Климат в помещениях, обеспечиваемый вентиляционными системами, имеет значительное влияние на здоровье и работоспособность людей. Для создания комфортной обстановки для жизни установлены определённые нормы, регулирующие состав воздуха. Согласитесь, регулярное обновление воздуха просто необходимо.
В этой статье мы обсудим, какова должна быть скорость воздуха в вентиляционных каналах, и предложим рекомендации по поддержанию свежести воздушного потока в соответствии с гигиеническими стандартами. Вы также найдете детальное объяснение методик расчёта и списки правил выбора подходящих воздуховодов.
Представляемые материалы основываются на нормативных источниках. Для удобства усвоения методов расчёта приведены примеры. Дополнительно текст обогащен иллюстрациями и видео, которые помогают лучше понять данную сложную тему.
Краткое содержание статьи
Значение воздухообмена для человека
Согласно строительным и санитарным требованиями, каждая жилая или производственная единица должна быть оснащена системой вентиляции.
Основная цель такой системы – поддержание баланса воздушной среды и создание комфортного климата для работы и отдыха. Это означает, что в воздухе, которым дышат люди, не должно быть избыточного тепла, влаги или загрязняющих веществ.
Недостаточная организация вентиляции может привести к возникновению инфекционных заболеваний, проблем с дыхательной системой и снижению иммунных защитных функций организма, а также к быстрой порче продуктов питания.
В условиях повышенной влажности и тепла быстро размножаются патогенные микроорганизмы, способные вызывать появление плесени и грибка на стенах, потолках и мебели.
Пример схемы вентиляции двухэтажного жилого дома. Данная система оборудована приточно-вытяжной установкой с рекуперацией тепла, позволяющей повторно использовать тепло отводимого из помещения воздуха.
Одним из условий сохранения нормального воздушного баланса является грамотное проектирование вентиляционной системы. Все элементы сети воздухообмена должны быть подобраны с учетом объёмов помещения и характеристик воздуха в нем.
Например, для небольшой квартиры может быть достаточно хорошо организованной приточно-вытяжной вентиляции, в то время как в производственных цехах обязательно потребуется принудительная система воздухообмена.
При проектировании зданий, будь то жилые дома, общественные учреждения или производственные цехи, следует придерживаться следующих принципов:
- всё помещение должно быть обеспечено вентиляцией;
- необходимо следить за соблюдением санитарных норм качества воздуха;
- в производственных помещениях должны быть установлены устройства, регулирующие и увеличивающие скорость воздухообмена; в жилых помещениях, при неудовлетворительной вентиляции, можно использовать кондиционеры или вентиляторы;
- для помещений с различными функциями (например, операционные и палаты для больных, офисы и комнаты для курения) требуется установка различных систем вентиляции.
Чтобы вентиляция отвечала перечисленным требованиям, необходимо произвести расчёты и подобрать нужное оборудование – устройства для подачи воздуха и воздуховоды.
Также при создании вентиляционной системы важно правильно выбирать места для заборов воздуха, чтобы избежать попадания загрязнённого воздушного потока обратно в помещения.
При проектировании системы вентиляции для частного дома, многоэтажного жилого здания или производственного помещения необходимо рассчитать объём воздуха и определить места установки воздухообменных устройств: кондиционеров и воздуховодов.
Эффективность воздухообмена зависит от размеров воздуховодов, включая шахты. Давайте рассмотрим нормы скорости воздушного потока в вентиляции, зафиксированные в санитарных документах.
Скорость движения воздуха по воздуховодам определяется для систем, где воздух подаётся или отводится через специально сконструированные трубопроводы.
На скорость воздушного потока значительно влияет мощность оборудования, использованного в механической вентиляционной системе.
В расчётах требуется учитывать материал, из которого сделаны воздуховоды, а также их форму и размеры сечения.
Также необходимо учитывать местные сопротивления, такие как угловые отводы, крестовины, встраиваемые фильтры и воздухораспределители.
