Jaka powinna być prędkość powietrza w kanale wentylacyjnym według norm technicznych

Mikroklimat zapewniany przez systemy wentylacji w pomieszczeniu mieszkalnym lub produkcyjnym wpływa na samopoczucie i wydajność ludzi. Aby stworzyć komfortowe warunki życia, opracowano normy określające skład powietrza. Należy zgodzić się, że regularna wymiana powietrza jest niezbędna.

Opowiemy, jaka powinna być prędkość powietrza w kanale wentylacyjnym. Doradzimy, co należy zrobić, aby strumień powietrza zawsze pozostawał świeży i spełniał normy higieniczne. U nas znajdą Państwo szczegółowy opis metod obliczeniowych oraz zestawienie zasad doboru optymalnego kanału wentylacyjnego.

Przedstawione do zapoznania informacje opierają się na danych z podręczników normatywnych. Dla praktycznego opanowania metod obliczeń podano przykłady. Materiał tekstowy uzupełniono ilustracjami i filmami, które ułatwiają zrozumienie trudnego tematu.

Znaczenie wymiany powietrza dla człowieka

Zgodnie z normami budowlanymi i higienicznymi, każdy obiekt mieszkalny lub produkcyjny należy wyposażyć w system wentylacji.

Jej głównym celem jest utrzymanie bilansu powietrza, stworzenie korzystnego mikroklimatu do pracy i odpoczynku. Oznacza to, że w atmosferze, którą oddychają ludzie, nie powinno być nadmiaru ciepła, wilgoci ani zanieczyszczeń różnego rodzaju.

Naruszenia w organizacji systemu wentylacji prowadzą do rozwoju chorób zakaźnych i chorób układu oddechowego, obniżenia odporności oraz przedwczesnego psucia się produktów spożywczych.

W nadmiernie wilgotnym i ciepłym środowisku szybko rozwijają się patogenne mikroorganizmy, a na ścianach, sufitach, a nawet meblach pojawiają się ogniska pleśni i grzybów.

Schemat wentylacji w dwupiętrowym domu jednorodzinnym. System wentylacji wyposażono w energooszczędną instalację nawiewno-wywiewną z rekuperatorem ciepła, który umożliwia ponowne wykorzystanie ciepła powietrza usuwanego z budynku.

Jednym z warunków utrzymania zdrowego bilansu powietrza jest prawidłowe zaprojektowanie systemu wentylacji. Każda część sieci wymiany powietrza powinna być dobrana na podstawie kubatury pomieszczenia i charakterystyki powietrza w nim.

Załóżmy, że w małym mieszkaniu wystarczy dobrze zorganizowana wentylacja nawiewno-wywiewna, podczas gdy w halach produkcyjnych obowiązkowy jest montaż urządzeń do wymuszonej wymiany powietrza.

Przy budowie domów, instytucji publicznych, hal zakładowych kierują się następującymi zasadami:

• Każde pomieszczenie należy wyposażyć w system wentylacji;
• Należy przestrzegać parametrów higienicznych powietrza;
• W zakładach należy zainstalować urządzenia zwiększające i regulujące prędkość wymiany powietrza; w pomieszczeniach mieszkalnych – klimatyzatory lub wentylatory w przypadku niewystarczającej wentylacji;
• W pomieszczeniach o różnym przeznaczeniu (np. w salach chorych i sali operacyjnej lub w biurze i palarni) należy zainstalować różne systemy.

Aby wentylacja spełniała wymienione warunki, należy wykonać obliczenia i dobrać odpowiednie urządzenia – urządzenia do nawiewu powietrza i kanały wentylacyjne.

Również przy instalacji systemu wentylacyjnego należy prawidłowo wybierać miejsca poboru powietrza, aby zapobiec przedostawaniu się zanieczyszczonych strumieni z powrotem do pomieszczeń.

