Расчет воздуховодов вентиляции: принципы и пример

Зачем нужен расчёт площади воздуховода и фасонных частей

Перед расчетом сетей нужно определить из чего они будут изготовлены. Сейчас применяются изделия из стали, пластика, ткани, алюминиевой фольги и др. Часто воздуховоды изготовляют из оцинкованной или нержавеющей стали, это можно организовать даже в небольшом цеху. Такие изделия удобно монтировать и расчет такой вентиляции не вызывает проблем.

Кроме этого, воздуховоды могут различаться по внешнему виду. Они могут быть квадратного, прямоугольного и овального сечения. Каждый тип обладает своими достоинствами.

• Прямоугольные позволяют сделать системы вентиляции небольшой высоты или ширины, при этом сохраняется нужная площади сечения.
• В круглых системах меньше материала,
• Овальные совмещают плюсы и минусы других видов.

Для примера расчета вентиляции выберем круглые трубы из жести. Это изделия, которые используют для вентиляции жилья, офисных и торговых площадей. Расчет будем проводить одним из методов, который позволяет точно подобрать сеть воздуховодов и найти ее характеристики.

Расчет воздуховодов вентиляции нужно начинать с плана помещений.

Используя все нормы определяют нужное количество воздуха в каждую зону и рисуют схему разводки. На ней показываются все решетки, диффузоры, изменения сечения и отводы. Расчет производится для самой удаленной точки системы вентиляции, поделенной на участки, ограниченные ответвлениями или решетками.

Гибкий воздуховод – это мягкая труба, армированная металлической спиралью. Эксплуатация таких каналов отличается от жестких систем рядом особенностей. Однако монтаж гибких вентиляционных каналов проще и дешевле, чем сборка коммуникаций из жестких труб, поскольку не требует фасонных деталей для прохода поворотов.

Преимущества гибких воздуховодов:

• простота монтажа;
• небольшой вес;
• возможность легко изменить направление и конфигурацию прокладываемого канала;
• доступная цена;
• наличие тепло-, вибро- и шумоизоляции от производителя;
• совместимость со всеми видами труб.

Из недостатков можно отметить:

• слабую устойчивость к механическим повреждениям при транспортировке и в ходе монтажа;
• ограничения в применении;
• необходимость профессиональных знаний при установке.

Воздуховодами называют систему труб, приспособленную для движения по ней воздушного потока и устроенную определенным образом.

Их применяют при монтаже систем вентиляции в домах‚ сети воздуховодов образуют системы вентиляции и кондиционирования‚ с их помощью подключают промышленные и кухонные вытяжки‚ используют в системах воздушного отопления.

Исходя из конструктивного исполнения‚ их делят на круглые и прямоугольные. Круглые воздуховоды эргономичны‚ воздух движется по ним почти бесшумно‚ вибрация при работе незначительная.

Соединяют элементы воздуховода с круглым сечением без использования дополнительных элементов.

Прямоугольное сечение воздуховода предпочтительнее тогда, когда систему нужно сделать незаметной, спрятав ее под отделкой.

Этим и удовлетворительным уровнем пропускной способности обусловлен их выбор при устройстве системы вентиляции в жилых домах. Кроме того, воздуховоды бывают жесткими и гибкими.

Металлические воздуховоды с прямоугольной формой сечения в разрезе имеют типовые размеры‚ колеблющиеся в пределах от 10 х 10 до 400 х 320 см. Прямые звенья имеют длину от 1 до 2.5 м

У первых сечение может быть как круглым‚ так и прямоугольным‚ а вторые в разрезе имеют только круг. Их использование уместно в точках разветвления. Производят гибкие воздуховоды (гофру) в основном из алюминиевой фольги‚ полиэфира‚ хотя есть и изделия из силикона‚ текстиля‚ резины, устойчивой к агрессивной химии.

К вентиляторам‚ приточным и вытяжным анемостатам‚ решеткам их подсоединяют напрямую, но иногда, чтобы связать такой воздуховод с основной системой‚ дополнительно нужны соединительно-монтажные детали.

Внутри поверхность гибких воздуховодов не отличается особой гладкостью, поэтому повышенное аэродинамическое сопротивление создает дополнительные шумы.

