Какой должна быть скорость воздуха в воздуховоде вентиляции по техническим нормам

Микроклимат, обеспеченный системами вентиляции в жилом или производственном помещении, влияет на самочувствие и работоспособность людей. Для создания комфортных условий жизнедеятельности разработаны нормы, определяющие состав воздуха. Согласитесь, регулярный воздухообмен жизненно необходим.

Мы расскажем, какой должна быть скорость воздуха в воздуховоде. Посоветуем, что нужно делать, чтобы воздушный поток всегда оставался свежим и отвечал гигиеническим нормам. У нас вы найдете подробное описание расчетных методик и перечисление правил подбора оптимального воздуховода.

Предложенная к ознакомлению информация опирается на данные нормативных справочников. Для практического освоения способов расчета приведены примеры. Текстовый материал дополнен наглядными иллюстрациями и видео, облегчающими восприятие непростой темы.

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

Правила определения скорости воздуха

Скорость движения воздуха тесно взаимосвязана с такими понятиями, как уровень шума и уровень вибрации в вентиляционной системе. Проходящий по каналам воздух создает определенный шум и давление, которые возрастают с увеличением количества поворотов и изгибов.

Чем больше сопротивление в трубах, тем ниже скорость воздуха и тем выше производительность вентилятора. Рассмотрим нормы сопутствующих факторов.

№1 — санитарные нормы уровня шума

Нормативы, указанные в СНиП, касаются помещений жилого (частных и многоквартирных домов), общественного и производственного типа.

В таблице, представленной ниже, вы можете сравнить нормы для помещений различного типа, а также территорий, прилегающих к зданиям.

Одной из причин увеличения принятых норм как раз может быть неправильно спроектированная система воздуховодов.

Уровни звукового давления представлены в другой таблице:

№2 — уровень вибрации

Мощность работы вентиляторов напрямую связана с уровнем вибрации.

Максимальный порог вибрации зависит от нескольких факторов:

• размеров воздуховода;
• качества прокладок, обеспечивающих снижение уровня вибрации;
• материала изготовления труб;
• скорости потока воздуха, проходящего по каналам.

Нормы, которых стоит придерживаться при выборе вентиляционных устройств и при расчетах, касающихся воздуховодов, представлены в следующей таблице:

Скорость воздуха в шахтах и каналах не должна влиять на увеличение показателей вибрации, как и на связанные с ними параметры звуковых колебаний.

№3 — кратность воздухообмена

Очистка воздуха происходит благодаря процессу воздухообмена, который подразделяется на естественный или принудительный.

В первом случае он осуществляется при открывании дверей, фрамуг, форточек, окон (и называется аэрацией) или просто путем инфильтрации через щели на стыках стен, дверей и окон, во втором – с помощью кондиционеров и вентиляционного оборудования.

Смена воздуха в комнате, подсобном помещении или цеху должна происходить несколько раз в час, чтобы степень загрязнения воздушных масс была допустимой. Количество смен – это кратность, величина, также необходимая для определения скорости воздуха в вентканалах.

Кратность вычисляют по следующей формуле:

N=V/W,

где:

• N – кратность воздухообмена, раз в 1 час;
• V – объем чистого воздуха, заполняющего помещение за 1 ч, м³/ч;
• W – объем помещения, м³.

Чтобы не выполнять дополнительные расчеты, средние показатели кратности собраны в таблицы.

Например, для жилых помещений подходит следующая таблица кратности воздухообмена:

Что случится, если нормативы кратности воздухообмена не будут соблюдаться или будут, но в недостаточной степени?

Произойдет одно из двух:

• Кратность ниже нормы. Свежий воздух прекращает замещать загрязненный, вследствие чего в помещении увеличивается концентрация вредных веществ: бактерий, болезнетворных микроорганизмов, опасных газов. Количество кислорода, важного для дыхательной системы человека, уменьшается, а углекислого газа, напротив, увеличивается. Влажность повышается до максимума, что чревато появлением плесени.
• Кратность выше нормы. Возникает, если скорость перемещения воздуха в каналах превышает норму. Это негативно влияет на температурный режим: помещение просто не успевает нагреваться. Излишне сухой воздух провоцирует болезни кожи и дыхательного аппарата.

