Расчет площади воздуховодов и фасонных изделий: правила выполнения вычислений + примеры расчетов по формулам

Залогом безупречной и эффективной работы вентиляции является грамотный расчет площади воздуховодов и фасонных изделий, от которого зависит подбор как отдельных элементов, так и оборудования. Цель расчета — обеспечение оптимальной кратности перемены воздуха в помещениях в соответствии с их назначением.

В статье мы подробно разобрали каждый из обязательных этапов вычислений: определение сечения и фактической площади воздуховодов, расчет скорости воздуха и подбор параметров фасонных изделий. Кроме того, мы обозначили главные требования, предъявляемые к величине вентканалов, а также привели пример расчета воздуховодов для частного дома.

Цель выполнения расчетов

Особенности расчета и выбора воздуховодов зависят от их типа и материала, из которого они изготовлены. Последняя характеристика обуславливает нюансы, возникающие при движении воздуха и особенности взаимодействия лавины воздуха со стенками.

Воздуховоды бывают:

• металлическими — это может быть черная сталь, оцинкованная, нержавейка;
• алюминиевыми гибкими гофрированными;
• пластиковые вентканалы — гибкие и жесткие;
• тканевыми.

По геометрии сечения изготавливают воздуховоды круглые, прямоугольные, овальные. Последние не столь популярны, как два первых.

Даже если имеется самый правильный проект вентиляционной системы, ошибка в подборе сечений воздуховодов может привести к нарушению циркуляции воздуха.

Следствием ошибок в расчетах будет повышенная влажность, а дальше плесень и грибок в помещении. Без правильного расчета площади всех деталей невозможно подобрать подходящие элементы вентиляционного комплекса

От этого параметра зависит:

• скорость протекания воздушной массы и ее объем;
• степень герметичности соединений;
• шумность вентиляционной системы;
• электропотребление.

Вычисления, выполненные правильно, дадут возможность сэкономить средства, поскольку количество материала будет определено точно. Но помимо экономических вопросов, главными являются все-таки параметры вентиляции, обеспечивающие комфортные условия жизнедеятельности людей.

Общие сведения для вычисления площади сечения

Площадь труб для воздуховода рассчитывают по разным значениям:

1. На соответствие санитарно-гигиеническим параметрам (СанПиН).
2. По количеству проживающих.
3. По площади комнат.

Результат можно получить как для отдельного помещения, так и для дома в целом. Для расчета есть специальные программы с заложенными в них алгоритмами. Еще один вариант расчета — использование формул.

Площадь сечения воздуховодов при их проектировании выбирается так, чтобы воздух по всех длине двигался с примерно одинаковой скоростью. По всей протяженности системы количество воздуха разное, поэтому площадь сечения воздуховода должна изменяться в большую сторону с ростом объема воздушной массы.

Если рассматривать вытяжную вентиляцию, то квадратура сечения растет по мере приближения к вентилятору. Только так можно гарантировать более-менее одинаковую скорость массы воздуха на всем протяжении воздухопровода

С ростом круглого сечения уменьшается скорость потока воздуха. Снизится при этом и аэродинамический шум. Минус таких воздуховодов в громоздкости конструкции, из-за чего невозможна их установка в пространство между черновым и навесным потолком, а также в увеличенной стоимости.

Если такой возможности нет, можно отдать предпочтение прямоугольной геометрии, поскольку высота прямоугольного сечения меньше. С другой стороны круглые изделия легче устанавливать, да и свои эксплуатационные преимущества у них имеются.

Поскольку круглые воздуховоды не всегда можно вписать в интерьер, а более эстетичные прямоугольные дорогие, как альтернативу, стоит рассмотреть овальные изделия. Они и эргономичны, и эффективны

Выбор того или иного варианта зависит от приоритетов пользователя. Если во главе угла экономия электроэнергии, минимальный шум и есть все возможности монтажа габаритной сети, лучший выбор — круглая форма воздуховода.

