Расчет тяги естественной вентиляции

Расчет естественной вентиляции

Перепечатка статей, равно как и их отдельных частей, запрещена. Мы хотим оставить за собой право на эксклюзивное размещение данного материала на нашем сайте home-engineering.net . Здесь мы делимся знаниями и опытом, наработанными нашей командой за годы работы в сфере проектирования и монтажа инженерных систем.

Введение
Техническое задание
Анализ исходных данных
Предлагаемое техническое решение
Проверка производительности вытяжки
Приточные устройства для естественной вентиляции подвала
Расчет вентиляции с учетом приточных устройств
Требования к монтажу и эксплуатации естественной вентиляции подвала
Заключение

Введение наверх

Цель данной статьи — рассказать о методе расчета естественной вентиляции на примере подвала загородного дома. Будет проанализировано исходное техническое задание, предложены технические решения по реализации естественной вентиляции, сделаны расчеты вытяжных вентиляционных каналов. Также будут разработаны и рассчитаны приточные устройства для подачи свежего приточного воздуха с улицы и регулирования расхода воздуха в помещениях. Расчеты выполнялись с использованием программы-калькулятора для расчета систем естественной вентиляции в разделе ЗАГРУЗКИ.

Техническое задание наверх

Согласно техническому заданию на разработку, требуется разработать схему естественной вентиляции неотапливаемого подвала в загородном частном доме.

План помещений подвала загородного дома.

Исходные данные:

  • общая площадь подвала: 108 м²;
  • назначение помещений подвала: неотапливаемые кладовые, технические помещения;
  • высота помещений подвала: 3,5м;
  • планируемые вытяжные вентканалы: не более 2 шт, материал — кирпич, предпочтительное расположение см. на плане подвала;
  • высота вентканалов (от вентрешетки в подвале до верха вентшахты): 7,5м;
  • назначение вентиляции: контроль влажности и температурного режима в подвальных помещениях в течение холодного времени года.

Анализ исходных данных наверх

Согласно исходным данным, определим площади вентилируемых помещений, объем воздуха и требуемый воздухообмен в них. Для помещений вспомогательного характера (кладовые, техпомещения и т.п.) требуемая норма воздухообмена составляет 0,2 объема/час:

Кратность (величина) воздухообмена для различных помещений.

Рассчитываем площади помещений подвала, объем воздуха в них, кратность воздухообмена и фактически требуемый объем заменяемого воздуха в них:

Площади помещений, объем воздуха в них, кратность воздухообмена, требуемый воздухообмен.

Таким образом, требуется обеспечить приток и удаление воздуха для естественной вентиляции подвала в объеме не менее 76м³/час.

Исходя из требований заказчика, приоритет вентиляции отдан помещениям:

  • Кладовая 1,
  • Кладовая 2,
  • Помещение 1,
  • Техпомещение,
  • Помещение 2 (необязательно).

Предлагаемое техническое решение наверх

Исходя из анализа исходных данных, предлагается следующее решение организации естественной вентиляции подвала. На рисунке показано распределение поступающего приточного воздуха. Приточный воздух поступает в первую очередь в приоритетные помещения через три отдельных организованных притока (их расчет см. далее). Благодаря переточным решеткам в межкомнатных дверях, приточный воздух, проходит к вытяжным вентиляционным решеткам и через два отдельных вентиляционных канала удаляется наружу. Расчетные расходы воздуха, согласно нормам расчета естественной вентиляции, указаны для температуры на улице в +5°С.

Схема расположения притоков (жирные синие линии), направления движения (тонкие синие линии) и расходы приточного воздуха (синие цифры) в каждом помещении.

На рисунке показаны три отдельных притока (жирные синие линии):

Тонкие синие линии на рисунке — пути перетока (движения) приточного воздуха из различных помещений к вытяжным решеткам вентканалов 1 и 2. Цифры расхода в каждом помещении показывают итоговый воздухообмен в этих помещениях (больше требуемого, см. таблицу выше). Для обеспечения свободного перемещения воздуха между помещениями, требуется установить в нижней части межкомнатных дверей переточные решетки с суммарной площадью отверстий не менее 200см² на каждую решетку (всего 5 проемов).

Проверка производительности вытяжки наверх

Из-за незначительного объема воздухообмена, предварительно примем расчетное сечение двух вытяжных каналов в 140×140мм каждый. Проверим производительность планируемых вентканалов для расчетных условий (температура воздуха на улице +5°С.). Расчеты выполнялись с использованием программы-калькулятора для расчета систем естественной вентиляции VentCalc, которую можно скачать у нас на сайте в разделе ЗАГРУЗКИ. Коэффициент шероховатости вентканалов принят 4мм, т.к. материал каналов — кирпич.

Определение гравитационного давления (тяги) и сопротивления вентиляционных каналов при естественной вентиляции для расчетной температуры наружного воздуха +5°С.

Таким образом предлагаемая конфигурация вентканала может обеспечить воздухообмен в расчетный период в 57м³/час. Т.к. всего вентканалов будет два, то суммарный воздухообмен составит 2×57=114м³/час, что больше требуемого расхода (76м³/ч) в 1,5 раза. Более того, при меньшей температуре воздуха на улице тяга вырастет еще больше и, например при -5°С составит 2×71=176м³/час (больше требуемого в 1,9 раза).

Определение гравитационного давления (тяги) и сопротивления вентиляционных каналов при естественной вентиляции для расчетной температуры наружного воздуха -5°С.

Значит, предложенные вентканалы подходят для организации естественной вентиляции данных помещений со значительным запасом. Точные значения производительности вытяжных каналов будут получены при расчетных расходах с учетом сопротивления приточных устройств, см. далее.

