Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Проектирование приточно-вытяжных систем вентиляции зданий различного назначения осуществляется на основании действующих нормативных документов. Основополагающим сводом правил является СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха», утвержденный приказом Минстроя России от 30.12.2020 № 921/пр и введенный в действие с 01.07.2021 (с изменениями 2023-2024 годов). Данный документ представляет собой пересмотр СП 60.13330.2016 и устанавливает требования к организации воздухообмена, выбору оборудования и методам расчета.
Для жилых многоквартирных зданий дополнительно применяется СП 54.13330.2016, регламентирующий минимальные расходы воздуха для помещений различного функционального назначения. При проектировании общественных зданий руководствуются СП 44.13330.2011 (с изменениями 2021 года), определяющим параметры микроклимата в административных помещениях. Согласно пункту 7.2 СП 44.13330.2011, расчетную температуру воздуха и кратность воздухообмена в помещениях в холодный период года рекомендуется принимать по таблице 12 данного свода правил.
Важно для инженеров-проектировщиков
СП 60.13330.2020 включен в Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». При проектировании необходимо использовать актуальную редакцию с учетом всех изменений. Документ разработан НИИСФ РААСН и НП АВОК.
Расчет воздухообмена выполняется двумя основными методами: по кратности воздухообмена и по количеству людей. Для помещений с постоянным пребыванием людей расчет ведется по обоим методам, после чего принимается большее из полученных значений. Такой подход обеспечивает достаточный воздухообмен как для ассимиляции избытков тепла и влаги, так и для разбавления углекислого газа до допустимых концентраций. Качество воздуха в помещениях жилых и общественных зданий обеспечивается согласно ГОСТ 30494-2011 (с изменением №1 от 2023 года) необходимой величиной воздухообмена.
Кратность воздухообмена представляет собой безразмерную величину, показывающую количество полных смен объема воздуха в помещении в течение одного часа. Для расчета требуемого расхода воздуха используется формула: L = n × V, где L — расход воздуха в м³/ч, n — нормируемая кратность в 1/ч, V — объем помещения в м³. Данный метод является традиционным и широко применяется в проектировании систем вентиляции.
Для жилых помещений согласно СП 54.13330.2016 принимается кратность 0,5-1,0, что означает от половины до полного обновления воздуха один раз в час. В спальнях и детских комнатах рекомендуется обеспечивать кратность не менее единицы для поддержания нормативной концентрации углекислого газа в ночное время. При площади на одного человека менее 20 м² расчет ведется по норме 3 м³/(ч×м²) площади помещения в соответствии с требованиями СП 60.13330.2020.
Административные здания характеризуются различными требованиями к воздухообмену в зависимости от площади помещений. Согласно СП 44.13330.2011 (таблица 12, пункт 14), для помещений управлений, конструкторских бюро и общественных организаций площадью не более 36 м² рекомендуется кратность по притоку 1,5 при расчетной температуре 18°C в холодный период года. Для помещений площадью более 36 м² воздухообмен рассчитывается индивидуально на основании численности персонала.
При наличии большого количества компьютеров, копировальной техники и другого офисного оборудования расчет воздухообмена необходимо дополнительно проверять на ассимиляцию избытков явного тепла. Тепловыделения от одного компьютера составляют ориентировочно 200-300 Вт в зависимости от режима работы. Формула для расчета по тепловыделениям: L = 3,6 × Q / (c × ρ × Δt), где Q — избытки явного тепла в Вт, c — теплоемкость воздуха 1,005 кДж/(кг×К), ρ — плотность воздуха 1,2 кг/м³, Δt — разность температур удаляемого и приточного воздуха в К.
Производственные цеха требуют индивидуального подхода к расчету вентиляции. Кратность воздухообмена определяется характером технологического процесса и может варьироваться в широких пределах от 3 до 40 раз в час согласно СНиП 2.04.05-91. Типовые значения для обычных цехов составляют 5-10 раз в час. При наличии выделений вредных веществ расчет ведется по формуле разбавления: L = G / (Cуд - Cпр), где G — количество выделяющегося вредного вещества в мг/ч, Cуд — концентрация в удаляемом воздухе в мг/м³, Cпр — концентрация в приточном воздухе в мг/м³.