Этапы выполнения расчета

Расчетные работы состоят из нескольких этапов:

1. Составления общей схемы системы вентиляции. Здесь должны быть отмечены длины прямых участков, поворотные части и их тип, места изменения сечения.
2. Выбора кратности воздухообмена, идентичного санитарно-гигиеническим требованиям.
3. Расчета скорости движения масс воздуха по трубопроводу. Зависит этот параметр от вида вентиляции, а она может быть естественной или принудительной.
4. Расчета площади воздуховодов и других параметров.

Существует много программ для выполнения подобных расчетов.

Вычисления при помощи формул для сложной системы — задача непростая. Для дома небольших габаритов подсчет площади отдельных элементов, сечения воздуховодов вполне возможен

Расчет сечения воздуховода

Выражение, используемое для расчета квадратуры фасонных элементов и воздуховодов, выглядит так:

Sc = (L х 2.778) : V,

где:

• Sc — площадь в поперечном разрезе;
• L — расход потока воздуха, циркулирующего в системе;
• 2.778 — коэффициент, согласовывающий различные размерности;
• V — скорость воздушной лавины в конкретном месте, измеряется в метрах за секунду.

Итогом расчета будет величина, измеряющаяся в см².

Есть и альтернативная формула:

S = L : k × V,

Коэффициент К в этом случае равен 3600.

Определение фактической площади воздуховода

Регулярную площадь вентиляции для круглых вентканалов высчитывают по формуле:

S = (π x D2) : 400,

где:

• S — фактическая площадь;
• D — диаметр.

Для трубопроводов прямоугольного сечения:

S = (А х В) : 100,

где:

• S — фактическая площадь;
• D — диаметр;
• А — высота воздуховода;
• В — ширина конструкции.

Площадь сечения для трубы с овальным сечением высчитывают по формуле:

S = π × А × В : 4,

где:

• А — больший диаметр овала;
• В — меньший диаметр соответственно.

Есть и другие формулы для высчитывания площади воздуховода.

Используя такой нормативный документ, как СНиП, можно сравнить размеры сечений воздуховодов с требуемыми показателями. Таким образом, подходящий размер воздушного трубопровода определяется еще проще.

Некоторые производители в описании воздуховодов дают номограммы. Есть они и в нормативной литературе.

Номограмма для металлического воздуховода с сечением в форме круга. Значения из нее подставляют в формулу. Все гибкие воздуховоды дополняют такими схемами (+)

Из номограмм можно взять значение площади сечения. Оно приблизительное, но для создания системы с минимальным уровнем шума подходят.

Чтобы найти размеры воздуховода для определенного ответвления трубопровода, по которому транспортируется заданный объем воздуха, нужно выполнить следующие действия:

1. Определить на номограмме точку пересечения объема воздуха, перемещаемого за 1 час и линии наибольшей скорости для расчетного участка.
2. Рядом с этой точкой найти значение наиболее подходящего диаметра.

Кроме этого, имея номограмму, можно не только облегчить расчет сечения воздуховодов и фасонных частей, но и конкретизировать потери давления на отрезке воздушной магистрали при установленной скорости.

Номограмму применять необязательно, можно определить нужную площадь сечения в зависимости от скорости воздушной массы.

Расчет скорости воздуха

Используя формулы или специальные таблицы, вычисляют скорость воздуховода. Ключевым параметром здесь является показатель кратности, определяющий объем воздуха, при котором происходит полноценное проветривание помещения объемом 1 м³ в течение 1 часа.

Специалисты рекомендуют для определения показателя кратности исследовать конкретные условия на действующих промышленных объектах, по которым есть фактические данные о выделении газов, токсических паров и др. Лучше всего делать самостоятельный расчет с применением формул.

Для упрощения расчетов существуют специальные таблицы, откуда можно взять готовое значение показателя кратности, но нужно иметь в виду, что в них приводят округленные параметры

Формула для вычисления кратности выглядит так:

N = V : W,

где:

• N — искомая кратность;
• V — объем свежей воздушной массы, поступающей в помещение в течение часа;
• W — объем комнаты.

Единица кратности — число раз/час, V измеряется в мᶾ/ч, объем — в мᶾ.