Чтобы кратность обмена воздуха соответствовала санитарным нормам, следует установить, убрать или отрегулировать вентиляционные приборы, а при необходимости и заменить воздуховоды.

Нормирование параметров микроклимата

Гигиеническими нормами регламентируются следующие параметры микроклимата в рабочей зоне производственных помещений: температура, относительная влажность и скорость движения воздуха, а также температура поверхностей окружающих тело человека конструкций и предметов (стены, полы и потолки помещения, производственное оборудование, предметы труда и т. п.). Нормирование осуществляется с учетом времени года и интенсивности производимой человеком работы. Согласно ГОСТ 12.1.005–88, различают холодный и теплый периоды года.

• Холодный период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 ºС и ниже,
• теплый период года – среднесуточной температурой выше + 10 ºС.

Иногда рассматривают также переходной период, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха +10ºС. Исходя из общих энергозатрат организма при учете интенсивности труда все виды работ разделяют на три категории:

• легкие Iа и Iб с энергозатратами соответственно до 140 Вт и 140…174 Вт (работа контролеров, работы точного приборостроения, офисные работы и т. п.);
• средней тяжести IIа и IIб с энергозатратами соответственно 175…232 Вт и 233…290 Вт (работы в механосборочных цехах, текстильном производстве, при обработке древесины и т. п., связанные с постоянным передвижением и переносом тяжестей до 10 кг);
• тяжелые III с энергозатратами свыше 290 Вт (работы, связанные с систематическим физическим напряжением, с переносом тяжестей свыше 10 кг в кузнечных, литейных цехах с ручными процессами и т.п.)

Для рабочей зоны производственного помещения согласно действующим нормативным документам устанавливаются оптимальные и допустимые параметры микроклимата. Оптимальные (рекомендуемые) параметры представляют собой наиболее благоприятные условия для наилучшего самочувствия человека (критерий комфорта) или для правильного протекания различных технологических процессов (технологический критерий). Оптимальные параметры микроклимата по критерию технологичности регламентируются отраслевыми документами. Так, для цехов точного машиностроения оптимальная температура составляет 20 ± 0,5 ºС, а оптимальная относительная влажность – 45…50 %. Оптимальные параметрымикроклимата по критерию комфорта (табл. 1.1) обеспечивают состояние теплового баланса при взаимодействии человека с окружающей средой, не вызывают напряжений в работе системы терморегуляции организма и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности. Такие параметры, например, необходимо соблюдать в производственных помещениях, где выполняются работы операторского типа, связанные с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управлений технологическими процессами, в залах вычислительной техники).

Таблица 1.1

Оптимальные значения параметровмикроклимата на рабочих местах производственных помещений

Оптимальные параметры микроклимата обеспечиваются, как правило, системами кондиционирования воздуха. Допустимые (обязательные) параметры микроклимата устанавливаются в тех случаях, когда по техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные условия. Допустимые параметры микроклимата устанавливаются для 8-часовой рабочей смены при условиях, что они не должны вызывать нарушений состояния здоровья человека, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Допустимые значения параметровмикроклимата на рабочихместах производственных помещений по СанПиН 2.2.4.548–96

При температуре воздуха на рабочих местах t в ≥ 25 ºС относительная влажность воздуха φ не должна выходить за пределы: 70 % – при t в = 25 ºС; 65 % – при t в = 26 ºС; 60 % – при t в = 27 ºС; 55 % – при t в = 28 ºС. При температуре воздуха, выходящей за допустимые пределы, время пребывания на рабочих местах должно быть ограничено так, чтобы среднесменная температура воздуха, соответствующая нахождению работающих на рабочих местах и в местах отдыха, не выходила за пределыдопустимых норм, указанных в табл. 1.2.

Среднесменную температуру воздуха в t рассчитывают по формуле

где n – число мест работы и отдыха за смену; t 1, t 2,…, t n и τ 1, τ 2, …, τ n – соответственно температура воздуха, ºС, и время пребывания, ч, на местах работы или отдыха; 8 – продолжительность рабочей смены, ч. Для непроизводственных помещений допустимые значения параметров микроклимата приведеныв табл. 1.3.

