Расчёт воздухообмена

Нормативная база

СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» — методы расчёта воздухообмена по кратности, по числу людей, по теплоизбыткам, по влаговыделениям и по CO2, а также подбор диаметра воздуховода и аэродинамический расчёт ветви (потери на трение по формуле Альтшуля плюс местные). Нормы жилых помещений выписаны дословно из издания СП 54.13330.2022 «СНиП 31-01-2003 Здания жилые многоквартирные» (приказ Минстроя России от 13.05.2022 № 361/пр), п. 7.4 и таблица 7.1: кухня с электрической плитой 60 м³/ч, кухня с газовой плитой 100 м³/ч, ванная комната, душевая и совмещённый санузел 50 м³/ч, уборная, туалет и постирочная 25 м³/ч, кладовая, бельевая и гардеробная 0,2 ч⁻¹. Число конфорок таблица не различает, поэтому старые 90 м³/ч по четырёхконфорочной плите из СНиП 2.08.01-89* больше не применяются: на газовой кухне это было занижение, то есть НЕ в запас. Жилые комнаты таблица 7.1 отдаёт в СП 60.13330, и заложенные 3 м³/ч на 1 м² остаются справочным ориентиром. Кухню-столовую с газовой плитой таблица 7.1 отдаёт в СП 402.1325800, помещение с газовым теплогенератором нормирует отдельно (100 м³/ч при открытой камере сгорания, плюс 100 м³/ч при газовой плите и плюс 60 м³/ч при электрической) — эти случаи в расчёт не заложены. Все остальные типы помещений (административные, торговля, общепит, образование, медицина, производство, санитарно-бытовые, спорт) — справочные ориентиры по профильным СП 118, 158, 56 и 44, а не значения, выписанные из таблиц; на экране и в выгрузке у каждого типа помещения показано, норма это или ориентир. Аэродинамический расчёт ветви ведётся по плотности воздуха НА УЧАСТКЕ, а не по одной плотности на всю сеть. Собственного метода аэродинамического расчёта воздуховодов СП 60.13330.2020 не содержит: раздел 7.11 «Воздуховоды» задаёт только конструктивные требования, слов «потери давления» в тексте свода правил нет. Плотность приточного (наружного) воздуха свод правил даёт в приложении А «Расчет тепловых нагрузок на системы отопления и вентиляции», дословно: «ρн – плотность приточного воздуха при температуре, кг/м3, соответствующей расчетному режиму, определяемая по формуле ρн = 353/(273 + tн)» (формула А.6); та же формула названа плотностью наружного воздуха в формуле (А.9). Расчётные параметры наружного воздуха для систем вентиляции в холодный период года — параметры Б по СП 131.13330 (п. 5.13). Формулу динамического давления СП 60 не приводит, поэтому она взята по общепринятой методике аэродинамического расчёта и сверена по двум независимым источникам: «динамическое давление Рд, Па, равно Рд = ρ·v²/2 … где ρ – плотность воздуха в воздуховоде, кг/м3» и «значения R, Па/м, приведены для круглых металлических воздуховодов при атмосферном давлении 98 кПа (1 атмосфера) и температуре воздуха 20 оС» (Кочев А.Г., Сергиенко А.С. Аэродинамический расчёт механических и гравитационных систем вентиляции, ННГАСУ); независимо то же: ρ = 353/(273 + t), Pдин = ρ·v²/2, плотность на каждом участке по его температуре (документация расчётного комплекса Аэропро.Эксперт). Отсюда принято: для вытяжки и для приточной ветви после калорифера — стандартный воздух ρ = 1,2 кг/м³ при t = 20 °С и ν = 15,06·10⁻⁶ м²/с, на этой плотности построены табличные удельные потери; для участка приточной ветви до калорифера, где идёт наружный воздух, плотность считается по введённой расчётной температуре, а кинематическая вязкость — по той же температуре, иначе λ по Альтшулю считался бы по чужой вязкости. Занижение было заметным: при минус 28 °С ρн = 1,441 кг/м³, и потери на участке до нагрева выходили в 1,18 раза меньше действительных — напор вентилятора подбирался НЕ в запас. Если выбран наружный воздух, а расчётная температура не введена, потери не считаются вовсе и на экране стоит требование её задать: подстановка +20 °С вернула бы то же занижение молча. Аэродинамика сети по участкам — метод удельных потерь с dv = 2ab/(a + b) для прямоугольных сечений по «Внутренние санитарно-технические устройства», ч. 3 (1992) в изложении методических указаний ОГУ (2008); коэффициенты местных сопротивлений справочные (сверены отводы круглые 90° и 45° при R = d и выход в атмосферу, прочие — ориентиры); допуск невязки 10 % — из пособия, в СП 60.13330.2020 для воздуховодов не установлен

Как считается

Метод и нормативная база

Расчёт воздухообмена помещения шестью способами и подбор воздуховода. Расход считается по кратности (объём помещения на кратность), по числу людей (норма на человека), по типу помещения из справочника норм, по теплоизбыткам, по влаговыделениям и по концентрации CO2. Общие требования к системам — СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»; требуемый расход приточного воздуха для помещения определяется по п. 7.4.1 и нормативным кратностям профильных документов.