Приточные устройства для естественной вентиляции подвала наверх

С учетом пожеланий заказчика и специфики архитектуры строения (низкий цоколь 300мм) была выбрана следующая конфигурация притоков:

Предлагаемое расположение притоков.

Воздухозаборные уличные решетки всех притоков расположены на фасаде дома, на высоте в районе пола первого этажа, чтобы в зимнее время они не могли быть засыпаны снегом. Трубы от уличных решеток проходят горизонтально через стену 1-го этажа дома, далее с поворотом 90° опускаются вниз и проходят перекрытие подвала. Приток 1 и приток 3 оканчиваются в помещениях подвала под потолком приточными клапанами ⌀160мм. Приток 2 после прохода через перекрытие подвала, проходит несущую стену и заходит в Кладовую 1. Приток 2 оканчивается приточной решеткой ⌀100мм на стене под потолком.

Ниже представлена детальная конфигурация притоков в изометрии:

Пространственная конфигурация притоков.

Расчет системы естественной вентиляции с учетом приточных устройств наверх

Рассчитываем гравитационное давление (тягу) и сопротивление вытяжного канала (потери давления) при расчетном расходе воздуха через него (3м³/ч):

Расчет параметров вытяжного вентиляционного канала (тяга и потери давления) при расчетном расходе воздуха в нем в программе VentCalc.

Гравитационное давление вытяжного канала: 3,2Па.
Сопротивление вытяжного канала с решетками: 1,4Па.

Рассчитываем сопротивление приточных устройств (Приток 1, Приток 3):

Сопротивление (потери давления) для приточных устройств 1 и 3 системы естественной вентиляции подвала.

В сумму коэффициентов местных сопротивлений включены: уличная решетка КМС=2,1; колено 90° КМС=1,1 и приточный клапан КМС=2,1. Длина — 1м. Итого, сопротивление приточных устройств 1 и 3: 1,0Па

Рассчитываем сопротивление приточного устройства Приток 2:

Сопротивление (потери давления) для приточного устройства 2.

В сумму коэффициентов местных сопротивлений включены: уличная решетка КМС=2,1; 3 колена 90° КМС=3×1,1 и приточный клапан КМС=2,1. Длина — 3,5м.
Итого, сопротивление приточного устройства 2: 0,4Па

Проверим условие превышения гравитационного давления вытяжки (тяги) над общим сопротивлением системы (сумма потерь давления в притоке и вытяжке):

  • Гравитационное давление вытяжки: 3,2Па;
  • сопротивление вытяжного канала с решетками: 1,4Па;
  • сопротивление приточного устройства: 1,0Па (0,4Па).

Условие выполнено. Значит, предложенная схема вентиляции способна обеспечить расчетный расход воздуха 2×38=76м³/ч.

Требования к монтажу и эксплуатации естественной вентиляции подвала наверх

Вентиляционные шахты при выполнении их из кирпича должны быть выполнены вертикально, с постоянным сечением и аккуратно: без наплывов раствора, ухудшающих тягу. Наверху шахты должны иметь защиту от попадания атмосферных осадков (флюгарка, колпак), а при необходимости дефлектор — устройство, увеличивающее тягу. Участки вентиляционной шахты, проходящие через неотапливаемые холодные чердаки и над кровлей, следует утеплять, чтобы избежать ухудшения и опрокидывания тяги в зимнее время при низких температурах воздуха на улице.

Для изолирования помещений подвала от остального объема жилого дома, требуется установить дверь на спуске в подвал. Дверь должна иметь уплотнения для ограничения прохождения воздуха через нее.

Воздухозаборные уличные решетки следует применить с защитой от насекомых и грызунов (сетка) и от попадания осадков (жалюзи) с возможностью полного ручного перекрытия на случай ограничения вентиляции подвала до минимума.

Горизонтальные трубы притоков после уличных решеток проложить с уклоном 3% в сторону улицы для отвода случайно попавшей воды на улицу.

Для ограничения повышенного расхода воздуха в зимнее время (из-за возросшей тяги вытяжных каналов) и для ограничения воздухообмена в подвале в летнее время (см. ниже) приточные клапаны следует использовать с возможностью регулировки расхода и возможностью их полного перекрытия.

Для этой же цели вентиляционные решетки на вытяжных вентиляционных каналах также должны иметь функцию регулировки вплоть до их полного закрытия (если в помещениях нет газового оборудования).

Для предотвращения появления конденсата трубы притоков на всей длине (в т.ч. и при проходе сквозь стены и перекрытия) необходимо изолировать с наружной стороны теплоизоляцией толщиной 25..50мм, например, из вспененного полиэтилена.

В летнее время, для предотвращения попадания теплого влажного воздуха в подвал следует ограничивать проветривание подвала путем перекрытия вентиляционных решеток на притоках и на вытяжках. Дело в том, что попадая в холодный подвал (который окружен со всех сторон грунтом с температурой 10..15°С ) теплый летний воздух (с температурой 20..25°С ) охлаждается и еще больше повышает свою влажность, что приводит к выпадению конденсата на стенах подвала, росту плесени и т.п.

Заключение наверх

В данном материале мы рассмотрели вопрос организации естественной вентиляции подвальных помещений в загородном частном доме. Произвели необходимые расчеты с использованием простой и удобной программы VentCalc и дали рекомендации по монтажу и эксплуатации естественной вентиляции подвала.

Если вам необходимо выполнить работы по расчету и монтажу инженерных систем: отопления, водоснабжения, канализации, электрики, вентиляции и встроенного пылесоса, вы можете обратиться к нам в разделе КОНТАКТЫ. Мы проводим работы по монтажу инженерных систем в Минске и Минском районе.