Рассмотрим конкретный пример определения необходимого количества воздуха по кратности.

Имеется жилая комната объемом 22 мᶾ. Для нее потребуется воздуха: L = 22 х 6 = 132 м³, здесь 6 — кратность воздухообмена, взятая из таблицы.

Скорость перемещения массы (V) измеряют в м/с и определяют по формуле:

V=L : 3600 х S,

где:

• L — используемый воздух (мᶾ/ч);
• S — площадь воздуховода в разрезе (мᶾ).

Дополнительно еще 2 параметра влияют на скорость перемещения воздуха: уровень шума, коэффициент вибрации. При проектировании системы их нужно обязательно учитывать.

Пример расчета для небольшого коттеджа

Для расчета взят коттедж с внутренней площадью 108,8 м² и высотой от пола до перекрытия 3 м. Внутри имеется гостиная, спальня, детская, кухня, санузел. Показатель кратности принимаем равным 1.

Вентиляционная система позволяет избавить помещение от примесей, приносящих вред здоровью — потенциально опасных и провоцирующих аллергические реакции, ухудшить самочувствие

Сначала рассчитывают количество удаленного и поступаемого воздуха в целом на здание.

Применяют для этого методику СНиП:

1. Поскольку спальня и гостиная одинаковые по площади, количество удаленного воздуха из них равно 21 х 3 х 1 = 63 мᶾ/ч.
2. Для детской — 24 х 3 х 1 = 72 мᶾ/ч.
3. Для кухни — 22 х 3 х 1 + 100 = 166 мᶾ/ч.
4. Для санузла — 10 х 3 х 1 = 30 мᶾ/ч.
5. В итоге: 63 х 2 + 48 + 166 + 30 = 394 мᶾ/ч.

Коридор и прихожую в расчет не брали. 100 мᶾ — это тот объем, что уходит через вытяжку на кухне.

Правильное распределение потоков воздуха в доме также очень важный момент. В постройках такого типа обычно устраивают систему естественной вентиляции. Принудительный элемент здесь все-таки присутствует — кухонная вытяжка.

Далее определяют диаметры вентиляционных каналов. Так как 100 м³ удаляет вытяжка принудительно, то остается распределить оставшиеся 294 м³. Они уйдут естественным образом через 2 шахты. На каждую придется: 294 : 2 = 147 мᶾ.

Поскольку в шахтах естественной вентиляции скорость воздуха колеблется в пределах от 0,5 до 1,5 м/с, обычно в расчетах берут среднее значение — 1 м/с. Подставив известные величины в формулу S = L : k × V, находят: S = 147 : 3600 х 1 = 0,0408 м².

Теперь появилась возможность определить диаметр воздуховода с кругом в сечении по формуле: S = (π x D2) : 400 или 0,0408 = (3,14 х D2) : 400.

Решив это уравнение с одним неизвестным, путем несложных вычислений, находят, что диаметр воздуховода равен 2,28 мм. Под это значение подбирают ближайший больший стандартный размер трубы.

При помощи этой переводной таблицы можно выбрать эквивалентный диаметр воздуховода с сечением в форме круга. Это значительно упрощает расчет

Когда монтируют воздуховод прямоугольного сечения, выбирают его размер по таблице, ориентируясь на площадь. Ближайшее большее значение — 200 х 250 мм.

По такой же схеме определяют площадь сечения отвода под кухонную вытяжку с той разницей, что скорость воздуха здесь равна 3 м/с. S = 100 : 3600 х 3 = 0,083 м² или диаметр 107 мм.

Переводная таблица необходима тогда, когда нужно выполнить расчет воздуховодов с прямоугольным сечением и применить при этом таблицу для круглых изделий. Здесь представлены диаметры воздуховодов с кругом в сечении, в которых снижение давления за счет трения равно аналогичному значению в прямоугольной конструкции.

Существует три способа определения эквивалентного значения:

• по скорости;
• по поперечному разрезу;
• по расходу.