Таблица 1.3

Допустимые значения параметровмикроклимата в обслуживаемой зоне жилых, общественных и административно-бытовых помещений по СНиП 41–01–2003

Для помещений с постоянным пребыванием людей температура должна быть не более 28 oС, а в районах с расчетной температурой наружного воздуха 25 oСи выше ― не более 33 oС.

**Для помещений с пребыванием людей в верхней одежде следует принимать температуру 14 oС. ***В районах с расчетной влажностью наружного воздуха более 75 % допускается принимать влажность до 75 %.

Представленные в табл. 1.3 нормы установлены для людей, находящихся в помещении более 2 ч непрерывно. Гигиеническое нормирование содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Вредными являются вещества, которые при контакте с организмом человека могут вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые как в период работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего или последующих поколений. Выделяющиеся на производстве вредные газыи парыобразуют с воздухом газо-и паровоздушные смеси, а жидкие и твердые частицы – аэрозоли. Аэрозоли называют туманами, если они образованы каплямижидкости, и пылями, если они образованы твердыми частицами.

Основным нормирующим показателем содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны являются их предельно допустимые концентрации (ПДК). ПДК– это максимальное содержание вредного вещества, выраженное в миллиграммах, в одном кубическом метре воздуха, которое при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю в течение всего рабочего стажа, не может вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы или отдаленные срокижизни настоящего или последующих поколений.

Вредные вещества по степени опасности разделены на четыре класса:

• 1-й – чрезвычайно опасные вещества с ПДК < 0,1 мг/м3;
• 2-й – высокоопасные вещества с ПДК = 0,1…1,0 мг/ м3;
• 3-й – умеренно опасные с ПДК = 1,0…10,0 мг/ м3;
• 4-й – малоопасные с ПДК > 10,0 мг/ м3.

По характеру воздействия на организм человека вредные вещества подразделяют на общетоксические, вызывающие отравление всего организма или поражающие отдельные его органы (свинец, ртуть, мышьяк, бензол, толуол и др.); раздражающие, вызывающие раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, глаз, кожи (кислоты, щелочь, хлор, фтор-, серо- и азотсодержащие соединения); сенсибилизирующие, действующие как аллергены (платина, альдегиды, различные растворители, лаки на основе нитросоединений и др.); канцерогенные, вызывающие злокачественные опухоли (мазут, гудрон, битум, хром, никель, асбест и др.); мутагенные, приводящие к генетическим изменениям (свинец, марганец, формальдегид, радиоактивные изотопы); влияющие на репродуктивную (детородную) функцию (ртуть и ее соединения, свинец, стирол, бензол, сероуглерод, радиоактивные изотопы).

Вредные вещества, которые влияют на одни и те же системы организма, называют однонаправленными. В противном случае вредные вещества являются разнонаправленными. Эта особенность имеет важное значение для оценки совместного воздействия вредных веществ на организм человека. При действии однонаправленных веществ их концентрации должны удовлетворять условию

• где qi – концентрация i-го вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м3;
• ПДКi – предельно допустимая концентрация этого вещества, мг/м3;
• n – число веществ.

Для разнонаправленных веществ это условие упрощается и сводится к тому случаю, когда бы они действовали раздельно: qi ≤ ПДКi

Алгоритм вычисления скорости воздуха

Учитывая вышеизложенные условия и технические параметры конкретно взятого помещения, можно определить характеристики вентиляционной системы, а также рассчитать скорость воздуха в трубах.

Опираться следует на кратность воздухообмена, которая для данных расчетов является определяющим значением.

Для уточнения параметров расхода пригодится таблица:

Чтобы самостоятельно произвести расчеты, нужно знать объем помещения и норму кратности воздухообмена для комнаты или зала заданного типа.

Например, необходимо узнать параметры для студии с кухней общим объемом 20 м³. Возьмем минимальное значение кратности для кухни – 6. Получается, что в течение 1 часа воздушные каналы должны переместить около L = 20 м³*6 =120 м³.