Расчет естественной вентиляции — все формулы и примеры расчетов

Естественная вентиляция помещения — представляет собой спонтанное перемещение воздушных масс в следствии разницы его температурных режимов в не дома и внутри. Данный вид вентиляция делится на бесканальную и канальную, относительно способна работы являться непрерывной и периодическая.

Читать еще:  Как утеплить пол в гараже?

Систематическое движение фрамуг, форточек, дверей и окон подразумевает под самой процедуру проветривания. Вентиляция бесканального вида, сформирована на стабильном основании в комнатах промышленного типа со ощутимыми тепловыми выделениями, организующая нужную частоту обмена воздушных масс в средине их, этот процесс называются аэрированием.

В частных и многоэтажных домах больше применяется природная вентиляционная система канального вида, каналы в какой расположены в вертикальном положении в специализированных блоках, шахтах либо расположены в самих стенках.

Вычисление аэрации

Аэрация промышленных комнат летом гарантирует поступление воздушных потоков сквозь просветы снизу ворот и входных дверей. В прохладные месяца поступление в нужных размерах совершается под средством верхних просветов, от 4 м и больше над уровнем пола. Вентиляция на протяжении целого года выполнялась при помощи шахт, дефлекторов и форточек.

Зимой фрамуги открывают только в участках над генераторами усиленных тепловых выделений. Во время генерации в комнатах здания лишней очевидной теплоты, то температурный режим воздуха в нем постоянно больше, чем температурный режим вне здания, и, в соответствии, плотность менее.

Данное явление и приводит к присутствию разницы давлений атмосферы вне и внутри комнат. В плоскости на конкретной высоте комнаты, которую именуют как плоскость одинаковых давлений, данная разница отсутствует, то есть, приравнивается к нулю.

Выше данной плоскости имеется некое излишнее напряжение, что приводит к удалению горячей атмосферы наружу, а внизу от данной плоскости, — разрежение, обусловливающее приток свежего воздуха. Давление, вынуждающее передвигаться воздушные массы в процессе природной вентиляции, можно установить исходя их вычислений:

Естественная вентиляция формула

  • где н — плотность воздуха вне помещения, кг/м3;
  • вн — плотность воздушных масс в помещении, кг/м3;
  • h — расстояние между приточным проемом и центром вытяжного, м;
  • g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.

Метод проветривания (аэрации) построек с помощью раскрывающихся фрамуг считается довольно верным и результативным.

При вычислении природной вентиляции помещений учитываются установление участка нижних и верхних просветов. Сперва получают значение участка нижних просветов. Задается модель аэрации постройки.

Расчет естественной вытяжной вентиляции

Потом, в связи от участка открытия верхних и нижних соответственно, приточных и вытяжных фрамуг в помещении приблизительно в центре высоты сооружения получается степень одинаковых давлений, в этом месте влияние точно также нулю. В соответствии, влияние в степени сосредоточении нижних просветов станет равняться:

  • где ср– равна средней температуре плотности воздушных масс в помещении, кг/м3;
  • h1– высoта oт плоскости одинаковых давлений до нижних просветов, м.

На уровне центров верхних просветов, выше плоскости одинаковых давлений образуется избыточное напряжение, Па, равняющееся:

Именно это давление и оказывает воздействие на вытяжку воздуха. Общее напряжение, располагающее для обмена воздушных потоков в комнате:

Скорость естественной вентиляции

Скорость воздуха в центре нижних просветов, м/с:

  • где L – необходимый обмен воздушными массами, м3/час;
  • 1 – коэффициент расхода, зависящий от конструкции створок нижних просветов и угла их открытия (при 90 открытия, =0,6; 30 – =0,32);
  • F1– площадь нижних просветов, м2

Затем вычисляются потери, Па, в нижних просветах:

Приняв, что Ре = Р1+Р2 =h(н — ср), а температура удаляемого воздуха tуд=tрз+(10 — 15oС), определяем плотности н и ср, которые соответствуют температурам tн и tср.

Лишнее давление в плоскости верхних просветов:

Необходимая их площадь (м2):

F2 = L /(2V22) = L /(2(2Р2g/ср)1⁄2)

Вычисление и расчет вентиляционных каналов

Вычисление естественной системы проветривания канального вида сближается к установлению активного разреза воздуховодов, какие с целью доступа необходимого числа воздуха выражают противодействие, надлежащее вычисленному напряжению.

Для самого длительного тракта сети устанавливают издержки напряжения в каналах воздуховода как сумму издержкой напряжения в абсолютно всех его местах. В каждом из них издержки давления формируются с потерь на трение (RI) и издержек в местах противодействия (Z):

  • где R — удельная потеря напряжения по длине участка от трения, Па/м;
  • l — длина участка, м.

Площадь живого сечения воздуховодов, м2:

  • где L — расход воздуха, м3/ч;
  • v — скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с (равна 0,5… 1,0 м/с).

Задавая скорость движения воздуха по вентиляции, и прочитывают площадь его активного сечения и масштабы. При помощи специализированных номограмм либо табличных расчётов для округлой формы воздуховодов устанавливают издержки напряжения на трение.

Естественная вентиляция расчет воздуховодов

Для прямоугольной формы воздуховодов этой концепции проветривания планируют диаметр dЭ равновесный округлому воздуховоду:

dЭ = 2 а b / (а + b)

  • где, а и b — длина сторон прямоугольного воздуховода, м.

В случае использования воздуховодов сделанных не из метала, их удельные издержки давления по трению R, взятые с номограммы для стальных воздуховодов, изменяют, умножив на соответствующий коэффициент k:

  • для шлакогипсовых — 1,1;
  • для шлакобетонных — 1,15;
  • для кирпичных — 1,3.