W trakcie opracowywania projektu wentylacji dla domu prywatnego, wielopiętrowego budynku mieszkalnego lub pomieszczenia produkcyjnego oblicza się objętość powietrza i wyznacza miejsca montażu urządzeń wentylacyjnych: urządzeń do wymiany powietrza, klimatyzatorów i kanałów wentylacyjnych.

Od rozmiarów kanałów wentylacyjnych (w tym szybów domowych) zależy efektywność wymiany powietrza. Dowiedzmy się, jakie są normy prędkości przepływu powietrza w wentylacji, określone w dokumentacji sanitarnej.

Zasady określania prędkości powietrza

Prędkość ruchu powietrza jest ściśle powiązana z takimi pojęciami jak poziom hałasu i poziom wibracji w systemie wentylacyjnym. Powietrze przepływające przez kanały wywołuje pewien hałas i ciśnienie, które rosną wraz ze wzrostem liczby zakrętów i zagięć.

Im większy opór w rurach, tym niższa prędkość powietrza i wyższa wydajność wentylatora. Przyjrzyjmy się normom czynników towarzyszących.

Nr 1 — normy sanitarne poziomu hałasu

Normy określone w SNiP dotyczą pomieszczeń mieszkalnych (domów prywatnych i wielorodzinnych), użyteczności publicznej i produkcyjnych.

W tabeli poniżej można porównać normy dla pomieszczeń różnego typu, a także terenów przyległych do budynków.

Część tabeli z nr 1 SNiP-2-77 z paragrafu «Ochrona przed hałasem». Maksymalnie dopuszczalne normy odnoszące się do pory nocnej są niższe od wartości dziennych, a normy dla terenów przyległych są wyższe niż dla pomieszczeń mieszkalnych

Jedną z przyczyn wzrostu przyjętych norm może być właśnie nieprawidłowo zaprojektowany system przewodów wentylacyjnych.

Poziomy ciśnienia akustycznego przedstawione są w innej tabeli:

Przy oddawaniu do użytku urządzeń wentylacyjnych lub innych związanych z zapewnieniem korzystnego, zdrowego mikroklimatu w pomieszczeniu, dopuszcza się jedynie krótkotrwałe przekroczenie oznaczonych parametrów hałasu

Nr 2 — poziom wibracji

Moc pracy wentylatorów ma bezpośredni związek z poziomem wibracji.

Maksymalny próg wibracji zależy od kilku czynników:

• wymiarów przewodu wentylacyjnego;
• jakości uszczelek zapewniających redukcję poziomu wibracji;
• materiału wykonania rur;
• prędkości przepływu powietrza przechodzącego przez kanały.

Normy, których należy przestrzegać przy wyborze urządzeń wentylacyjnych oraz przy obliczeniach dotyczących przewodów wentylacyjnych, przedstawiono w poniższej tabeli:

Dopuszczalne wartości graniczne wibracji lokalnej. Jeżeli podczas kontroli rzeczywiste wskaźniki są wyższe od norm, oznacza to, że system przewodów wentylacyjnych został zaprojektowany z niedociągnięciami technicznymi, które należy poprawić, lub moc wentylatora jest zbyt duża

Prędkość powietrza w szybach i kanałach nie powinna wpływać na wzrost wskaźników wibracji, ani na związane z nimi parametry drgań akustycznych.

Nr 3 — krotność wymiany powietrza

Oczyszczanie powietrza odbywa się dzięki procesowi wymiany powietrza, który dzieli się na naturalny lub wymuszony.

W pierwszym przypadku odbywa się on poprzez otwieranie drzwi, naświetli, lufcików, okien (i nazywany jest aeracją) lub po prostu przez infiltrację przez szczeliny na stykach ścian, drzwi i okien, w drugim – za pomocą klimatyzatorów oraz urządzeń wentylacyjnych.