Особенности расчета для производств
Для помещений с выделением токсичных веществ расчетная концентрация в удаляемом воздухе принимается не более предельно допустимой концентрации в рабочей зоне. При наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия расчет ведется по приведенной ПДК с учетом эффекта суммации. Обязательна организация местных отсосов от мест образования загрязнений.
Метод расчета по количеству людей основан на необходимости подачи определенного объема свежего воздуха для каждого человека, находящегося в помещении. Согласно приложению В к СП 60.13330.2020 (таблица В.1), минимальный расход наружного воздуха составляет 30 м³/ч на одного человека при наличии естественного проветривания через окна или фрамуги. Для помещений без естественного проветривания эта норма увеличивается до 60 м³/ч согласно той же таблице.
Расчетная формула имеет вид: L = N × Lуд, где N — количество людей, Lуд — удельный расход воздуха на одного человека. Данный метод является основным при проектировании вентиляции общественных зданий с большим скоплением людей: конференц-залов, аудиторий, торговых помещений. Для кабинетов и офисов общественных зданий административного назначения согласно приложению В СП 60.13330.2020 (таблица В.1) нормы составляют 40 м³/ч при естественном проветривании и 60 м³/ч без него.
Человек в состоянии покоя выделяет приблизительно 20 литров углекислого газа в час. При легкой физической работе это значение возрастает до 30-35 л/ч, при тяжелой — до 50-60 л/ч. Согласно ГОСТ 30494-2011 (с изменением №1 от 2023 года), допустимое содержание углекислого газа в помещениях принимают сверх содержания CO₂ в наружном воздухе. Высокое качество воздуха обеспечивается при содержании не более 400 ppm сверх наружного, среднее качество — 400-600 ppm, допустимое — 600-1000 ppm.
При типичной концентрации наружного воздуха около 400 ppm (в 2024 году среднее значение достигло 424 ppm согласно данным ВМО) оптимальная концентрация в помещении составляет 800 ppm. Математический расчет показывает, что при выделении 20 л/ч CO₂ и допустимой разности концентраций 600 ppm требуется расход воздуха около 33 м³/ч. Нормативное значение 30 м³/ч принято с учетом округления и незначительного запаса. Для помещений без проветривания норма 60 м³/ч обусловлена необходимостью более интенсивного воздухообмена при постоянной работе механической вентиляции.
При расчете воздухообмена необходимо учитывать эффективность организации воздухораспределения в помещении. Коэффициент эффективности показывает, насколько хорошо приточный воздух достигает рабочей зоны и удаляет загрязнения. Для системы с подачей воздуха в верхнюю зону и удалением из верхней зоны коэффициент составляет 0,6-0,8 согласно ГОСТ Р ЕН 13779-2007. При подаче в рабочую зону и вытяжке сверху эффективность повышается до 0,8-1,0.
В соответствии с ГОСТ Р ЕН 13779-2007 при неэффективной схеме воздухораспределения расчетный расход воздуха необходимо увеличивать в 1,25-1,67 раза для компенсации недостаточного обмена в рабочей зоне. Оптимальная организация воздухообмена с вытеснением загрязненного воздуха вниз позволяет снизить требуемый воздухообмен при сохранении качества воздушной среды в обслуживаемой зоне помещения.
Аэродинамический расчет системы вентиляции выполняется для определения сечений воздуховодов и потерь давления в сети. Расчет начинается с составления аксонометрической схемы с указанием длин участков и расходов воздуха. Система разбивается на расчетные участки постоянного расхода между ответвлениями или местными сопротивлениями. Для каждого участка определяется диаметр воздуховода исходя из рекомендуемой скорости движения воздуха в соответствии со справочными данными.
Методика расчета по допустимым скоростям предусматривает выбор скорости в зависимости от категории здания и типа воздуховода. Для магистральных воздуховодов в жилых зданиях рекомендуется скорость 3-5 м/с, в общественных зданиях 6-8 м/с, в производственных помещениях 8-12 м/с согласно справочным материалам по проектированию вентиляции. Ответвления проектируются с меньшими скоростями: 2-3 м/с для жилых зданий, 2,5-4 м/с для общественных, 4-6 м/с для производственных помещений.