Правила для определения скорости воздушного потока
Скорость перемещения воздуха тесно связана с уровнем шума и вибрации внутри вентиляционной системы. Воздух, проходя по каналам, вызывает определённые звуки и давление, которые возрастают в зависимости от количества поворотов и изгибов.
Чем больше сопротивление в трубах, тем ниже скорость воздуха, а тем больше нагрузка на вентилятор. Рассмотрим нормы касающиеся сопутствующих факторов.
№1 — санитарные требования к уровню шума
Нормы, указанные в СНиП, касаются жилых, общественных и производственных помещений.
В следующей таблице можно сравнить нормы для различных типов помещений, а также для территорий, прилегающих к зданию.
Часть таблицы из №1 СНиП-2-77 из раздела «Защита от шума». Максимально допустимые нормы для ночного времени ниже тех, что действуют в дневное время, а нормы для прилегающих территорий, напротив, выше, чем для жилых помещений.
Одной из причин увеличения допустимых норм может стать неправильная проектировка системы воздуховодов.
Уровни звукового давления представлены в другой таблице:
В процессе эксплуатации вентиляционного или другого оборудования, отвечающего за создание благоприятного климата в помещениях, допускается только кратковременное превышение установленных показателей шума.
№2 — уровень вибрации
Эффективность работы вентиляторов напрямую связана с уровнем вибрации.
Максимально допустимый уровень вибраций варьируется в зависимости от следующих факторов:
- размеров воздуховода;
- качества прокладок, уменьшающих уровень вибрации;
- материала, из которого изготовлены трубы;
- скорости воздушного потока в каналах.
Нормы, которым следует придерживаться при выборе вентиляционных устройств и расчётах воздуховодов, приведены в следующей таблице:
Допустимые значения локальной вибрации. Если по итогам проверки реальные показатели превышают норму, это означает, что система воздуховодов спроектирована с недостатками, которые нужно исправить, или мощность вентилятора слишком велика.
Скорость воздуха в шахтах и каналах не должна оказывать влияние на увеличение показателей вибрации или связанных с ними параметров звука.
№3 — кратность воздухообмена
Очистка воздуха происходит путем воздухообмена, который может быть естественным или принудительным.
В первом случае это достигается при открывании дверей, окон и форточек (такой процесс называют аэрацией) или проходит через щели в стенах, дверях и окнах, во втором – с помощью кондиционеров и вентиляционного оборудования.
Обновление воздуха в комнате, подсобном помещении или производственном цехе должно осуществляться несколько раз в час, чтобы уровень загрязнения воздуха оставался приемлемым. Количество полных смен воздуха в час – это и есть кратность, которая также необходима для вычисления скорости воздуха в вентиляционных каналах.
Кратность рассчитывается по следующей формуле:
N=V/W,
- N – кратность воздухообмена, раз за 1 час;
- V – объём свежего воздуха, поступающего в помещение за 1 час, м³/ч;
- W – объём помещения, м³.
Чтобы избежать дополнительных расчётов, усреднённые показатели кратности собраны в таблицы.
Например, для жилых помещений можно использовать следующую таблицу кратности воздухообмена:
Согласно таблице, частое обновление воздуха в помещении необходимо, если в нём высокая влажность или температура, как, например, на кухне или в санузле. В связи с этим, если естественной вентиляции недостаточно, в этих помещениях устанавливаются устройства для принудительного обмена воздуха.
Что произойдет, если нормы кратности воздухообмена не будут соблюдены или будут соблюдены, но не в достаточной степени?
Будет два варианта:
- Кратность ниже нормы. Свежий воздух не успевает заменить загрязнённый, что приводит к увеличению концентрации вредных веществ: бактерий, болезнетворных микроорганизмов и опасных газов. Уровень кислорода, необходимого для человеческого дыхания, снижается, а углекислого газа – увеличивается. Влажность понижается до критических значений, что может приводить к образованию плесени.
