоваться онлайн-калькулятором площади воздуховодов и фасонных изделий. В него уже включены все требуемые формулы и порядок вычислений. Другая положительная сторона программы расчета площади воздуховодов - это невозможность допустить ошибку по вине человека.

Явный плюс использования онлайн калькулятора – исключение человеческой ошибки

Чтобы корректно рассчитать площадь воздуховода с использованием формул, необходимо в первую очередь определить сечение фасонных частей. Чаще всего они выполняются круглой (реже в форме эллипса), квадратной или прямоугольной формы.

Вычисление площади воздуховодов по формулам

Неточность в подсчетах этого показателя вентиляционного комплекса может стать губительной. Снижение требуемого значения неминуемо вызовет повышение давления в вентшахтах, следовательно, спровоцирует появление постороннего гула. Посчитать площадь вентиляционного канала прямоугольной формы можно по формуле:

S = L * k / V, где:

• S - площадь сечения (м 2);
• L - потребление воздуха (м 3 /ч);
• k - требуемый коэффициент, равен 2,778;
• V - скорость потока воздушных масс.

Кроме того, используя математические вычисления, можно найти реальную площадь сечения вентиляционного канала. Для этого используется формула:

S = A х B /100 - для квадратных или прямоугольных коробов;

S = π * D² / 400 - для коробов круглой формы, где:

• A - высота короба (мм) ;
• B - ширина короба (мм) ;
• D - диаметр круглого короба (мм).

Чтобы получить более точные значения, можно сравнить данные, полученные с помощью инженерных расчётов и онлайн-калькулятора. Площадь воздуховодов не должна существенно отличаться.

Размеры вентиляционных каналов рассчитываются индивидуально для каждого участка. Следует отметить, что скорость воздушного потока может быть ≈ 8 м/с , так как габариты соединительного фланца вентиляционной системы лимитированы габаритами ее остова. Чтобы снизить скорость потока воздуха и уровень шумового загрязнения, габариты вентиляционных установок выполняются на несколько размеров больше, чем у фланца. В таких условиях центральный воздуховод соединяется с вентустановкой через переходное устройство.

Для систем вентиляции бытового назначения чаще всего применяют воздуховоды круглой или прямоугольной формы диаметром 100−250 мм.

Общие требования

В вентиляционных системах, предназначенных для удаления пожароопасных летучих веществ, воздуховоды должны производиться из огнеупорных материалов. Основные транзитные сегменты вентиляции необходимо выполнять из металла.

Воздуховоды делаются из огнеупорных материалов или из металла

Рассчитывая окончательные параметры воздуховодов, необходимо предусмотреть:

1. Возможность установки противопожарных клапанов как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.
2. Монтаж воздушных затворов на площадках между этажами. Функциональные возможности этих приборов должны соответствовать нормативным требованиям по аварийному блокированию выборочных сегментов системы.
3. На каждом поэтажном коллекторе возможно подключить максимально пять воздуховодов.
4. Монтаж системы автоматического пожарного оповещения.

Во всех проводимых расчетах использованы рекомендации строительных норм

Во всех проводимых расчетах были использованы рекомендации строительных норм и правил. Эти нормативные значения позволяют выяснить минимально возможную эффективность вентиляции, которая сможет обеспечить комфортный микроклимат в помещении. Иначе говоря, правила СНиП ориентированы прежде всего на минимизирование затрат на монтаж и эксплуатацию вентсистемы, что немаловажно при разработке систем вентиляции общественных и админзданий.

Для частных домов и квартир ситуация несколько иная, так как это личный проект, в котором можно строго не придерживаться указаний СНиП. Из-за этого продуктивность вентиляции может отклоняться от нормативных значений, так как индивидуальное представление о комфорте у каждого свое.

Комментариев:

• Факторы, оказывающие влияние на размеры воздухопроводов
• Расчет габаритов воздухопровода
• Подбор габаритов под реальные условия

Для передачи приточного или вытяжного воздуха от вентиляционных установок в гражданских или производственных зданиях применяются воздухопроводы различной конфигурации, формы и размера. Зачастую их приходится прокладывать по существующим помещениям в самых неожиданных и загроможденных оборудованием местах. Для таких случаев правильно рассчитанное сечение воздуховода и его диаметр играют важнейшую роль.

