Obliczanie powierzchni kanałów wentylacyjnych i kształtek: zasady wykonywania obliczeń + przykłady obliczeń według wzorów

Gwarancją nienagannej i efektywnej pracy wentylacji jest prawidłowe obliczenie powierzchni kanałów wentylacyjnych i kształtek, od którego zależy dobór zarówno poszczególnych elementów, jak i urządzeń. Celem obliczeń jest zapewnienie optymalnej krotności wymiany powietrza w pomieszczeniach zgodnie z ich przeznaczeniem.

W artykule szczegółowo omówiliśmy każdy z wymaganych etapów obliczeń: określenie przekroju i rzeczywistej powierzchni kanałów wentylacyjnych, obliczenie prędkości powietrza oraz dobór parametrów kształtek. Ponadto określiliśmy główne wymagania dotyczące wymiarów kanałów wentylacyjnych, a także podaliśmy przykład obliczeń kanałów wentylacyjnych dla domu jednorodzinnego.

Cel wykonania obliczeń

Cechy obliczeń i doboru kanałów wentylacyjnych zależą od ich typu i materiału, z którego są wykonane. Ta ostatnia cecha determinuje niuanse powstające podczas przepływu powietrza oraz specyfikę interakcji strumienia powietrza ze ściankami.

Kanały wentylacyjne mogą być:

• metalowe – może to być stal czarna, ocynkowana, nierdzewna;
• aluminiowe elastyczne karbowane;
• plastikowe kanały wentylacyjne – elastyczne i sztywne;
• tekstylne.

Pod względem geometrii przekroju produkuje się kanały wentylacyjne okrągłe, prostokątne, owalne. Te ostatnie nie są tak popularne jak dwa pierwsze.

Nawet jeśli istnieje najbardziej poprawny projekt systemu wentylacyjnego, błąd w doborze przekrojów kanałów wentylacyjnych może prowadzić do zakłócenia cyrkulacji powietrza.

Konsekwencją błędów w obliczeniach będzie podwyższona wilgotność, a następnie pleśń i grzyby w pomieszczeniu. Bez prawidłowego obliczenia powierzchni wszystkich części niemożliwe jest dobranie odpowiednich elementów kompleksu wentylacyjnego.

Od tego parametru zależą:

• prędkość przepływu masy powietrza i jej objętość;
• stopień szczelności połączeń;
• hałaśliwość systemu wentylacyjnego;
• pobór energii elektrycznej.

Obliczenia wykonane poprawnie pozwolą zaoszczędzić środki, ponieważ ilość materiału zostanie określona dokładnie. Ale poza kwestiami ekonomicznymi, najważniejsze są jednak parametry wentylacji zapewniające komfortowe warunki życia ludzi.

Informacje ogólne do obliczania pola przekroju

Powierzchnię rur dla kanałów wentylacyjnych oblicza się na podstawie różnych wartości:

1. Zgodność z parametrami sanitarno-higienicznymi (SanPiN).
2. Według liczby mieszkańców.
3. Według powierzchni pomieszczeń.

Wynik można uzyskać zarówno dla pojedynczego pomieszczenia, jak i dla całego domu. Do obliczeń istnieją specjalne programy z wbudowanymi algorytmami. Inną opcją obliczeń jest użycie wzorów.

Pole przekroju kanałów wentylacyjnych przy ich projektowaniu dobiera się tak, aby powietrze na całej długości poruszało się z mniej więcej jednakową prędkością. Na całej długości systemu ilość powietrza jest różna, dlatego pole przekroju kanału wentylacyjnego powinno się zwiększać wraz ze wzrostem objętości masy powietrza.

Jeśli rozpatrujemy wentylację wyciągową, to kwadratura przekroju rośnie wraz z zbliżaniem się do wentylatora. Tylko w ten sposób można zagwarantować mniej więcej jednakową prędkość masy powietrza na całej długości przewodu powietrznego.