Гибкие воздуховоды могут быть как каркасными‚ так и бескаркасными. Каркас образует проволока — полимерная либо стальная. Свитую в пружину проволоку‚ покрывают синтетическим материалом‚ фольгированной лентой или полимером. Этот вид труб иногда оснащают покрытием — теплоизоляционным или шумопоглощающим

Структура у гибких воздуховодов многослойная. Для большей жесткости между слоями размещают стальную проволоку. Наиболее часто вентканалы в жилых домах прокладывают из труб ПВХ‚ обладающих высокими звукопоглощающими и теплоизоляционными характеристиками.

Применяют гофру в тем местах, где скорость движения воздушной массы не превышает 30 м/с‚ а давление не выше 5 т. Па.

Воздуховодные каналы по своей конструкции могут быть встроенными‚ в виде вентиляционных шахт‚ и внешними‚ проложенными по стенам и потолкам. Первые располагают внутри стен.

Чтобы они работали эффективно их поверхность внутри должна быть максимально гладкой‚ тогда воздух будет циркулировать свободно‚ не натыкаясь ни на какие помехи. Внизу шахта имеет отверстие‚ позволяющее очищать воздуховод.

Подвешенные и приставные короба используют для устройства внешних воздуховодов. Они представляют собой сборку, состоящую из труб и соединителей, различных по размеру и форме. Исходя из такого признака‚ как наличие изоляции‚ воздуховоды бывают изолированными и без изоляции.

Основываясь на дизайне помещений и конструктивных особенностях строения‚ останавливают выбор на каком-то конкретном виде воздуховодов.

а-з – установка горизонтальных воздуховодных каналов; и-к – вертикальных каналов; а, и – крепление к стенам; б, в, г, к – фиксация к колоннам; д, в – к перекрытиям; е, з – к формам и прогонам. Конструктивные элементы: 1 – консоль; 2 – тяга; 3 – хомут; 4 – воздуховод; 5 – траверса; 6 – стяжной болт; 7 – накладка

Установке системы должен предшествовать качественный аэродинамический расчет. Потребуется определить давление в системе‚ объем воздушных масс‚ проходящих по воздуховоду‚ его сечение‚ тип воздухообмена.

Чтобы определить размер воздуховода в разрезе, нужен эскизный вариант воздушной сети. Сначала вычисляют площадь сечения.

D = √4S/π

Если сечение прямоугольное его площадь находят, умножив длину стороны на ширину: S = A x B.

Вычислив сечение и применив формулу S = L/3600V, находят объем воздухозамещения L в мᶾ/ч.

Скорость движения воздуха в воздуховоде в районе приточной решетки рекомендуют брать в пределах от 2 до 2.5 м/с для офисов и жилья и от 2.5 до 6 м/с на производстве.

В магистральных воздуховодах — от 3.5 до 6 в первом случае, от 3.5 до 5 — во втором и от 6 до 11 м/с — в третьем. Если скорость будет превышать эти показатели, возрастет уровень шума сверх нормативного значения. Коэффициент 3600 согласовывает между собой секунды и часы.

Использование табличных значений упростит процесс расчета. Иногда чтобы уменьшить шум в системе, применяют трубы с сечением, превышающим по размерам расчетную величину. С экономической точки зрения такое решение нерационально. Объемные каналы стоят дороже и крадут пространство

Из таблицы, ориентируясь на скорость воздушного потока, можно взять и ориентировочный расход воздушной массы.

Вам также может быть полезна подробная информация о расчете площади воздуховодов с примерами вычислений, рассмотренная в другой нашей статье.

https://www.youtube.com/watch?v=hosMikYBzbA

Независимо от вида и возлагаемых на вентиляционную систему функций основную задачу, заключающуюся в транспортировке воздуха‚ выполняют в ней каналы для транспортировки воздушного потока. Изо всех работ по монтажу системы самым сложным моментом является установка воздуховодов.

Даже при грамотно выполненном расчете‚ нарушив технологию‚ никогда не выйдет создать систему‚ работающую без сбоев.

Кроме основных задач‚ вентиляция может выполнять и ряд дополнительных функций:

• осуществлять контроль чистоты поставляемого в помещение воздуха;
• поддерживать заданный процент влажности;
• освобождать от всяких примесей воздух‚ удаляемый из здания.