Также необходимо узнать площадь сечения воздуховодов, установленных в систему вентиляции. Она вычисляется по следующей формуле:

S = πr2 = π/4*D2,

где:

• S — площадь сечения воздуховода;
• π — число «пи», математическая константа, равная 3,14;
• r — радиус сечения воздуховода;
• D — диаметр сечения воздуховода.

Предположим, что диаметр воздуховода круглой формы равен 400 мм, подставляем его в формулу и получаем:

S = (3,14*0,4²)/4 = 0,1256 м²

Зная площадь сечения и расход, можем вычислить скорость. Формула расчета скорости воздушного потока:

V = L/3600*S,

где:

• V — скорость воздушного потока, (м/с);
• L — расход воздуха, (м³/ч);
• S — площадь сечения воздушных каналов (воздуховодов), (м²).

Подставляем известные значения, получаем: V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 м/с

Следовательно, чтобы обеспечить необходимую кратность воздухообмена (120 м3/ч) при использовании круглого воздуховода с диаметром 400 мм, потребуется установить оборудование, позволяющее увеличить скорость воздушного потока до 0,265 м/с.

Следует помнить, что описанные ранее факторы – параметры уровня вибрации и уровня шума – напрямую зависят от скорости движения воздуха.

Если шум будет превышать показатели нормы, придется снижать скорость, следовательно, увеличивать сечение воздуховодов. В некоторых случаях достаточно установить трубы из другого материала или заменить изогнутый фрагмент канала на прямой.

Что учитывается при определении скорости движения воздуха

Для правильного выполнения расчетов проектировщики должны выполнять несколько регламентируемых условий, каждое из них имеет одинаково важное значение. Какие параметры зависят от скорости движения воздушного потока?

Уровень шума в помещении

В зависимости от конкретного использования помещений санитарные нормы устанавливают следующие показатели максимального звукового давления.

Таблица 1. Максимальные значения уровня шума.

Превышение параметров допускается только в кратковременном режиме во время пуска/остановки вентиляционной системы или дополнительного оборудования. Уровень вибрации в помещении Во время работы вентиляторов продуцируется вибрация. Показатели вибрации зависят от материала изготовления воздуховодов, способов и качества виброгасящих прокладок и скорости движения воздушного потока по воздуховодам. Общие показатели вибрации не могут превышать установленные государственными организациями предельные значения.

Таблица 2. Максимальные показатели допустимой вибрации.

При расчетах подбирается оптимальная скорость воздуха, не усиливающая вибрационные процессы и связанные с ними звуковые колебания. Система вентиляции должна поддерживать в помещениях определенный микроклимат.

Значения по скорости движения потока, влажности и температуре содержатся в таблице.

Таблица 3. Параметры микроклимата.

Еще один показатель, принимаемый во внимание во время расчета скорости потока – кратность обмена воздуха в системах вентиляции. С учетом их использования санитарные нормы устанавливают следующие требования по воздухообмену.

Таблица 4. Кратность воздухообмена в различных помещениях.

Алгоритм расчетов Скорость воздуха в воздуховоде определяется с учетом всех вышеперечисленных условий, технические данные указываются заказчиком в задании на проектирование и монтаж вентиляционных систем. Главный критерий при расчетах скорости потока – кратность обмена. Все дальнейшие согласования делаются за счет изменения формы и сечения воздуховодов. Расход в зависимости от скорости и диаметра воздуховода можно взять из таблицы.

Рекомендованные нормы скорости воздухообмена

Во время составления проекта здания выполняют расчет каждого отдельного участка. На производстве это цеха, в жилых домах – квартиры, в частном доме – поэтажные блоки или отдельные комнаты.

Перед установкой системы вентиляции известно, каковы маршруты и размеры главных магистралей, какой геометрии необходимы вентиляционные каналы, какой размер труб является оптимальным.

Расчеты, связанные с передвижением воздушных потоков внутри жилых и производственных зданий, относят к разряду наиболее сложных, поэтому заниматься ими обязаны опытные квалифицированные специалисты.