Эти величины связаны с разными параметрами воздуховода. Для каждого из них есть индивидуальная методика использования таблиц. Главное, чтобы вне зависимости от примененной методики, величина утраты давления на трение получилась одинаковой.

В заключение проводится проверка скорости: V = 147 : (3600 х 0,0408) = 1,0 м/с. Это соответствует допустимому пределу.

Фасонные изделия и их расчет

При монтаже воздуховодов прямые участки различных размеров соединяют при помощи фасонных изделий.

При производстве и воздуховодов, и фасонных изделий необходим подсчет их площади. Без этого невозможно определить правильно нужное количество материала для изготовления деталей

К фасонным изделиям относятся:

1. Отводы. Их используют для изменения направления воздушного трубопровода под всевозможным углом. Бывают как круглыми, так и прямоугольными, овальными.
2. Переходы. С их помощью соединяют воздуховоды различного сечения. Геометрия любая — от круглой до комбинированной.
3. Муфты, ниппели. Соединяют прямые отрезки магистрали.
4. Тройники. Сочленяют разветвления или две ветки воздуховода.
5. Заглушки. Перекрывают воздушный поток.
6. Крестовины. Разделяют или соединяют воздушные потоки.
7. Утки. Обеспечивают разноуровневый переход воздуховода.

Чтобы рассчитать нужные параметры фасонных изделий, необходимы математические навыки.

Любому фасонному изделию отведена своя особая роль в вентиляционной системе. Производители каждое из них проектируют отдельно. Поставляются они совместно с основными элементами

Ошибка, допущенная в одном показателе, повлечет за собой ухудшение эксплуатационных характеристик системы. Готовых формул для таких расчетов не существует.

В таблице представлены стандартные типоразмеры воздуховодов. Даже профессионалы вместо сложных вычислений применяют такие и подобные специальные таблицы

Многие проектировщики пользуются специальными программами, онлайн-калькуляторами. Потребуется только ввести первичные величины и получить на выходе готовые параметры.

Программы позволяют не только определить нужные величины всех деталей, но и сделать их развертку. Такая развертка, отпечатанная на 3D-принтере, позволяет выполнить идеальную подгонку вентиляционных каналов.

Основные требования к расчету

При определении итоговых параметров воздуховодов необходимо учесть, что определение площади воздуховодов должно гарантировать, что:

1. Обеспечивается температурный режим в помещении. Там, где существует избыток тепла, предусмотрено его удаление, а там, где наблюдается недостаток, сведены к минимуму его потери.
2. Скорость перемещения воздуха никаким образом не снижает уровень комфорта людей, находящихся в помещении. В районах рабочих зон обязательно присутствует очистка воздуха.
3. Вредные химсоединения и взвешенные частицы, присутствующие в воздухе, находятся в объеме, соответствующем ГОСТу 12.1.005-88.

Для отдельных помещений обязательным условием подбора площади воздуховодов является постоянное поддержание подпора и исключение подачи воздуха снаружи.

При расчете сопротивления магистрали принимают к учету потери давления. Чтобы во время движения поток воздушной массы смог преодолеть сопротивление, необходимо соответствующее давление

К категории помещений, где необходим подпор, относятся подвалы, а также помещения, в которых могут скапливаться вредные вещества.

Выводы и полезное видео по теме

Онлайн-программа в помощь инженеру-проектировщику: 

Сюжет об организации вентиляции частного дома в целом:

Площадь сечения, форма, длина воздуховода — одни из параметров, определяющих производительность вентсистемы. Правильный расчет крайне важен, т.к. от него зависит воздухопропускная способность, а также скорость потока и эффективная работа конструкции в целом.

При использовании онлайн-калькулятора, степень точности расчета будет выше, чем при подсчете ручном. Такой результат объясняется тем, что программа автоматически сама округляет величины к более точным.

У вас есть личный опыт проектирования, обустройства и расчета системы воздуховодов? Хотите поделиться накопленными знаниями или задать вопросы по теме? Пожалуйста, оставляйте комментарии и участвуйте в обсуждениях – форма для отзывов расположена ниже.