Факторы, оказывающие влияние на размеры воздухопроводов

На проектируемых или вновь строящихся объектах удачно проложить трубопроводы вентиляционных систем не составляет большой проблемы – достаточно согласовать месторасположение систем относительно рабочих мест, оборудования и других инженерных сетей. В действующих промышленных зданиях это сделать гораздо сложнее в силу ограниченного пространства.

Этот и еще несколько факторов оказывают влияние на расчет диаметра воздуховода:

1. Один из главных факторов – это расход приточного или вытяжного воздуха за единицу времени (м 3 /ч), который должен пропустить данный канал.
2. Пропускная способность также зависит от скорости воздуха (м/с). Она не может быть слишком маленькой, тогда по расчету размер воздухопровода выйдет очень большим, что экономически нецелесообразно. Слишком высокая скорость может вызвать вибрации, повышенный уровень шума и мощности вентиляционной установки . Для разных участков приточной системы рекомендуется принимать различную скорость, ее значение лежит в пределах от 1.5 до 8 м/с.
3. Имеет значение материал воздуховода. Обычно это оцинкованная сталь, но применяются и другие материалы: различные виды пластмасс, нержавеющая или черная сталь. У последней самая высокая шероховатость поверхности, сопротивление потоку будет выше, и размер канала придется принять больше. Значение диаметра следует подбирать согласно нормативной документации.

В Таблице 1 представлена нормаль размеров воздуховодов и толщина металла для их изготовления.

Таблица 1

Примечание: Таблица 1 отражает нормаль не полностью, а только самые распространенные размеры каналов.

Воздуховоды производят не только круглой, но и прямоугольной и овальной формы. Их размеры принимаются через значение эквивалентного диаметра. Также новые методы изготовления каналов позволяют использовать металл меньшей толщины, при этом повышать в них скорость без риска вызвать вибрации и шум. Это касается спирально-навивных воздухопроводов, они имеют высокую плотность и жесткость.

Вернуться к оглавлению

Расчет габаритов воздухопровода

Сначала необходимо определиться с количеством приточного или вытяжного воздуха, которое требуется доставить по каналу в помещение. Когда эта величина известна, площадь сечения (м 2) рассчитывают по формуле:

В этой формуле:

• ϑ – скорость воздуха в канале, м/с;
• L – расход воздуха, м 3 /ч;
• S – площадь поперечного сечения канала, м 2 ;

Для того чтобы связать единицы времени (секунды и часы), в расчете присутствует число 3600.

Диаметр воздуховода круглого сечения в метрах можно высчитать исходя из площади его сечения по формуле:

S = π D 2 / 4, D 2 = 4S / π, где D – величина диаметра канала, м.

Порядок расчета размера воздухопровода следующий:

1. Зная расход воздуха на данном участке, определяют скорость его движения в зависимости от назначения канала. В качестве примера можно принять L = 10 000 м 3 /ч и скорость 8 м/с, так как ветка системы – магистральная.
2. Вычисляют площадь сечения: 10 000 / 3600 х 8 = 0.347 м 2 , диаметр будет – 0,665 м.
3. По нормали принимают ближайший из двух размеров, обычно берут тот, который больше. Рядом с 665 мм есть диаметры 630 мм и 710 мм, следует взять 710 мм.
4. В обратном порядке производят расчет действительной скорости воздушной смеси в воздухопроводе для дальнейшего определения мощности вентилятора. В данном случае сечение будет: (3.14 х 0.71 2 / 4) = 0.4 м 2 , а реальная скорость – 10 000 / 3600 х 0.4 = 6.95 м/с.
5. В том случае если необходимо проложить канал прямоугольной формы , его габариты подбирают по рассчитанной площади сечения, эквивалентного круглому. То есть высчитывают ширину и высоту трубопровода так, чтобы площадь равнялась 0.347 м 2 в данном случае. Это может быть вариант 700 мм х 500 мм или 650 мм х 550 мм. Такие воздухопроводы монтируют в стесненных условиях, когда место для прокладки ограничено технологическим оборудованием или другими инженерными сетями.