Избытки давления, Па, на преодоление определённых сопротивлений для разных участков вычисляется за уравнением:

  • где – сумма коэффициентов противодействий на участке;
  • v2/2 — динамическое напряжение, Па, взятое с нормативов.

Для создания концепции непринужденной вентиляции предпочтительно остерегаться извилистых заворотов, множественного числа задвижек и клапанов, так как утраты на местные противодействия как правило в каналах воздуховодов достигают вплоть до 91% от всех затрат.

Естественная вентиляция содержит небольшой радиус воздействия и среднюю результативность для комнат излишками тепла в которых соввем малы, что возможно относить недостаткам, а достоинством — легкость системы, невысокая цена и простота в сервисном обслуживании.

Естественная вентиляция пример расчета

Наведем наглядный пример — нужно рассчитать данные для вентиляции в частном доме:

Общая площадь – 60 м2;
ванная, кухня с газовой плитой, туалет;
кладовая комната – 4,5 м2;
высота потолков – 3 м.

Для оборудования воздуховодов будут применяться бетонные блоки.

Приток воздуха с улицы по нормативам: 60 *3 * 1 = 180 м3/час.

Вытяжка воздуха из помещения:
кухни – 90 м3/час;
ванной – 25 м3/час;
туалета – 25 м3/час;
90 + 25 + 25 = 140 м3/час

Частота обновления воздушных масс в кладовой – 0,2 в 1/час.
4,5 * 3 * 0,2 = 2,7 м3/час

Нужный вывод воздуха: 140 + 2,7 = 142,7 м3/час.

Расчет системы естественной вентиляции для дома

Независимо от того, какое предназначение имеет помещение, в нем обязательно должна быть организована вентиляция. В непроветриваемом здании скапливается большое количество углекислого газа, который отрицательно влияет на самочувствии и здоровье находящихся в нем людей. В зависимости от способа побуждения воздухообмена, может быть организована принудительная или естественная вентиляция.

Вентиляция помещений природным способом

Этот тип вентиляционной системы является самым доступным. Она полностью отвечает установленным нормам санитарии. Правильно организованная вентиляция должна обеспечивать беспрепятственное поступление свежего воздуха в помещения, вытеснение отработанных воздушных масс, насыщенных углекислым газом, за их пределы.

Если сказать коротко о принципе работы естественной вентиляции, то в его основу заложены законы физики. Свежий воздух с улицы поступает в здание через щели в оконных и дверных конструкциях и вытесняет загрязненные воздушные массы наружу через специальные вентиляционные проемы, расположенные в верхней части стен.

Преимущества воздухообмена естественным способом:

  • простота конструкции — нужны только решетки на вентиляционные отверстия;
  • экономия — нет необходимости в дополнительном электрооборудовании;
  • возможность самостоятельного обустройства естественной вентиляции в доме.

Недостатки:

  • нормальный воздухообмен возможен только при значительной разнице внешней и внутренней температуры, в частности, зимой;
  • ничем и никем не управляемый процесс воздухообмена называется неорганизованной естественной вентиляцией, которая не подходит для производственных помещений и закрытых мест с большой проходимостью людей;
  • для качественной работы системы должен быть организован беспрепятственный проход воздушным потокам.

Такая вентиляция предусматривает побуждение циркуляции воздушного потока без применения вентиляторов. Для этого в оконных рамах, дверях делают дополнительные отверстия и прочее. Чтобы правильно организовать естественную систему вентиляции, и она работала эффективно, необходимо предварительно сделать ее расчет.

Этот вид вентиляции предполагает спонтанное передвижение воздушного потока из-за разницы температуры на улице и внутри здания. Такая система может быть канальной и бесканальной, по способу работы — периодической и непрерывной.

Постоянное открытие/закрытие дверей, окон обеспечивает проветривание комнат. Бесканальная вентиляция основана на постоянных выделениях тепловой энергии в производственных помещениях — процесс аэрирования.

В загородных коттеджах и городских многоэтажных домах чаще организовывается канальная вентиляционная система естественного типа. Воздушные каналы обустраиваются вертикально непосредственно в стенах домов, специальных шахтах или блоках.

Вычисление аэрации

В летний период аэрация обеспечивает проникновение потока воздуха в производственные помещения через просветы входных дверей и ворот снизу. В холодное время года необходимое количество свежего воздуха поступает через верхние просветы, расположенные над уровнем полового основания на расстоянии более 4 м. На протяжении всего года организованная естественная вентиляция осуществляется через форточки, дефлекторы и специальные шахты.

В зимний период фрамуги оставляют открытыми только в местах интенсивных тепловыделений, например, над генераторами. В период генерации в промышленных помещениях температура воздуха намного выше температуры внешней среды, соответственно, его плотность меньше. Это явление приводит к разнице внешнего и внутреннего атмосферного давления.

На определенной высоте комнаты показатель давления воздушной среды равен показателю внешнего давления. Выше этой плоскости формируется излишнее напряжение, которое способствует удалению горячей воздушной массы из помещения. Ниже этой плоскости наблюдается разряжение, способствующее притоку извне свежего прохладного воздуха. Давление, которое вынуждает в процессе работы природной вентиляции перемещаться воздушные массы, можно определить расчетным путем.

Расчетные формулы вентиляционной системы

Аэрация (проветривание) зданий при помощи открывающихся фрамуг — это довольно эффективный вариант вентиляции естественным способом.

Pе = (Pвн — Pн)* H * g, где:

  • P н (кг/м 3 ) — плотность воздушных масс снаружи помещения.
  • P вн (кг/м 3 ) — плотность воздушных масс внутри помещения.
  • H (м) — расстояние между приточным отверстием и вытяжкой.
  • g — ускорение свободного падения (постоянная величина, равная 9,8 м/с 2 ).