Wraz ze wzrostem okrągłego przekroju zmniejsza się prędkość przepływu powietrza. Zmniejszy się również szum aerodynamiczny. Wadą takich kanałów wentylacyjnych jest gabaryt konstrukcji, co uniemożliwia ich montaż w przestrzeni między sufitem surowym a podwieszanym, a także zwiększony koszt.

Jeśli nie ma takiej możliwości, można preferować geometrię prostokątną, ponieważ wysokość prostokątnego przekroju jest mniejsza. Z drugiej strony okrągłe produkty są łatwiejsze w montażu i mają swoje zalety eksploatacyjne.

Ponieważ okrągłe kanały wentylacyjne nie zawsze pasują do wnętrza, a bardziej estetyczne prostokątne są drogie, jako alternatywę warto rozważyć produkty owalne. Są zarówno ergonomiczne, jak i wydajne.

Wybór konkretnego rozwiązania zależy od priorytetów użytkownika. Jeśli najważniejsze są oszczędność energii, minimalny hałas i możliwość montażu rozległej sieci, najlepszym wyborem jest okrągły kształt kanału wentylacyjnego.

Etapy wykonania obliczeń

Prace obliczeniowe składają się z kilku etapów:

1. Opracowania ogólnego schematu systemu wentylacji. Należy zaznaczyć długości odcinków prostych, części skrętne i ich typ, miejsca zmiany przekroju.
2. Wybór krotności wymiany powietrza, odpowiadającej wymaganiom sanitarno-higienicznym.
3. Obliczenia prędkości ruchu mas powietrza w przewodzie. Parametr ten zależy od rodzaju wentylacji, która może być naturalna lub wymuszona.
4. Obliczenia powierzchni kanałów wentylacyjnych i innych parametrów.

Istnieje wiele programów do wykonywania takich obliczeń.

Obliczenia za pomocą wzorów dla złożonego systemu to niełatwe zadanie. Dla domu o niewielkich wymiarach obliczenie powierzchni poszczególnych elementów, przekroju kanałów wentylacyjnych jest całkiem możliwe.

Obliczanie przekroju kanału wentylacyjnego

Wyrażenie używane do obliczania powierzchni elementów kształtowych i kanałów wentylacyjnych wygląda następująco:

Sc = (L x 2.778) : V,

gdzie:

• Sc — pole przekroju poprzecznego;
• L — strumień powietrza krążącego w systemie;
• 2.778 — współczynnik uzgadniający różne wymiary;
• V — prędkość strumienia powietrza w danym miejscu, mierzona w metrach na sekundę.

Wynikiem obliczeń będzie wartość wyrażona w cm².

Istnieje również alternatywny wzór:

S = L : k x V,

Współczynnik K w tym przypadku wynosi 3600.

Określanie rzeczywistej powierzchni kanału wentylacyjnego

Rzeczywistą powierzchnię wentylacji dla okrągłych kanałów wentylacyjnych oblicza się według wzoru:

S = (π x D2) : 400,

gdzie:

• S — rzeczywista powierzchnia;
• D — średnica.

Dla przewodów o przekroju prostokątnym:

S = (A x B) : 100,

gdzie:

• S — rzeczywista powierzchnia;
• D — średnica;
• A — wysokość kanału wentylacyjnego;
• B — szerokość konstrukcji.

Pole przekroju dla rury o przekroju owalnym oblicza się według wzoru:

S = π x A x B : 4,

gdzie:

• A — większa średnica owalu;
• B — mniejsza średnica odpowiednio.

Istnieją również inne wzory do obliczania powierzchni kanału wentylacyjnego.

Korzystając z takiego dokumentu normatywnego, jak SNiP, można porównać wymiary przekrojów kanałów wentylacyjnych z wymaganymi wartościami. W ten sposób odpowiedni rozmiar przewodu powietrznego określa się jeszcze prościej.

Niektórzy producenci w opisach kanałów wentylacyjnych podają nomogramy. Są one również w literaturze normatywnej.

