Как правильно выбрать сечение воздуховодов и почему они такие большие: требования к вентиляции в Беларуси
При проектировании вентиляции заказчики часто задают один и тот же вопрос: «Почему воздуховоды такие большие? Нельзя ли сделать их меньше?»
На первый взгляд большой воздуховод действительно может казаться избыточным. Особенно если рядом расположены небольшие круглые каналы или если сравнивать промышленную вентиляцию с бытовыми системами. Однако размеры воздуховодов определяются не «на глаз», а расчётом расхода воздуха, скорости движения потока, потерь давления, уровня шума и особенностей конкретного объекта.
Для производственных зданий Беларуси этот вопрос особенно важен: расходы воздуха в цехах, складах, производственных участках и других помещениях могут достигать десятков тысяч кубометров в час.
От чего зависит сечение воздуховода
Основная зависимость достаточно простая: чем больше воздуха необходимо переместить, тем больше должна быть площадь сечения воздуховода при выбранной скорости движения воздуха.
Расчёт начинается с определения необходимого расхода:
L = V × 3600 × S
где L — расход воздуха, м³/ч, V — скорость воздуха, м/с, S — площадь сечения воздуховода, м².
Например, если необходимо перемещать 10 000 м³/ч воздуха при скорости около 5 м/с, площадь сечения должна составлять примерно 0,56 м².
Поэтому магистральный воздуховод для такого расхода физически не может быть маленьким.
Почему нельзя просто увеличить скорость воздуха
Наиболее очевидное решение — сделать воздуховод меньше и увеличить скорость движения воздуха.
Но у такого подхода есть серьёзные ограничения.
С увеличением скорости растут аэродинамические потери давления. В результате вентилятору приходится создавать большее давление, увеличивается энергопотребление, а система может начать работать значительно шумнее.
Кроме того, высокая скорость может привести к повышению шума от самого воздуховода, фасонных элементов, решёток и воздухораспределителей.
Именно поэтому в инженерном проектировании нельзя руководствоваться принципом «чем меньше воздуховод — тем лучше».
Какие скорости используются в вентиляции
Для производственных зданий рекомендуемые скорости в воздуховодах механических систем находятся примерно в диапазоне 4–7 м/с для приточных и 4–8 м/с для вытяжных систем. При необходимости применения более высоких скоростей требуется учитывать акустические ограничения и выполнять соответствующие расчёты.
При этом конкретная скорость выбирается с учётом назначения помещения.
В цехе, где работают мощные станки и шум от вентиляции не является определяющим фактором, допустимый диапазон может отличаться от ситуации, когда воздуховоды проходят непосредственно над рабочими местами.
Поэтому одинаковый расход воздуха на разных объектах может привести к совершенно разным размерам воздуховодов.
Почему производственные воздуховоды особенно большие
Представим производственный цех площадью несколько тысяч квадратных метров.
Для обеспечения требуемого воздухообмена может потребоваться, например, 30 000–50 000 м³/ч воздуха.
Если пытаться пропустить такой объём через слишком маленький канал, скорость станет чрезмерной.
Поэтому основной магистральный воздуховод может иметь размеры 1000×500, 1200×600, 1400×700 мм и больше.
После разветвления системы расход воздуха уменьшается, поэтому уменьшается и сечение отдельных ветвей.
Именно поэтому вентиляционная система обычно выглядит как дерево: большая магистраль от вентиляционной установки постепенно разделяется на более мелкие ответвления.
Круглый или прямоугольный воздуховод?
Выбор формы зависит не только от аэродинамики.
Круглые воздуховоды обычно хорошо работают с точки зрения сопротивления воздушному потоку и часто удобны для изготовления и монтажа.
Но на производственных объектах большое значение имеет строительная высота.
Если под потолком недостаточно места, круглый воздуховод большого диаметра может оказаться неудобным. В этом случае проектировщик может использовать прямоугольное сечение.
При этом нельзя превращать прямоугольный воздуховод в слишком узкую и высокую конструкцию. В нормативной практике для металлических прямоугольных и плоскоовальных воздуховодов учитывается соотношение сторон; например, СП 60.13330.2020 ограничивает его значением 1:4.
