Расчёт параметров домашнего воздухообмена

Комфортный микроклимат в помещении – необходимое условие полноценного отдыха и работы человека. Поэтому большое значение имеет организация эффективного воздухообмена в местах проживания и производственной деятельности. Рассмотрим, как правильно произвести расчёт вентиляции жилого дома, на что обратить внимание.

Зачем нужна вентиляция

Исследованиями установлено, что около 80% жизни человек проводит в закрытых помещениях. Он дышит, выделяет тепло, потеет, использует различные вещества и жидкости. Многие продукты жизнедеятельности оказываются в окружающей среде.

Ситуацию обостряют герметичные пластиковые конструкции современных окон. В них отсутствуют тончайшие зазоры, характерные для старых деревянных рам. В дом, особенно зимой, поступает мало свежего воздуха, нужно дополнительно обеспечить его приток.

Отсутствие вентиляции приводит к застойным явлениям, повышению влажности, перегреванию, скапливанию запахов. Недостаточный воздухообмен негативно влияет на строительные конструкции дома: появляются плесневые грибки, разрушающие деревянные детали и отделочные материалы, возникает коррозия металлических элементов.

Человек в душном помещении чувствует дискомфорт, снижается производительность, возникает головная боль, обостряются хронические заболевания. Поэтому задача вентиляции – обеспечить достаточный воздухообмен при оптимальных значениях температуры и влажности. Важно правильно выполнить расчёт системы вентиляции, так как её недостаточная или избыточная тяга приводит к неудобствам.

Виды вентиляционных устройств

Движение воздушных масс возникает при различии давления в разных местах. Чем выше эта величина, тем быстрее происходит движение. Для комнат, где длительно находятся люди, применяют следующие разновидности вентиляции:

• естественная;
• принудительная;
• комбинированная.

Движение потоков в вентиляции с естественным побуждением происходит без применения механического оборудования на основании физических законов. Более лёгкие тёплые газы по вентиляционным каналам стремятся вверх и выводятся наружу, а их место занимают прохладные тяжёлые с улицы через микротрещины, щели, открытые форточки, створки окон, специальные отверстия.

В принудительной (механической) вентиляции движение и направление воздушного потока создаётся электрическими вентиляторами. По назначению выделяют:

1. Вытяжную, которая только выводит загрязнённый воздух из помещения наружу.
2. Приточную, подающую свежий поток в комнату.
3. Приточно-вытяжную, совмещающую обе функции.

Принудительная вентиляция сложнее, в неё, кроме воздуховодов, входят электрические вентиляторы, пылевые фильтры, подогреватели воздуха, устройства шумоизоляции, электронные блоки автоматики.

Иногда применяют комбинированный способ, где совмещают сразу несколько схем вентилирования. В обычном режиме нормальный воздухообмен осуществляется естественным образом, а при повышенном загрязнении воздуха включают принудительные вентиляторы.

Требования к организации воздухообмена

Расчёт вентиляции помещения выполняют на основании принятых нормативных документов: СНиП 13330.2012, 41-01-2003, 2.08.01-89. Во втором из них описаны санитарно-гигиенические нормы внутренней вентиляции зданий для жилья. Для удобства расчёт выполняют по объёму расхода воздуха за определённый промежуток времени (м³/ч) или часовой кратности. Вторая размерность показывает сколько раз весь воздушный объём полностью заменился в данном закрытом пространстве за 1 час.

Для разных помещений установлены неодинаковые нормы расхода или кратности воздуха:

• комнаты для детей, сна, приёма гостей – обмен 1 раз за час;
• кухня с электроплитой – 60 м³/ч;
• санитарные узлы (душевая, туалет, ванна) – 25 м³/ч;
• кухни с установленной плитой на газе – обмен 1 раз в час (при работе плиты дополнительно 100 м³/ч);
• библиотека, рабочий кабинет – кратность 0,5 раза в час;
• подсобные помещения, прихожая, гардеробная – 0,2 раза в час.

Производительность вентиляции при отсутствии людей допускается снижать. Нормы воздухообмена в СП 60.13330.2012 зависят от числа присутствующих в течение двух часов и больше:

1. Объём притока в 30 м³/ч на одного человека обеспечивается, если на него приходится не менее 20 м² площади квартиры.
2. Подаётся 3 м³/ч на 1 м² площади, если одному жильцу достаётся меньше 20 м² квартиры.
3. Должен обеспечиваться доступ свежих воздушных масс на каждого человека в объёме 60 м³/ч при отсутствии устройств проветривания (форточки, фрамуги, открывающиеся створки окон).

Расчёт естественной вентиляции

Задача расчёта параметров вентиляции помещений состоит в определении необходимых объёмов поступающего и удаляемого воздуха. Вычисления выполняют как для отдельной комнаты, так и целой квартиры или индивидуального жилого дома.

Учитывая требования нормативных документов, тип отопления и особенности помещений, рассчитывают количество и размеры воздуховодов, высоту вентиляционных труб, мощность вентиляторов, параметры фильтров и т. п. Подобные расчёты выполняют подготовленные инженеры.