Nomogram dla metalowego kanału wentylacyjnego o przekroju w kształcie koła. Wartości z niego podstawia się do wzoru. Wszystkie elastyczne kanały wentylacyjne są uzupełniane takimi schematami (+)

Z nomogramów można odczytać wartość pola przekroju. Jest ona przybliżona, ale odpowiednia do stworzenia systemu o minimalnym poziomie hałasu.

Aby znaleźć wymiary kanału wentylacyjnego dla określonego odgałęzienia przewodu, przez który transportowana jest zadana ilość powietrza, należy wykonać następujące czynności:

1. Określić na nomogramie punkt przecięcia objętości powietrza przemieszczanego w ciągu 1 godziny i linii największej prędkości dla odcinka obliczeniowego.
2. Obok tego punktu znaleźć wartość najbardziej odpowiedniej średnicy.

Ponadto, dysponując nomogramem, można nie tylko ułatwić obliczenia przekroju kanałów wentylacyjnych i elementów kształtowych, ale także określić straty ciśnienia na odcinku magistrali powietrznej przy ustalonej prędkości.

Stosowanie nomogramu nie jest obowiązkowe, można określić potrzebną powierzchnię przekroju w zależności od prędkości masy powietrza.

Obliczanie prędkości powietrza

Korzystając ze wzorów lub specjalnych tabel, oblicza się prędkość w kanale wentylacyjnym. Kluczowym parametrem jest tutaj wskaźnik krotności, który określa objętość powietrza potrzebną do pełnego przewietrzenia pomieszczenia o objętości 1 m³ w ciągu 1 godziny.

Specjaliści zalecają, aby w celu określenia wskaźnika krotności zbadać konkretne warunki w istniejących obiektach przemysłowych, dla których dostępne są rzeczywiste dane dotyczące emisji gazów, par toksycznych itp. Najlepiej jest przeprowadzić samodzielne obliczenia z zastosowaniem wzorów.

W celu uproszczenia obliczeń istnieją specjalne tabele, z których można pobrać gotową wartość wskaźnika krotności, należy jednak pamiętać, że podają one zaokrąglone parametry.

Wzór na obliczenie krotności wygląda następująco:

N = V : W,

gdzie:

• N — szukana krotność;
• V — objętość świeżej masy powietrza napływającej do pomieszczenia w ciągu godziny;
• W — objętość pomieszczenia.

Jednostką krotności jest liczba razy/godzinę, V mierzy się w m³/h, objętość w m³.

Rozważmy konkretny przykład określenia wymaganej ilości powietrza na podstawie krotności.

Mamy pokój mieszkalny o objętości 22 m³. Dla niego będzie potrzebne powietrze: L = 22 x 6 = 132 m³, gdzie 6 to krotność wymiany powietrza zaczerpnięta z tabeli.

Prędkość przemieszczania się masy (V) mierzy się w m/s i określa za pomocą wzoru:

V = L : 3600 x S,

gdzie:

• L — wykorzystywane powietrze (m³/h);
• S — pole przekroju poprzecznego kanału wentylacyjnego (m³).

Dodatkowo jeszcze 2 parametry wpływają na prędkość przepływu powietrza: poziom hałasu, współczynnik drgań. Przy projektowaniu systemu należy je koniecznie uwzględnić.

Przykład obliczeń dla małego domku jednorodzinnego

Do obliczeń wzięto domek o powierzchni wewnętrznej 108,8 m² i wysokości od podłogi do stropu 3 m. Wewnątrz znajduje się salon, sypialnia, pokój dziecięcy, kuchnia, łazienka z WC. Wskaźnik krotności przyjmujemy równy 1.

System wentylacyjny pozwala pozbyć się z pomieszczenia zanieczyszczeń szkodliwych dla zdrowia — potencjalnie niebezpiecznych i wywołujących reakcje alergiczne, pogarszających samopoczucie.

Najpierw obliczana jest ilość powietrza usuwanego i dopływającego ogólnie dla budynku.