Диаметр круглого воздуховода определяется по формуле: d = √(4L/(3600πv)), где d — диаметр в метрах, L — расход воздуха в м³/ч, v — скорость воздуха в м/с. Полученное значение округляется до ближайшего стандартного диаметра из ряда: 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 мм. Для прямоугольных воздуховодов используется эквивалентный диаметр, при котором потери давления равны потерям в круглом воздуховоде той же длины.
Эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода со сторонами a и b вычисляется по формуле: dэкв = 2ab/(a+b). Предпочтительно использование круглых воздуховодов, обладающих меньшим аэродинамическим сопротивлением при той же площади сечения. Прямоугольные воздуховоды применяются при ограничениях по высоте прокладки, при этом отношение сторон не должно превышать 3:1 для обеспечения приемлемых аэродинамических характеристик.
Практический расчет воздуховодов часто выполняется с использованием специализированных номограмм и диаграмм. Номограмма связывает между собой четыре параметра: расход воздуха, диаметр воздуховода, скорость движения и удельные потери давления. Зная два любых параметра, можно графически определить два других. Данный метод обеспечивает достаточную точность для инженерных расчетов с погрешностью не более 3-5 процентов согласно справочным данным.
Современное программное обеспечение для расчета систем вентиляции автоматизирует процесс подбора сечений воздуховодов и расчета потерь давления. Тем не менее, инженеру-проектировщику необходимо понимание физических основ аэродинамического расчета для проверки результатов и принятия обоснованных технических решений при оптимизации системы в соответствии с требованиями СП 60.13330.2020.
Рекомендации по выбору скоростей
Повышенные скорости воздуха позволяют уменьшить сечения воздуховодов и снизить капитальные затраты, но приводят к увеличению аэродинамического шума и эксплуатационных расходов на электроэнергию. Оптимальным является дифференцированный подход с применением скоростей 10-12 м/с в магистральных воздуховодах и 4-6 м/с в ответвлениях, что обеспечивает баланс между капитальными и эксплуатационными затратами.
Потери давления в системе вентиляции складываются из потерь на трение по длине воздуховодов и потерь в местных сопротивлениях. Потери на трение рассчитываются по формуле: ΔPтр = R × l × β, где R — удельные потери давления на 1 метр длины в Па/м, l — длина участка в метрах, β — поправочный коэффициент на шероховатость материала воздуховода. Для оцинкованных стальных воздуховодов β = 1,0 согласно справочным данным.
Удельные потери давления определяются по справочным таблицам или рассчитываются по формуле: R = (λ/dэкв) × (ρv²/2), где λ — коэффициент гидравлического сопротивления трению, dэкв — эквивалентный диаметр в метрах, ρ — плотность воздуха 1,2 кг/м³, v — скорость воздуха в м/с. Коэффициент λ для турбулентного режима течения рассчитывается по формуле Блазиуса: λ = 0,3164/Re^0,25 при Re менее 60000, где Re — число Рейнольдса.
Потери давления в местных сопротивлениях вычисляются по формуле: Z = Σξ × (ρv²/2), где Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке. Коэффициенты определяются по справочным данным для конкретных фасонных элементов: отводов, тройников, переходов, диафрагм, клапанов. Например, для отвода 90 градусов с радиусом изгиба, равным диаметру, коэффициент ξ составляет приблизительно 0,2-0,3 согласно справочным материалам.
Тройники вносят значительные местные сопротивления в систему. Для проходного направления при делении потока коэффициент составляет 0,2-0,4, для ответвления 0,5-1,5 в зависимости от соотношения расходов и углов ответвления. Конфузоры с углом сужения до 30 градусов имеют ξ = 0,1-0,15, диффузоры при угле раскрытия 8-10 градусов характеризуются ξ = 0,15-0,25 согласно справочным данным. Резкие изменения сечения создают повышенное сопротивление из-за образования вихревых зон.
Полные потери давления в вентиляционной системе определяются суммированием потерь на всех последовательно расположенных участках от начала сети до наиболее удаленной точки: ΔPсис = Σ(ΔPтр + Z). К полученному значению добавляются потери давления в оборудовании: фильтрах, воздухонагревателях, шумоглушителях, клапанах. Потери в фильтрах зависят от степени фильтрации и составляют 50-150 Па для фильтров грубой очистки, 150-300 Па для фильтров тонкой очистки согласно технической документации производителей.