Когда известны параметры воздуховодов (их длина, сечение, коэффициент трения воздуха о поверхность), можно рассчитать потери давления в системе при проектируемом расходе воздуха.

Общие потери давления (в кг/кв.м.) рассчитываются по формуле:

P = R*l + z,

где R - потери давления на трение в расчете на 1 погонный метр воздуховода, l z - потери давления на местные сопротивления (при переменном сечении).

1. Потери на трение:

В круглом воздуховоде потери давления на трение Pтр считаются так:

Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,

где x - коэффициент сопротивления трения, l - длина воздуховода в метрах, d - диаметр воздуховода в метрах, v y g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

Замечание: Если воздуховод имеет не круглое, а прямоугольное сечение, в формулу надо подставлять эквивалентный диаметр, который для воздуховода со сторонами А и В равен: dэкв = 2АВ/(А + В)

2. Потери на местные сопротивления:

Потери давления на местные сопротивления считаются по формуле:

z = Q* (v*v*y)/2g,

где Q - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховода, для которого производят расчет, v - скорость течения воздуха в м/с, y - плотность воздуха в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Значения Q содержатся в табличном виде.

Метод допустимых скоростей

При расчете сети воздуховодов по методу допустимых скоростей за исходные данные принимают оптимальную скорость воздуха (см. таблицу). Затем считают нужное сечение воздуховода и потери давления в нем.

Порядок действий при аэродинамическом расчете воздуховодов по методу допустимых скоростей:

1. Начертить схему воздухораспределительной системы. Для каждого участка воздуховода указать длину и количество воздуха, проходящего за 1 час.
2. Расчет начинаем с самых дальних от вентилятора и самых нагруженных участков.
3. Зная оптимальную скорость воздуха для данного помещения и объем воздуха, проходящего через воздуховод за 1 час, определим подходящий диаметр (или сечение) воздуховода.
4. Вычисляем потери давления на трение Pтр.
5. По табличным данным определяем сумму местных сопротивлений Q и рассчитываем потери давления на местные сопротивления z.
6. Располагаемое давление для следующих ветвлений воздухораспределительной сети определяется как сумма потерь давления на участках, расположенных до данного ветвления.

В процессе расчета нужно последовательно увязать все ветви сети, приравняв сопротивление каждой ветви к сопротивлению самой нагруженной ветви. Это делают с помощью диафрагм. Их устанавливают на слабо нагруженные участки воздуховодов, повышая сопротивление.

Таблица максимальной скорости воздуха в зависимости от требований к воздуховоду

Назначение	Основное требование
	Бесшумность	Мин. потери напора
	Магистральные каналы	Главные каналы		Ответвления
		Приток	Вытяжка	Приток	Вытяжка
Жилые помещения	3	5	4	3	3
Гостиницы	5	7.5	6.5	6	5
Учреждения	6	8	6.5	6	5
Рестораны	7	9	7	7	6
Магазины	8	9	7	7	6

Примечание: скорость воздушного потока в таблице дана в метрах в секунду.

Метод постоянной потери напора

Данный метод предполагает постоянную потерю напора на 1 погонный метр воздуховода. На основе этого определяются размеры сети воздуховодов. Метод постоянной потери напора достаточно прост и применяется на стадии технико-экономического обоснования систем вентиляции.

1. В зависимости от назначения помещения по таблице допустимых скоростей воздуха выбирают скорость на магистральном участке воздуховода.
2. По определенной в п.1 скорости и на основании проектного расхода воздуха находят начальную потерю напора (на 1 м длины воздуховода). Для этого служит нижеприведенная диаграмма.
3. Определяют самую нагруженную ветвь, и ее длину принимают за эквивалентную длину воздухораспределительной системы. Чаще всего это расстояние до самого дальнего диффузора.
4. Умножают эквивалентную длину системы на потерю напора из п.2. К полученному значению прибавляют потерю напора на диффузорах.
5. Теперь по приведенной ниже диаграмме определяют диаметр начального воздуховода, идущего от вентилятора, а затем диаметры остальных участков сети по соответствующим расходам воздуха. При этом принимают постоянной начальную потерю напора.

