Як розрахувати потік повітря у вентиляції? Норми, кратність повітрообміну та калькулятор

---

Проєктування вентиляційної системи завжди починається з одного й того самого питання - скільки повітря має надійти до приміщення і скільки треба з нього видалити. Від правильно визначеного потоку залежить усе, що проєктувальник робить далі: підбір діаметрів каналів, тиск вентилятора, розмір централі та енергетичний баланс будівлі. Занижений потік означає задушливе повітря, вологість і невиконання гігієнічних вимог, а завищений - непотрібні втрати енергії та дорожчу установку.

У цій статті ми показуємо, звідки береться значення потоку повітря, які вимоги ставлять польські норми та приписи, а також як крок за кроком розрахувати його для приміщення. Якщо тобі потрібно швидко перевірити результат для конкретної кубатури, скористайся нашим калькулятором потоку повітря та температури.

Коли треба розраховувати потік повітря

Потік вентиляційного повітря ($\dot{V}$, виражений у м³/год) - це кількість свіжого повітря, яке подається до приміщення, або використаного повітря, яке з нього видаляється за одиницю часу. Розрахунки цього потоку необхідні в кожному проєкті вентиляції - незалежно від того, чи проєктуємо гравітаційну вентиляцію, механічну витяжну, чи механічну припливно-витяжну з рекуперацією тепла.

На практиці з розрахунками потоку повітря ми стикаємося в кількох типових ситуаціях:

• Одноквартирні та багатоквартирні житлові будинки - основою є гігієнічні вимоги для кухонь, ванних кімнат, санвузлів та допоміжних приміщень, записані в нормі PN-83/B-03430/Az3:2000 і в польських технічних умовах (WT), яким мають відповідати будівлі.
• Офіси, конференц-зали, комерційні приміщення - основою є кількість осіб, які користуються приміщенням, і так званий питомий потік повітря на особу, а в приміщеннях із підвищеною емісією забруднень додатково кратність повітрообміну.
• Приміщення громадського харчування, кухонні блоки - потік залежить від теплових та вологісних надходжень від технологічного обладнання й від необхідної кратності повітрообміну.
• Технічні приміщення, котельні, гаражі - потік випливає з галузевих приписів (наприклад, розпорядження про технічні умови для гаражів, протипожежні приписи, норми для газових котелень).
• Санітарні приміщення, басейни, роздягальні - значення витяжки зазвичай подають як кратність повітрообміну або потік на одиницю (наприклад, кабіну, пристрій, особу).

Основні методи визначення потоку повітря

Залежно від типу приміщення застосовують один із чотирьох основних методів розрахунку. У проєктувальній практиці часто обчислюють потік кожним із них і приймають найбільше значення - так, щоб виконати всі вимоги одночасно.

1. Метод кратності повітрообміну

Кратність повітрообміну n [1/год] визначає, скільки разів протягом години повітря в приміщенні замінюється на свіже. Потік обчислюють за формулою:

$\dot{V} = n \cdot V_k \ [\mathrm{m ^ (3 / h)}]$

де:

• $n$ - кратність повітрообміну [1/год]
• $V_k$ - кубатура приміщення [м³], тобто добуток площі підлоги і висоти у просвіті

Метод простий, але дає достовірний результат лише тоді, коли ми підберемо відповідну для даного приміщення кратність. Рекомендовані значення наведено у таблиці нижче.

Значення рекомендованих кратностей повітрообміну подають, серед іншого, норма PN-EN 16798-1 (замінила скасовану PN-EN 13779), галузеві рекомендації та посібники проєктувальника. У підземних гаражах більші значення (наприклад, 6-10 повітрообмінів) зазвичай стосуються аварійної або протипожежної вентиляції з детекцією CO/LPG, а не побутової вентиляції у звичайному режимі. Фактичне значення слід завжди порівняти з детальними вимогами - якщо припис встановлює, що у ванній кімнаті витяжка має становити не менше 50 м³/год, то це значення є обов'язковим, навіть коли з кратності виходить менше.

2. Гігієнічний метод - повітря на особу

У приміщеннях, призначених для людей (офіси, зали, кабінети), основним критерієм є кількість свіжого повітря на одну особу. Формула дуже проста:

$\dot{V} = m \cdot \dot{V}_{os} \ [\mathrm{m ^ (3 / h)}]$

де:

• $m$ - кількість осіб, які перебувають у приміщенні
• $\dot{V}_{os}$ - питомий потік повітря на особу [м³/год]

Значення $\dot{V}_{os}$ визначає чинна норма PN-EN 16798-1 (замінила скасовану PN-EN 13779), яка вводить чотири категорії якості повітря в приміщенні: Категорія I, II, III і IV. Типові проєктні значення наведено в таблиці.

