Как правильно рассчитать площадь воздуховодов и фасонных изделий

Чтобы правильно произвести необходимые расчеты, следует знать основные параметры здания, для которого они производятся: его назначение, площадь помещений и высоту потолков, планируемое количество сотрудников, которые находятся внутри постоянно и приходящих посетителей. Также для сооружений производственного назначения нужно понимать сферу деятельности и ее особенности.

Проект системы вентиляции регламентируется следующими нормами:

Кроме того при проведении расчетов нужно учитывать тип воздуховода и материал, из которого он изготовлен. Эти показатели (в частности последний) определяют некоторые нюансы, возникающие при движении воздуха по воздуховоду и его реакции на материал стенок.

По материалу изготовления существуют такие воздуховоды:

• произведенные из металла (сталь черная, оцинкованная, а также нержавейка);
• гибкие гофрированные воздуховоды из алюминия;
• из пластика (могут быть жесткими или гибкими);
• также существуют воздуховоды из ткани.

Форма сечение также может быть разной: круглая, овальная или прямоугольная. 

Выбор сечения не менее важен, чем грамотно составленный проект, ведь неправильно подобранная площадь сечения может стать причиной повышения влажности и появления плесени.

От правильно подобранной площади воздуховода зависят следующие параметры:

• количество и скорость движения воздуха;
• наличие или отсутствия шума в процессе работы и герметичность в местах соединений;
• потребление электричества.

Правильно сделанные расчеты помогу не только создать стабильно работающую систему, но и сэкономить на расходных материалах во время монтажа, ведь в проекте четко будет указано количество материалов и их параметры.

Какие требования нужно выполнить для правильного проведения расчетов

Чтобы подобрать необходимые параметры максимально точно, необходимо привести помещение к определенным стандартам:

• снизить или повысить температуру до нормы;
• обеспечить комфортное для людей перемещение воздушных потоков и при необходимости использовать воздухоочиститель;
• проконтролировать соответствие наличия вредных соединений в воздухе ГОСТу 12.1.005-88.

Кроме того, в отдельных случаях необходимо обеспечить отсутствие притока воздуха снаружи помещения. В некоторых строениях необходимо постоянно поддерживать подпор (например, подвальные помещения).

Что необходимо знать, чтобы вычислить площадь сечения

Существуют разные параметры, по которым рассчитывают площадь сечения. К ним относятся:

• Число людей, которые постоянно будут находиться внутри.
• Соответствие стандартам СанПиН.
• Площадь помещения.

Для получения точного результата специалисты используют определенные программы или проводят вычисления.

Площадь сечения выбирается в соответствии с количеством воздуха на определенном участке системы. Делается это, чтобы поддерживать приблизительно одинаковые показатели скорости движения воздуха на всем ее протяжении.

Выбор формы воздуховода зависит от задач заказчика: если нужно вписаться в определенный бюджет используют менее дорогие (круглые или овальные), а в случае, когда в приоритете эстетичный вид - прямоугольные. Что касается показателей экономичности и минимального шума, выбор нужно остановить на круглой форме.

Расчет площади воздуховода для разного типа сечения

В зависимости от того, какое сечение будет у воздуховода, метод расчета его площади меняется. Связанно это с тем, что при прочих равных условиях (площадь, скорость потока) расход в разных вариантах воздуховодов будет отличаться.

Также имеет значение протяженность сети - должна дополнительно учитываться влажность, температура, материал изготовления и форма (так как различные материалы обладают разными коэффициентами трения).

Кроме того, при расчетах учитывается следующее - с возрастанием площади сечения, уменьшается скорость потока.

Чтобы вычислить площадь воздуховодов, необходимо использовать два показателя, которые берутся из нормативных документов: расход и скорость потока - R (м³/час) и V (м/с) соответственно.

Формула вычисления следующая:

Используя при установке системы вентиляции воздуховоды с большой площадью сечения, вы получите меньший показатель шума и снизите затраты на электричество. Однако начальный бюджет будет на порядок выше. 

Расчет площади сечения

Эти значения не эталонные, но при их использовании можно создать систему с минимальным шумом. Их подставляют в формулу или используют специальные схемы для различных вариантов воздуховодов, которые можно взять из документов, предоставляемых производителями. 

Площадь для круглых воздуховодов

Чтобы вычислить диаметр круглого вентканала необходимо использовать нормативную площадь сечения по формуле:

А фактическая площадь вычисляется следующим образом:

Площадь для прямоугольных воздуховодов 

Вычисление проходит по той же формуле, что и для круглых, а длина сторон определяется так:

Dп - диагональ прямоугольника, вписанного в окружность ( эквивалент диаметра круга);

a, b - стороны.

Формул для определения фактической площади:

Чтобы определить некоторые параметры, специалисты пользуются таблицей:

Расчет для овальных воздуховодов

Ниже представлены формулы для диаметра:

и площади:

где, a, b – большой и малый диаметр овала.

Фасонные части и расчет их площади

Существуют специальные калькуляторы на специализированных сайтах и программы для облегчения расчетов этого показателя. 

Вот небольшой перечень программ, помогающих специалистам производить максимально точные расчеты:

• Vent-Calc для расчета площади сечения, тяги и сопротивления на разных отрезках.
• GIDRV 3.093 для  подсчета данных воздуховода.
• Ducter 2.5 для подбора элементов системы и определения площади сечений.
• CADvent создан на базе AutoCAD и имеет наиболее полную библиотеку элементов.

Перед началом вычислений нужно понимать, для чего они делаются.

Итак:

• Значение площади поверхности трубы используется при вычислении теплоотдачи того или иного элемента системы. Чтобы узнать его, необходимо вычислить предварительно общую площадь изделия или системы.
• Расчет теплопотерь от источника тепла к отопительной технике. Потери тепловой энергии в самом большем объеме случаются в трубах. Поэтому узнав площадь поверхности теплоотдачи, можно спланировать количество и тип отопительных приборов в системе.

Какие шаги необходимы для правильных расчетов

Чтобы рассчитать все правильно, необходимо придерживаться следующих шагов:

• Составить схему вентиляции, отметить расстояния на прямых участках, повороты и их вид, места, в которых происходит изменения сечения.
• Подбор кратности воздухообмена, согласно санитарно-гигиеническим нормам.
• Расчет скорости движения. Этот показатель может быть разным для систем вентиляции различных типов.
• Расчет остальных параметров, включая площади воздуховодов.

Зачастую для проведения всех вычислений используются специальные программы.

Расчет сечения по алгоритму

Для начала вычислим расход пропускаемого воздуха. Для этого следует:

• Пересчитать расход в м3/с
• Подобрать скорость воздуха в воздуховоде
• Определить площадь сечения и диаметр круглого или показатели для прямоугольного воздуховода.

1. Далее задаем скорость движения воздуха, проходящего по воздуховоду. Она выбирается исходя из оптимальных условий. Высокая скорость позволит установить воздуховоды с малым сечением. Но показатель шума будет выше, а аэродинамическое сопротивление при этом возрастает. При уменьшении скорости вышеперечисленные неудобства сокращаются, однако воздуховоды становятся громоздкими.
2. Оптимальная скорость воздуха - 4 м/с. Для воздуховодов больших размеров (600×600 мм и более) скорость иногда повышают до 6 м/с. При комплектации систем дымоудаления можно повысить до 10 м/с.
3. Следующий этап - определение площади сечения воздуховода(делим расход на скорость): 

4. В заключение производится подбор диаметра или длин сторон для прямоугольного сечения.

Фактическая площадь рассчитывается таким образом:

Используя СНиП, можно провести сравнение сечений воздуховодов с необходимыми в соответствии с законодательством показателями. Это упростит поиск подходящего параметра.

Также изготовители продукции предоставляют номограммы, из которых можно получить необходимые для расе=четов значения. Они будут приблизительными, но для некоторых систем их можно использовать.

Чтобы вычислить параметры воздуховода, необходимые для ответвления труб, нужно выполнить следующие действия:

• Найти на номограмме точку, в которой показатель объема воздуха, проходящего в течение часа пересекается с линией максимальной скорости.
• Рядом ищем значение диаметра, который наиболее четко соответствует системе.

Имея в наличие эти данные, можно упростить вычисления и точнее рассчитать потери давления на отрезке. 

Рассчитываем скорость воздуха

Ключевой параметр - кратность, определяющая объем воздуха для полного проветривания помещения в течение часа. Объем помещения принимается в 1 куб. метр. Лучше всего делать самостоятельный расчет с применением формул.

Для простоты расчетов используются таблицы, где уже есть кратность, но нужно понимать, что это лишь приблизительные параметры

Кратности можно вычислить таким образом:

Также еще два параметра влияют на скорость перемещения воздуха: показатель шума и вибрационный коэффициент. При создании проекта обязательно необходимо их учитывать.

Расчет для фасонных изделий

При установке воздуховодов прямые его части с разными размерами соединяются с помощью фасонных изделий. Поэтому расчет их площади так важен.
 

Виды данных изделий:

• Отводы применяются для поворотов трубопровода под разными углами. Бывают разной формы, в зависимости от того, какой воздуховод применяется на объектах.
• Переход - соединительный элемент для скрепления воздушных трубопроводов с разным диаметром. Бывают также разной формы.
• Муфты, ниппели используются в качестве соединительных элементов на прямых отрезках..
• Тройниками соединяют разветвления или разные ветки.
• Заглушки предназначены для перекрытия воздушного потока.
• Крестовины также разделяют либо соединяют воздушные потоки.

В данной таблице по стандартным размерам воздуховодов:

Некоторые проектировщики используют специальные программы, которые еще называют онлайн-калькуляторами. Вводим первичные данные и получаем готовые параметры.

Программы позволяют не только вычислить нужные показатели и размеры всех деталей, а также сделать их развертку.Напечатав ее на 3D-принтере, можно выполнить подгонку вентиляционных каналов.

Таблица сечений:

Пример расчета

Например, нам необходимо определить сечение воздуховода с расходом воздуха 1000 м3/час:

G = 1000/3600 = 0,28 м3/c

v = 4 м/с

S = 0,28 / 4 = 0,07 м2

Для круглого воздуховода расчет выглядит так D = корень (4·S/ π) ≈ 0,3 м = 300мм. Ближайший стандартный диаметр воздуховода — 315 мм.

Для прямоугольного подбираем такие А и В, чтобы их произведение было равно 0,07. Также рекомендуется, чтобы А и В не отличались более чем троекратно, то есть воздуховод 700×100 не подойдет.Лучше использовать варианты: 300×250, 350×200.

Расчет с использованием метода постоянных скоростей

Расчет всегда начинается с наличия плана помещений. Используя нормативы, определяют количество воздуха, которое необходимо для определенной зоны и создают схему разводки, где будут показаны все решетки, диффузоры, а также изменения сечения и наличие отводов. Рассчитывают всегда показатели для наиболее дальней точки системы, разделенной на участки.

Схема разводки

Выбор необходимого показателя сечения на протяжение всей длины, а также определения потери давления(это нужно, чтобы подобрать вентилятор) - главные параметры при определении параметров воздуховодов. 

Проведем вычисление диаметра воздуховода, для чего нам понадобится график потерь давления. Для каждого типа воздуховодов он отличается. Обычно производители предоставляют подобную информацию, также она есть в специальных справочниках. 

Подбираем вентилятор

Для грамотного подбора вентилятора необходимо выяснить какие потери давления имеются.

Конечно, производительность вентилятора вычисляют путем сложения нужного количества воздуха (суммарно для всех помещений в здании) и выбором модели из каталога производителя. Но цифры в документах реальны только при самостоятельной работе изделия (без подключенных воздуховодов). В других условиях производительность будет ниже,чем больше потеря давления в сети.

В документах к каждой единице продукции прилагается диаграмма производительности по отношению к падению давления. 

Чтобы рассчитать это падение, необходимо:

• знать показатель падения на участках без поворотов и наклонов;
• вычислить потери на каждом препятствии (местные сопротивления).

С воздуховодом в 100 мм и скоростью 4 м/с потери приблизительно = 2 Па/м.
 

На схеме указаны элементы, которые могут препятствовать движению воздуха.

Для каждого местного сопротивления в нормативных источниках нужно найти коэффициент местного сопротивления (к. м. с), обозначаемый буквой ζ (дзетта). 

Потеря давления для каждого элемента определяется следующим образом:

Определив данные параметры, можно подбирать вентилятор.

Дополнительные сведения

Расчеты значений по креплениям, фасонным частям и другим элементам системы воздуховодов производятся обычно инженерами-проектировщиками. Но даже профессионалы применяют в своей деятельности таблицы, в которых указаны все необходимые коэффициенты, формулы и значения.

Найти таблицы, программы и другую литературу для подсчета площади и остальных параметров вы с легкостью найдете в сети. Используя программы вы ограничиваете свои действия только вводом необходимых значений. А результат будет достаточно точным.

Итоги и выводы

Проектирование и монтаж вентиляционных систем – трудоемкий и сложный процесс. Не всегда его можно выполнить самостоятельно, ведь данная деятельность требует специальных знаний и навыков. Поэтому оптимальный вариант - доверить весь спектр работ профессионалам. Но прежде чем поручить какой-либо компании работу по проектированию и установке вентиляции, постарайтесь получить о фирме подробную информацию, почитать отзывы или пообщаться с клиентами фирмы лично.