Гигиеническое нормирование содержания углекислого газа в воздухе помещения
Углекислый газ (СО2) относится к основным видам вредных выделений в жилых, общественных и производственных помещениях. Нередко отмечающиеся в закрытых помещениях духота и нехватка кислорода в первую очередь связаны с повышением содержания в воздухе углекислого газа. В состоянии покоя организм человека поглощает около 20 л кислорода в час и выделяет примерно 20 л углекислого газа. Количество выделяемого углекислого газа зависит от возраста человека и характера выполняемой работы (табл. 1.5).
Таблица 1.5
Количество углекислого газа (СО2), выделяемого организмом человека
| Единица измерения | Взрослые | Дети | ||
| При физической работе | В состоянии покоя | |||
| тяжелой | легкой | |||
| г/ч | 68 | 45 | 35 | 18 |
| л/ч | 45 | 30 | 23 | 12 |
Углекислый газ играет важную роль в функционировании организма, участвуя в регуляции дыхания, кровообращения, газообмена. При недостатке углекислого газа, что соответствует его концентрации менее 0,003 %, расстраивается нормальное функционирование указанных органов. При избытке углекислого газа, когда его концентрация доходит до 1,5%, ощущаются головокружение и головные боли, при концентрациях 5…6 % отмечаются значительное учащение дыхания, тошнота, понижение температуры тела. При дальнейшем повышении концентрации газа возможно наступление смерти от остановки дыхания. Концентрация углекислого газа в наружном воздухе зависит от типа местности (табл. 1.6).
Таблица 1.6
Концентрация углекислого газа (СО2) в наружном воздухе
| Единица измерения | Тип местности | ||
| сельская | поселки | города | |
| г/м3 | 0,6 | 0,7 | 0,9 |
| л/м3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 |
Допустимая концентрация углекислого газа СО2 в помещении зависит от вида помещения и продолжительности пребывания в нем людей (табл. 1.7).
Таблица 1.7
Допустимые концентрации углекислого газа (СО2) в воздухе помещений
| Единица измерения | Помещения с пребыванием людей | |||
| постоянным | периодическим | кратковременным | ||
| в жилых домах | в больницах | |||
| г/м3 | 1,5 | 1,0 | 1,75 | 3,0 |
| л/м3 | 1,0 | 0,7 | 1,25 | 2,0 |
Нормализацию газового состава воздуха в помещении осуществляют путем организации притока наружного воздуха. Действующими санитарными нормами в зависимости от удельного объема помещения регламентируется подача на одного человека 20…60 м3/ч свежего приточного воздуха.
Пример расчета и обустройства вентиляции
За основу возьмем планировку частного дома внутренней площадью 91.5 м² и перекрытиями высотой 3 м, представленного выше на чертеже. Как рассчитать количество вытяжки / притока на здание целиком согласно методике СНиП:
- Объем удаленного воздуха из гостиной и спальни, имеющей равную квадратуру, составит 15.75 х 3 х 1 = 47.25 м³/ч.
- В детской комнате: 21 х 3 х 1 = 63 м³/ч.
- Кухня: 21 х 3 х 1 + 100 = 163 м³/ч.
- Санузел – 25 м³/ч.
- Итого 47.25 + 47.25 + 63 + 163 + 25 = 345.5 м³/ч.
Теперь проверим результаты на соответствие второму нормативному документу. Поскольку в доме проживает семья из 4 человек (2 взрослых + 2 детей), в гостиной, спальне и детской долго находятся по 2 чел. Пересчитаем воздухообмен в указанных комнатах по количеству людей: 2 х 30 = 60 м³/ч (в каждом помещении).
Объем вытяжки из детской удовлетворяет требованиям (63 куба в час), а вот значения для спальни и гостиной придется откорректировать. Двум человекам недостаточно 47.25 м³/ч, берем 60 кубов и снова пересчитываем общую величину воздухообмена: 60 + 60 + 63 + 163 + 25 = 371 м³/ч.
Не менее важно правильно распределить воздушные потоки в здании. В частных коттеджах принято устраивать системы естественной вентиляции – это значительно дешевле и проще монтажа электрических нагнетателей с воздуховодами
Добавим лишь один элемент принудительного удаления вредных газов – кухонную вытяжку.