Диаграмма определения потерь напора и диаметра воздуховодов

Использование прямоугольных воздуховодов

В диаграмме потерь напора указаны диаметры круглых воздуховодов. Если вместо них используются воздуховоды прямоугольного сечения , то необходимо найти их эквивалентные диаметры с помощью приведенной ниже таблицы.

Замечания:

1. Если позволяет пространство, лучше выбирать круглые или квадратные воздуховоды.
2. Если места недостаточно (например, при реконструкции), выбирают прямоугольные воздуховоды . Как правило, ширина воздуховода в 2 раза больше высоты). В таблице по горизонтальной указана высота воздуховода в мм, по вертикальной - его ширина, а в ячейках таблицы содержатся эквивалентные диаметры воздуховодов в мм.

Таблица эквивалентных диаметров воздуховодов

Размеры	150	200	250	300	350	400	450	500
250	210	245	275
300	230	265	300	330
350	245	285	325	355	380
400	260	305	345	370	410	440
450	275	320	365	400	435	465	490
500	290	340	380	425	455	490	520	545
550	300	350	400	440	475	515	545	575
600	310	365	415	460	495	535	565	600
650	320	380	430	475	515	555	590	625
700		390	445	490	535	575	610	645
750		400	455	505	550	590	630	665
800		415	470	520	565	610	650	685
850			480	535	580	625	670	710
900			495	550	600	645	685	725
950			505	560	615	660	705	745
1000			520	575	625	675	720	760
1200				620	680	730	780	830
1400					725	780	835	880
1600						830	885	940
1800						870	935	990

Параметры показателей микроклимата определяются положениями ГОСТ 12.1.2.1002-00, 30494-96, СанПин 2.2.4.548, 2.1.2.1002-00. На основании существующих государственных нормативных актов разработан Свод правил СП 60.13330.2012. Скорость воздуха в должна обеспечивать выполнение существующих норм.

Что учитывается при определении скорости движения воздуха

Для правильного выполнения расчетов проектировщики должны выполнять несколько регламентируемых условий, каждое из них имеет одинаково важное значение. Какие параметры зависят от скорости движения воздушного потока?

Уровень шума в помещении

В зависимости от конкретного использования помещений санитарные нормы устанавливают следующие показатели максимального звукового давления.

Таблица 1. Максимальные значения уровня шума.

Превышение параметров допускается только в кратковременном режиме во время пуска/остановки вентиляционной системы или дополнительного оборудования.
Уровень вибрации в помещении Во время работы вентиляторов продуцируется вибрация. Показатели вибрации зависят от материала изготовления воздуховодов, способов и качества виброгасящих прокладок и скорости движения воздушного потока по воздуховодам. Общие показатели вибрации не могут превышать установленные государственными организациями предельные значения.

Таблица 2. Максимальные показатели допустимой вибрации.

При расчетах подбирается оптимальная скорость воздуха, не усиливающая вибрационные процессы и связанные с ними звуковые колебания. Система вентиляции должна поддерживать в помещениях определенный микроклимат.

Значения по скорости движения потока, влажности и температуре содержатся в таблице.

Таблица 3. Параметры микроклимата.

Еще один показатель, принимаемый во внимание во время расчета скорости потока – кратность обмена воздуха в системах вентиляции. С учетом их использования санитарные нормы устанавливают следующие требования по воздухообмену.

Таблица 4. Кратность воздухообмена в различных помещениях.