Згідно з PN-EN 16798-1 загальний потік повітря не залежить виключно від кількості осіб - він є сумою складової, що випливає з присутності людей ($q_p \cdot m$), і складової, пов'язаної з емісією забруднень від будівельних матеріалів та обладнання ($q_B \cdot A$, де $A$ - площа приміщення). У приміщеннях із низькою щільністю осіб ігнорування складової за площею може значно занизити результат.

Польські технічні умови (WT) у § 149 уточнюють мінімальний потік свіжого повітря на одну особу:

• 20 м³/год - у приміщеннях із вікнами, що відчиняються,
• 30 м³/год - у приміщеннях без вікон, що відчиняються, або кондиціонованих,
• 50 м³/год - у приміщеннях, у яких дозволено палити тютюн.

У спортивних залах і приміщеннях із фізичним навантаженням застосовують навіть 50-60 м³/год на особу.

3. Метод гігієнічних вимог для квартир (PN-83/B-03430)

Для житлових будівель основою проєктування вентиляції є польська норма PN-83/B-03430/Az3:2000 "Вентиляція в житлових будинках, будинках колективного проживання та громадського призначення". Норма визначає мінімальні потоки повітря, що видаляється із санітарних приміщень і кухонь, а приплив повинен забезпечувати відповідне надходження свіжого повітря до кімнат.

Потік, що подається до квартири, повинен бути принаймні рівним сумі витяжних потоків із санітарних приміщень і кухні. Саме цей принцип визначає мінімальний потік вентиляції для всієї квартири. Варто зазначити, що кухня без вікна з газовою плитою потребує механічної витяжної вентиляції - гравітаційна вентиляція в такому випадку є недопустимою.

4. Балансовий метод - надходження тепла та вологи

У приміщеннях із великими надходженнями тепла або вологи (серверні, професійні кухні, басейни, виробничі цехи) потік визначаємо так, щоб видалити надлишок тепла або вологи. Основні формули:

З балансу явного тепла:

$\dot{V} = \frac{Q}{\rho \cdot c_p \cdot \Delta T} \cdot 3600 \ [\mathrm{m^3/h}]$

де:

• $Q$ - надходження явного тепла [кВт]
• $\rho$ - густина повітря, 1,2 кг/м³
• $c_p$ - питома теплоємність повітря, 1,005 кДж/(кг·К)
• $\Delta T$ - різниця температур між припливним і повітрям, що видаляється [К]

З балансу вологи:

$\dot{V} = \frac{W}{\rho \cdot (x_w - x_n)} \ [\mathrm{m^3/h}]$

де:

• $W$ - потік вологи в приміщенні [кг/год]
• $x_w$, $x_n$ - вологовміст у витяжному та припливному повітрі [кг/кг с.п.]

Приклад розрахунку - конференц-зал

Спроєктуємо вентиляцію для конференц-залу розмірами 8,0 × 5,0 м і висотою 2,7 м. Зал розрахований на 20 осіб. Обчислимо необхідний потік трьома методами і порівняємо результати.

Крок 1: Кубатура приміщення

$V_k = 8{,}0 \cdot 5{,}0 \cdot 2{,}7 = 108 \ \mathrm{m^3}$

Крок 2: Метод кратності повітрообміну

Для конференц-залу приймаємо n = 8 [1/год]:

$\dot{V}_1 = 8 \cdot 108 = 864 \ \mathrm{m ^ (3 / h)}$

Крок 3: Гігієнічний метод (повітря на особу)

Для Категорії II за PN-EN 16798-1 приймаємо 36 м³/год на особу:

$\dot{V}_2 = 20 \cdot 36 = 720 \ \mathrm{m ^ (3 / h)}$

Крок 4: Перевірка відведення надходжень тепла

Надходження явного тепла від осіб (75 Вт/ос.), освітлення (10 Вт/м²) і обладнання оцінюємо приблизно у 2,5 кВт. При різниці температур ΔT = 6 К:

$\dot{V}_3 = \frac{2{,}5}{1{,}2 \cdot 1{,}005 \cdot 6} \cdot 3600 \approx 1244 \ \mathrm{m^3/h}$

Крок 5: Вибір проєктного значення

Приймаємо найбільше значення, тобто 1244 м³/год - лише такий потік одночасно задовольняє гігієнічні вимоги та тепловий баланс. На практиці, якщо тепловий баланс вимагає дуже великого потоку, розглядають охолоджувач у централі або рециркуляцію - інакше споживання енергії на нагрівання повітря взимку було б дуже високим.