Что произойдёт, если сделать воздуховод слишком маленьким
Уменьшение сечения может привести сразу к нескольким проблемам:
- увеличению скорости воздуха;
- росту сопротивления сети;
- увеличению давления, требуемого от вентилятора;
- повышению энергопотребления;
- увеличению уровня шума;
- ухудшению работы воздухораспределителей;
- снижению фактического расхода воздуха на удалённых участках.
В итоге заказчик получает систему, которая на чертеже выглядит компактно, но в реальной эксплуатации может не обеспечить необходимый воздухообмен.
А если сделать воздуховод слишком большим?
Обратная ситуация также не всегда является правильной.
Слишком большие воздуховоды увеличивают стоимость изготовления, количество металла, массу конструкции и стоимость монтажа.
Кроме того, возрастает занимаемое инженерное пространство.
Поэтому задача проектировщика — найти оптимальное сечение, а не просто сделать воздуховод максимально большим.
Правильный подбор является компромиссом между расходом воздуха, скоростью, сопротивлением, шумом, стоимостью изготовления и возможностями строительной части здания.
Почему важен аэродинамический расчёт
После определения предварительных размеров выполняется аэродинамический расчёт сети.
В нём учитываются:
- длина участков;
- расход воздуха;
- скорость движения;
- местные сопротивления;
- отводы;
- тройники;
- переходы;
- дросселирующие устройства;
- фильтры;
- клапаны;
- решётки;
- воздухораспределители.
По результатам расчёта определяется требуемое давление вентилятора.
Это принципиальный момент: вентилятор и воздуховоды нельзя правильно подобрать независимо друг от друга.
Если изменить сечение магистрали, изменяется сопротивление сети, а значит, необходимо проверить работу вентилятора во всей системе.
Почему нельзя просто уменьшить воздуховоды на монтаже
На практике такая проблема встречается при реконструкции и монтаже вентиляции.
Например, проектом предусмотрен воздуховод 1000×500 мм, а монтажники сталкиваются с существующей балкой и предлагают заменить его на 700×400 мм.
На первый взгляд разница кажется небольшой.
Но площадь сечения изменяется значительно, а скорость воздуха возрастает. В результате меняется аэродинамика всей ветви.
Поэтому любые изменения сечения на объекте должны согласовываться с проектировщиком и проверяться расчётом.
Требования к вентиляции в Беларуси
При проектировании вентиляции на территории Беларуси необходимо учитывать действующие технические нормативные документы, требования к конкретному типу здания, назначению помещений, пожарной безопасности, шуму и условиям эксплуатации.
Особенно внимательно необходимо подходить к производственным объектам, где вентиляция может одновременно выполнять функции удаления тепла, влаги, пыли, аэрозолей или технологических выделений.
Для таких систем стандартного расчёта «по площади помещения» часто недостаточно.
Необходимо учитывать сам технологический процесс и количество вредных или избыточных выделений.
Как правильно выбрать воздуховоды для предприятия
Оптимальный алгоритм выглядит следующим образом:
- Определить требуемый расход воздуха.
- Определить допустимую скорость движения воздуха.
- Рассчитать предварительное сечение.
- Выбрать геометрические размеры воздуховода.
- Выполнить аэродинамический расчёт всей сети.
- Проверить давление вентилятора.
- Проверить уровень шума.
- Проверить возможность монтажа и обслуживания.
- Согласовать трассы с другими инженерными системами.
Только после этого можно окончательно определить размеры воздуховодов и оборудование системы.
Вывод
Большие воздуховоды в производственной вентиляции — это не обязательно признак неправильного проектирования. Очень часто их размеры являются прямым следствием большого требуемого расхода воздуха и необходимости поддерживать разумную скорость потока.
Главная задача проектировщика — не сделать воздуховод как можно меньше, а подобрать оптимальное сечение, при котором система обеспечит требуемый расход, приемлемый уровень шума, нормальную работу вентилятора и разумную стоимость строительства.
Поэтому перед изготовлением и монтажом воздуховодов необходимо выполнить полноценный аэродинамический расчёт. Это особенно важно для крупных производственных помещений, где ошибка в одном участке магистрали может повлиять на работу всей вентиляционной системы.
ООО «Сандареал» — подрядчик по инженерным системам в Республике Беларусь, выполняющий электромонтажные работы, монтаж систем вентиляции и кондиционирования, а также автоматизацию инженерных систем на объектах жилого, коммерческого и промышленного назначения. Работы выполняются на территории г. Минска и всех регионов Республики Беларусь.