При устройстве вытяжной вентиляции нужен всего один воздуховод. В приточно-вытяжной системе потребуется прокладка двух независимых воздуховодов для того‚ чтобы по одному из них поступал в помещение чистый воздух‚ а по другому уходил использованный.

Прокладка каналов для приточной, вытяжной и комбинированной вентиляции производится в соответствии с общими правилами. Устройства, побуждающие движение воздуха устанавливаются либо на входе в систему, либо на выходе из помещения

Материалы для изготовления

• объёмы перемещаемого воздуха;
• скорости воздушных масс;
• уровня шума;
• энергопотребления.

Кроме того, расчёт должен обеспечивать целый перечень дополнительных эксплуатационных характеристик. К примеру, надлежащий температурный режим в помещении. То есть вентиляционная система должна удалять избыток тепла и влажности или минимизировать теплопотери. При этом максимальная/минимальная температура и скорость поступающего в помещение воздуха приводятся к соответствующим нормативам.

Регулируются и качественные параметры поступающего воздуха, а именно: его химический состав, количество взвешенных частиц, наличие и концентрация взрывоопасных элементов и т.п.

Расчёт квадратуры производится по двум параметрам, взятым из нормативов (фактически эти параметры описывают кратность воздухообмена):

1. расход воздуха – R (м³/час);
2. скорость воздушного потока – V (м/с).

S = R/k × V, где

K – коэффициент, равный 3600.

S = R × 2,778/V.

При использовании воздуховодов большого сечения существенно снижается уровень шума воздушных потоков и затраты электроэнергии на их перемещение. Однако материалоёмкость таких конструкций значительно выше, что увеличивает их первоначальную стоимость.

Значительное влияние на эффективность перемещение воздушных потоков оказывает форма сечения. В прямоугольных воздуховодах воздушный поток получает большее сопротивление. Однако прямоугольная форма более удобна для монтажа, особенно при недостатке места, и может размещаться впритык к основным строительным конструкциям.

Круглые воздуховоды имеют лучшую аэродинамичность, но не всегда вписываются в интерьер. А изделия с высокими эстетическими показателями имеют гораздо большую стоимость. Учитывая приведённые факты, в качестве альтернативы рекомендуется обратить внимание на овальные воздуховоды, сочетающее в себе эргономичность и эффективность.

• отводы – тройники с одинаковым или разным сечением;
• утка – отвод s-образной формы;
• зонт;
• переходники:

• между различными сечениями одной формы (как правило, разные диаметры);
• между различными типами сечений (к примеру, от прямоугольной, к круглой).

Каждое из представленных фасонных изделий рассчитывается по отдельным формулам, вследствие чего их общий расчёт является довольно сложным. Даже опытным проектировщикам требуется инженерная помощь в расчётах площади воздуховодов. Для этого они используют специальные программы.

π × D(100 мм = 0,1 м) × L(1 м) = 3,14 × 0,1 × 1 = 0,314 м².

Аналогичным образом вычисляется количество материала для прямых участков воздуховодов прямоугольного сечения.

Для расчёта фасонных изделий не существует определённых формул. Точнее, они есть: для каждой части фасонного изделия определённой формы отдельная формула. Но осуществлять их ручной расчёт нецелесообразно. Как правило, требуемое количество материала вычисляется эмпирически после изготовления лекал раскроя.

• объём и скорость воздушных масс;
• герметичность соединений;
• шум по время эксплуатации вентиляционной системы;
• потребление электроэнергии.

• нормы, установленные для подачи свежих потоков на 1 м² помещения в час или кратность воздухообмена, сведения берут из нормативных источников. По этим данным, зная объём комнаты, можно легко определить значение производительности вентсистемы. Соответственно, объём воздуха рассчитывается путём умножения кратности на объём комнаты;
• по санитарным нормам. В данном случае на каждого постоянно находящегося в помещении человека следует принимать 60 м³, на временно пребывающего – 20 м³.

Расчёты можно выполнить двумя способами:

• самостоятельно при помощи формул;
• с помощью онлайн-калькулятора.

