Ефективність будь-якої вентиляційної системи залежить не лише від грамотності проектного рішення. Вентилятор є «серцем» таких інженерних комунікацій. Від вибору продуктивності цього обладнання повністю залежить, наскільки ефективною буде вентиляційна система, чи зможе вона забезпечувати необхідний приплив і відведення повітря. На практиці застосовують різні види обладнання – побутові витяжні вентилятори зі зворотним клапаном, без клапана, промислові витяжні відцентрові, припливні моделі, оснащені фільтром, надтихі для установки в житлових приміщеннях та багато інших. Ці та інші характеристики вентиляційної системи та приміщення впливають на продуктивність вентиляторів. Розглянемо, як розрахувати продуктивність вентилятора для ефективної вентиляції.
За якою формулою проводиться розрахунок продуктивності вентилятора
Продуктивність – важлива характеристика будь-якого припливного або витяжного вентилятора, яка свідчить про здатність обладнання за одиницю часу переміщувати певну кількість повітря. Параметр продуктивності існує як для осьового, так і для відцентрового вентилятора. Дана характеристика може бути в межах 1-1000 м3/с. Продуктивність (Q) розраховується за такою формулою:
Q = V/t
де:
- V – об’єм повітря;
- t – інтервал часу.
Об’єм вимірюється в кубічних метрах (м3), а час – у годинах (год).
Наведена формула – основна, з якої з’явилися її похідні для більш зручного розрахунку продуктивності вентиляторів залежно від відомих даних, особливостей приміщення. Похідні формули не конкурують між собою, а використовуються кожна у своїх умовах. Розглянемо формули для розрахунку продуктивності вентиляції.
Розрахунок потужності вентилятора за кратністю повітрообміну
Кратність повітрообміну показує, скільки разів вентилятор введе або виведе повітря в обсязі, що дорівнює обсягу вентильованого приміщення. Формула розрахунку за кратністю виглядає так:
Q=V * k
де:
- V – об'єм вентильованого приміщення, м3;
- k – необхідна кратність оновлення повітря, година.
Вибирати такий спосіб розрахунку продуктивності необхідно, якщо:
- Вентилятор встановлюється в типовому приміщенні – відомі звичайні норми забруднення в ньому (санвузли, ванні, кухні, житлові кімнати, невеликі офіси).
- Невідомо точно, скільки людей постійно перебуває в приміщенні або їх кількість «побутова» – 1-4 особи, як одна сім'я.
Часто при такому розрахунку купують витяжні вентилятори безшумні. Оскільки формула застосовується зазвичай для побутових приміщень, де люди часто проводять час, відпочиваючи або займаючись повсякденними справами.
Даний метод зручний тим, що стандарти України визначають необхідну кратність повітрообміну для того чи іншого приміщення. Наприклад, для санвузла k дорівнюватиме 5-10, для кухні – 6-12, для житлової кімнати 0,5-1.
Оскільки формула враховує державні стандарти та прив'язана до специфіки приміщень, вона застосовується найчастіше. У 80 % випадків, коли виконується підключення витяжних вентиляторів у Києві в побутових умовах, розрахунок продуктивності здійснюється саме так.
Як розрахувати потужність вентилятора: формула за кількістю людей у приміщенні
Цей спосіб використовується, коли відомо, скільки приблизно людей буде перебувати в приміщенні. Іноді розрахунок за кратністю, наведений вище, може виявитися помилковим. Наприклад, якщо в кімнаті невеликого об'єму перебуває багато людей, то розрахунок за кратністю не застосовується.
Державні стандарти також вказують необхідну кількість повітря на одну людину для деяких типів приміщень. Для інших типів приміщень норми були виведені на практиці. Рекомендації такі (наведено об'єм на одну людину):
- спальні, вітальні або інші житлові, «звичайні» приміщення – 30-40 м3/год;
- звичайні офіси – 30-40 м3/год, open space (без капітальних перегородок) – 40-60 м³/год;
- зал кафе та ресторану – 40-60 м3/год (але не для кухні, тут інший розрахунок);
- навчальні приміщення для дітей дошкільного віку – 40-60 м3/год, для школярів і старших – 30-40 м3/год;
- магазини, торгові точки з великою площею – 40-50 м3/год;
- кінотеатри, театральні зали – 40-60 м3/год;
- спортзали – 50-100 м3/год або навіть більше.