Бытовые
Бытовые помещения	Кратность воздухообмена
Жилая комната (в квартире или в общежитии)	3м 3 /ч на 1м 2 жилых помещений
Кухня квартиры или общежития	6-8
Ванная комната	7-9
Душевая	7-9
Туалет	8-10
Прачечная (бытовая)	7
Гардеробная комната	1,5
Кладовая	1
Гараж	4-8
Погреб	4-6
Промышленные
Промышленные помещения и помещения большого объема	Кратность воздухообмена
Театр, кинозал, конференц-зал	20-40 м 3 на человека
Офисное помещение	5-7
Банк	2-4
Ресторан	8-10
Бар, Кафе, пивной зал, бильярдная	9-11
Кухонное помещение в кафе, ресторане	10-15
Универсальный магазин	1,5-3
Аптека (торговый зал)	3
Гараж и авторемонтная мастерская	6-8
Туалет (общественный)	10-12 (или 100 м 3 на один унитаз)
Танцевальный зал, дискотека	8-10
Комната для курения	10
Серверная	5-10
Спортивный зал	не менее 80 м 3 на 1 занимающегося и не менее 20 м 3 на 1 зрителя
Парикмахерская (до 5 рабочих мест)	2
Парикмахерская (более 5 рабочих мест)	3
Склад	1-2
Прачечная	10-13
Бассейн	10-20
Промышленный красильный цел	25-40
Механическая мастерская	3-5
Школьный класс	3-8

Алгоритм расчетов Скорость воздуха в воздуховоде определяется с учетом всех вышеперечисленных условий, технические данные указываются заказчиком в задании на проектирование и монтаж вентиляционных систем. Главный критерий при расчетах скорости потока – кратность обмена. Все дальнейшие согласования делаются за счет изменения формы и сечения воздуховодов. Расход в зависимости от скорости и диаметра воздуховода можно взять из таблицы.

Таблица 5. Расход воздуха в зависимости от скорости потока и диаметра воздуховода.

Самостоятельный расчет

К примеру, в помещении объемом 20 м 3 согласно требованиям для эффективной вентиляции нужно обеспечить трехкратную смену воздуха. Это значит, что за один час сквозь воздуховод должно пройти не менее L = 20 м 3 ×3= 60 м 3 . Формула расчета скорости потока V= L / 3600× S, где:

V – скорость потока воздуха в м/с;

L – расход воздуха в м 3 /ч;

S – площадь сечения воздуховодов в м 2 .

Возьмем круглый воздуховод Ø 400 мм, площадь сечения равняется:

В нашем примере S = (3.14×0,4 2 м)/4=0,1256 м 2 . Соответственно, для обеспечения нужной кратности обмена воздуха (60 м 3 /ч) в круглом воздуховоде Ø 400 мм (S = 0,1256 м 3) скорость воздушного потока равняется: V= 60/(3600×0,1256) ≈ 0,13 м/с.

С помощью этой же формулы при заранее известной скорости можно рассчитать объем воздуха, перемещающийся по воздуховодам в единицу времени.

L = 3600×S (м 3)×V(м/с). Объем (расход) получается в квадратных метрах.

Как уже описывалось ранее, от скорости воздуха зависят и показатели шумности вентиляционных систем. Для минимизации негативного влияния этого явления инженеры сделали расчеты максимально допустимых скоростей воздуха для различных помещений.

По такому же алгоритму определяется скорость воздуха в воздуховоде при расчете подачи тепла, устанавливаются поля допусков для минимизации потерь на содержание зданий в зимний период времени, подбираются вентиляторы по мощности. Данные по воздушному потоку требуются и для уменьшения потерь давления, а это позволяет повышать коэффициент полезного действия вентиляционных систем и сокращает потребление электрической энергии.

Расчет выполняется по каждому отдельному участку, с учетом полученных данных подбираются параметры главных магистралей по диаметру и геометрии. Они должны успевать пропускать откачанный воздух из всех отдельных помещений. Диаметр воздуховодов выбирается таким образом, чтобы минимизировать шумность и потери на сопротивление. Для расчетов кинематической схемы важны все три показатели вентиляционной системы: максимальный объем нагнетаемого/удаляемого воздуха, скорость передвижения воздушных масс и диаметр воздуховодов. Работы по расчету вентиляционных систем относятся к категории сложных с инженерной точки зрения, выполнять их могут только профессиональные специалисты со специальным образованием.

Для обеспечения постоянных значений скорости воздуха в каналах с различным сечением используются формулы:

После расчета за окончательные данные принимаются ближайшие значения стандартных трубопроводов. За счет этого уменьшается время монтажа оборудования и упрощается процесс его периодического обслуживания и ремонта. Еще один плюс – уменьшение сметной стоимости вентиляционной системы.