Wymiana powietrza w pokoju, pomieszczeniu gospodarczym lub hali powinna zachodzić kilka razy na godzinę, aby stopień zanieczyszczenia mas powietrza był dopuszczalny. Liczba wymian to krotność, wielkość również niezbędna do określenia prędkości powietrza w kanałach wentylacyjnych.

Krotność oblicza się według następującego wzoru:

N=V/W,

gdzie:

• N – krotność wymiany powietrza, razy na 1 godzinę;
• V – objętość czystego powietrza wypełniającego pomieszczenie w ciągu 1 h, m³/h;
• W – objętość pomieszczenia, m³.

Aby nie wykonywać dodatkowych obliczeń, średnie wskaźniki krotności zebrano w tabelach.

Na przykład, dla pomieszczeń mieszkalnych odpowiednia jest następująca tabela krotności wymiany powietrza:

Sądząc z tabeli, częsta wymiana powietrza w pomieszczeniu jest konieczna, jeśli charakteryzuje się ono wysoką wilgotnością lub temperaturą powietrza – na przykład w kuchni lub łazience. W związku z tym, przy niewystarczającej naturalnej wentylacji w tych pomieszczeniach, instaluje się urządzenia do wymuszonej cyrkulacji.

Co się stanie, jeśli normy krotności wymiany powietrza nie będą przestrzegane lub będą przestrzegane, ale w niewystarczającym stopniu?

Wystąpi jedna z dwóch sytuacji:

• Krotność poniżej normy. Świeże powietrze przestaje zastępować zanieczyszczone, w wyniku czego w pomieszczeniu wzrasta stężenie szkodliwych substancji: bakterii, chorobotwórczych mikroorganizmów, niebezpiecznych gazów. Ilość tlenu, ważnego dla układu oddechowego człowieka, maleje, natomiast dwutlenku węgla – wzrasta. Wilgotność wzrasta do maksimum, co grozi pojawieniem się pleśni.
• Krotność powyżej normy. Występuje, jeśli prędkość przepływu powietrza w kanałach przekracza normę. Wpływa to negatywnie na reżim temperaturowy: pomieszczenie po prostu nie nadąża się ogrzać. Nadmiernie suche powietrze prowokuje choroby skóry i układu oddechowego.

Aby krotność wymiany powietrza była zgodna z normami sanitarnymi, należy zainstalować, usunąć lub wyregulować urządzenia wentylacyjne, a w razie potrzeby również wymienić kanały wentylacyjne.

Algorytm obliczania prędkości powietrza

Uwzględniając powyższe warunki i parametry techniczne konkretnego pomieszczenia, można określić charakterystykę systemu wentylacyjnego, a także obliczyć prędkość powietrza w kanałach.

Należy opierać się na krotności wymiany powietrza, która dla tych obliczeń jest wartością decydującą.

Do doprecyzowania parametrów przepływu przydatna będzie tabela:

W tabeli przedstawiono wymiary kanałów wentylacyjnych o przekroju prostokątnym, czyli podano ich długość i szerokość. Na przykład, przy zastosowaniu kanałów 200 mm x 200 mm przy prędkości 5 m/s przepływ powietrza wyniesie 720 m³/h

Aby samodzielnie przeprowadzić obliczenia, należy znać objętość pomieszczenia oraz normę krotności wymiany powietrza dla pokoju lub sali danego typu.

Na przykład, należy poznać parametry dla studia z kuchnią o łącznej objętości 20 m³. Przyjmijmy minimalną wartość krotności dla kuchni – 6. Okazuje się, że w ciągu 1 godziny kanały powietrzne powinny przemieszczać około L = 20 m³ * 6 = 120 m³.

Należy również poznać pole przekroju kanałów wentylacyjnych zainstalowanych w systemie wentylacji. Oblicza się je według następującego wzoru:

S = πr² = π/4*D²,

gdzie:

• S — pole przekroju kanału wentylacyjnego;
• π — liczba „pi”, stała matematyczna równa 3,14;
• r — promień przekroju kanału wentylacyjnego;
• D — średnica przekroju kanału wentylacyjnego.