При выполнении расчета естественной вентиляции обязательно учитывается расположение нижних, верхних проемов для поступления свежего воздуха и выведения отработанного. Первоначально делают расчет для нижних участков, затем для верхних участков просветов. После этого задается модель аэрации для здания.

Читать еще:  Настенное покрытие под кирпич

Расчет вытяжки

В помещении, примерно по центру между проточными и вытяжными просветами (фрамугами), внешнее и внутреннее давление воздуха имеет одинаковое значение. В этой точке — нулевое воздействие. Соответственно, влияние на нижних участках просветов рассчитывается по формуле:

P1 = H 1 (Pн — Ср), где

  • Ср (кг/м 3 ) — равняется средней температуре плотности внутренней воздушной среды.
  • H 1 (м) — расстояние от уровня одинаковых давлений внешней и внутренней среды до нижних приточных просветов.

Выше уровня одинаковых давлений, по центру верхних вытяжных просветов, создается избыточное напряжение, которое вычисляется по следующей формуле:

Именно это давление способствует выведению воздушных масс наружу. Общее напряжение для воздухообмена внутри помещения вычисляется по формуле:

Свежий воздух поступает внутрь здания через открытые окна (форточки) или специально обустроенные в рамах оконных конструкций приточные клапаны. Выведение отработанного воздуха осуществляется через вытяжные проемы, оборудованные в верхней части стен кухни, ванной, туалета. Далее через специальные вентиляционные шахты он выводится из дома.

Скорость потока воздуха

Зная кратность воздуха, можно легко рассчитать скорость воздуха при естественной вентиляции. Предварительно нужно вычислить площадь сечения воздуховодов.

S = R 2 *Пи, где

  • R — радиус сечения оборудованного в помещении воздуховода.
  • Пи — постоянная величина 3,14.

Воздуховоды должны быть определенной формы и установленного размера. Когда известно сечение воздушного канала, можно рассчитать диаметр воздуховода, необходимого для помещения по следующей формуле:

D = 1000*√(4*S/Пи), где

  • S — площадь сечения оборудованных в доме воздушных каналов.
  • Пи — постоянная математическая величина 3,14.

Если воздушные каналы выполнены в прямоугольной форме, тогда вместо диаметра вычисляется площадь сечения необходимого воздуховода. Для этого нужно перемножить ширину и длину воздушного канала. Размер ширины к размеру длины должен соответствовать в пропорции 1:3.

Минимальный размер канала прямоугольной формы — 10х15 см, максимальный — 2х2 м. Такие конструкции отличаются эргономичной формой, проще в монтаже, плотнее прилегают к стеновым поверхностям, легко маскируются на потолке.

Параметры воздушных каналов

В процессе создания схемы естественной вентиляции канального типа определяется активный разрез воздуховодов, через которые будет проходить достаточный объем воздуха для создания противодействия расчетному напряжению. Для наиболее продолжительного тракта сети определяют издержки давления в воздушных каналах как сумму таких напряжений на всех участках канала. На каждом из таких участков издержки напряжения состоят из затрат на трение и сопротивление, их можно выразить формулой:

р = Rl + Z, где

  • R (Па/м) — удельная потеря в результате трения воздушных масс о поверхность канала.
  • l (м) — длина расчетного участка воздуховода.
  • Z — издержки на участках сопротивления.

Площадь активного сечения необходимого воздуховода рассчитывается по формуле:

F = L / (3600V), где

  • L (м 3 /ч) — расход воздуха.
  • V (м/с) — скорость передвижения по воздуховоду воздушного потока.

Площади активного сечения вентиляционных каналов просчитываются для задаваемой скорости движения воздушных потоков. Для этого используются специальные номограммы или готовые расчетные данные берутся из табличных расчетов.

Расчет скорости естественной вентиляции в воздуховодах

В любом помещении, независимо от его назначения, должна быть обеспечена вентиляция. От качества её организации зависит самочувствие, работоспособность людей и уровень комфорта их жизни. Правильный расчёт естественной вентиляции способствует тому, что воздух всегда остаётся свежим и соответствует утверждённым гигиеническим нормам.

В соответствии со строительными и гигиеническими требованиями, в каждом жилом и производственном объекте должна быть система вентиляции. Её основная функция состоит в поддержании воздушного баланса и создании микроклимата, благоприятного для работы и отдыха человека. То есть в атмосфере не должно содержаться лишней влаги, тепла и загрязнений. Иначе в слишком сырой и тёплой среде начнётся стремительное размножение болезнетворных бактерий, на поверхности потолка, стен и мебели появится грибок и плесень.

Всё это приведёт к тому, что люди, находящиеся в помещении, будут испытывать проблемы с дыханием, у них снизятся защитные функции организма. Чтобы этого не произошло, нужно следовать таким рекомендациям:

  • Состав воздуха должен отвечать гигиеническим нормам.
  • В местах с неправильным воздухообменом должно быть установлено оборудование, увеличивающее и регулирующее скорость движения воздушных потоков.
  • Имеющиеся системы вентиляции должны соответствовать функциональным особенностям помещения.

Учесть все важные нюансы правильного воздухообмена поможет заблаговременное проектирование вентиляционной системы, при котором будет учтена скорость естественной вентиляции и другие параметры (размеры помещения, основные характеристики воздуха и др.).

Эффективность вентиляции напрямую зависит от того, где находятся места забора воздуха. Их верное расположение исключает риск попадания загрязнённого воздуха обратно в помещение. Скорость воздуха при естественной вентиляции также зависит от размера воздуховодов и дымовых шахт.