W tym celu stosuje się metodykę SNiP:

1. Ponieważ sypialnia i salon mają tę samą powierzchnię, ilość usuwanego powietrza z nich wynosi 21 x 3 x 1 = 63 m³/h.
2. Dla pokoju dziecięcego — 24 x 3 x 1 = 72 m³/h.
3. Dla kuchni — 22 x 3 x 1 + 100 = 166 m³/h.
4. Dla łazienki z WC — 10 x 3 x 1 = 30 m³/h.
5. W rezultacie: 63 x 2 + 48 + 166 + 30 = 394 m³/h.

Korytarza i przedpokoju nie uwzględniono w obliczeniach. 100 m³ to objętość, która odprowadzana jest przez okap kuchenny.

Prawidłowe rozprowadzenie przepływów powietrza w domu jest również bardzo ważne. W budynkach tego typu zazwyczaj instaluje się system wentylacji naturalnej. Element wymuszony jest jednak obecny — okap kuchenny.

Następnie określa się średnice kanałów wentylacyjnych. Ponieważ 100 m³ usuwa okap w sposób wymuszony, pozostaje rozprowadzić pozostałe 294 m³. Zostaną one usunięte w sposób naturalny przez 2 szyby. Na każdą przypada: 294 : 2 = 147 mᶾ.

Ponieważ w szybach wentylacji naturalnej prędkość powietrza waha się w granicach od 0,5 do 1,5 m/s, w obliczeniach zwykle przyjmuje się wartość średnią — 1 m/s. Po podstawieniu znanych wartości do wzoru S = L : k × V, otrzymujemy: S = 147 : 3600 x 1 = 0,0408 m².

Teraz pojawiła się możliwość określenia średnicy przewodu o przekroju kołowym za pomocą wzoru: S = (π x D2) : 400 lub 0,0408 = (3,14 x D2) : 400.

Rozwiązując to równanie z jedną niewiadomą, za pomocą prostych obliczeń, stwierdza się, że średnica przewodu wynosi 2,28 mm. Dla tej wartości dobiera się najbliższy większy standardowy rozmiar rury.

Za pomocą tej tabeli przeliczeniowej można wybrać równoważną średnicę przewodu o przekroju kołowym. To znacznie upraszcza obliczenia.

Gdy montuje się przewód o przekroju prostokątnym, jego rozmiar wybiera się z tabeli, kierując się powierzchnią. Najbliższa większa wartość — 200 x 250 mm.

Według tego samego schematu określa się pole przekroju odcinka pod okap kuchenny, z tą różnicą, że prędkość powietrza wynosi tutaj 3 m/s. S = 100 : 3600 x 3 = 0,083 m² lub średnica 107 mm.

Tabela przeliczeniowa jest niezbędna, gdy trzeba wykonać obliczenia przewodów o przekroju prostokątnym i zastosować przy tym tabelę dla wyrobów okrągłych. Przedstawiono tutaj średnice przewodów o przekroju kołowym, w których spadek ciśnienia na skutek tarcia jest równy analogicznej wartości w konstrukcji prostokątnej.

Istnieją trzy sposoby określenia wartości równoważnej:

• według prędkości;
• według przekroju poprzecznego;
• według przepływu.

Wielkości te są związane z różnymi parametrami przewodu. Dla każdej z nich istnieje indywidualna metoda korzystania z tabel. Najważniejsze, aby niezależnie od zastosowanej metody, wielkość straty ciśnienia na tarcie była taka sama.

Na zakończenie przeprowadza się sprawdzenie prędkości: V = 147 : (3600 x 0,0408) = 1,0 m/s. Odpowiada to dopuszczalnej granicy.

Kształtki i ich obliczenia

Podczas montażu przewodów proste odcinki o różnych rozmiarach łączy się za pomocą kształtek.

Przy produkcji zarówno przewodów, jak i kształtek niezbędne jest obliczenie ich powierzchni. Bez tego nie można prawidłowo określić potrzebnej ilości materiału do wykonania elementów.