Załóżmy, że średnica okrągłego kanału wentylacyjnego wynosi 400 mm, podstawiamy to do wzoru i otrzymujemy:

S = (3,14*0,4²)/4 = 0,1256 m²

Znając pole przekroju i przepływ, możemy obliczyć prędkość. Wzór na obliczenie prędkości przepływu powietrza:

V = L/3600*S,

gdzie:

• V — prędkość przepływu powietrza, (m/s);
• L — przepływ powietrza, (m³/h);
• S — pole przekroju kanałów wentylacyjnych, (m²).

Podstawiamy znane wartości, otrzymujemy: V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 m/s

W związku z tym, aby zapewnić wymaganą krotność wymiany powietrza (120 m³/h) przy użyciu okrągłego kanału wentylacyjnego o średnicy 400 mm, konieczne będzie zainstalowanie urządzenia umożliwiającego zwiększenie prędkości przepływu powietrza do 0,265 m/s.

Należy pamiętać, że opisane wcześniej czynniki – parametry poziomu wibracji i poziomu hałasu – są bezpośrednio zależne od prędkości ruchu powietrza.

Jeśli hałas będzie przekraczać normy, konieczne będzie zmniejszenie prędkości, a tym samym zwiększenie przekroju kanałów. W niektórych przypadkach wystarczy zainstalować rury z innego materiału lub zastąpić zakrzywiony fragment kanału prostym.

Zalecane normy prędkości wymiany powietrza

Podczas tworzenia projektu budynku wykonuje się obliczenia dla każdego oddzielnego odcinka. W produkcji są to hale, w budynkach mieszkalnych – mieszkania, w domu prywatnym – bloki piętrowe lub pojedyncze pomieszczenia.

Przed instalacją systemu wentylacji wiadomo, jakie są trasy i wymiary głównych magistral, jaka geometria jest potrzebna dla kanałów wentylacyjnych, jaki rozmiar rur jest optymalny.

Nie należy się dziwić gabarytom kanałów wentylacyjnych w lokalach gastronomicznych lub innych instytucjach – są one zaprojektowane do usuwania dużych ilości zużytego powietrza

Obliczenia związane z przepływem powietrza w budynkach mieszkalnych i produkcyjnych należą do najtrudniejszych, dlatego powinni je wykonywać doświadczeni, wykwalifikowani specjaliści.

Zalecana prędkość powietrza w kanałach wentylacyjnych jest określona w SNiP – normatywnej dokumentacji państwowej, i przy projektowaniu lub odbiorze obiektów kieruje się właśnie nią.

W tabeli podano parametry, których należy przestrzegać przy instalacji systemu wentylacyjnego. Liczby wskazują prędkość przemieszczania się mas powietrza w miejscach instalacji kanałów i kratek w powszechnie używanych jednostkach – m/s

Uważa się, że wewnątrz pomieszczeń prędkość powietrza nie powinna przekraczać wartości 0,3 m/s.

Wyjątek stanowią tymczasowe okoliczności techniczne (np. prace remontowe, instalacja sprzętu budowlanego itp.), podczas których parametry mogą przekraczać normy maksymalnie o 30%.

W pomieszczeniach o dużej objętości (garażach, halach produkcyjnych, magazynach, hangarach) często zamiast jednego systemu wentylacyjnego działają dwa.

Obciążenie dzieli się na połowę, dlatego prędkość powietrza dobiera się tak, aby zapewniała po 50% całkowitej obliczonej objętości przemieszczania powietrza (usuwania zanieczyszczonego lub dostarczania czystego).

W przypadku wystąpienia okoliczności siły wyższej pojawia się konieczność gwałtownej zmiany prędkości powietrza lub całkowitego zatrzymania pracy systemu wentylacyjnego.

Na przykład, zgodnie z wymogami bezpieczeństwa pożarowego, prędkość ruchu powietrza jest zmniejszana do minimum, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się ognia i dymu do sąsiednich pomieszczeń podczas pożaru.