Проходящие по каналам потоки создают определённое давление и шум, возрастающий по мере увеличения числа изгибов в воздуховоде. По санитарным нормам уровень шума определяется временем суток и назначением помещения:

  • в больничных и санаторных палатах — 35−50 дБА;
  • в учебных кабинетах и классах — 40−55 дБА;
  • в жилых квартирах и комнатах — 40−55 дБА;
  • на территориях рядом с больницами и санаториями — 35−60 дБА;
  • на территориях, прилегающих к жилым зданиям, — 45−70 дБА;
  • вблизи школ — 55−70 дБА.

Максимальные значения, указанные в таблице, относятся к периоду с 23 до 7 часов.

В помещениях, оснащённых вентиляторами, всегда присутствует вибрация. Её максимальный порог зависит от размеров воздуховода, материала их изготовления, качества прокладок в них и скорости воздушных потоков.

Вентиляция бывает естественной и принудительной. Естественная осуществляется без участия каких-либо приборов только за счёт перепадов давления. Её эффективность зависит от разницы температур внутри и снаружи помещения. По принципу действия такая вентиляция бывает канальной и бесканальной.

Примером бесканального воздухообмена является проветривание комнат, когда свежие воздушные потоки попадают через открытые фрамуги, форточки, двери, а выводятся через вытяжные решётки, монтированные в санузлах и на кухнях. Канальная циркуляция реализуется путём установки в стенах специальных воздуховодов и бывает гравитационной и ярусной.

Естественный воздухообмен имеет максимально простой принцип, не требует крупных финансовых вложений, легко организуется своими силами. Однако он не всегда бывает довольно мощным, из-за этого вредные вещества удаляются несвоевременно. Когда естественная вентиляция не справляется с функцией очистки атмосферы, в дополнение к ней устанавливается принудительная.

Для её реализации используется различное оборудование. С помощью громоздкой установки с множеством труб, монтированной на чердаке или в подсобном помещении, можно обеспечить хороший воздухообмен во всей квартире, но для этого придётся потратить много сил и средств.

Гораздо легче организовать компактную принудительную вентиляцию. Для неё потребуются вытяжные вентиляторы, установленные в ванной и на кухне, либо более сложно устроенный кондиционер. Особой эффективностью отличаются модели кондиционеров с НЕРА фильтром, адсорбирующим самые мелкие загрязнения, включая пыльцу, микроскопические частицы сажи и автомобильных выхлопов.

Принудительная и естественная циркуляция обеспечивает регулярную смену воздушных масс. Число таких смен — важный показатель, характеризующий скорость движения воздуха в вентиляционных каналах и называемый кратностью. Кратность измеряется в метрах кубических за один час и рассчитывается по формуле N=V/W, в которой:

  • W — объём помещения.
  • V — объём чистого воздуха, заполняющего это помещение за 1 час.

Для удобства показатели кратности воздуха занесены в специальные таблицы, согласно которым в помещениях определённого типа (комнатах, ванных, кухнях, кладовках, гаражах и т. д. ) воздушные потоки должны обновляться с определённой скоростью.

Аэрацией называют управляемую естественную очистку воздуха, организованную с помощью открытых окон в наружных ограждениях зданий и вентиляционно-световых фонарей. За один час аэрация обеспечивает до 1 млн м3 свежих воздушных масс, поэтому широко используется в помещениях, характеризующихся большими тепловыделениями.

Для достижения максимальной эффективности такого воздухообмена в зданиях устанавливаются фрамуги с нижним, верхним или средним подвесом. Чтобы их легче было открывать, их оснащают приспособлениями с ручным либо механическим приводом.

Проёмы аэрационных фонарей защищаются от ветра глухими стенками или щитами, монтированными на кровле здания. Такая конструкция исключает обратное перемещение загрязнённых воздушных потоков из верхней зоны в рабочую.

Подача воздуха путём аэрации в тёплое время года должна происходить в направлении сверху вниз на расстоянии не больше 1,8 м от пола. В холодный период направление необходимо изменить на обратное, а расстояние увеличить до 4 м.

Главное условие хорошей аэрации в большом здании заключается в определении оптимального размера открывающихся фрамуг при наиболее неблагоприятных условиях и скорости ветра, равной нулю. В процессе расчётов определяется необходимый воздухообмен, скорость воздуха внутри вентиляционных каналов, а также площадь вытяжных и приточных проёмов. Для вычислений потребуется знать:

  • температуру наружного воздуха;
  • температуру в здании и в рабочей зоне;
  • средний температурный режим в здании;
  • степень нагрева удаляемых потоков;
  • высоту расположения центров приточных и вытяжных аэрационных проёмов от пола;
  • количество избыточной теплоты, выделяющейся в помещении;
  • градиент температуры (изменение температуры по высоте помещения);
  • коэффициенты местных сопротивлений приточных и вытяжных фрамуг;
  • плотность воздуха.

При расчётах необходимо ориентироваться на воздушное и тепловое давление. Их показатели должны быть равны.

Зная кратность воздушных масс, нетрудно рассчитать скорость воздуха в воздуховоде при естественной вентиляции. Сначала потребуется узнать площадь сечения воздуховодов. Для этого квадрат радиуса сечения воздуховода нужно умножить на число «пи».

Воздуховоды должны иметь определённый размер и форму. Определив сечение воздушного канала, можно рассчитать, воздуховод какого диаметра потребуется для конкретного помещения. В этом поможет выражение D = 1000*√(4*S/π). В нём:

  • D — диаметр сечения воздуховода.
  • S — площадь сечения воздушных каналов.
  • π — математическая константа, равная 3,14.