Как правильно организовать естественное движение потоков:
- Приток во все жилые помещения обеспечим через автоматические клапаны, встроенные в оконный профиль либо прямо в наружную стену. Ведь стандартные металлопластиковые окна герметичны.
- В перегородке между кухней и санузлом устроим блок из трех вертикальных шахт, выходящих на кровлю.
- Под межкомнатными дверьми предусмотрим зазоры шириной до 1 см для прохода воздуха.
- Установим кухонную вытяжку и подключим к отдельному вертикальному каналу. Она возьмет на себя часть нагрузки – удалит 100 кубов отработанных газов за 1 час в процессе готовки пищи. Останется 371 — 100 = 271 м³/ч.
- Две шахты выведем решетками в санузел и кухню. Размеры труб и высоту рассчитаем в последнем разделе данного руководства.
- За счет естественной тяги, возникающей в двух каналах, воздух устремится из детской, спальни и зала в коридор, а дальше — к вытяжным решеткам.
Алгоритм выполнения расчетов
При проектировании, настройке или модификации уже действующей вентиляционной системы обязательно выполняются расчеты воздуховода. Это необходимо для того, чтобы правильно определить его параметры с учетом оптимальных характеристик производительности и шума в актуальных условиях.
При выполнении расчетов большое значение имеют результаты замеров расхода и скорости движения воздуха в воздушном канале.
Расход воздуха – объем воздушной массы, поступающий в систему вентиляции за единицу времени. Как правило, этот показатель измеряется в м³/ч.
Скорость движения – величина, которая показывает, насколько быстро воздух перемещается в системе вентиляции. Этот показатель измеряется в м/с.
Если известны эти два показателя, можно рассчитать площадь круглых и прямоугольных сечений, а также давление, необходимое для преодоления локального сопротивления или трения.
Составляя схему, нужно выбрать угол зрения с того фасада здания, который расположен в нижней части планировки. Воздуховоды отображаются сплошными толстыми линиями
Чаще всего используется следующий алгоритм проведения вычислений:
- Составление аксонометрической схемы, в которой перечисляются все элементы.
- На базе этой схемы рассчитывается длина каждого канала.
- Измеряется расход воздуха.
- Определяется скорость потока и давление на каждом участке системы.
- Выполняется расчет потерь на трение.
- С использованием нужного коэффициента выполняется расчет потерь давления при преодолении локального сопротивления.
При выполнении расчетов на каждом участке сети воздухораспределения получаются разные результаты. Все данные нужно уравнять посредством диафрагм с веткой наибольшего сопротивления.
Вычисление площади сечения и диаметра
Правильный расчет площади круглых и прямоугольных сечений очень важен. Неподходящий размер сечения не позволит обеспечить нужный воздушный баланс.
Слишком большой воздуховод займет много места и уменьшит эффективную площадь помещения. Если выбрать слишком маленький размер каналов, будут появляться сквозняки, так как увеличится давление потока.
Для того, чтобы рассчитать необходимую площадь сечения (S), нужно знать значения расхода и скорости движения воздуха.
Для вычислений используется следующая формула:
S = L/3600*V,
при этом L – расход воздуха (м³/ч), а V – его скорость (м/с);
Используя следующую формулу, можно посчитать диаметр воздуховода (D):
D = 1000*√(4*S/π), где
S – площадь сечения (м²);
π – 3,14.
Если планируется установка прямоугольных, а не круглых воздуховодов, вместо диаметра определяют необходимую длину/ширину воздушного канала.
Все полученные значения сопоставляют со стандартами ГОСТ и выбирают изделия, наиболее близкие по диаметру или площади сечения
При выборе такого воздуховода в расчет берется примерное сечение. Используется принцип a*b ≈ S, где a – длина, b – ширина, а S – площадь сечения.
Согласно нормативам, соотношение ширины и длины не должно быть выше 1:3. Также следует пользоваться таблицей типовых размеров, предоставляемой заводом-изготовителем.
Чаще всего встречаются такие размеры прямоугольных каналов: минимальные габариты – 0,1 м х 0,15 м, максимальные – 2 м х 2 м. Преимущество круглых воздуховодов в том, что они отличаются меньшим сопротивлением и, соответственно, создают меньше шума при работе.