Для воздушного обогрева жилых и производственных помещений скорости регулируются с учетом температуры теплоносителя на входе и выходе, для равномерного рассеивания потока теплого воздуха продумывается схема монтажа и размеры вентиляционных решеток . Современные системы воздушного обогрева предусматривают возможность автоматической регулировки скорости и направления потоков. Температура воздуха не может превышать +50°С на выходе, расстояние до рабочего места не менее 1,5 м. Скорость подачи воздушных масс нормируется действующими государственными стандартами и отраслевыми актами.

Во время расчетов по требованию заказчиков может учитываться возможность монтажа дополнительных ответвлений, с этой целью предусматривается запас производительности оборудования и пропускной способности каналов. Скорости потока рассчитываются таким образом, чтобы после увеличения мощности вентиляционных систем они не создавали дополнительную звуковую нагрузку на присутствующих в помещении людей.

Выбор диаметров выполняется от минимально приемлемого, чем меньше габариты – тем универсальное система вентиляции, тем дешевле обходится ее изготовление и монтаж. Системы местных отсосов рассчитываются отдельно, могут работать как в автономном режиме, так и подключаться к существующим вентиляционным системам.

Государственные нормативные документы устанавливают рекомендованные скорости движения в зависимости от расположения и назначения воздуховодов. При расчетах нужно придерживаться этих параметров.

Тип и место установки воздуховода и решетки	Вентиляция
	Естественная	Механическая
Воздухоприемные жалюзи	0,5-1,0	2,0-4,0
Каналы приточных шахт	1,0-2,0	2,0-6,0
Горизонтальные сборные каналы	0,5-1,0	2,0-5,0
Вертикальные каналы	0,5-1,0	2,0-5,0
Приточные решетки у пола	0,2-0,5	0,2-0,5
Приточные решетки у потолка	0,5-1,0	1,0-3,0
Вытяжные решетки	0,5-1,0	1,5-3,0
Вытяжные шахты	1,0-1,5	3,0-6,0

Внутри помещений воздух не может двигаться со скоростью более 0,3 м/с, допускается кратковременное превышение параметра не более чем 30%. Если в помещении имеется две системы, то скорость воздуха в каждой из них должна обеспечивать не менее 50% расчетного объема подачи или удаления воздуха.

Пожарные организации выдвигают свои требования по скорости перемещения воздушных масс в воздуховодах в зависимости от категории помещения и особенностей технологического процесса . Нормативы направлены на уменьшение скорости распространения дыма или огня по воздуховодам. В случае необходимости на вентиляционных системах должны устанавливаться клапаны и отсекатели. Срабатывание устройств происходит после сигнала датчика или выполняется вручную ответственным лицом. В одну систему вентиляции можно подключать только определенные группы помещений.

В холодный период времени в отапливаемых зданиях температура воздуха в результате функционирования вентиляционной системы не может понижаться ниже нормируемых. Нормируемая температура обеспечивается до начала рабочей смены. В теплый период времени эти требования не актуальны. Движение воздушных масс не должно ухудшать предусмотренные СанПин 2.1.2.2645 нормативы. Для достижения нужных результатов во время проектирования систем изменяется диаметр воздуховодов, мощность и количество вентиляторов и скорости потока.

Принимаемые расчетные данные по параметрам движения в воздуховодах должны обеспечивать:

1. Выполнение параметров микроклимата в помещениях, поддержку качества воздуха в регламентируемых пределах. При этом принимаются меры по снижению непродуктивных тепловых потерь. Данные берутся как из существующих нормативных документов , так и из технического задания заказчиков.
2. Скорость движения воздушных масс в рабочих зонах не должна вызывать сквозняки, обеспечивать приемлемую комфортность пребывания в помещении. Механическая вентиляция предусматривается только в тех случаях, когда добиться желаемых результатов за счет естественной невозможно. Кроме этого, механическая вентиляция обязательно монтируется в цехах с вредными условиями труда.

Во время расчетов показателей движения воздуха в системах с естественной вентиляцией берется среднегодовое значение разности плотности внутреннего и наружного воздуха. Минимальные фактические данные по производительности должны обеспечивать допустимые нормативные значения кратности обмена воздуха.