- Кратность выше нормы. Такая ситуация возникает, когда скорость воздуха в каналах превышает установленный лимит. Это отрицательно сказывается на температурном режиме: помещение не успевает прогреваться. Избыточно сухой воздух может приводить к заболеваниям кожи и дыхательных путей.
Чтобы кратность воздухообмена соответствовала санитарным нормам, необходимо установить, устранить или отрегулировать вентиляционные устройства, при необходимости, произвести замену воздуховодов.
Алгоритм расчёта скорости воздуха
С учётом описанных условий и технических характеристик определённого помещения можно рассчитать параметры вентиляционной системы и скорость воздушного потока в трубах.
Для этих расчётов следует опираться на кратность воздухообмена, которая является основным критерием.
Для уточнения параметров расхода полезна таблица:
В таблице представлены габариты воздуховодов с прямоугольным сечением, в частности, указаны их длина и ширина. К примеру, если использовать каналы размером 200 мм на 200 мм с потоком воздуха 5 м/с, то объем перемещаемого воздуха составит 720 м³/ч.
Для самостоятельного выполнения расчетов необходимо знать объем помещения и норму кратности воздухообмена для того или иного типа комнаты или зала.
Рассмотрим пример расчета для студии с кухней, общий объем которой составляет 20 м³. Минимальная кратность воздухообмена для кухни равна 6. Таким образом, в течение часа вентканалы должны обеспечивать движение около L = 20 м³ * 6 = 120 м³.
Также нужно определить площадь сечения воздуховодов, которые устанавливаются в систему вентиляции. Эта площадь рассчитывается по следующей формуле:
S = πr² = π/4*D²,
- S — площадь сечения воздуховода;
- π — число «пи», математическая константа, равная 3,14;
- r — радиус сечения воздуховода;
- D — диаметр сечения воздуховода.
Предположим, что диаметр круглого воздуховода составляет 400 мм. Подставив его в формулу, получаем:
S = (3,14 * 0,4²) / 4 = 0,1256 м²
Имея данные о площади сечения и расходе воздуха, можно вычислить скорость потока. Формула для вычисления скорости воздушного потока выглядит так:
V = L / 3600 * S,
- V — скорость воздушного потока (м/с);
- L — расход воздуха (м³/ч);
- S — площадь сечения воздуховодов (м²).
Подставив известные данные, рассчитываем: V = 120 / (3600 * 0,1256) = 0,265 м/с.
Таким образом, для достижения необходимой кратности воздухообмена (120 м³/ч) с использованием круглого воздуховода диаметром 400 мм необходимо обеспечить увеличение скорости потока воздуха до 0,265 м/с.
Важно помнить, что такие факторы, как уровень вибрации и шум, напрямую связаны со скоростью потока воздуха.
Если уровень шума превышает допустимые нормы, потребуется снизить скорость потока, что приведет к необходимости увеличения сечения воздуховодов. В некоторых случаях достаточно заменить трубы на другие материалы или поменять изогнутые участки канала на прямые.
Рекомендованные нормы скорости воздухообмена
При проектировании зданий обязательно рассчитываются параметры каждого участка. На производстве — это цеха, в жилых домах — квартиры, а в частных домах — этажи или отдельные комнаты.
Перед настройкой системы вентиляции известно, какие маршруты и размеры основных магистралей нужны, какая форма вентиляционных каналов необходима, а также какой размер труб оптимален.
Не удивляйтесь значительным размерам воздуховодов в ресторанах и других заведениях — они предназначены для вывода большего объема загрязненного воздуха.
Расчеты, касающиеся перемещения воздуха в жилых и производственных помещениях, считаются сложными, поэтому ими должны заниматься квалифицированные специалисты с опытом работы.
Рекомендуемая скорость вентиляционного воздуха прописана в СНиП — нормативной документации, и при проектировании или проверке объектов ориентируются именно на эти данные.