Первый случай − это самый сложный вариант, важно понимать все значения, которые используются в подсчётах. Для онлайн-калькулятора достаточно ввести исходные данные, программный комплекс самостоятельно выполнит все расчёты. Один из основных параметров для проектирования воздуховода и фасонных элементов – его конструкция. Можно подобрать трубы прямоугольного или круглого сечения. Пропускная способность круглых изделий значительно выше, чем у прямоугольных.

Для упрощения процесса расчёта площади поверхности воздуховода можно использовать онлайн-калькулятор и специальные программы, которые выполняют все алгоритмы, для этого потребуется лишь ввести первичные показатели.

S = L × κ / ω, где:

• L – расход воздуха, м³/ч;
• ω – скорость движения воздушных потоков, м/с;
• κ – расчётный коэффициент, равный 2,778.

Гибкие воздуховоды по материалам изготовления делят на две большие группы – полимерные и металлические.

Полимерные воздуховоды изготавливают поливинилхлорида. Рукава прозрачные, с гладкой внутренней стенкой. Возможность видеть процессы, происходящие внутри воздуховода, имеет практическое значение в производственных процессах. Ограничения температурного режима эксплуатации в интервале от -5 до 60 градусов. Размер диаметра труб до 200 мм.

Гибкие рукава из алюминиевой фольги распространены при монтаже общеобменной вентиляции, в системах кондиционирования. Их эксплуатация безопасна в помещениях с высокой степенью химической агрессии, в пожароопасных и высокотемпературных условиях.

Гибкие рукава из алюминиевой фольги

Воздуховоды из нержавеющей стали не имеют «противопоказаний» к установке. Их устанавливают в производственных помещениях с высокой влажностью, на химических производствах для вывода кислотных, щелочных агрессивных соединений. Верхний температурный предел эксплуатации воздуховодов из нержавеющей стали составляет 7000 градусов. Исключительная износостойкость гибких воздуховодов из нержавеющей стали сочетается с их высокими аэродинамическими характеристиками.

Гибкие воздуховоды с теплоизоляцией изготавливают из двух слоев алюминиевой фольги, между которыми размещают слой минеральной ваты.

Расчёт мощности нагревателя в сети

На сопротивление не влияет количество комнат, которое обслуживает вентсистема, значение коэффициента зависит от структуры и протяжённости коммуникации.

Для расчёта потерь на поворотных элементах необходимо в первую очередь определить все участки, которые будут мешать прямому движению потоков. Можно использовать формулу, но все данные в зависимости от элемента воздуховода и материала изготовления уже определены и являются справочной информацией. Так, постепенно участок за участком следует пройти по всей его длине, затем сложить все показатели. Нельзя забывать и об отрезке, который находится за вентилятором, ведь на отвод потоков также должно хватать напора.

ΔТ = 2,98 × Р / L, где

• Р – мощность оборудования, Вт;
• L– расход воздушных масс.

При этом необходимо учитывать как форму, так и материал изготовления воздуховодов. Наиболее распространёнными являются изделия из:

• оцинкованная жесть толщиной 0,4-0,6 мм;
• нержавеющая сталь – встречается довольно редко, в основном на предприятиях химической, фармацевтической и пищевой промышленности;
• металлопластиковые – состоят из слоя вспененного пенополиуретана или полиэтилена, расположенного между двумя слоями гофрированного алюминия. Отличается небольшим весом и высокими звуко- и теплоизоляционными характеристиками (коэффициент теплопроводности не превышает 0,019 Вт/(м°К)).
• гибкие воздуховоды – имеют круглое сечение, состоят из нескольких слоёв алюминия, ламинированного полиэфирной пленкой, на каркасе из стальной проволоки. Имеют ограничения по длине использования, так как обладают высоким аэродинамическим сопротивлением.

В сети воздуховодов есть места наибольшего сопротивления потоку воздуха: повороты, изгибы, тройники, места изменения сечения на переходниках. Расчёт их аэродинамических потерь производится отдельно, так как каждый тип фасонного изделия имеет индивидуальные коэффициенты сопротивления.

где S – скорость, ρ – плотность воздуха.

Σξ – сумма параметров местных сопротивлений.

Температура воздуха, поступающего в помещения, строго регламентируется. К примеру, для жилых сооружений минимальное значение составляет 18°С. Для расчёта мощности используемого нагревательного оборудования необходимо из нормативов узнать минимальное значение температуры той климатической зоны, где расположено здание.