Расчет потери давления на сопротивление
По мере продвижения воздуха по магистрали создается сопротивление. Для его преодоления вентилятор приточной установки создает давление, которое измеряют в Паскалях (Па).
Потерю давления можно снизить, увеличив сечение воздуховода. При этом может быть обеспечена примерно одинаковая скорость потока в сети
Для того, чтобы подобрать подходящую приточную установку с вентилятором нужной производительности, необходимо рассчитать потерю давления на преодоление локального сопротивления.
Применяется эта формула:
P=R*L+Ei*V2*Y/2, где
R – удельная потеря давления на трение на определенном участке воздуховода;
L – длина участка (м);
Еi – суммарный коэффициент локальной потери;
V – скорость воздуха (м/с);
Y – плотность воздуха (кг/м3).
Значения R определяются по нормативам. Также этот показатель можно рассчитать.
Если сечение воздуховода круглое, потери давления на трение (R) рассчитываются следующим образом:
R = (X*D/В) * (V*V*Y)/2g, где
X – коэфф. сопротивления трения;
L – длина (м);
D – диаметр (м);
V – скорость воздуха (м/с), а Y – его плотность (кг/ м³);
g – 9,8 м/с².
Если же сечение не круглое, а прямоугольное, в формулу необходимо подставить альтернативный диаметр, равный D = 2АВ/(А + В), где А и В – стороны.
Расчет воздуховодов приточных и вытяжных систем механической и естественной вентиляции
Аэродинамический расчет воздуховодов обычно сводится к определению размеров их поперечного сечения, а также потерь давления на отдельных участках и в системе в целом. Можно определять расходы воздуха при заданных размерах воздуховодов и известном перепаде давления в системе.
При аэродинамическом расчете воздуховодов систем вентиляции обычно пренебрегают сжимаемостью перемещающегося воздуха и пользуются значениями избыточных давлений, принимая за условный нуль атмосферное давление.
При движении воздуха по воздуховоду в любом поперечном сечении потока различают три вида давления:статическое, динамическое и полное.
Статическое давление определяет потенциальную энергию 1 м3 воздуха в рассматриваемом сечении (рст равно давлению на стенки воздуховода).
Динамическое давление – это кинетическая энергия потока, отнесенная к 1 м3 воздуха, определяется по формуле:
(1)
где – плотность воздуха, кг/м3; – скорость движения воздуха в сечении, м/с.
Полное давление равно сумме статического и динамического давлений.
(2)
Традиционно при расчете сети воздуховодов применяется термин “потери давления” (“потери энергии потока”).
Потери давления (полные) в системе вентиляции складываются из потерь на трение и потерь в местных сопротивлениях (см.: Отопление и вентиляция, ч. 2.1 “Вентиляция” под ред. В.Н. Богословского, М., 1976).
Потери давления на трение определяются по формуле Дарси:
(3)
где – коэффициент сопротивления трению, который рассчитывается по универсальной формуле А.Д. Альтшуля:
(4)
где – критерий Рейнольдса; К – высота выступов шероховатости (абсолютная шероховатость).При инженерных расчетах потери давления на трение , Па (кг/м2), в воздуховоде длиной /, м, определяются по выражению
(5)
где – потери давления на 1 мм длины воздуховода, Па/м [кг/(м2 * м)].
Для определения Rсоставлены таблицы и номограммы. Номограммы (рис. 1 и 2) построены для условий: форма сечения воздуховода круг диаметром, давление воздуха 98 кПа (1 ат), температура 20°С, шероховатость= 0,1 мм.
Для расчета воздуховодов и каналов прямоугольного сечения пользуются таблицами и номограммами для круглых воздуховодов, вводя при этом эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода, при котором потери давления на трение в круглом и прямоугольном ~ воздуховодахравны.
В практике проектирования получили распространение три вида эквивалентных диаметров:
■ по скорости
при равенстве скоростей
■ по расходу
при равенстве расходов
■ по площади поперечного сечения
при равенстве площадей сечения
При расчете воздуховодов с шероховатостью стенок, отличающейся от предусмотренной в таблицах или в номограммах (К = ОД мм), дают поправку к табличному значению удельных потерь давления на трение:
(6)
где – табличное значение удельных потерь давления на трение; – коэффициент учета шероховатости стенок (табл. 8.6).
Потери давления в местных сопротивлениях. В местах поворота воздуховода, при делении и слиянии потоков в тройниках, при изменении размеров воздуховода (расширение – в диффузоре, сужение – в конфузоре), при входе в воздуховод или в канал и выходе из него, а также в местах установки регулирующих устройств (дросселей, шиберов, диафрагм) наблюдается падение давления в потоке перемещающегося воздуха. В указанных местах происходит перестройка полей скоростей воздуха в воздуховоде и образование вихревых зон у стенок, что сопровождается потерей энергии потока. Выравнивание потока происходит на некотором расстоянии после прохождения этих мест. Условно, для удобства проведения аэродинамического расчета, потери давления в местных сопротивлениях считают сосредоточенными.
Потери давления в местном сопротивлении определяются по формуле
(7)
где – коэффициент местного сопротивления (обычно, в отдельных случаях имеет место отрицательное значение, при расчетах следует учитывать знак).
Коэффициентотносится к наибольшей скорости в суженном сечении участка или скорости в сечении участка с меньшим расходом (в тройнике). В таблицах коэффициентов местных сопротивлений указано, к какой скорости относится.
Потери давления в местных сопротивлениях участка, z, рассчитываются по формуле
(8)
где
– сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.
Общие потери давления на участке воздуховода длиной, м, при наличии местных сопротивлений:
(9)
где – потери давления на 1 м длины воздуховода;
– потери давления в местных сопротивлениях участка.
О вентиляции
Как вообще устроена вентиляция жилого помещения? И почему вентиляционные отверстия делаются под потолком? И что такого, что выход от вытяжки установили в этом отверстии?
Ответим по порядку:
- Тёплый воздух поднимается вверх (вспоминаем учебник физики 6 класса или естествознания 4 класса), другими словами, «всплывает» над менее тёплым. На его место из разных щелей приходит воздух с меньшей температурой и большей плотностью. Вот так и меняется он в жилище.
- Как раз поэтому отверстия для вентиляции расположены по возможности выше. Чтобы более нагретый воздух беспрепятственно покидал вашу квартиру.
- «Запечатав» вентиляционное отверстие арматурой вытяжки, вы тем самым закрыли канал установленной при строительстве дома вентиляции для воздухообмена в кухне.
Почему вытяжка не заменит вентиляцию
Вы скажете, что купольный раструб вытяжки большой и открытый. Думаете, что и забор воздуха у него повыше, чем у крохотного вентиляционного отверстия. Отнюдь – ответим мы. Почему?
- Во-первых, вытяжка забирает только тот воздух, который находится ниже неё. Посмотрите, сколько пространства находится над ней. Для неё это «мёртвая зона».
- Во-вторых, зона забора не дальше размера его отверстия. Любое всасывающее воздух устройство эффективно забирает воздух не далее диаметра входного отверстия. Попробуйте пошевелить пушинку самым мощным пылесосом с расстояния в 1 метр. Занятие бесполезное, если пытаетесь сделать это стандартными насадками с максимальным диаметром 4-5 см. Вытяжка не зря устанавливается прямо над плитой. Очень горячий воздух сам идёт в её раструб. Не потому, что стремится туда, а потому, что у вытяжки заборное отверстие находится прямо над ней и на кратчайшем расстоянии. Засасывающий эффект проявляется только в непосредственной близости заборного отверстия. Можете быть уверены, что из переносной плиты, стоящей не под вытяжкой непосредственно, ни молекулы из испарений в неё не попадёт.
- В-третьих, любой воздуховод имеет так называемое аэродинамическое сопротивление. И чем больше колен, задвижек, зауженностей и нестыковок в вентиляционном канале, тем сопротивление его выше. Про шахту в кирпичной кладке и говорить нечего. Она и вовсе может быть забита строительным мусором. Никакие вентиляторы не смогут прогнать через воздуховод воздуха столько, сколько захочется.
Онлайн-калькулятор расчета производительности вентиляции
Расчет вентиляции, как правило, начинается с подбора оборудования, подходящего по таким параметрам, как производительность по прокачиваемому объему воздуха и измеряемому в кубометрах в час. Важным показателем в системе является кратность воздухообмена. Кратность воздухообмена показывает, сколько раз происходит полная замена воздуха в помещении в течение часа. Кратность воздухообмена определяется СНиП и зависит от:
- назначения помещения
- количества оборудования
- выделяющего тепло,
- количества людей в помещении.
В сумме все значения по кратности воздухообмена для всех помещений составляют производительность по воздуху.
Расчет производительности по кратности воздухообмена
Онлайн-калькулятор расчета системы вентиляцииСледующий этап в расчете вентиляции — проектирование воздухораспределительной сети, состоящей из следующих компонентов: воздуховоды, распределители воздуха, фасонные изделия (переходники, повороты, разветвители.) Сначала разрабатывается схема воздуховодов вентиляции, по которой производится расчет уровня шума, напора по сети и скорости потока воздуха. Напор по сети напрямую зависит от того, какова мощность используемого вентилятора и рассчитывается с учетом диаметров воздуховодов, количества переходов с одного диаметра на другой, и количества поворотов. Напор по сети должен возрастать с увеличением длины воздуховодов и количества поворотов и переходов.
|
Проектируя системы вентиляции, необходимо находить оптимальное соотношение между мощностью вентилятора, уровнем шума и диаметром воздуховодов. Расчет мощности калорифера производится с учетом необходимой температуры в помещении и нижним уровнем температуры воздуха снаружи.
Расчет мощности калорифера
|
Методика расчета мощности калорифера
Р = T * L * Сv / 1000, где: Р — мощность прибора, кВт; T — разница температур на выходе и входе системы, °С; L — производительность м?/ч. Cv — объемная теплоемкость воздуха = 0,336 Вт·ч/м?/°С. Напряжение питания может быть однофазным 220 В или трехфазным 380 В. При мощности более 5 кВт желательно использование трехфазного подключения. |
Также при выборе оборудования для системы вентиляции необходимо рассчитать следующие параметры:
Список источников
- vent-vozduh.ru
- stroy-okey.ru
- sms161.ru
- www.calc.ru
- retailengineering.ru
- sovet-ingenera.com
- oventilyatsii.ru
- mr-build.ru
- oventilyacii.ru
- kaminguru.com
- ventilationpro.ru
- kachestvolife.club
Расчет скорости воздуха в воздуховоде по сечению: таблицы, формулы
При расчете и установке вентиляции большое внимание уделяется количеству свежего воздуха, поступающего по этим каналам. Для вычислений используются стандартные формулы, которые хорошо отражают зависимость между габаритами вытяжных устройств, скоростью движения и расходом воздуха. Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер
Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер.
Общие принципы расчета
Воздуховоды могут быть изготовлены из различных материалов (пластик, металл) и иметь разные формы (круглые, прямоугольные). СНиП регулирует только габариты вытяжных устройств, но не нормирует количество притяжного воздуха, т. к. его потребление в зависимости от типа и назначения помещения может сильно различаться. Этот параметр высчитывается по специальным формулам, которые подбираются отдельно.
Нормы установлены только для социальных объектов: больниц, школ, дошкольных учреждений. Они прописаны в СНиПах для таких зданий. При этом отсутствуют четкие правила по скорости движения воздуха в воздуховоде. Есть только рекомендуемые значения и нормы для принудительной и естественной вентиляции в зависимости от ее типа и назначения, их можно посмотреть в соответствующих СНиПах. Это отражено в таблице, приведенной ниже.
Скорость движения воздуха измеряется в м/с.
Рекомендуемые скорости воздуха
Дополнить данные в таблице можно следующим образом: при естественной вентиляции скорость движения воздуха не может превышать 2 м/с независимо от ее назначения, минимальная допустимая – 0,2 м/с. В противном случае обновление газовой смеси в помещении будет недостаточным. При принудительной вытяжке максимально допустимым считается значение 8 -11 м/с для магистральных воздуховодов. Превышать данные нормы не следует, т. к. это создаст слишком большое давление и сопротивление в системе.
Формулы для расчета
Для проведения всех необходимых вычислений необходимо обладать некоторыми данными. Чтобы вычислить скорость воздуха, понадобится следующая формула:
ϑ= L / 3600*F, где
ϑ – скорость потока воздуха в трубопроводе вентиляционного устройства, измеряется в м/с;
L – расход воздушных масс (данная величина измеряется в м3/ч) на том участке вытяжной шахты, для которого производится вычисление;
F – площадь поперечного сечения трубопровода, измеряется в м2.
По данной формуле и производится расчет скорости воздуха в воздуховоде, причем его фактическое значение.
Из этой же формулы можно вывести и все остальные недостающие данные. Например, чтобы рассчитать расход воздуха, формулу необходимо преобразовать следующим образом:
L = 3600 x F x ϑ.
В некоторых случаях подобные вычисления производить сложно или не хватает времени. В этом случае можно использовать специальный калькулятор. Встречается множество подобных программ в интернете. Для инженерных бюро лучше установить специальные калькуляторы, которые обладают большей точностью (вычитают толщину стенки трубы при расчете ее площади поперечного сечения, ставят большее количество знаков в число пи, высчитывают более точный расход воздуха и т. д.).
Знать скорость движения воздуха необходимо для того, чтобы вычислить не только объем подачи газовой смеси, но и для определения динамического давления на стенки каналов, потерь на трение и сопротивление и т.д.
Несколько полезных советов и замечаний
Как можно понять из формулы (или при проведении практических расчетов на калькуляторах), скорость воздуха увеличивается при уменьшении размеров трубы. Их этого факта можно извлечь ряд преимуществ:
- не возникнет потерь или необходимости в прокладке дополнительного вентиляционного трубопровода для обеспечения необходимого расхода воздуха, если габариты помещения не позволяют провести каналы больших размеров;
- можно прокладывать трубопроводы меньших размеров, что в большинстве случаев проще и удобней;
- чем меньше диаметр канала, тем дешевле его стоимость, снизится цена и на доборные элементы (заслонки, клапаны);
- меньший размер труб расширяет возможности монтажа, их можно расположить так, как нужно, практически не подстраиваясь под внешние стесняющие факторы.
Однако при прокладке воздуховодов меньшего диаметра необходимо помнить, что при повышении скорости воздуха повышается динамическое давление на стенки труб, увеличивается и сопротивление системы, соответственно потребуется более мощный вентилятор и дополнительные расходы. Поэтому до монтажа необходимо тщательно провести все расчеты, чтобы экономия не обернулась большими затратами или даже убытками, т.к. постройку, не соответствующую нормам СНиП могут не допустить до эксплуатации.
Вычисляем диаметры вентканалов
Дальнейшие расчеты несколько сложнее, поэтому каждый этап мы сопроводим примерами вычислений. Результатом станет диаметр и высота вентиляционных шахт нашего одноэтажного здания.
Весь объем вытяжного воздуха мы распределили на 3 канала: 100 м. куб. принудительно удаляет вытяжка на кухне в период включения плиты, оставшийся 271 кубометр уходит по двум одинаковым шахтам естественным образом. Расход через 1 воздуховод получится 271 / 2 = 135.5 м³/ч. Площадь сечения трубы определяется по формуле:
- F – площадь поперечного сечения вентканала, м²;
- L – расход вытяжки через шахту, м³/ч;
- ʋ — скорость движения потока, м/с.
Как рассчитать сечение и диаметр одной трубы в примере:
- Находим размер поперечника в квадратных метрах F = 135.5 / 3600 х 1 = 0.0378 м².
- Из школьной формулы площади круга определяем диаметр канала D = 0.22 м. Выбираем ближайший больший воздуховод из стандартного ряда – Ø225 мм.
- Если речь идет о заложенной внутрь стены кирпичной шахте, то под найденное сечение подойдет размер вентканала 140 х 270 мм (удачное совпадение, F = 0.0378 м. кв.).
Кирпичные шахты имеют строго фиксированные размеры — 14 х 14 и 27 х 14 см
Диаметр отводящей трубы под бытовую вытяжку считается аналогичным образом, только скорость потока, нагнетаемого вентилятором, принимается больше – 3 м/с. F = 100 / 3600 х 3 = 0.009 м² или Ø110 мм.
