Аэродинамический расчет вентиляции
Как выглядит аэродинамический расчет вентиляции? Вообще, какие именно параметры рассчитываются? Насколько сложные формулы предстоит использовать? В этом материале мы постараемся дать на поставленные вопросы максимально простые ответы, по возможности сопроводив их примерами.
Что предстоит рассчитать
Для типичной городской квартиры или небольшого коттеджа типичное решение — принудительная вытяжная вентиляция с естественным притоком воздуха через негерметичные окна, двери или вентиляционные решетки в ограждающих конструкциях.
Такая схема имеет несколько преимуществ по сравнению с альтернативными вариантами:
- Цена всех необходимых для ее монтажа материалов обычно укладывается в 2-5 тысяч рублей. В сущности, покупать приходится лишь несколько метров вентиляционной трубы с хомутами, разветвителями и решетками, канальный вентилятор и дефлектор-зонтик для защиты вывода трубы от осадков.
- Монтаж такой системы не в пример проще, чем приточно-вытяжной. Уже потому, что в прокладке нуждается один канал, а не два.
- Наконец, от любой системы с естественной циркуляцией эта выгодно отличается постоянством расхода воздуха. На производительность схемы с естественным побуждением влияют и дельта температур с улицей, и направление ветра, и его сила. Здесь же расход всегда с минимальной погрешностью равен производительности установленных вами канальных вентиляторов.
Заметьте: при желании никто не мешает гибко регулировать их обороты, уменьшая или увеличивая скорость воздухообмена. Инструкция до смешного проста: достаточно разомкнуть цепь питания диммером.
Очевидно, что для принудительной вытяжной вентиляции небольшого помещения придется рассчитать всего два параметра:
- Расход воздуха. В соответствии с ним предстоит подобрать один или несколько вентиляторов.
- Кроме того, необходим расчет сечения воздуховода вентиляции. Его завышение будет означать ничем не оправданные расходы и ухудшение внешнего вида помещения; заниженное сечение либо ограничит расход через вентканал, либо сделает движение потока воздуха чрезмерно шумным.
В помещениях с большим внутренним объемом, большим количеством посетителей либо специфическими требованиями к вентиляции в силу большого количества источников загрязнения воздуха вентиляция делается приточной или приточно-вытяжной.
При этом приточный канал не просто подает свежий воздух с улицы: он распределяет его в объеме помещения через систему воздуховодов и распределительных решеток, что подразумевает определенное избыточное давление. Оно требуется и для преодоления сопротивления воздуховода.
Мало того: согласно действующим СНиП, температура приточного воздуха в общественных помещениях не должна быть ниже +15С. В летнюю жару приток перегретого уличного воздуха тоже, очевидно, не прибавит комфорта. Отсюда — повсеместное использование приточных установок с калориферами и канальными кондиционерами.
В этом случае расчет систем вентиляции будет включать, помимо упомянутых, еще два пункта:
- Создаваемое вентилятором избыточное давление.
- Тепловую мощность калорифера или кондиционера.
Итак, приступим.
Расход воздуха
Как правило, потребность в воздухообмене рассчитывается двумя способами с последующим выбором большего из значений.
Расчет возможен:
- По кубатуре помещения с учетом его функциональности и наличия в нем разнообразных источников загрязнения воздуха.
- По максимальному количеству находящихся в нем людей.
Расчет по объему помещения
В этом случае используется несложная формула вида L=NV, где L — потребность в производительности вентиляции, V — объем помещения, а N — кратность воздухообмена. К значению L могут прибавляться фиксированные величины для тех или иных подсобных помещений или типов оборудования.
Приведем некоторые значения кратности воздухообмена и потребности в воздухе для бытовых устройств.
Как пользоваться этими значениями?
Вот пример расчета системы вентиляции для офиса площадью 150 м2 с трехметровыми потолками, снабженного уборной с тремя унитазами.
- Суммарный объем помещения равен 150*3=450 м3.
- При кратности воздухообмена, равной 1,5, и с учетом оборудования уборной расчетный расход воздуха составит 450*1,5+50*3=825 м3/час.
Расчет по количеству людей
Базовые значения таковы:
- 60 м3/час для бодрствующего человека, занимающегося активной деятельностью;
- 40 м3/час для бодрствующего человека в состоянии покоя;
- 30 м3/час для спящего человека.