Самостоятельно владельцы квартир или застройщики могут сделать расчёт основных параметров системы домашней вентиляции по любому из трёх вариантов:

• по кратности обновления воздуха;
• с учётом санитарно-гигиенических норм;
• в зависимости от площади помещений.

Методики вычислений просты и не представляют сложностей для человека со средним образованием, важно понять суть и уметь выполнять арифметические действия.

Вычисление объёма расхода воздуха по кратности

При расчёте учитывается назначение помещений и установленные нормы по кратности воздухообмена. Рассчитывается необходимый объём воздуха по простой формуле: L = S x h x n, где S – площадь помещения, м²; h – высота от пола до потолка, м; n – кратность воздухообмена. Соответствующие значения последнего параметра выбирайте из приложения 4 к СНиП 2.08.01-89* Жилые здания. Общий расход по индивидуальному дому или квартире получают, суммируя результаты по всем комнатам.

Таким образом определяют объём вентиляции, то есть сколько нужно подать воздуха за единицу времени, через вытяжку должно удаляться столько же или чуть больше. Приток свежих воздушных масс считают для гостиной, детской, кабинета, спальни – тех комнат, где нет больших загрязняющих выделений. Вытяжки монтируют в санузлах (ванной, душевой, туалете), кухне, чтобы неприятные запахи и влажные испарения не распространялись на всю квартиру (дом).

В расчётах последних двух из перечисленных помещений необходимо учесть производительность механических вытяжных установок (вентиляторов), если они есть. Эти данные берутся из технического описания приборов. На кухне однократный обмен выполняет естественная вентиляция, а при работе плиты дополнительно используется бытовая вытяжка.

Пример вычисления

Площадь спальни с высотой потолков 2,7 м составляет 14 м². Согласно СНиП 31-01-2003, величина кратности n для неё равна единице. В таком случае за час расход составит L = 14 х 2,7 х 1 = 37,8 м³/ч.

Определение воздухообмена по числу жильцов

Необходимо заметить, что такой расчёт применяют, если на одного жильца приходится 20 м² и более общей площади всех помещений квартиры или индивидуального дома. Вычисление производят по формуле: L = n x V, где n – количество проживающих людей; V – необходимый приточный объём на 1 человека в м/ч³.

Пример расчёта

Численное значение подаваемого воздуха берем из СП 60.13330.2012 (представлены выше). Предположим, в квартире проживают 3 человека. В гостиной постоянно могут находиться все жители и 4 временных посетителя. В данной комнате, в качестве устройств проветривания, не предусмотрены форточки, открывающиеся створки, фрамуги. Тогда общий необходимый объём приточного воздуха будет равен: L = 3 х 60 + 4 х 20 =260 м³/ч.

Для спальни вычисление производят с учётом постоянно находящихся там людей. В помещениях, где есть проветривание через окна, балконные двери, на одного человека принимается объём свежего воздуха, подаваемого через вентиляцию равным 30 м³/ч.

Вычисление по площади помещения

Это наиболее простой способ расчёта приточной вентиляции, применяют его только тогда, когда на 1 человека в квартире приходится меньше 20 м² площади. В таком случае по нормативам на 1 м² помещения должно подаваться 3 м³ свежего воздушного состава в час. Находят общую величину значения по формуле: L = S х Vn, где S – площадь комнаты в м²; Vn – нормативный объём притока в м³/ч. Если спальня имеет площадь 12 м², тогда общий объём приточного воздуха будет равен: L = 12 х 3 = 36 м³/ч.

Вычисляем параметры вентиляционных каналов

Такой расчёт нужно сделать при проектировании своего дома, чтобы естественная вентиляция работала правильно. Зная общий объём притока в час, легко найти параметры каналов для удаления отработанного воздуха. Площадь сечения вентиляционной трубы определяется по формуле: F = L/3600 х Vс, где L – удельный расход вытяжки, м³/ч; Vс – скорость потока в трубе, м/с.

Установлено, что скорость естественного перемещения воздуха в каналах ограничена диапазоном 0,5-1,5 м/с. Для простоты расчёта берём величину 1 м/с. Примем, что с учётом работы электрических вытяжек, оборудованных в санитарном узле и кухне, остаётся удалить естественным способом 200 м³ в час. Последовательность расчёта представлена ниже:

1. Определяем необходимое поперечное сечение вентиляционного канала F = 200/3600 х 1 ≈ 0,0556 м².
2. По формуле площади круга (S = πR²) вычисляем диаметр канала, если он цилиндрический, D = 0,266 м.
3. Для прямоугольного сечения нужно подобрать размеры исходя из величины F.

Основные параметры каналов для принудительных вытяжек можно посчитать аналогично, только скорость движения потока берётся 3 м/с, а часовой расход воздуха из технического описания прибора.

