2.3. Как рассчитать систему вентиляции?
Система вентиляции - это набор оборудования, аксессуаров и автоматики, спроектированной и смонтированной в единую систему, благодаря которой осуществляется приток свежего воздуха в помещение и вытяжка обратно.
Современные системы вентиляции проектируют на основе импортного оборудования, а также оборудования некоторых удачных российских заводов. На сегодняшний день оборудование для систем вентиляции имеет массу преимуществ по сравнению с вентилятрами типа "улитка" из прошлого века- отличные технические характеристики и свойства, надежность, долговечность, малошумность и экономичность работы, малые габариты и вес, эргономичный дизайн.
Современные системы вентиляции обеспечивают не только циркуляцию воздуха в помещении, но и его очистку, изменение температуры и влажности, т.е. осуществляется полная обработка воздуха.
Несведующему человеку рассчитать систему вентиляции практически невозможно, так как необходимо учесть и просчитать большое количество элементов и параметров, этим занимаются только высококвалифицированные проектировщики.
Подробно узнать о том, из каких компонентов состоит типовая система вентиляции, вы можете здесь.
Проектирование и расчет систем вентиляции
При выборе оборудования для системы вентиляции необходимо рассчитать следующие основные параметры:
- Производительность по воздуху;
- Мощность калорифера;
- Рабочее давление, создаваемое вентилятором;
- Скорость потока воздуха и площадь сечения воздуховодов;
- Допустимый уровень шума.
Ниже приводится упрощенная методика подбора основных элементов системы приточной вентиляции, используемой в бытовых условиях.
Производительность по воздуху
Проектирование системы вентиляции начинается с расчета требуемой производительности по воздуху или «прокачки», измеряемой в кубометрах в час. Для этого необходим поэтажный план помещений с экспликацией, в которой указаны наименования (назначения) каждого помещения и его площадь. Расчет начинается с определения требуемой кратности воздухообмена, которая показывает сколько раз в течение одного часа происходит полная смена воздуха в помещении. Например, для помещения площадью 50 квадратных метров с высотой потолков 3 метра (объем 150 кубометров) двукратный воздухообмен соответствует 300 кубометров в час. Требуемая кратность воздухообмена зависит от назначения помещения, количества находящихся в нем людей, мощности тепловыделяющего оборудования и определяется СНиП (Строительными Нормами и Правилами). Для офисных помещений требуется 2-3 кратный воздухообмен.
Для определения требуемой производительности необходимо рассчитать два значения воздухообмена: по кратности и по количеству людей, после чего выбрать большее из этих двух значений.
Расчет воздухообмена по кратности:
L = n * S * H, где
L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;
n — нормируемая кратность воздухообмена: для жилых помещений n = 1, для офисов n = 2,5;
S — площадь помещения, м2;
H — высота помещения, м;
Расчет воздухообмена по количеству людей:
L = N * Lнорм, где
L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;
N — количество людей;
Lнорм — норма расхода воздуха на одного человека:
в состоянии покоя — 20 м3/ч;
работа в офисе — 40 м3/ч;
при физической нагрузке — 60 м3/ч.
Рассчитав необходимый воздухообмен, выбираем вентилятор или приточную установку соответствующей производительности. При этом необходимо учитывать, что из-за сопротивления воздухопроводной сети происходит падение производительности вентилятора. Зависимость производительности от полного давления можно найти по вентиляционным характеристикам, которые приводятся в технических характеристиках оборудования. Для справки: участок воздуховода длиной 15 метров с одной вентиляционной решеткой создает падение давления около 100 Па.
Типичные значения производительности систем вентиляции:
Для квартир — от 100 до 500 м3/ч;
Для коттеджей — от 1000 до 5000 м3/ч;
Для офисов — от 1000 до 10000 м3/ч.