W tym celu w kanałach wentylacyjnych i na odcinkach przejściowych montuje się odcinacze i zawory.

Szczegóły wyboru kanału wentylacyjnego

Znając wyniki obliczeń aerodynamicznych, można prawidłowo dobrać parametry kanałów wentylacyjnych, a dokładniej – średnicę okrągłych i wymiary prostokątnych przekrojów. Ponadto równolegle można wybrać urządzenie wymuszonego nawiewu powietrza (wentylator) i określić straty ciśnienia podczas przemieszczania się powietrza kanałem.

Znając wielkość przepływu powietrza i wartość prędkości jego ruchu, można określić, jakiego przekroju będą wymagane kanały wentylacyjne.

W tym celu przyjmuje się wzór odwrotny do wzoru na obliczenie przepływu powietrza:

S = L/3600*V.

Korzystając z wyniku, można obliczyć średnicę:

D = 1000*√(4*S/π),

gdzie:

• D — średnica przekroju kanału wentylacyjnego;
• S — pole przekroju poprzecznego kanałów powietrznych (kanałów wentylacyjnych), (m²);
• π — liczba „pi”, stała matematyczna równa 3,14;.

Uzyskaną liczbę porównuje się z normami fabrycznymi, dopuszczonymi przez GOST, i wybiera się produkty najbliższe pod względem średnicy.

Jeśli konieczne jest wybranie prostokątnych, a nie okrągłych kanałów wentylacyjnych, to zamiast średnicy należy określić długość/szerokość produktów.

Przy wyborze kierują się przybliżonym przekrojem, stosując zasadę a*b ≈ S oraz tabele rozmiarów dostarczone przez producentów. Przypominamy, że zgodnie z normami stosunek szerokości (b) do długości (a) nie powinien przekraczać 1 do 3.

Kanały wentylacyjne o przekroju prostokątnym lub kwadratowym mają ergonomiczny kształt, co pozwala na instalację ich bezpośrednio przy ścianach. Wykorzystuje się to przy urządzaniu domowych okapów i maskowaniu rur nad sufitowymi konstrukcjami podwieszanymi lub nad szafkami kuchennymi (antresolami).

Powszechnie przyjęte normy dla kanałów prostokątnych: minimalne wymiary – 100 mm x 150 mm, maksymalne – 2000 mm x 2000 mm. Okrągłe kanały wentylacyjne są dobre, ponieważ mają mniejszy opór, a co za tym idzie, minimalne poziomy hałasu.

W ostatnim czasie specjalnie do użytku wewnątrz mieszkania produkuje się wygodne, bezpieczne i lekkie plastikowe kanały.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Przydatne filmy wideo nauczą Państwa pracy z wielkościami fizycznymi i pomogą lepiej wyobrazić sobie, jak działa system wentylacji.

Wideo #1. Obliczanie parametrów wentylacji naturalnej za pomocą programu komputerowego:

Wideo #2. Przydatne informacje o budowie systemu wentylacyjnego w budowanym domu jednorodzinnym:

Informacje zawarte w artykule można wykorzystać w celach informacyjnych oraz aby lepiej wyobrazić sobie działanie systemu wentylacyjnego.

W celu dokładniejszych obliczeń prędkości przepływu powietrza przy projektowaniu domowych instalacji zalecamy skontaktowanie się z inżynierami, którzy znają niuanse urządzeń wentylacyjnych i pomogą prawidłowo dobrać wymiary kanałów wentylacyjnych.

Osoby chcące podzielić się osobistym doświadczeniem zdobytym podczas montażu kanałów wentylacyjnych, ciekawymi faktami i specyficznymi informacjami, proszę pisać komentarze w bloku poniżej. Proszę zadawać pytania dotyczące spornych kwestii. My lub odwiedzający witrynę chętnie weźmiemy udział w dyskusji.