Нормы жилых помещений выписаны дословно из таблицы 7.1 СП 54.13330.2022 (приказ Минстроя России от 13.05.2022 № 361/пр): кухня с электрической плитой 60 м³/ч, кухня с газовой плитой 100 м³/ч, ванная комната и душевая 50 м³/ч, совмещённый санузел 50 м³/ч, уборная, туалет и постирочная 25 м³/ч, кладовая, бельевая и гардеробная 0,2 ч⁻¹. Число конфораток таблица не различает. Жилые комнаты таблица 7.1 отдаёт в СП 60.13330, поэтому заложенные 3 м³/ч на 1 м² — справочный ориентир. У каждой строки справочника на экране подписано, норма это или ориентир: значения по административным, торговым, учебным, медицинским, производственным и спортивным помещениям приняты по профильным СП ориентиром, а не выписаны из таблиц.

Диаметр воздуховода подбирается по допустимой скорости: требуемая площадь сечения A = L/3600/v, расчётный диаметр приводится к ближайшему большему из стандартного ряда 100-1250 мм, после чего считается фактическая скорость в принятом диаметре и достигнутая кратность воздухообмена.

Аэродинамика ветви: динамическое давление Pд = ρ·v²/2, коэффициент сопротивления трения по формуле Альтшуля λ = 0,11 · (Кэ/d + 68/Re)^0,25, удельные потери R = λ/d · Pд, потери по длине R·l и местные потери Σζ·Pд. Собственного метода аэродинамического расчёта СП 60.13330.2020 не содержит (раздел 7.11 «Воздуховоды» задаёт конструктивные требования), поэтому методика взята общепринятая и сверена по двум независимым источникам. Плотность берётся по воздуху на участке: для вытяжки и для приточной ветви после калорифера — стандартный воздух 1,2 кг/м³ при 20 °С, на котором построены табличные удельные потери; для участка до калорифера, где идёт наружный воздух, плотность считается по формуле (А.6) приложения А СП 60.13330.2020 ρн = 353/(273 + tн), а кинематическая вязкость — по той же температуре. Если выбран наружный воздух, а расчётная температура не введена, потери не считаются: подстановка +20 °С занизила бы напор вентилятора.

Вкладка «Аэродинамика сети» — расчёт методом удельных потерь по участкам: магистраль задаётся от самого удалённого участка к вентилятору, на каждом участке — расход, длина, круглое или прямоугольное сечение и местные сопротивления из справочника (или ζ по паспорту). Для прямоугольного сечения трение считается по эквивалентному по скорости диаметру dv = 2ab/(a + b) при фактической скорости. Потери участка ΔP = R·l + Σζ·Pд, по магистрали ведётся нарастающая сумма; потребный напор — сумма по магистрали с запасом. Каждое ответвление сравнивается с параллельной частью магистрали от её начала до узла слияния: невязка (ΔPмаг − ΔPотв)/ΔPмаг; при превышении допуска выводится ζ диафрагмы, гасящей избыток, а ответвление тяжелее магистрали означает, что расчётное направление выбрано неверно. Метод и dv — по «Внутренние санитарно-технические устройства», ч. 3 (Справочник проектировщика, 1992) в изложении методических указаний ОГУ (2008), справочно.

Формулы

L = V · n; L = N · Lн; L = 3,6 · Q/(c · ρ · Δt); L = W/(ρ · Δd); L = N · MCO2/(Cвн − Cнар)

расход по кратности, по людям, по теплоизбыткам, по влаге и по CO2, м³/ч

A = L/3600/v; d = √(4A/π)

площадь сечения и расчётный диаметр воздуховода

Pд = ρ · v²/2; λ = 0,11 · (Кэ/d + 68/Re)^0,25; R = λ/d · Pд

динамическое давление и удельные потери на трение по Альтшулю

Δp = R · l + Σζ · Pд

полные потери давления в ветви (на участке сети)

dv = 2ab/(a + b)

эквивалентный по скорости диаметр прямоугольного воздуховода

δ = (ΔPмаг − ΔPотв)/ΔPмаг · 100 %; ζдиафр = (ΔPмаг − ΔPотв)/Pд

невязка ответвления и диафрагма, допуск 10 % — справочно

ρн = 353/(273 + tн)

плотность наружного воздуха, СП 60.13330.2020, прил. А, форм. (А.6)

Что вводится

• Способ расчёта и его данные: площадь и высота помещения с кратностью; число людей и норма на человека; тип помещения из справочника; теплоизбытки с температурами удаляемого и приточного воздуха; влаговыделения с влагосодержаниями; выделение CO2 с концентрациями внутри и снаружи.
• Допустимая скорость в воздуховоде, м/с, длина расчётной ветви, м, сумма коэффициентов местных сопротивлений Σζ и эквивалентная шероховатость Кэ, мм.
• Воздух на участке: стандартный или наружный с расчётной температурой (параметры Б по СП 131.13330).
• Для сети: участки магистрали и ответвлений (расход, длина, сечение, местные сопротивления), узел слияния каждого ответвления, допуск невязки и запас к напору.