Разница этих температур является основным фактором определения мощности нагревательного устройства. При этом, совсем не обязательно использовать максимально мощный калорифер, способный обеспечить нагрев помещения при минимальной внешней температуре. Если вентиляция имеет систему регулировки производительности, то во время максимальной нагрузки на калорифер просто снижается интенсивность подачи воздуха.

Р — расчётная мощность устройства нагрева (рекуператор или калорифер), (кВт);

Δt — разница значений температуры воздуха на входе в систему вентиляции и на подаче в помещение, (°С);

Q — производительность вентиляционной системы, (м³/ч);

τv— объёмная теплоёмкость воздуха, зависит от совокупности значений влажности, температуры и давления, но принимается в качестве коэффициента 0,336 Вт × (ч/м³/°С).

Рм. с.=ζ·Рд.

Где Рд=V2·ρ/2 (ρ – плотность воздуха).

К. м. с. определяют из справочников и заводских характеристик изделий. Все виды потерь давлений суммируем для каждого участка и для всей сети. Для удобства это сделаем табличным методом.

Какие данные нужны для расчёта эксплуатационных характеристик воздуховодов?

Проектирование систем вентиляции осуществляется в соответствии со следующими нормативными документами:

• СП 60.13330.2016 (актуальная редакция СНиП 41-01-2003);
• СП 7.13130.2013;
• ГОСТ 12.1.005-88 и некоторые другие.

Потери давления на местных сопротивлениях

Рм. с.=ζ·Рд.

ΔP = R x L x n, где

ΔP – общие потери давления в воздуховоде;

R – частные потери от трения;

L – длина прямого участка;

n – уточняющий коэффициент, зависящий от шероховатости материала.

λ – показатель трения для аэродинамического сопротивления;

d – диаметр сечения;

Pf – расчётное давление в системе.

K – показатель характеризующий шероховатость материала, из которого сделан воздуховод;

Re– критерий Рейнольдса;

v – скорость воздуха на прямом участке;

u – кинематическая вязкость воздушной среды.

Р = R × L Еi × V2 × Y / 2, где

• R – удельное потери напора, вызванные силой трения во время перемещения воздуха, Па/м;
• L – длина прямого участка воздуховода, м;
• ω –скорость движения воздуха, м/с
• Y– плотность воздушных масс, кг/м³;
• Еi– сумма потерь напора на местные сопротивления (отводы, переходы, решетки и т.п.), данные можно взять из справочника.

Заключение

При необходимости можно разобраться во всех расчётах, однако, с помощью программы исключается возможность ошибки, которая в процессе эксплуатации будет стоить довольно дорого. В программу достаточно только ввести первичные параметры и через доли секунд анализировать полученные показатели. А также можно обратиться за инженерной помощью в расчёте площади воздуховодов в профессиональные проектные мастерские.

Мы постарались максимально подробно описать весь процесс самостоятельного расчёта, а также рассказали о программных продуктах. В комментариях можно уточнить непонятные моменты, команда нашего журнала с удовольствием на них ответит.

С принципом работы вентиляции можно ознакомиться на видео

Выводы

Расчёт квадратных метров воздуховодов с использованием современного программного обеспечения является не таким уж сложным процессом. Однако при обустройстве сложных, разветвленных систем большое значение имеет опыт использование различных материалов и фасонных частей. Кроме этого следует учитывать возможности потери тепла, появление конденсата, изоляции от шума и вибрации. А также ряд других факторов, возникающих в результате эксплуатации.

Важно изначально иметь грамотный проект прокладки воздуховодов. Ознакомившись с видами и особенностями монтажа воздуховодов разных типов‚ можно заняться устройством несложной системы самостоятельно.

Громоздкие и сложные в исполнении конструкции лучше поручить профессионалам.

Вы обладаете не только теоретическими знаниями, но и практическим опытом монтажа вентканалов? Возможно вы заметили несоответствие информации или технические ошибки в рассмотренном материале? Напишите нам, пожалуйста, об этом в комментариях под статьей.

Если же у вас возникли вопросы или вы хотите уточнить какой-то момент по установке воздуховодов, спрашивайте совет – постараемся помочь вам.