В таблице представлены параметры, которые необходимо учитывать при создании вентиляционной системы. Скорости перемещения воздуха указаны в стандартных единицах — м/с.
Внутри помещений скорость воздуха не должна превышать 0,3 м/с.
Исключением являются временные технические обстоятельства, такие как проведение ремонтных работ или использование строительного оборудования, когда параметры могут превышать нормы максимум на 30%.
В обширных помещениях (гаражи, производственные цеха, склады, ангары) часто действуют две вентиляционные системы.
Нагрузка делится поровну, и соответственно скорость воздуха регулируется так, чтобы обеспечить 50% общего расчетного объема перемещения (удаления загрязненного или подачи свежего воздуха).
При экстренных обстоятельствах может возникнуть необходимость быстро изменить скорость воздуха или полностью остановить работу вентиляционной системы.
Например, в целях пожарной безопасности скорость воздуха снижается до минимума, чтобы предотвратить распространение огня и дыма в соседние помещения во время возникновения пожара.
Для этого в воздуховодах и на переходных участках устанавливаются отсекатели и клапаны.
Тонкости выбора воздуховода
Зная результаты аэродинамических расчетов, можно корректно подобрать параметры воздуховодов, а именно — диаметр круглых и размеры прямоугольных сечений. Кроме того, одновременно можно выбрать устройство для принудительной подачи воздуха (вентилятор) и определить потери давления при движении воздуха по каналу.
Имея информацию о расходе воздуха и скорости его движения, можно рассчитать необходимые размеры воздуховодов.
Для этого используется формула, обратная той, что применялась для расчета расхода воздуха:
S = L / 3600 * V.
С помощью этого результата можно посчитать диаметр:
D = 1000 * √(4 * S / π).
- D — диаметр сечения воздуховода;
- S — площадь сечения воздуховодов (м²);
- π — число «пи», равное 3,14.
Полученное значение сравнивают с заводскими стандартами согласно ГОСТ, выбирая изделия, подходящие по диаметру.
Если нужно выбрать прямоугольные воздуховоды, то вместо диаметра определяют их длину и ширину.
При этом ориентируются на приблизительное сечение с использованием соотношения a*b ≈ S и таблиц типоразмеров, предоставленных производителями. Напоминаем, что по нормам отношение ширины (b) и длины (a) не должно превышать 1 к 3.
Воздуховоды с прямоугольным или квадратным сечением имеют удобную форму, что позволяет устанавливать их вплотную к стенам. Это часто используют при обустройстве домашних вытяжек, скрывая трубы за потолочными конструкциями или кухонными шкафами (антресолями).
Общие стандарты для прямоугольных каналов: минимальные размеры — 100 мм x 150 мм, максимальные — 2000 мм x 2000 мм. Круглые воздуховоды хороши тем, что имеют меньшее сопротивление и, соответственно, более низкий уровень шума.
В последнее время для использования внутри квартир производятся удобные, безопасные и легкие пластиковые короба.
Выводы и полезное видео по теме
Полезные видеоролики помогут вам разобраться с физическими величинами и лучше понять, как функционирует вентиляционная система.
Видео #1. Расчет параметров естественной вентиляции с помощью компьютерной программы:
Видео #2. Полезная информация о вентиляционной системе в строящемся частном доме:
Материалы статьи можно использовать для ознакомления и для лучшего понимания работы вентиляционной системы.
Для более точного вычисления скорости воздуха при проектировании домашних систем рекомендуется обратиться к профессиональным инженерам, которые знают специфику вентиляции и помогут определить правильные размеры воздуховодов.
Если у вас есть личный опыт установки воздуховодов, интересные факты или специфическая информация, пожалуйста, делитесь в комментариях ниже. Если есть вопросы по спорным моментам, задавайте их. Мы или другие пользователи с радостью примем участие в обсуждении.