Do kształtek należą:

1. Kolana. Służą one do zmiany kierunku przewodu powietrznego pod dowolnym kątem. Występują zarówno okrągłe, jak i prostokątne, owalne.
2. Przejściówki. Za ich pomocą łączy się kanały wentylacyjne o różnym przekroju. Geometria dowolna – od okrągłej do kombinowanej.
3. Złączki, nyple. Łączą proste odcinki przewodu głównego.
4. Trójniki. Łączą rozgałęzienia lub dwie gałęzie kanału wentylacyjnego.
5. Zaślepki. Zamykają przepływ powietrza.
6. Krzyżaki. Rozdzielają lub łączą strumienie powietrza.
7. Kaczki. Zapewniają przejście kanału wentylacyjnego na różnych poziomach.

Aby obliczyć potrzebne parametry kształtek, niezbędne są umiejętności matematyczne.

Każda kształtka ma swoją szczególną rolę w systemie wentylacyjnym. Producenci projektują każdą z nich oddzielnie. Są one dostarczane razem z głównymi elementami.

Błąd popełniony w jednym wskaźniku pociągnie za sobą pogorszenie parametrów eksploatacyjnych systemu. Gotowe wzory do takich obliczeń nie istnieją.

W tabeli przedstawiono standardowe wymiary przewodów wentylacyjnych. Nawet profesjonaliści zamiast skomplikowanych obliczeń korzystają z takich i podobnych specjalnych tabel.

Wielu projektantów korzysta ze specjalnych programów, kalkulatorów online. Wystarczy wprowadzić początkowe wartości i otrzymać gotowe parametry.

Programy pozwalają nie tylko określić potrzebne wymiary wszystkich elementów, ale także wykonać ich rozkład. Taki rozkład wydrukowany na drukarce 3D pozwala na idealne dopasowanie kanałów wentylacyjnych.

Podstawowe wymagania dotyczące obliczeń

Przy określaniu ostatecznych parametrów przewodów wentylacyjnych należy uwzględnić, że określenie pola przekroju przewodów musi gwarantować, iż:

1. Zapewniona jest temperatura w pomieszczeniu. Tam, gdzie występuje nadmiar ciepła, przewidziano jego usuwanie, a tam, gdzie występuje niedobór, zminimalizowano jego straty.
2. Prędkość przepływu powietrza w żaden sposób nie obniża poziomu komfortu osób przebywających w pomieszczeniu. W obszarach stref roboczych obowiązkowo występuje oczyszczanie powietrza.
3. Szkodliwe związki chemiczne i cząstki zawieszone obecne w powietrzu występują w ilości odpowiadającej normie GOST 12.1.005-88.

Dla poszczególnych pomieszczeń obowiązkowym warunkiem doboru pola przekroju przewodów wentylacyjnych jest stałe utrzymanie nadciśnienia i wykluczenie dopływu powietrza z zewnątrz.

Przy obliczaniu oporu przewodu głównego uwzględnia się straty ciśnienia. Aby podczas ruchu strumień masy powietrza mógł pokonać opór, potrzebne jest odpowiednie ciśnienie.

Do kategorii pomieszczeń, w których wymagane jest nadciśnienie, należą piwnice, a także pomieszczenia, w których mogą gromadzić się szkodliwe substancje.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Program online z pomocą dla inżyniera-projektanta:

Materiał o organizacji wentylacji domu jednorodzinnego:

Pole przekroju, kształt, długość kanału wentylacyjnego — to jedne z parametrów określających wydajność systemu wentylacyjnego. Prawidłowe obliczenie jest niezwykle ważne, ponieważ od niego zależy przepustowość powietrza, a także prędkość przepływu i efektywna praca całej konstrukcji.

Podczas korzystania z kalkulatora online, stopień dokładności obliczeń będzie wyższy niż w przypadku obliczeń ręcznych. Taki wynik tłumaczy się tym, że program automatycznie zaokrągla wartości z większą dokładnością.

Czy mają Państwo osobiste doświadczenie w projektowaniu, urządzaniu i obliczaniu systemu kanałów wentylacyjnych? Czy chcą Państwo podzielić się zdobytą wiedzą lub zadać pytania na ten temat? Prosimy o pozostawianie komentarzy i udział w dyskusjach – formularz opinii znajduje się poniżej.