Рекомендованная скорость воздуха в воздуховодах обозначена в СНиП — нормативной государственной документации, и при проектировании или сдаче объектов ориентируются именно на нее.

Считается, что внутри помещений скорость воздуха не должна превышать показатель 0,3 м/с.

Исключения составляют временные технические обстоятельства (например, ремонтные работы, установка строительной техники и др.), во время которых параметры могу превышать нормативы максимум на 30 %.

В больших по объему помещениях (гаражах, производственных цехах, складах, ангарах) часто вместо одной вентиляционной системы действуют две.

Нагрузка делится пополам, следовательно, и скорость воздуха подбирают так, чтобы она обеспечивала по 50 % общего расчетного объема перемещения воздуха (удаления загрязненного или подачи чистого).

При возникновении форс-мажорных обстоятельств возникает необходимость в резкой смене скорости воздуха или полной приостановке работы вентиляционной системы.

Например, по требованиям пожарной безопасности скорость движения воздуха снижают до минимума в целях предотвращения распространения по соседним помещениям огня и дыма во время возгорания.

С этой целью в воздуховодах и на переходных участках монтируют отсекатели и клапаны.

Настройка действующей системы вентиляции

• Механические устройства с крыльчаткой. Предел измерений 0,2 – 5 м/с;
• Чашечные анемометры измеряют воздушный поток в пределах 1 – 20 м/с;
• Электронные термоанемометры могут использоваться для проведения измерений в любых вентиляционных сетях.

На этих устройствах стоит остановиться более подробно. Электронные термоанемометры не требуют, как в применении аналоговых устройств, организации люков в каналах. Все измерения производятся посредством установки датчика и получении данных на экран, встроенный в прибор. Погрешности измерений у таких устройств не превышает 0,2%. Большинство современных моделей могут работать как от батареек, так и от питания 220 v. Именно поэтому для проведения пусконаладочных работ, профессионалы рекомендуют использовать именно электронные анемометры.

В качестве заключения: скорость движения воздушных потоков, расход воздуха и площадь сечения каналов являются важнейшими параметрами для проектирования воздухораспределительных и вентиляционных сетей.

Совет: В данной статье, в качестве наглядного примера была приведена методика аэродинамического расчета для участка воздухопровода вентиляционной системы. Проведение вычислительных операций – это достаточно сложный процесс, требующий знаний и опыта, а также учитывающий массу нюансов. Не занимайтесь расчетами самостоятельно, а доверьте это профессионалам.

Тонкости выбора воздуховода

Зная результаты аэродинамических расчетов, можно правильно подобрать параметры воздуховодов, а точнее – диаметр круглых и габариты прямоугольных сечений. Кроме того, параллельно можно выбрать прибор принудительной подачи воздуха (вентилятор) и определить потери давления в процессе передвижения воздуха по каналу.

Зная величину расхода воздуха и значение скорости его движения, можно определить, какого сечения воздуховоды потребуются.

Для этого берется формула, обратная формуле для подсчета расхода воздуха:

S = L/3600*V.

Используя результат, можно посчитать диаметр:

D = 1000*√(4*S/π),

где:

• D — диаметр сечения воздуховода;
• S — площадь сечения воздушных каналов (воздуховодов), (м²);
• π — число «пи», математическая константа, равная 3,14;.

Полученное число сопоставляют с заводскими стандартами, допущенными по ГОСТ, и выбирают наиболее близкие по диаметру изделия.

Если необходимо выбрать прямоугольные, а не круглые воздуховоды, то следует вместо диаметра определить длину/ширину изделий.

При выборе ориентируются на примерное сечение, используя принцип a*b ≈ S и таблицы типоразмеров, предоставленные заводами-изготовителями. Напоминаем, что по нормам отношение ширины (b) и длины (a) не должно превышать 1 к 3.

Общепринятые стандарты прямоугольных каналов: минимальные размеры – 100 мм х 150 мм, максимальные – 2000 мм х 2000 мм. Круглые воздуховоды хороши тем, что обладают меньшим сопротивлением, соответственно, имеют минимальные показатели уровня шума.

В последнее время специально для внутриквартирного применения выпускают удобные, безопасные и легкие пластиковые короба.