Если планируется использование воздушных каналов прямоугольной формы, то нужно рассчитывать не диаметр, а площадь. Она определяется умножением длины на ширину. Отношение ширины к длине должно выражаться пропорцией 1:3.

В соответствии со стандартами, минимальный размер прямоугольного канала составляет 100 мм х 150 мм, максимальный — 2000 мм х 2000 мм. Такие конструкции имеют более эргономичную форму, их проще установить плотно к стене и замаскировать трубы на потолке или над кухонными антресолями.

Читать еще:  Нужен ли циркуляционный насос для отопления?

Круглые изделия отличаются от прямоугольных тем, что в них создаётся меньшее сопротивление воздуха. Поэтому они имеют минимальный уровень шума.

Используя формулу V = L/3600*S и такие параметры, как расход воздуха (L) и площадь каналов, можно провести расчёт естественной вентиляции. Пример расчёта будет таким:

Путём арифметических действий определяется, что S = 0,1256 м². Скорость потока рассчитывается так V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 м/с.

Установлено, что этот показатель не должен превышать 0,3 м/с. Исключение делается только на период временных ремонтных работ либо установки строительной техники. В это время нормативы могут повышаться максимум на 30%.

Если в помещении функционируют две вентиляционные системы, то скорость каждой из них рассчитывают таким образом, чтобы её было достаточно для обеспечения чистым воздухом половины площади.

В случае возникновения непредвиденных ситуаций (например, по требованию пожарной безопасности) приходится резко менять скорость воздуха или останавливать работу вентиляционной системы. Для этого в каналах и на переходных участках устанавливают специальные клапаны и отсекатели.

Правильно смонтированная вентиляция естественного типа имеет определённую конструкцию. Воздуховоды должны быть изготовлены из качественной стали определённой толщины, приточный клапан, через который воздух поступает внутрь при закрытых окнах, может крепиться на оконной створке или стене.

Отверстия клапанов и воздуховодов закрываются специальными решётками, предотвращающими попадание внутрь мусора и насекомых. Изготавливаются они из металла и пластика, имеют разные размеры и формы. В качестве аналогов таких решёток иногда используются анемостаты.

В многоэтажных домах обязательно наличие вентиляционной шахты. Её роль выполняет высокая вытяжная труба с большим диаметром, проходящая от первого до последнего этажа и выходящая через крышу. Во всех квартирах имеются отверстия, выходящие в эту шахту.

В зданиях, где есть или были печи и камины, предусмотрены дымоходы, через которые удаляются продукты горения топлива. В некоторых случаях они заменяют шахты вентиляции. Для усиления тяги дымоходы и шахты комплектуются дефлекторами.

В дверях жилых домов или в промежутке под дверью часто крепятся переточные клапаны. Они обеспечивают движение воздушных потоков от точки притока до вытяжки, когда двери закрыты.

Расчет естественной вентиляции

Естественная вентиляция в помещении — это самопроизвольное движение воздуха вследствии разности егo температур (плотностей) снаружы и внутри или (и) ветровой нагрузки снаружи. Естественная вентиляция бывает бесканальная и канальная, а условно может еще быть постоянная и периодическая. Периoдическое oткрывание фрамугфорточек, дверных и оконных проемов называется проветривание. Бесканальная естественная вентиляция, организованная на постоянной основе в производственных помещениях сo значительными тепловыделениями, обеспечивающая необходимую кратность воздухообмена в них, называется аэрация. В жилых и общественных зданиях чаще испoльзуются канальная естественная вентиляция, в кoторой вентканалы размещены вертикально в специальных блоках, шахтах или размещены в толще внутренних стен.

Расчет аэрации

Аэрация производственных помещений в теплый период гoда обеспечивает приток воздуха через проемы внизу стеновых огражденийворот и входных дверей. В периоды гoда с низкими температурами наружного воздуха приток в необходимoм объеме происходит через верхние проемы стеновых ограждений, на уровне 4 м и выше oт уровня пoла. Вытяжка во все времена гoда производится через шахты, дефлекторы и форточки фонарей. В периоды гoда с бoлее низкими температурами форточки oткрывают лишь в местах над источниками интенсивных тепловыделений. Когда в помещении есть избытки явной теплоты, температура воздуха в нем всегда выше, чем температура воздуха снаружи, и, сooтветственно, плотность меньше. Это и приводит к наличию разности давлений воздуха снаружи и внутри помещения. В плоскости на определенной высoте помещения, кoторую называют плоскостью равных давлений, эта разность oтсуствует, тоесть, равна нулю. Выше плоскости равных давлений существует некoторое избыточное давление, приводящее к удалению нагретого воздуха наружу, а ниже ее, — разрежение, обусловливающее приток свежегo воздуха. Давление, принуждающее перемещаться воздух при естественной вентиляции, мoжно определить пo следующей формуле:
Ре = (&#961вн — &#961н)hg,
где &#961н — плотность наружного воздуха, кг/м 3 ;
&#961вн— плотность воздуха внутри помещения, кг/м 3 ;
h — расстояние oт центра приточного проема до центра вытяжного пo вертикали, м;
g — ускорение свобoдного падения, равное 9,81 м/с 2 .
Эта величина давления, необходимая для преoдоления сопротивления перемещению воздуха непосредственно в помещении а также для придания ему скорости, необходимoй для выброса наружу.
Также следует oтметить, что при определенной скорости ветра вследствие замедления скорости перемещения воздушных масс с наветренной стороны здания образуется зона высокого давления воздуха, а с пoдветренной и над кровлей здания — зона разрежения. Вследствие разницы давлений, образующейся при этом наружный воздух через oткрытые проемы с наветренной стороны поступает в здание и уходит через oткрытые проемы с другoй, пoдветренной стороны. Для рационального испoльзования теплового и ветрового давлений, внутри здания нужно должным образoм организовать движение воздушных пoтоков. Для этого разрабатывается oптимальная схема oткрывания проемов и фрамуг фонарей.
Кoличество воздуха L, кг/ч, поступающегo в приточные проемы здания при аэрации, определяется пo формуле:
L = 3,6Q/(c(tуд-tпр)),
где Q — теплопритоки внутри помещения, Вт;
с — массовая удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·°С);
tуд — температура удаляемого воздуха, o С;
tпр — расчетная температура приточного воздуха, o С (параметры А).
Температуру удаляемого воздуха вычисляют пo формуле:
tуд=tрз+&#916&#964(H-hрз)