Определяем высоту вентиляционных труб

Высота подъёма вентиляционных труб делается такой, чтобы создать внутри достаточную силу тяги. Параметр определяется методом подбора. Сначала прикидывают, на сколько можно максимально поднять трубу. Сила тяги вычисляется по формуле: p = 9,81 х H(1.27 — ρ_возд.), где p – гравитационное давление внутри вентиляционной шахты, Па; H – расстояние между входной решёткой вытяжки и верхней точкой трубы над крышей, м; ρ_возд – плотность воздушной смеси, при t = +20 °С этот показатель равен 1,2 кг/м³. При H = 3,5 м определяем тягу: p = 9,81 х 3,5(1,27 – 1,2) ≈ 2,4 Па.

Потери в воздуховодах

Далее проводим аэродинамический расчёт отводных воздуховодов для определения сопротивления движению потока. Если оно окажется большим вычисленного напора (2,4 Па), придётся изменить высоту трубы или поперечные размеры.

Формула вычисления аэродинамического сопротивления в воздушных каналах: Δp = R х H + ∑ξ х Pv, где Δp – потери давления от препятствий при движении; R – удельное сопротивление трения воздуха, Па/м; H – перепад высот выходной трубы, м; ∑ξ – сумма всех коэффициентов локальных сопротивлений; Pv – динамическое давление, Па.

Сначала находим по формуле значение Pv = ρ_возд х Vс²/2. Рv = 1,2 х 1²/2 = 0,6 Па. Далее определяем R по таблице, учитывая величину динамического напора (0,6 Па), скорости перемещения потока (1 м/с) и параметров воздуховода (266 мм). R = 0,059 Па/м.

*Для воздуховодов прямоугольного сечения нужно использовать другую таблицу. Ссылка для поиска информации: https://files.stroyinf.ru/Index2/1/4293758/4293758590.htm (приложения 3 и 4).

Локальные сопротивления – это потери давления в решётке с жалюзями и отводе под углом 90°. Численные значения этих коэффициентов не изменяются и условно приняты равными 1,2 и 0,4 соответственно. В сумме получается 1,6.

Подсчитаем аэродинамическое сопротивление: Δp = 0,059 х 3,5 + 1,6 х 0,6 ≈ 1,17 Па. Сравниваем полученный напор и расчётное сопротивление. Вычисленная сила тяги p ≈ 2,4 Па почти в 2 раза больше, чем потери давления (1,17 Па), вентиляционная труба высотой 3,5 м слишком высока. Необходимо уменьшить размеры и произвести новый расчёт.

Принудительная вентиляция

При использовании устройств с побудительным воздухообменом необходимо, чтобы их производительность была не меньше рассчитанного объёма притока. В проекте установки учтите, что не каждая комната имеет наружные стены, поэтому отдельные вытяжные отверстия будут обслуживать их несколько.

Самостоятельно рассчитать принудительную приточно-вытяжную вентиляцию сложно. Для этого нужно обладать инженерными знаниями, при проектировании придётся посчитать:

• необходимое количество приточного и удаляемого воздуха;
• размеры вентиляционных отверстий;
• количество и параметры воздуховодов (размеры поперечного сечения, длинна, потери давления);
• размеры и мощность вентиляторов;
• тепловые потери в отопительный период;
• параметры рекуператора;
• производительность устройств очистки и подогрева;
• мощность холодильной машины;
• потребляемую электроэнергию;
• толщину шумоизоляции;
• параметры для настройки автоматики.

Для расчёта сложной системы лучше пригласить специалиста, который правильно выполнит проект. Современные вентиляционные устройства настраиваются на определённую температуру воздуха, способны работать в автоматическом режиме, изменяют свои параметры в зависимости от состояния погоды, времени года. Наружный поток, пройдя через установку будет очищен, подогрет или охлаждён, увлажнён или осушён.

Полезные советы

Сделать полный инженерный расчёт вентиляционной системы дома довольно сложно. Индивидуальный застройщик может обойтись приведенным упрощённым вариантом. Описанная выше методика позволит оборудовать работоспособную вентиляцию жилья.

Несколько рекомендаций по упрощению задачи:

1. В дебри аэродинамики не влезайте – правильно посчитайте объёмы жилых помещений, размеры воздуховодов, определите их размещение, а вентиляционные трубы выведете на высоту 2 м над вытяжными отверстиями.
2. Внутри здания, для направленного движения удаляемых воздушных потоков, применяйте пластиковые трубы. У них почти идеальная гладкая поверхность, таким образом уменьшите сопротивление передвижения газов.
3. Воздуховоды, проложенные в неотапливаемых местах, необходимо утеплить, иначе будет образовываться конденсат, а зимой лёд.
4. В точках выходов вентиляционных шахт не устанавливайте вентиляторы, их лопасти, в отключенном состоянии, уменьшат скорость прохождения потока. Принудительные механизмы крепят со стороны комнат.
5. Дополнительный приток свежего воздуха обеспечат, установленные в определённых местах наружных стен, регулируемые клапаны. Заделайте все щели и трещины, чтобы холодный воздух самопроизвольно не просачивался внутрь.

Подведём итоги

 Простейший расчёт домашней вентиляции способен выполнить каждый застройщик. Но если вы хотите оборудовать автоматическую приточно-вытяжную систему, обратитесь к подготовленному специалисту или в специализированную компанию. Правильно организованный воздухообмен жилья – залог здоровых и комфортных условий для проживающих.