Що далі після розрахунку потоку

Потік повітря - це лише початок проєктування вентиляційної системи. Наступним кроком є перевірка балансу припливу та витяжки - суми припливних і витяжних потоків у всій будівлі повинні бути близькими. У квартирі легке розрідження (витяжка на 5-10% більша за приплив) обмежує проникнення вологи в глиб перегородок, тоді як у будівлях громадського призначення часто прагнуть надлишкового тиску, щоб запобігти інфільтрації непідготовленого повітря ззовні.

Маючи визначений потік, проєктувальник підбирає діаметри каналів - методика підбору на основі рекомендованої швидкості та втрат тиску знаходиться в нашому посібнику підбору вентиляційних каналів, а швидкі розрахунки виконаєш у калькуляторі підбору вентиляційних каналів. Від потоку залежить також розмір централі та тиск вентилятора (випливає з втрат тиску у всій системі).

Після визначення потоку можна також обчислити потужність, необхідну для нагрівання або охолодження повітря - у калькуляторі потоку повітря та температури визначиш обидва параметри одночасно. У системах із рекуперацією ефективність і потужність рекуперації тепла перевіриш у калькуляторі рекуперації тепла.

Найпоширеніші помилки при розрахунку потоку повітря

1. Плутання кубатури з площею. Кратність повітрообміну множимо на кубатуру (м³), а не на площу (м²). При висоті приміщення більше ніж 2,5 м помилка може бути значною.

2. Ігнорування балансу припливу та витяжки. Якщо у квартирі забезпечимо велику витяжку з кухні та ванної, але не передбачимо відповідного припливу (наприклад, віконних припливних клапанів або припливного каналу), система не працюватиме правильно - повітря не матиме куди надходити.

3. Прийняття кратності без перевірки нормативних вимог. Для квартир кратність повітрообміну може давати менший результат, ніж вимоги PN-83/B-03430. Обов'язковими є більші значення, а не менші.

4. Заниження кількості осіб. У конференц-залах чи ресторанах часто приймають кількість робочих місць, а не максимальну заповнюваність. Для вентиляції слід рахувати максимальну проєктну заповнюваність приміщення.

5. Відсутність корекції для надходжень тепла та вологи. У приміщеннях із великими тепловими надходженнями (серверні, зали з великою кількістю обладнання, кухні) гігієнічний метод є недостатнім - додатково треба розрахувати потік із теплового балансу.

6. Ігнорування густини повітря при вищих температурах. Коли припливне повітря тепле (наприклад, улітку після нагрівання в централі) або коли канали проводять повітря з температурою, що значно відрізняється від 20°C, густина падає, а об'ємний потік зростає. Для проєктних розрахунків у Польщі стандартно приймають ρ = 1,2 кг/м³ для 20°C, але в балансових розрахунках котелень чи сушарок треба пам'ятати про реальну температуру.

7. Надто високі кратності "про запас". Перевищення потоку на 30-50% не покращує комфорту, зате збільшує інвестиційні витрати (більші канали, потужніша централь) і експлуатаційні (нагрівання більшої кількості повітря взимку).

Підсумок

Розрахунок потоку вентиляційного повітря - це перше і найважливіше рішення у проєкті системи. Залежно від призначення приміщення застосовують метод кратності повітрообміну, гігієнічний метод (повітря на особу), вимоги норми PN-83/B-03430 для квартир або балансовий метод для приміщень із великими надходженнями тепла та вологи. У проєктувальній практиці обчислюють кожним із відповідних для даного приміщення методів і приймають найбільший результат, щоб одночасно виконати всі вимоги.

Щоб швидко перевірити необхідний потік повітря та пов'язану з ним температуру припливу, скористайся нашим калькулятором потоку повітря та температури. Після визначення потоку наступним кроком є підбір перерізу каналів - зазирни до посібника підбору вентиляційних каналів або одразу до калькулятора підбору каналів.

Повернутися до списку статей