Что получается

• Расход воздуха, достигнутая кратность, объём помещения и основание нормы для выбранного типа помещения.
• Расчётный и принятый стандартный диаметр воздуховода, фактическая скорость.
• Динамическое давление, коэффициент трения, удельные потери, потери на трение и местные, полные потери давления, принятая плотность воздуха; схема и выгрузка в PDF.
• Для сети: таблица участков с нарастающей суммой, потери по магистрали и напор вентилятора, невязка каждого ответвления и ζ диафрагмы; выгрузка в PDF, DOCX и CSV, проект файлом.

Пример расчёта

Кухня с газовой плитой в квартире, помещение 20 м² при высоте 3 м; вытяжной воздуховод длиной 15 м, допустимая скорость 4 м/с, сумма местных сопротивлений 3, эквивалентная шероховатость 0,1 мм.

1. Норма по таблице 7.1 СП 54.13330.2022 для кухни с газовой плитой — 100 м³/ч на кухню, поэтому L = 100 м³/ч; объём помещения 60 м³, достигнутая кратность 100/60 = 1,67 ч⁻¹.
2. Требуемое сечение A = 100/3600/4 = 0,00694 м², расчётный диаметр 94 мм, принят ближайший больший из стандартного ряда — 100 мм.
3. Фактическая скорость в диаметре 100 мм — 3,54 м/с; динамическое давление Pд = 1,2 · 3,54²/2 = 7,51 Па.
4. Коэффициент трения по Альтшулю λ = 0,0275, удельные потери R = 0,0275/0,1 · 7,51 = 2,06 Па/м, потери по длине 2,06 · 15 = 30,94 Па.
5. Местные потери 3 · 7,51 = 22,52 Па, полные потери давления 30,94 + 22,52 = 53,45 Па.
6. Тот же участок на наружном воздухе при расчётной температуре минус 28 °С: ρн = 353/(273 − 28) = 1,441 кг/м³, и полные потери вырастают до 62,12 Па — приточную ветвь до калорифера считают именно так.

Кухня с газовой плитой: 100 м³/ч, воздуховод ⌀100 мм при фактической скорости 3,54 м/с, потери давления в ветви 53,45 Па (на наружном воздухе минус 28 °С — 62,12 Па).

Окончательные значения принимаются в составе проектной документации — с учётом задания, местных условий и решений смежных разделов.

Границы применимости

• Из справочника типов помещений дословно нормой являются только жилые позиции таблицы 7.1 СП 54.13330.2022; остальные значения — справочные ориентиры по профильным СП, и это подписано у каждой строки. Кухню-столовую с газовой плитой и помещение с газовым теплогенератором таблица 7.1 отдаёт в СП 402.1325800 — эти случаи в расчёт не заложены.
• Расходы по теплоизбыткам, влаговыделениям и CO2 считаются по методике АВОК, а не по СП 60.13330.2020: теплоёмкость 1,005 кДж/(кг·°С) и плотность 1,2 кг/м³ приняты для комнатного воздуха. Воздухообмен по разбавлению вредных веществ до предельно допустимых концентраций не считается.
• Во вкладке «Воздухообмен» аэродинамика считается по одной ветви и введённой сумме ζ; сеть по участкам с увязкой — во вкладке «Аэродинамика сети». Коэффициенты ζ справочника там справочные, по «Руководству по расчёту воздуховодов из унифицированных деталей» А3-804 (основа ВСН 353-86), сверенному с диаграммами И. Е. Идельчика: отводы, вход, выход, неподвижная жалюзийная решётка, зонты над вытяжной и приточной шахтой (по h/d0), однолопаточный дроссель-клапан (по углу). Тройники в узлах ответвлений считаются автоматически по формулам А3-804 для приточной или вытяжной системы из отношений расходов и сечений (Lо/Lc, fп/fc, fо/fc; круглые, область 0,5 ≤ fп/fc ≤ 1, 0,1 ≤ fо/fc ≤ 0,65 — вне её на границе с пометкой; прямоугольные — по тем же формулам, ориентир). Решётки, клапаны и оборудование конкретного изделия уточняются по паспорту. Допуск невязки 10 % взят из методических указаний: в СП 60.13330.2020 он для воздуховодов не установлен. Подбор вентилятора и калорифера, шум и регулирование не рассчитываются.
• Формула Альтшуля применена к круглым металлическим воздуховодам; для прямоугольных воздуховодов расчёт ведут по эквивалентному диаметру, для гибких и неметаллических — с поправкой по данным изготовителя.
• Расчётная температура наружного воздуха для участка приточной ветви до калорифера принимается по СП 131.13330 (параметры Б); без неё потери не считаются — это отказ, а не нулевое значение.

Смежные расчёты: Отопление и вентиляция (ОВ)

• Радиаторы отопления
• Тёплый пол
• Теплопотери здания