Мощность калорифера
Калорифер используется в приточной системе вентиляции для подогрева наружного воздуха в холодное время года. Мощность калорифера рассчитывается исходя из производительности системы вентиляции, требуемой температурой воздуха на выходе системы и минимальной температурой наружного воздуха. Два последних параметра определяются СНиП. Температура воздуха, поступающего в жилое помещение, должна быть не ниже +18°С. Минимальная температура наружного воздуха зависит от климатической зоны и для Москвы равна -26°С (рассчитывается как средняя температура самой холодной пятидневки самого холодного месяца в 13 часов). Таким образом, при включении калорифера на полную мощность он должен нагревать поток воздуха на 44°С. Поскольку сильные морозы в Москве непродолжительны, в приточных системах допускается устанавливать калориферы, имеющие мощность меньше расчетной. Но при этом приточная система должна иметь регулятор производительности для уменьшения скорости вентилятора в холодное время года.
При расчете мощности калорифера необходимо учитывать следующие ограничения:
- Возможность использования однофазного (220 В) или трехфазного (380 В) напряжения питания. При мощности калорифера свыше 5 кВт необходимо 3-х фазное подключение, но в любом случае 3-х фазное питание предпочтительней, так как рабочий ток в этом случае меньше.
- Максимально допустимый ток потребления. Величину тока (А), потребляемого калорифером, можно вычислить по формуле:
I = P / U, где
I — максимальный потребляемый ток, А;
Р — мощность калорифера, Вт;
U — напряжение питания:
220 В — для однофазного питания;
Для трехфазной сети расчёт несколько иной.
В случае, если допустимая нагрузка электрической сети меньше чем требуемая, можно установить калорифер меньшей мощности. Температуру, на которую калорифер сможет нагреть приточный воздух, можно рассчитать по формуле:
ΔT = 2,98 * P / L, где
ΔT — разность температур воздуха на входе и выходе системы приточной вентиляции,°С;
Р — мощность калорифера, Вт;
L — производительность вентиляции, м3/ч.
Типичные значения расчетной мощности калорифера — от 1 до 5 кВт для квартир, от 5 до 50 кВт для офисов. Если использовать электрический калорифер с расчетной мощностью не представляется возможным, следует установить калорифер, использующий в качестве источника тепла воду из системы центрального или автономного отопления (водяной или паровой калорифер). В любом случае, если есть возможность, лучше использовать водяные или паровые калориферы. Экономия на обогреве в этом случае получается колоссальная.
Рабочее давление, скорость потока воздуха в воздуховодах и допустимый уровень шума
После расчета производительности по воздуху и мощности калорифера приступают к проектированию воздухораспределительной сети, которая состоит из воздуховодов, фасонных изделий (переходников, разветвителей, поворотов) и распределителей воздуха (решеток или диффузоров). Расчет воздухораспределительной сети начинают с составления схемы воздуховодов. Далее по этой схеме рассчитывают три взаимосвязанных параметра — рабочее давление, создаваемое вентилятором, скорость потока воздуха и уровень шума.
Требуемое рабочее давление определяется техническими характеристиками вентилятора и рассчитывается исходя из диаметра и типа воздуховодов, числа поворотов и переходов с одного диаметра на другой, типа распределителей воздуха.
Чем длиннее трасса и чем больше на ней поворотов и переходов, тем больше должно быть давление, создаваемое вентилятором. От диаметра воздуховодов зависит скорость потока воздуха. Обычно эту скорость ограничивают значением от 2,5 до 4 м/с. При больших скоростях возрастают потери давления и увеличивается уровень шума. В тоже время, использовать «тихие» воздуховоды большого диаметра не всегда возможно, поскольку их трудно разместить в межпотолочном пространстве и стоят они дороже. Поэтому, при проектировании вентиляции часто приходится искать компромисс между уровнем шума, требуемой производительностью вентилятора и диаметром воздуховодов. 
Для бытовых систем приточно-вытяжной вентиляции обычно используются воздуховоды диаметром 160...250 мм или сечением 400х200мм...600х350мм и распределительные решетки размером 100×200 мм — 1000×500 мм.