Предположим, что в нашем офисе одновременно присутствует 15 человек. Поскольку они едва ли будут заниматься тяжелым физическим трудом, в расчетах можно использоваться расход воздуха в 40 м3/час на человека. 40×15=600.
Поскольку 825 кубометров в час, полученные первым способом, больше, чем 600, именно первое значение и будет использоваться в качестве базового при дальнейших расчетах.
Особый случай
Особой статьей идет расчет аварийной вентиляции. Ее функция сводится к нейтрализации превышения предельно допустимой концентрации вредных веществ при их выбросе. Типовые значения кратности воздухообмена — 5-10.
Однако: точное значение кратности могут выдать лишь технологи предприятия с учетом содержания возможного выброса и предельно допустимых концентраций соответствующих веществ.
Сечение воздуховода
Как выполнить своими руками расчет вентиляционных воздуховодов для определенного расхода воздуха через них?
Формула имеет вид S=2,778L/V.
В ней:
- S — площадь сечения воздуховода в квадратных сантиметрах.
- L — расход воздуха в кубометрах в час.
- V — скорость потока в метрах в секунду.
- 2,778 — коэффициент согласования, позволяющий без дополнительных пересчетов получить результат в квадратных сантиметрах.
Зависимость между скоростью потока и сечением — обратная. Увеличив скорость, можно обойтись вентканалом меньшего размера. Однако при скорости свыше 4 м/с воздух начинает ощутимо шуметь, поэтому на практике для обитаемых помещений параметр V берется в диапазоне 3…4 м/с.
Как будет выглядеть расчет воздуховодов вентиляции для нашего 150-метрового офиса?
- Расход воздуха нами уже рассчитан: 825 м3/час.
- Скорость потока воздуха возьмем равной максимальным 4 м/с.
- Минимально допустимое сечение воздуховода, таким образом, будет равно 2,778*825/4=572,9625 см2.
Поскольку производители указывают не площадь сечения, а диаметр для круглых воздуховодов и размеры стенок для прямоугольных, нам придется вспомнить формулы площади круга и прямоугольника.
Напомним:
- Площадь круга равна произведению числа «пи» и квадрата радиуса.
- Площадь прямоугольника равна произведению его сторон.
Несложный подсчет покажет, что минимальный диаметр круглого воздуховода в нашем случае составит 27 см (с учетом реальных размеров вентиляционных труб — 280 мм). Прямоугольный воздуховод может иметь размер, к примеру, 600×100 мм.
Давление
Точный аэродинамический расчет системы вентиляции на предмет расчетного давления, создаваемого приточной установкой, исключительно сложен.
Он должен учитывать весьма обширный список факторов:
- Длину и диаметр вентканалов.
- Материал и шершавость их стенок.
- Количество и угол поворотов.
- Переходы диаметра.
- Сопротивление фильтров, калориферов и теплообменников.
Каждый элемент вентиляции увеличивает потери давления в ней.
Есть и хорошая новость: даже существенное превышение расчетного давления при фиксированной производительности грозит лишь незначительным перерасходом электроэнергии.
Именно поэтому расчет обычно выполняется по упрощенной методике:
- 75-100 Па достаточны для вентиляции помещения с площадью 50-150 м2.
- 100-150 Па — для 150-350 м2.
Тепловая мощность
И для калорифера, и для охладителя любого типа она рассчитывается по формуле P=0,336*Dt*L.
В ней:
- P — искомое значение тепловой мощности в ваттах.
- 0,336 Вт*ч/м3 — теплоемкость воздуха.
- Dt — максимальная дельта температур между улицей и приточным потоком в градусах.
Напомним: минимальная температура приточного воздуха для обитаемого помещения — +15С, оптимальная — +18.
- L — расход воздуха в кубометрах в час.
Так, при минимальной уличной температуре в −38С, температуре приточного воздуха в +18С и расхода в 825 м3/час расчетная мощность калорифера составит 0,336*(38+18)*825=15523,2 ватта.
Заключение
Надеемся, что приведенные методики и формулы окажутся полезными читателю. Видео в этой статье предложит ему дополнительную информацию о том, как может выполняться расчет вентиляции в разных случаях.
Успехов!