где tрз — температура в рабочей зоне, кoторая должна находиться в пределах санитарных норм, °С;
&#916&#964 — температурный градиент пo высoте помещения, o С/м (oт 0,5 до 1,5 °С/м);
Н — расстояние oт центра вытяжных проемов до пoла, м;
hрз — высoта рабочей зоны, принимаемая равной 2 м.
Способ вентилирования (аэрации) здания посредством oткрывающихся фрамуг фонарей есть достаточно надежным и эффективным. Управлять этим процессoм мoжно из oператорскoй, — дистанционно.
Расчет естественной вентиляции аэрации здания предусматривает определение площади нижних и верхних проемов. Сначала принимают величину площади нижних проемов. Задается схема аэрации здания. Затем, в зависимости oт площади oткрытия верхних и нижних сooтветственно, приточных и вытяжных фрамуг в здании примерно посередине высoты здания принимают уровень равных давлений, где давление равно нулю. Сooтветственно, давление на уровне центров нижних проемов будет сoставлять:
Р1 = h1(&#961н — &#961ср),
где &#961ср– сooтветствующая средней температуре плотность воздуха в помещениикг/м 3 ;
h1– высoта oт плоскости равных давлений до нижних проемов, м.
Средняя температура воздуха в помещении
tср=(tрз+ tуд)/2
На уровне центров верхних проемов, выше плоскости равных давлений создается избыточное давление, Па равное:
Р2 = h2(&#961н — &#961ср),
Именно оно и вызывает выдавливание (вытяжку) воздуха. Общее давление, побуждающее к воздухообмену в помещении: Ре12
Скорость воздуха в центре нижних проемов, м/с:
V1= L / (&#9561F1)
где L – необходимый воздухообмен, м 3 /час;
&#9561 – коэффициент расхода, зависящий oт конструкции створок нижних проемов и угла их oткрытия (при 90° oткрытия, &#956=0,6; 30° – &#956=0,32);
F1– площадь нижних проемов, м 2
Затем определяются потери, Па, в нижних проемах:
H1= 0,5V1 2 &#961н/g
Приняв, что Ре = Р12 =h(&#961н — &#961ср), а температура удаляемого воздуха tуд=tрз+&#916(10 — 15 o С), определяем плотности &#961н и &#961ср, кoторые сooтветствуют температурам tн и tср.
Избыточное давление в плоскости верхних вытяжных проемов:
Р2 = Ре— Р1
Необходимая их площадь (м 2 ):
F2 = L /(&#9562V2 2 ) = L /(&#9562(2Р2g/&#961ср)&#189)

Расчет канальной естественной вентиляции

Расчет естественной вентиляции канального типа сводится к определению живого сечения воздуховодов, кoторые для прохода необходимого количества воздуха oказывают сопротивление, сooтветствующее расчетному давлению. При этом для самого протяженного тракта сети определяют потери давления в воздуховодах как сумму потерь давления на всех егo участках. На каждом из них потери давления складываются из потерь на трение (RI) и потерь в местных сопротивленях (Z):
р = Rl + Z,
где R — удельная потеря давления пo длине участка oт трения, Па/м;
l — длина участка, м.
Площадь живого сечения воздуховодов, м 2 :
F = L / (3600V),
где L — расход воздуха расчетный, м 3 /ч;
v — скорость воздуха в воздуховоде, м/с (принимается 0,5. 1,0 м/с).
Задаваясь скоростью движения воздуха в воздуховоде, и находят площадь егo живого сечения и размеры. С помoщью специальных номмограм или таблиц для круглых воздуховодов определяют потери давления на трение. Для прямoугoльных воздуховодов канальной системы вентиляции расчитывают диаметр dЭ равновеликого (эквивалентного пo трению) круглого воздуховода:
dЭ = 2 а b / (а + b),
где а и b — длины сторон прямoугoльного воздуховода, м.
В случае применения неметаллических воздуховодов их удельные потери давления пo трению R, определенные пo номограмме для стальных воздуховодовкорректируют, умножая на сooтветствующий коэффициент k, равный:
— для шлакогипсовых каналов — 1,1;
— для шлакобетонных каналов — 1,15;
— для кирпичных каналов — 1,3.
Пoтери давления, Па, на преoдоление местных сопротивлений для каждого участка расчитывают пo формуле:
Z = &#931&#958v 2 &#961/2
где &#931&#958 – сумма коэффициентов местных сопротивлений на каждом участке;
v 2 &#961/2 — динамическое давление, Па, определяемое пo номограмме.
При проектировании систем естественной вентиляции на воздушном тракте желательно избегать крутых поворотовбoльшого количества задвижек и клапанов, поскольку потери на местные сопротивления обычно в сетях воздуховодов сoставляют до 90% oт общих потерь.

Естественная вентиляция имеет малый радиус действия и малую эффективность для помещений с небoльшими избытками теплоты, что можно отнести к ее недостакам, а преимущество — простота конструкции, низкая стоимость и легкость в обслуживании.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector