Как рассчитать естественную вентиляцию для помещения

15699 ₽ Подробнее

16099 ₽ Подробнее

Встраиваемые стиральные машины

Воздухопроводы приточных или вытяжных вентиляционных систем могут изготавливаться из разных материалов и быть различной конфигурации. При этом их габаритные размеры целиком зависят от двух других параметров, и формула расчета скорости воздуха хорошо отражает эту зависимость. Эти два параметра – расход воздуха, движущегося по каналу, и скорость его движения.

Определение естественной вентиляции

В квартирах со старыми рамами из дерева воздух поступает в жилую зону через неплотно прикрытые створки. Современные требования к отделке интерьера ужесточают меры герметизации, и металлопластиковые заполнения проемов со стеклопакетами характеризуются отсутствием щелей. Неприятные запахи из санузла и кухни выводятся через шахту, но внутри квартиры наступает область разрежения, в которой некомфортно чувствуют себя жильцы.

Разнообразие вентиляционных систем

В настоящий момент строительная индустрия предлагает широкий ассортимент вентиляционных систем, предназначенных под любую площадь и назначение помещений. Главной их классификацией является разделение на приточные и вытяжные виды. В первом случае воздух попадает посредством воздуховодов внутрь помещения, где его давление растет. Вследствие этого процесса воздух выходит наружу через двери, окна и иные отверстия, которые находятся в данной комнате.

Приточная система имеет усложненный механизм: прежде, чем воздух попадает в помещение, он проходит воздухозаборную решетку и клапан и оказывается в фильтрующем элементе. После него направляется в нагреватель, а потом – в вентилятор. И только после этого этапа достигает финишной прямой. Такой вид вентиляционной системы приемлем для помещений с маленькой площадью.

Комбинированный вариант приточной и вытяжной систем считается наиболее эффективным способом вентиляции. Это обуславливается тем, что в помещении не задерживается надолго загрязненный воздух, и при этом поступает постоянно свежий. Стоит заметить, что диаметр воздуховода и его толщина напрямую зависят от желаемого вида вентиляционной системы так же, как и выбор его конструкции (обычная или гибкая).

По способу движения воздушных масс в помещении специалисты выделяют естественную и механическую системы вентиляции. Если в здании не используется механическое оборудование для поступления и очистки воздуха, то такой вид называется естественный. В этом случае зачастую отсутствуют воздуховоды. Наиболее оптимальный вариант – механическая система вентиляции, особенно, когда на улице безветренная погода. Такая система позволяет поступать воздуху в помещение и выходить из него посредством использования различных вентиляторов и фильтров. Также с помощью пульта ДУ можно настроить комфортные показатели температуры и давления внутри помещения.

Кроме вышеуказанных классификаций, различают вентиляционные системы общеобменного и местного вида. На производстве, где нет возможности устранять воздух из мест-источников загрязнения, применяется общеобменная вентиляция. Таким способом, вредные воздушные массы постоянно заменяются чистыми. Если же загрязненный воздух можно устранить возле источника его возникновения, то применяется вентиляция местного вида, которая чаще всего используется в домашних бытовых условиях.

Правильная организация и нормативы

Естественное проветривание отличается разной эффективностью в зимний и летний период. Разница температур удаляющихся и входящих масс вызывает ускорение притока, что характерно для холодного времени. Летом температура за окном выше комнатных значений, скорость воздуха в естественной вентиляции замедляется. Работа воздухоотводящих шахт становится менее результативной.

Нормативные акты и условия расчета систем изложены в документе СНиП 41.01 – 2003 «Отопление, кондиционирование и вентиляция». Требования к работе естественных воздуховодов содержатся и в СП 73.13320 – 2012 «Внутренние санитарно-технические системы зданий». Организация входного потока означает применение специальных клапанов в оконных рамах и стенах строения для оптимизации воздухообмена.

Некоторые экономические аспекты подбора размеров воздухопровода

При расчете размеров и скорости воздуха в воздуховоде наблюдается такая зависимость: при увеличении последней диаметры каналов уменьшаются. Это дает свои преимущества:

1. Проложить трубопроводы меньших размеров гораздо проще, особенно если их нужно подвешивать на большой высоте или если условия монтажа весьма стесненные.
2. Стоимость каналов меньшего диаметра соответственно тоже меньше.
3. В больших и сложных системах, которые расходятся по всему зданию, прямо в каналы необходимо монтировать дополнительное оборудование (дроссельные заслонки, обратные и противопожарные клапаны). Размеры и диаметры этого оборудования также уменьшатся, и снизится их стоимость.
4. Прохождение перекрытий трубопроводами в производственном здании может стать настоящей проблемой, если его диаметр большой. Меньшие размеры позволят пройти так, как нужно.

Главный недостаток такого выбора заключается в большой мощности вентиляционного агрегата. Высокая скорость воздуха в малом объеме создает большое динамическое давление, сопротивление системы растет, и для ее работы требуется вентилятор высокого давления с мощным электродвигателем, что вызывает повышенный расход электрической энергии и, соответственно, высокие эксплуатационные затраты.

Другой путь – это снижение скорости воздушных потоков в воздуховодах. Тогда параметры вентиляционного агрегата становятся экономически приемлемыми, но возникает множество трудностей в монтаже и высокая стоимость материалов.

Проблемы прохождения большой трубой перегруженных оборудованием и инженерными сетями мест решается множеством поворотов и переходов на другие виды сечений (с круглого на прямоугольное или плоскоовальное). Проблему стоимости приходится решать единоразово.

Во времена СССР проектировщики, как правило, старались найти компромисс между этими двумя решениями. В настоящее время удорожания энергоносителей появилась тенденция к применению второго варианта. Собственники предпочитают единоразово решить финансовые вопросы и смонтировать более экономичную вентиляцию, чем потом в течение многих лет оплачивать высокие затраты электроэнергии. Применяется и универсальный вариант, при котором в магистральных воздухопроводах с большими расходами скорость потока увеличивают до 12-15 м/с, чтобы уменьшить их диаметры. Дальше по системе соблюдается скорость 5-6 м/с на ответвлениях, вследствие чего потери давления выравниваются. Вывод здесь однозначный: скорость движения воздушного потока в каналах играет немаловажную роль для экономики предприятия.

Особенности и применение естественной вентиляции

Используются сквозные искусственные каналы и клапаны при недостаточной тяге в вентиляционных шахтах:

• проветриватель ставят в наружной стене или раме, устройство увеличивает объем воздуха, но его работа также зависит от климата;
• бризер одновременно очищает и проветривает поступающий воздух с помощью одного или набора фильтров и мембран, монтируется в стене дома;
• к принудительной циркуляции относится установка вентиляторов в окне или стеновой нише.

Играет роль ветреная погода. Если летом открыть фрамугу, струя под напором выдавит воздух в вытяжную шахту. Ветровая нагрузка может использоваться для работы дефлекторов, которые устанавливаются на оголовок и улучшают тягу за счет поворотов. Естественная вентиляция остается самым дешевым способом проветривания, не требует затрат на монтаж и эксплуатацию.

Значения параметров в различных видах воздушных каналов

В современных вентиляционных системах применяются установки, включающие в себя весь комплекс для подачи и обработки воздуха: очистка, нагревание, охлаждение, увлажнение, шумопоглощение. Эти установки называют центральными кондиционерами. Скорость потока внутри нее регламентируется заводом-производителем. Дело в том, что все элементы для обработки воздушных масс должны действовать в оптимальном режиме, чтобы обеспечить требуемые параметры воздуха. Поэтому производители изготавливают корпуса установок определенных размеров под заданный диапазон расходов воздуха, при которых все оборудование будет работать эффективно. Обычно значение скорости движения потока внутри центрального кондиционера лежит в пределах 1,5-3 м/с.

Каналы магистральные и ответвления

Следом наступает очередь главного магистрального воздуховода. Часто он имеет большую протяженность и проходит транзитом через несколько помещений, прежде чем начнет разветвляться. Рекомендуемая максимальная скорость 8 м/с в таких каналах может не соблюдаться, поскольку условия прокладки (особенно через перекрытия) могут существенно ограничивать пространство для его монтажа. Например, при расходе 35 000 м³/ч, что не редкость на предприятиях, и скорости 8 м/с диаметр трубы составит 1,25 м, а если ее увеличить до 13 м/с, то размер станет уже 1000 мм. Такое увеличение технически осуществимо, так как современные воздуховоды из оцинкованной стали, изготовленные спирально-навивным методом, имеют высокую жесткость и плотность. Это исключает их вибрацию на высоких скоростях. Уровень шума от такой работы достаточно низок, а на фоне звука от работающего оборудования может быть практически не слышен. В Таблице 2 представлены некоторые популярные диаметры магистральных воздухопроводов и их пропускная способность при разной скорости движения воздушных масс.

Таблица 2

Боковые ответвления воздухопроводов разводят подачу или вытяжку воздушной смеси по отдельным помещениям. Как правило, на каждом из них устанавливается диафрагма либо дроссель – клапан для регулировки количества воздуха. Эти элементы обладают немалым местным сопротивлением, поэтому сохранять высокую скорость нецелесообразно. Однако ее значение тоже может выходить за границы рекомендуемого диапазона, поэтому в Таблице 3 отражена пропускная способность воздуховодов самых популярных диаметров для ответвлений при различных скоростях.

Таблица 3

Недалеко от места присоединения к магистрали в канале устраивают лючок, он нужен для замера скорости потока после монтажа и регулировки всей вентиляционной системы.

Каналы внутри помещений

Распределяющие каналы присоединяют основное ответвление к устройствам подачи или вытяжки воздуха из помещения: решеткам, распределительным или всасывающим панелям, диффузорам и прочим раздающим элементам. Скорости в этих отводах можно сохранять как в основном ответвлении, если мощность вентиляционного агрегата это позволяет, а можно и снизить до рекомендуемых. В таблице 4 можно увидеть расходы воздуха при различных скоростях и диаметрах каналов.

Таблица 4

Скорости, рекомендуемые для вытяжных и приточных решеток, а также других воздухораспределяющих устройств, необходимо соблюдать.

Воздух на выходе из них или при всасывании встречает множество небольших преград и производит шум, превышать уровень которого недопустимо. Звук выходящего из решетки потока на большой скорости обязательно будет слышен. Еще один неприятный момент: сильная воздушная струя, попадая на людей, может привести к их заболеваниям.

Вентиляционные системы с естественным побуждением обычно применяются в жилых и общественных зданиях или же в административных корпусах промышленных предприятий. Это разного рода вытяжные шахты, находящиеся во внутренних перегородках помещений, или наружные вертикальные воздуховоды. Скорость движения воздушного потока в них невелика, редко достигает 2-3 м/с в тех случаях, когда шахта имеет значительную высоту и возникает хорошая тяга. Когда речь идет о небольших расходах (порядка 100-200 м³/ч), лучшего решения, чем естественная вытяжка, не найти. Ранее и по сей день в промышленных помещениях применяют крышные дефлекторы, работающие за счет ветровой нагрузки. Скорость воздуха в таких вытяжных устройствах зависит от силы ветрового потока и достигает 1-1,5 м/с.

Расчет и формулы

Расчет вентиляции помещения включает разделы:

• определение скорости потоков;
• вычисление объема воздуха;
• расчет параметров входного отверстия или канала.

При вычислении принимается во внимание кратность воздушного обмена по нормативам, учитываются гигиенические и санитарные нормы, площадь помещения. Есть технические расчеты, которые просчитывают обновление микроклимата, удаление тепла, изменение влажности, степени загрязненности.

Расчет скорости воздуха

Расчет системы вентиляции в части скорости воздуха опирается на кратность обмена и находится по формуле B = M / 3600 · S, где:

• B — скорость перемещающихся масс (м/с);
• M — показатель расходования воздуха (м3/ч);
• S — площадь поперечного сечения воздуховода (м2).

Расход определяется из расчета по 60 м3/час на одного человека, если он беспрерывно находится в комнате и 20 м3/час, если его пребывание считается временным. Такие нормативы прописаны в санитарно-гигиенических правилах.

Расчет объема воздуха

Показатель кратности можно рассчитывать по формуле N = V / Y, где:

• N — кратность замены воздуха (раз/ч);
• V — количество воздуха, пополняющего комнату за час (м3/ч);
• Y — объем искомого помещения (м3).

Показатель приведен в специальных таблицах, чтобы не рассчитывать его для одинаковых по площади и функциональности комнат.

Рекомендуемая кратность:

• жилые помещения — 3 м3/ч для 1 квадрата площади;
• кухня — 6 – 8 м3/ч;
• ванна, душевая, прачечная — 7 – 9 м3/ч;
• гардероб, кладовка — 1 – 1,5 м3/ч;
• гараж, погреб — 4 – 8 м3/ч.

Если кратность ниже нормы, свежие потоки не будут поступать, и микроклимат не будет обновляться, в нем накопятся вредные микроорганизмы, газы. При увеличении воздухообмена больше положенного атмосфера высушивается, охлаждается, что приводит к болезням дыхательной системы.

Расчет диаметра канала

Диаметр канала вентиляции нежилого помещения подсчитывается по формуле, которая является обратной от вычисления скорости S = B / 3600 · M, где:

• S — площадь (м2);
• B — скорость потока (м/с);
• M — расход (м3/ч).

Результат применяется для вычисления диаметра D = 1000 · √ (4 · S / π), где:

• D — полученный диаметр (м);
• S — расчетная площадь поперечного сечения (м2);
• π — математическое число (3,14).

Результат диаметра сравнивается с параметрами готового изделия и выбирается близкое по размерам изделие. Определение размеров канала, скорости потока и кратности воздухообмена относится к сложным вычислениям, поэтому рассчитать вентиляцию легче всего, обратившись к инженерам-специалистам.

Важность воздухообмена для человека

По строительным и гигиеническим нормам, каждый жилой или производственный объект необходимо обеспечить системой вентиляции.

Главное ее назначение – сохранение воздушного баланса, создание благоприятного для работы и отдыха микроклимата. Это значит, что в атмосфере, которой дышат люди, не должно наблюдаться переизбытка тепла, влаги, загрязнений различного рода.

Нарушения в организации системы вентиляции приводят к развитию инфекционных болезней и заболеваний дыхательной системы, к снижению иммунитета, к преждевременной порче продуктов питания.

В излишне влажной и теплой среде быстро развиваются болезнетворные микроорганизмы, на стенах, потолках и даже на мебели появляются очаги плесени и грибка.

Одним из условий сохранения здорового воздушного баланса является правильное проектирование системы вентиляции. Каждая часть воздухообменной сети должна быть подобрана, исходя из объемов помещения и характеристик воздуха в нем.

Предположим, в небольшой квартире достаточно хорошо налаженной приточно-вытяжной вентиляции, тогда как в производственных цехах обязательна установка оборудования для принудительного воздухообмена.

При строительстве домов, общественных учреждений, цехов предприятий руководствуются следующими принципами:

• каждое помещение нужно обеспечить системой вентиляции;
• необходимо соблюдать гигиенические параметры воздуха;
• на предприятиях следует установить устройства, увеличивающие и регулирующие скорость воздухообмена; в жилых помещениях – кондиционеры или вентиляторы при условии недостаточной вентиляции;
• в помещениях разного назначения (например, в палатах для больных и операционной или в офисе и в комнате для курения) необходимо оборудовать разные системы.

Чтобы вентиляция соответствовала перечисленным условиям, нужно сделать расчеты и подобрать оборудование – приборы подачи воздуха и воздуховоды.

Также при устройстве вентиляционной системы необходимо правильно выбирать места забора воздуха, чтобы не допустить поступления загрязненных потоков обратно в помещения.

От размеров воздуховодов (в том числе домовых шахт) зависит эффективность воздухообмена. Выясним, каковы нормы скорости потока воздуха в вентиляции, указанные в санитарной документации.

Галерея изображений

Фото из

Вентиляционная система на чердаке дома

Оборудование приточно-вытяжной вентиляции

Пластиковые воздуховоды прямоугольного сечения

Местные сопротивления воздуховодов

Цель расчета

Если при вычислении получается объем приточной массы больше, чем удаляющейся, рекомендуется принимать значение по максимальному индексу. В интернете предлагается онлайн-калькулятор для получения результатов, требуется только подставить индивидуальные значения.

Рекомендованные нормы скорости воздухообмена

Как уже говорилось, скорость потока воздуха по вентканалам не нормируется. Но в СНиП прописаны рекомендуемые величины скорости движения воздушных масс, на которые необходимо ориентироваться при проектировании вентиляции.

Допустимая скорость воздуха в воздуховодах приведена в таблице:

Максимальная рекомендованная скорость воздушного потока в жилых помещениях не должна превышать 0.3 м/с. Допускается ее кратковременное превышение до 30%, например, на время ремонтных работ.

Правильное оборудование воздуховодов

Короба из оцинковки могут быть круглой, квадратной и прямоугольной формы. Трубы чаще ставят для организации приточного потока в производственных и общественных помещениях. Для монтажа используются хомуты, крепящиеся к перекрытию шпильками. Прямоугольные короба подвешивают на жестких траверсах, где высота регулируется контрольной гайкой. Обязательно делаются резиновые прокладки.

Гибкие воздуховоды длиной до 5 м прокладывают без промежуточных опор, трубопроводы большей длины фиксируют подвесами, хомутами на шпильках во избежание прогиба. Несмотря на гибкость, для таких магистралей есть определенные радиусы, больше которых поворачивать трассу не рекомендуется.

Причины и источники шума в системах вентиляции

Источники шума в системах вентиляции можно сгруппировать следующим образом:

1. Вентиляционная установка. В ней источником повышенного шума являются трущиеся детали электродвигателя и вентилятор. Ситуацию заметно ухудшает износ подшипников, который сопровождается появлением хруста и скрежета, или неправильный подбор размеров рабочего колеса вентилятора.
2. Воздуховоды. В них шум появляется в результате движения потока воздуха, изменения его направления и скорости. При выборе воздуховодов важна толщина их стенок, площадь сечения, наличие уплотнений, правильный монтаж распределительных устройств, клапанов, шиберов и фасонных частей воздуховода.

Повысить шум могут такие ошибки при проектировании и монтаже системы вентиляции:

• неправильно подобранная мощность вентиляционной установки;
• слишком тонкие стенки воздуховодов;
• неправильный подбор сечения воздуховода;
• некачественный монтаж, который приводит к выпадению резиновых уплотнений и прокладок из мест соединений элементов воздуховода.

Шум от работы системы вентиляции может распространяться двумя способами: по воздуху (акустический) или через строительные конструкции (структурный). Бороться с ними нужно разными способами.

Вентпортал

В. П. Гусев, доктор техн. наук, зав. лабораторией защиты от шума вентиляционного и инженерно-технологического оборудования (НИИСФ)

В большинстве случаев весьма эффективной мерой борьбы с шумом в системе вентиляции является рациональный выбор параметров и качества этой системы на стадии ее проектирования, в частности, выбор состава, протяженности, оптимального количества подаваемого воздуха, выбор вентилятора, размеров воздуховодов и скорости потока в них, компоновки арматуры.

При проектировании системы вентиляции необходимо, прежде всего, выбирать воздухообмены (количество воздуха) без излишних запасов, т. к. с увеличением количества воздуха возрастают скорости его движения в элементах воздуховодов и их гидравлические сопротивления или поперечные размеры. Следствием этого является рост поступающего в помещение потока звуковой энергии.

Сопротивление системы вентиляции определяется конфигурацией и размерами сети воздуховодов при условии, что сопротивление равно развиваемому давлению вентилятора.

Конфигурация системы вентиляции обычно задана условиями компоновки, а размеры — экономичностью, минимальными габаритами и низкой генерацией шума в фасонных элементах.

Оценка влияния параметров системы вентиляции на ее шумность

Влияние параметров системы вентиляции на ее шумность можно оценить с помощью двух, известных из работ Е. Я. Юдина, уравнений, справедливых при отсутствии противодавления, когда сопротивление сети равно полному давлению вентилятора:

— уравнение для уровня шума в помещении:
(1)
— уравнение сети воздуховодов в отвлеченных координатах:

(2)

где y — коэффициент давления; f — коэффициент расхода; Q, D — расход воздуха и диаметр патрубка вентилятора (воздуховода); Fc — площадь сечения патрубка вентилятора (воздуховода); xc — коэффициент сопротивления, учитывающий потери в фасонных элементах и прямых участках воздуховодов; B — величина, включающая критерий подобия вентилятора и звукопоглощение в помещении.

Из уравнения (1) видно, что при постоянной рабочей точке (y, f) на безразмерной характеристике вентилятора величина D2/Fc постоянна для заданного xc.

Это уравнение также дает возможность оценить влияние параметров сети воздуховодов, а именно:

а) при заданной конфигурации сети и размерах воздуховодов уменьшение расхода снижает уровень шума на величину DL = 60lg Q2/Q1;

б) увеличение поперечных размеров воздуховодов снижает уровень шума на величину, равную DL = 50lg Fс2/Fс1;

в) снижение коэффициента сопротивления сети также является важным средством снижения шума (DL = 30lg xc2/xc1), поэтому следует стремиться к применению фасонных элементов более совершенной аэродинамической формы.

Из уравнения (2) следует, что снижение коэффициента гидравлического сопротивления воздуховодов, увеличение их поперечного сечения и уменьшение по возможности производительности дает экономию электроэнергии. Мощность, потребляемая вентилятором, пропорциональна произведению расхода воздуха и развиваемого напора, который пропорционален квадрату скорости движения воздуха по воздуховоду.

С одной стороны, увеличение скорости потока воздуха позволяет уменьшить площадь поперечного сечения воздуховода, сделать его компактным и тем самым снизить затраты на изготовление и монтаж. С другой стороны, повышение скорости потока воздуха приведет к необходимости применения высоконапорных вентиляторов, а они при одинаковой производительности с низконапорными потребляют более высокую (дополнительную) энергию, а, следовательно, имеют более высокие эксплуатационные расходы.

В каждом конкретном случае следует искать компромиссное решение между этими противоречивыми требованиями.

Компоновка и планировка системы вентиляции

При компоновке и планировке системы вентиляции целесообразно руководствоваться следующими соображениями:

1. Вблизи вентиляционной камеры не должно быть помещений с низким уровнем собственных шумов (при размещении таких помещений вдали от венткамеры снижается передача шума по воздуховодам).

2. Следует избегать протяженных сетей воздуховодов или расположения помещений на больших расстояниях от вентилятора; в помещениях, которые близко расположены от вентилятора, создаются невыгодные с акустической точки зрения условия, при которых окружная скорость и мощность вентилятора, определяемые давлением для дальнего участка, — излишне высокие для ближнего помещения, а поступающее в ближнее помещение количество воздуха — недопустимо большое, и, таким образом, приходится дросселировать ответвление, повышая тем самым излучаемый системой шум.

3. Дроссель-клапаны следует располагать как можно дальше от обслуживаемого помещения, а за ними (перед решетками) следует предусматривать концевые глушители или гибкие воздуховоды со звукопоглощением.

4. В сети воздуховодов максимальные скорости потока воздуха следует устанавливать на основе существующих в вентиляционной практике норм с учетом акустических требований.

5. Система воздухораспределения должна иметь минимальное гидравлическое сопротивление, поскольку генерация шума вентилятором, независимо от его типа, увеличивается с ростом развиваемого им статического давления.

6. При высоком уровне шума нельзя забывать о применении глушителей, предусматривая места для их установки; отсутствие места для глушителя — распространенный недостаток многих проектов.

7. Аэродинамическое, акустическое регулирование и наладку смонтированной системы вентиляции следует производить совместно, добиваясь наименьшей шумности при подаче заданного количества воздуха.

Подбор вентилятора

При подборе вентилятора важно обращать внимание на следующие условия:

1. Вентилятор должен иметь наименьший удельный уровень звуковой мощности (критерий шумности) и спектральный состав шума, соответствующий заданным условиям эксплуатации, при прочих оптимальных параметрах и максимальном КПД (hmax).

2. Мощность вентилятора должна соответствовать гидравлическим потерям в сети воздуховодов, т. е. его аэродинамические параметры должны быть подобраны в соответствии с техническими потребностями проекта.

3. Следует избегать применения вентиляторов с числом лопаток менее 12; они часто генерируют интенсивные тональные составляющие аэродинамического шума на частоте прохождения лопаток и ее гармониках; их интенсивность зависит от конструкции вентилятора, от колебаний потока на входе в рабочее колесо и от реакции системы воздуховодов.

4. Присоединяемые воздуховоды на стороне всасывания и нагнетания должны быть в 2—3 раза больше максимального размера (диаметра) патрубка вентилятора, они обеспечивают равномерный поток воздуха; отклонения от таких схем могут существенно повлиять как на аэродинамическую, так и на акустическую характеристики вентилятора.

5. В системах вентиляции с регулируемым расходом воздуха особое внимание следует уделять влиянию изменения аэродинамических параметров на звуковую мощность вентилятора, например, уменьшение расхода воздуха посредством изменения угла установки лопаток может значительно увеличить уровень шума.

6. Снижение уровня шума вентилятора может быть достигнуто посредством снижения скорости вращения рабочего колеса в допустимых пределах при сохранении его мощности (расхода воздуха и давления).

7. Между патрубками вентилятора и воздуховодами рекомендуется устанавливать гибкие вставки, снимающие напряжения и предотвращающие передачу вибрации от вентилятора.

Методы измерений шумовых характеристик

Для большинства типов вентиляторов характерно существование трех независимых путей распространения шума: по воздуховодам всасывания, нагнетания и через стенки корпуса в окружающее пространство, т. е. вентилятор рассматривается как совокупность трех отдельных источников шума. Как источник шума вентилятор представляют с помощью безразмерных и размерных шумовых характеристик [1].

Безразмерная шумовая характеристика — это безразмерный спектр вентиляторного шума. Она позволяет по результатам измерений шума вентилятора одного размера D и при окружной скорости u найти спектр шума такого же вентилятора при других размерах и скоростях, сохраняя постоянным лишь коэффициент производительности f. При пересчете нужно сохранять одинаковыми безразмерные частоты f/n (n — частота вращения рабочего колеса, об/с) на границах частотных измерительных полос.

Размерная шумовая характеристика — это уровни звуковой мощности в октавных полосах частот. Они измеряются стандартными методами. Для реализации стандартных методов измерений шумовых характеристик требуются измерительные камеры и испытательные стенды, строительство которых связано с большими материальными затратами. Средства заводов-изготовителей ограничены, поэтому они в технических паспортах вентиляторов приводят характеристики аналогичных агрегатов или расчетные данные. В результате, выполняемые на их основе акустические расчеты, не отражают реальную акустическую ситуацию, а затраты на шумоглушение оказываются завышенными или неэффективными.

В таких случаях весьма актуальными становятся расчетные методы. Особенность отечественной методики расчета октавных уровней звуковой мощности вентиляторов была закреплена в основополагающем документе в области борьбы с шумом [2], действующем около 30 лет, в руководстве к нему [3] и выражается полуэмпирической формулой:

где Lкш — критерий шумности, зависящий от типа и конструкции вентилятора, дБ;

pn — полное давление, создаваемое вентилятором, кгс/м2;

Q — объемный расход воздуха вентилятора, м3/с;

DLреж — поправка на режим работы вентилятора, дБ;

DL1 — поправка, учитывающая распределение звуковой мощности по октавным полосам частот и зависящая от типа и частоты вращения вентилятора, дБ;

DL2 — поправка, учитывающая акустическое влияние присоединения воздуховода к вентилятору, дБ.

По формуле (3) сначала рассчитывается суммарный уровень звуковой мощности отечественного вентилятора (для данного направления излучения шума) по его критерию шумности, Lкш, и аэродинамическим параметрам при hmax. Затем с помощью поправки DLреж учитывается изменение этого уровня на заданном режиме, а с помощью поправки DL1 определяются октавные уровни звуковой мощности шума, излучаемого, например, патрубком всасывания вентилятора в окружающее пространство. Чтобы определить величину звуковой мощности, излучаемой в присоединяемый воздуховод, необходимо внести поправку DL2.

Фирмы США и некоторые европейские изготовители используют более короткий путь расчета октавных уровней звуковой мощности, излучаемой вентилятором в присоединяемые воздуховоды, с помощью полуэмпирической формулы в виде:

где LРуд — удельный уровень звуковой мощности в октавной полосе частот, дБ;

pn — полное давление, создаваемое вентилятором, Па;

DLf — повышающая поправка, дБ, зависящая от типа вентилятора и учитываемая в октавной полосе с лопаточной частотой fл = zn, где z — число лопаток рабочего колеса, n — частота вращения, об/с. Остальные обозначения как в формуле (3).

Как видно, в формуле (4), в отличие от формулы (3), используются не критерии шумности, а удельные уровни звуковой мощности, LРуд, — это уровни звуковой мощности вентилятора в октавных полосах частот, развивающего производительность 1 м3/с и полное давление 1 Па. Значения этих удельных уровней звуковой мощности для разных типов вентиляторов, выпускаемых фирмами США, содержатся в справочнике [4].

Вместе с тем в отечественной практике в настоящее время существуют трудности при определении шумовых характеристик вентиляторов. Во-первых, за последние годы изменились типы и конструкции выпускаемых в стране вентиляторов, соответственно, изменились их акустические характеристики (критерии шумности). Во-вторых, с января текущего года прекращено действие СНиП [2]. Новый документ [5] не содержит методический материал, а свод правил к нему, регламентирующий расчет и проектирование шумоглушения вентиляционных установок, пока отсутствует.

В НИИСФ данная проблема решается путем использования формулы (4). Для расчета шумовых характеристик отечественных вентиляторов, отличающихся от зарубежных по ряду параметров, в лаборатории защиты от вентиляционного и инженерно-технологического оборудования имеется банк необходимых данных: удельные уровни звуковой мощности наиболее распространенных общепромышленных вентиляторов, поправки на режим их работы и поправки на тональную составляющую на частоте прохождения лопаток.

Спектрограммы шума, LРуд, трех типов центробежных вентиляторов с диаметрами рабочих колес 500—800 мм представлены на рис. 1. Они определены при работе вентиляторов в режиме, близком к hmax. При отклонении от режима hmax уровень звуковой мощности вентилятора увеличивается на величину, соответствующую этому отклонению, как показано на рис. 2.

Типичные расчетные данные иллюстрирует рис. 3, где сравниваются уровни звуковой мощности центробежного вентилятора ВЦ-14-46-5 (при расходе 15 000 м3/ч, давлении 2 500 Па и частоте вращения 0,41 об/с), рассчитанные по формуле (3), (4) и измеренные стандартными методами (паспортные данные).

Расположение вентиляторов

При проектировании малошумных систем вентиляции важно не только точно определять шумовые характеристики, но и правильно выбрать места расположения вентиляторов — основных источников шума систем. В проектируемом здании вентиляторы должны быть расположены в изолированных помещениях (в венткамерах), удаленных от помещений с жесткими акустическими требованиями, а также от лифтовых, вентиляционных шахт и лестничных пролетов, от дверей и окон. На открытых площадках вентиляторы следует удалять от отражающих поверхностей, образующих двух-, трехгранные углы, в места, в которых обеспечивается как минимальное проникновение шума в помещения данного здания, так и его распространение на прилегающую к зданию территорию застройки, в т. ч. селитебную территорию. Выходы воздуховодов (вентиляционных систем) в атмосферу следует располагать таким образом, чтобы излучаемый открытыми концами шум не был направлен на жилые здания и места отдыха. Учет направленности шума часто служит действенной мерой защиты от шума систем вентиляции указанных объектов. Другими словами, правильный выбор ориентации вентиляционного отверстия может без существенных затрат обеспечить допустимые уровни шума в защищаемой от шума зоне.

Скорость потока воздуха в воздуховодах

После снижения шума вентилятора до требуемого уровня сильнее проявляется шум, генерируемый потоком в элементах воздуховодов. Этот шум обусловлен пульсациями давления и скорости. Он зависит как от скорости набегающего потока, коэффициента местного сопротивления, размеров и конструкции элемента воздуховода, так и от степени турбулентности набегающего на него потока, равномерности поля скоростей в поперечном сечении подводящего к нему воздуховода, месторасположения элемента в сети воздуховодов. Так, при плохих условиях входа потока в воздухораспределительное устройство уровень генерируемого шума может увеличиться на 5—15 дБ [6].

Скорость потока в воздуховодах должна быть ниже предельных значений, после которых возникает повышенный шум. Критерием определения максимально возможной скорости воздуха в воздуховодах могут быть поперечные размеры и минимальная толщина используемого для их изготовления стального листа (табл. [7]).

Как видно из табл., максимальная скорость 10 м/с допускается в воздуховодах со стенками толщиной 0,6 мм, но при небольшом поперечном сечении; по мере увеличения площади поперечного сечения воздуховодов требуется увеличивать толщину стенок и снижать скорость потока.

К сожалению, авторы не уточняют назначение помещений, зданий, при проектировании которых могут быть использованы эти данные. Магистральные (транзитные) воздуховоды нельзя прокладывать через помещения, к которым предъявляются высокие акустические требования. Это весьма распространенная ошибка проектирования, особенно в театрах, храмах, дворцах и в элитном жилье.

Скорость потока воздуха в глушителях вентиляционных установок

Допустимую скорость воздуха в глушителе как элементе системы вентиляции следует выбирать в зависимости от возможных потерь давления и допустимого уровня звуковой мощности, генерируемого в его проточной части шума. Данные о собственном шумообразовании в глушителях, выпускаемых в соответствии с СНиП [2], содержатся в руководстве [3]. Когда глушитель устанавливается на конечном участке воздуховода (на входе в помещение), то ограничение скорости воздуха может быть связано с допустимыми уровнями звукового давления в обслуживаемых системами помещениях. Для помещений жилых, общественных, административных и производственных зданий эту связь демонстрирует рис. 4. Видно, что при обслуживании, например, зала музыкального театра скорость в концевом глушителе не должна превышать 4 м/с, а офиса — 6 м/с. В свободном сечении центральных глушителей вентиляционных установок допустимая скорость может быть вдвое больше значений, приведенных на рис. 4, но не более 15 м/с, чтобы избежать выдувания из них звукопоглощающего материала.

Влияние дросселирующих устройств на уровень шума

В разветвлениях магистрального воздуховода для обеспечения заданного расхода воздуха в каждой ветке вентиляционной сети устанавливаются дросселирующие устройства. Шумообразование в этих устройствах зависит от их коэффициента местного сопротивления. Уровни шума дроссель-клапана в зависимости от степени открытия (закрытия) заслонки представлены на рис. 5. На нем видно, как по мере закрытия дросселирующего устройства возрастает гидравлическое сопротивление и генерируемый шум. Если требуется дросселирующее устройство с коэффициентом более 5, то лучше установить последовательно несколько устройств, обеспечивающих в сумме необходимое сопротивление [7].

Дросселирующие элементы (шиберы, дроссель-клапаны и т. п.), создающие незамкнутые вихревые зоны в воздуховодах, являются источниками повышенного шума. Необходимо стремиться к тому, чтобы эти вихревые зоны были замкнутыми. Данное условие обеспечивает участок воздуховода между дросселирующим элементом и открытым концом канала (решетки) длиной не менее 8—10 Н, где Н — размер препятствия (длина шибера, проекция на плоскость поперечного сечения дроссель-клапана и т. п.). По мере увеличения расстояния от места установки дросселя до решетки происходит значительное снижение уровня шума (рис. 6) [8].

Как видно на рис. 6, кривые 1, 2 и 3 соответствуют уровням шума при замкнутой вихревой зоне и длине канала за шибером 10, 8 и 6 калибров. По мере размыкания вихревой зоны шум возрастает в низко- и высокочастотных полосах спектра (кривая 4). Это объясняется возрастанием импульсного обмена между основным потоком в канале и разомкнутой вихревой зоной, в которую из вне подсасывается воздух. При этом на кромке канала возникают мелкомасштабные вихри, являющиеся, по всей вероятности, причиной увеличения уровней шума в высокочастотной части спектра. Дальнейшее уменьшение длины канала за шибером до двух калибров увеличивает интенсивность шума в области низких и средних частот; в высокочастотной части спектра уровень шума уменьшается. При длине канала за шибером 0,5 калибра наблюдается спад интенсивности шума и максимум в спектре занимает среднечастотную область. В этом случае полностью размыкается вихревая зона и поток ведет себя как свободная струя.

Влияние воздухозаборных и воздухораспределительных решеток на уровень шума

Высокие скорости в воздухозаборных и воздухораспределительных решетках также являются причиной повышенного уровня шума в помещении. Превышение допустимой скорости движения воздуха на 10 % приводит к повышению уровня шума на 2 дБ. Удвоение допустимой скорости движения воздуха может привести к повышению уровня шума на 10—12 дБ. Подсоединение решеток к воздуховоду должно осуществляться по одной оси. Отклонение от данного требования приводит к повышению уровня шума, которое в ряде случаев может достигать 12—15 дБ. При дросселировании потока направляющими заслонками решетки уровень шума изменяется на 12 дБ [7].

Не рекомендуется на одном воздуховоде устанавливать последовательно более 4—5 воздухораспределителей, т. к. в этом случае давление воздуха перед первым воздухораспределителем может быть настолько высоким, что может возникнуть необходимость в установке дросселирующего устройства с большим коэффициентом местного сопротивления (с большим прикрытием), что неизбежно приведет к увеличению создаваемого им шума.

После того как учтены изложенные выше основные акустические требования и правила проектирования систем вентиляции, необходимо выполнить акустический расчет [3]. Его результатом будет зависимая от частоты величина требуемого снижения шума, которая, в свою очередь, является основой для проектирования шумоглушения, обеспечивающего нормативные требования по фактору шума в местах обитания человека как в зданиях, так и в застройке, включая жилую.

Объем средств и методов борьбы с вентиляционным шумом достаточно большой и продолжает увеличивается. Поэтому в каждой конкретной ситуации важно правильно определить необходимый комплекс, обеспечивающий требуемую эффективность и минимальные материальные затраты на его осуществление. Цель достигается, как правило, в тех случаях, когда проектировщик владеет наиболее полной информацией об объеме и возможностях современных средств и методов борьбы с шумом.

Этим вопросам, как этапам на пути защиты от шума систем вентиляции, будут посвящены статьи, которые предполагается представить для публикации в журнале до конца текущего года.

Литература

1. Центробежные вентиляторы / Под ред. Т. С. Соломаховой. М.: Машиностроение, 1975.

2. СНиП II-12-77. Защита от шума.

3. Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок. М.: Стройиздат, 1982.

4. ASHRAE HANDBOOK. Sound and Vibration Control. 1987.

5. СНиП 23-03-2003. Защита от шума.

6. Снижение шума в зданиях и жилых районах / Под ред. Г. Л. Осипова, Е. Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1987.

7. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. М.: Евроклимат, 2000.

8. Лешко М. Ю. Влияние присоединенного воздуховода на шум, создаваемый регулирующим шибером // Сб. науч. тр. М.: НИИСФ, 1979.

Опубликовано в журнале AВОК №4/2004

Виды вентиляционного оборудования

Вентиляция – это процесс, который должен создать благоприятную атмосферу в помещениях. На промышленных предприятиях часто наблюдается содержание различных вредных примесей в воздухе, а они порой не совсем безопасны для здоровья работников. Без качественной циркуляции атмосфера на таком предприятии будет неподходящей для работы.

К классификации этого процесса можно подойти с различных сторон и в зависимости от критерия, виды вентиляции могут быть разные.

По способу организации воздухообмена она бывает: естественная и принудительная.

По назначению система может быть:

• Приточная.
• Вытяжная.

По площади, которая вентилируется:

• Общеобменная.
• Местная.

Согласно конструкции вентиляционной системы она может быть:

• Канальная.
• Бесканальная.

Прежде, чем определиться с выбором, необходимо обратить внимание на:

1. Площадь промышленного предприятия.
2. Высоту потолков.
3. Количество работников.
4. Расположение рабочих мест.
5. Длительность смены.
6. Виды работ, выполняемых на предприятии.