После расчета основного направления выполняется увязка ответвлений. Допустимая невязка потерь давления между параллельными участками составляет 10 процентов. При большей невязке на менее нагруженных участках устанавливаются диафрагмы или дроссельные клапаны. Коэффициент сопротивления диафрагмы подбирается из условия: ξдиафр = ΔPнев/(ρv²/2), где ΔPнев — невязка по давлению в Па, что обеспечивает балансировку системы.
Вентилятор подбирается по двум основным параметрам: производительности и полному давлению. Производительность вентилятора должна соответствовать расчетному расходу воздуха в системе с учетом возможных утечек через неплотности, составляющих ориентировочно 10 процентов для систем нормальной плотности согласно справочным данным. Требуемое полное давление определяется суммой аэродинамических потерь в сети и динамического давления на выходе системы.
Рабочая точка вентилятора должна располагаться в зоне максимального КПД на аэродинамической характеристике, обычно при 80-90 процентах от максимальной производительности. Запас по давлению принимается 10-20 процентов для компенсации неучтенных сопротивлений и возможного загрязнения фильтров в процессе эксплуатации. При подборе учитываются акустические характеристики вентилятора и требования по уровню шума согласно СП 51.13330.2011.
Радиальные вентиляторы с загнутыми вперед лопатками применяются в системах с низким давлением до 1000 Па, характеризуются компактными размерами, но невысоким КПД 60-70 процентов. Радиальные вентиляторы с загнутыми назад лопатками обеспечивают КПД до 85 процентов, применяются при средних и высоких давлениях до 3000 Па, имеют пологую характеристику, позволяющую избежать перегрузки электродвигателя согласно технической документации производителей.
Осевые вентиляторы используются при больших расходах воздуха и низких давлениях до 150 Па. Диагональные вентиляторы занимают промежуточное положение по характеристикам между радиальными и осевыми, применяются при давлениях 300-800 Па. Для жилых и общественных зданий предпочтительны вентиляторы с пониженным уровнем шума, оснащенные виброизоляторами и шумоглушителями на входе и выходе.
Современные системы вентиляции оснащаются частотно-регулируемыми приводами, позволяющими изменять производительность в зависимости от фактической потребности. Регулирование частоты вращения является наиболее энергоэффективным методом, обеспечивающим кубическую зависимость потребляемой мощности от производительности. Снижение расхода воздуха вдвое приводит к уменьшению потребления электроэнергии примерно в 8 раз согласно законам подобия для центробежных машин.
Альтернативные методы регулирования включают дросселирование с помощью клапанов на нагнетании или всасывании вентилятора, а также байпасирование части воздуха. Данные методы менее эффективны с точки зрения энергопотребления, но проще в реализации и могут применяться в системах небольшой мощности. Выбор метода регулирования определяется технико-экономическим расчетом с учетом капитальных и эксплуатационных затрат.
Рассмотрим пример расчета приточной вентиляции для офисного помещения площадью 48 м² и высотой 3 м. В помещении размещается 8 рабочих мест с компьютерами. Объем помещения V = 48 × 3 = 144 м³. По кратности при n = 1,5 (для офисов до 36 м² согласно СП 44.13330.2011): L₁ = 1,5 × 144 = 216 м³/ч. По количеству людей при норме 40 м³/ч на человека при естественном проветривании согласно СП 60.13330.2020: L₂ = 8 × 40 = 320 м³/ч. Принимаем большее значение L = 320 м³/ч.
Проверяем расчет по ассимиляции тепловыделений. Тепловыделения от 8 компьютеров по 250 Вт составляют Q = 8 × 250 = 2000 Вт. При разности температур Δt = 5°C расход воздуха L₃ = 3,6 × 2000 / (1,005 × 1,2 × 5) = 1194 м³/ч. Данное значение превышает расчет по кратности и людям, следовательно, принимаем L = 1200 м³/ч с округлением для обеспечения ассимиляции тепловыделений.
Система состоит из магистрального воздуховода длиной 12 м и четырех ответвлений по 3 м, каждое с расходом 300 м³/ч. Для магистрали при расходе 1200 м³/ч и скорости v = 6 м/с диаметр составит: d = √(4 × 1200 / (3600 × 3,14 × 6)) = 0,252 м. Принимаем стандартный диаметр 250 мм, фактическая скорость v = 1200 / (3600 × 0,785 × 0,25²) = 6,8 м/с.
Для ответвлений при расходе 300 м³/ч и скорости 4 м/с: d = √(4 × 300 / (3600 × 3,14 × 4)) = 0,163 м. Принимаем диаметр 160 мм. Потери на трение в магистрали при R = 1,2 Па/м согласно справочным данным: ΔPтр1 = 1,2 × 12 = 14,4 Па. В ответвлении при R = 0,6 Па/м: ΔPтр2 = 0,6 × 3 = 1,8 Па. Местные сопротивления включают решетку, диффузор, отводы и тройник на ответвление.
Динамическое давление в ответвлении при v = 3,8 м/с: Pд = 1,2 × 3,8² / 2 = 8,7 Па. Потери в местных сопротивлениях при суммарном коэффициенте ξ = 3,1: Z = 3,1 × 8,7 = 27 Па. Суммарные потери на участке: ΔP = 14,4 + 1,8 + 27 = 43,2 Па. Добавляя потери в фильтре 100 Па и калорифере 80 Па, получаем общие потери около 230 Па. С запасом 15 процентов требуемое давление вентилятора составляет 265 Па.
Подбираем радиальный вентилятор с загнутыми назад лопатками производительностью 1200 м³/ч и полным давлением 270 Па. Рабочая точка должна находиться в зоне оптимального КПД 75-80 процентов. Установленная мощность электродвигателя с учетом КПД вентилятора и запаса составит ориентировочно 0,25 кВт. При работе вентилятора 250 дней в году по 10 часов в день годовое энергопотребление составит 625 кВт×ч.
Для офисных кабинетов площадью до 36 м² согласно СП 44.13330.2011 применяется кратность 1,5 раза в час при расчете по площади. Для помещений большей площади расчет выполняется по количеству людей из расчета 40-60 м³/ч на человека согласно СП 60.13330.2020. Рекомендуется выполнять расчет обоими методами и принимать большее значение, что обеспечит достаточный воздухообмен.
При наличии естественного проветривания через окна часть воздухообмена осуществляется неорганизованно, поэтому норма для механической вентиляции составляет 30 м³/ч на человека согласно СП 60.13330.2020. В помещениях без возможности проветривания весь необходимый воздух должна обеспечивать механическая система, поэтому норма увеличивается до 60 м³/ч. Это учитывает непостоянство работы естественной вентиляции и необходимость гарантированного воздухообмена.
Для жилых помещений с требованием уровня шума не более 25-30 дБА рекомендуется скорость в магистральных воздуховодах не более 3-4 м/с, в ответвлениях 2-3 м/с согласно справочным данным. Для общественных зданий допускается 6-8 м/с в магистралях при условии применения шумоглушителей. Снижение скорости вдвое уменьшает аэродинамический шум примерно в 4 раза, но требует увеличения сечения воздуховодов.
Потери давления в фильтрах зависят от класса фильтрации и степени загрязнения. Для новых фильтров грубой очистки потери составляют 50-80 Па, тонкой очистки 150-250 Па. По мере загрязнения сопротивление возрастает в 2-3 раза. Производители указывают начальное и конечное сопротивление в технической документации. При расчете принимается среднее значение между начальным и конечным сопротивлением.
Рекомендуемый запас по давлению составляет 10-15 процентов для компенсации неучтенных сопротивлений и загрязнения фильтров согласно справочным данным. Запас по производительности обычно не закладывается, так как современные вентиляторы с частотным регулированием позволяют увеличить расход при необходимости. Чрезмерный запас приводит к работе вентилятора в неоптимальном режиме с пониженным КПД и повышенным шумом. Рабочая точка должна располагаться в зоне максимального КПД на характеристике.
Высота местности влияет на плотность воздуха и производительность вентиляторов. При проектировании для высокогорных районов необходимо учитывать снижение плотности воздуха и корректировать параметры оборудования. На высоте 1000 м плотность уменьшается примерно на 10 процентов, что требует пересчета характеристик вентилятора. Производители оборудования предоставляют поправочные коэффициенты для различных высот и температур воздуха в технической документации.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.