Часто за таким методом проводиться розрахунок промислового осьового вентилятора. Ця формула застосовується у просторих громадських приміщеннях, оскільки такий вентилятор має велику продуктивність.
Попри те що нормативи для житлових кімнат також наведені у списку вище, на практиці для таких приміщень частіше використовують розрахунок за кратністю, а не за кількістю людей. Розрахунок за кратністю також застосовується для ванної, санвузла (навіть громадського).
Формула для такого розрахунку виглядає так:
Q=v * N
где:
- Q – це продуктивність вентилятора, витрата повітря (м3/год);
- v – норма об'єму повітря на одну людину;
- N – кількість людей.
Важливо розуміти, що оскільки кількість людей у приміщенні зазвичай не є постійною, то в розрахунках для N слід використовувати максимальне значення. Так вентиляція впорається з піковим навантаженням. Тобто, якщо спортзал розрахований на 30 осіб, а протягом дня його часто відвідують лише 15, то розрахунок все одно має бути зроблений на 30 осіб. Однак для енергоефективності можна віддати перевагу автоматиці для вентиляції. Наприклад, датчик вуглекислого газу вимірюватиме його концентрацію в повітрі та збільшуватиме інтенсивність роботи вентиляторів, коли це необхідно (коли людей стало більше). Але щоб система працювала правильно, вентилятор все ж повинен «вміти» працювати на продуктивності, здатній обробляти пікові забруднення повітря.
Різна продуктивність вентилятора: формула за кратністю та кількістю людей – це не одне й те саме
Важливо розуміти, що формула розрахунку продуктивності вентилятора за кратністю та кількістю людей – це різні інструменти. Вони використовуються в різних умовах і дають різні результати.
Наприклад, є приміщення об'ємом 87,5 м3 (довжина 7 м, ширина 5 м, висота 2,5 м). Припустимо, це кімната, в якій люди не відчувають серйозних навантажень і немає джерел забруднення повітря. Тому кратність повітрообміну допускається рівною 1. Виходить, що можна використовувати витяжні осьові вентилятори з витратою 87,5 м3/год, яка була отримана за формулою розрахунку за кратністю – Q=V * k.
Але якщо відомо, що в цій кімнаті перебуває 5 осіб, то ми також знаємо, що на одну людину, яка не відчуває навантаження, потрібно близько 30 м3 повітря. За формулою розрахунку за кількістю людей виходить 150 м3/год – Q=v * N.
Різниця між результатами майже у 2 рази. Тому важливо правильно вибрати формулу розрахунку. Ми рекомендуємо:
- Для типових приміщень з відомими джерелами забруднень розраховувати за кратністю.
- Для громадських приміщень з відомою кількістю людей – за піковою кількістю людей.
- У разі сумнівів щодо вибору формули, провести розрахунок за двома і вибрати максимальний результат продуктивності вентилятора.
Як розраховується потужність витяжного вентилятора осьового та відцентрового типу
Найбільш популярні осьові та відцентрові вентилятори, які ще називають радіальними. Особливістю осьових є невеликі габарити та простота. Їх корпус характеризується циліндричною формою. Робоче колесо розташовується всередині, воно вільно обертається.
Радіальні вентилятори – конструкція, що поєднує в собі робоче колесо, спіральний корпус, привід і вал. Таке обладнання монтується на спеціалізованій рамі, яка називається станиною.
Основні відмінності між осьовим і відцентровим вентилятором
Відцентрове та осьове вентиляційне обладнання відрізняється принципом функціонування. В осьовому вентиляторі відбувається рух повітряного потоку від вхідного до вихідного патрубка паралельно осі вала. У відцентрових – повітря спочатку рухається вздовж осі вала, а потім змінює напрямок руху на перпендикулярний осі.
Осьове обладнання характеризується економічністю, компактністю та здатністю забезпечувати переміщення на невеликі відстані великих обсягів повітря. Найчастіше в осьових вентиляторах привід знаходиться всередині корпусу. Швидкість обертання робочого колеса вища порівняно з відцентровими вентиляторами, що зумовлює й високий рівень шуму. Поширений у побуті варіант – вентилятор витяжній побутовій 100 мм осьового типу. Він найчастіше монтується у вентиляційних системах будинків, квартир, невеликих і середніх громадських приміщень. Можуть оснащуватися автоматикою.
Відцентрові вентилятори характеризуються наявністю значної кількості модифікацій і найчастіше використовуються в промислових виробничих масштабах. Часто оснащуються автоматикою. Наприклад, поширені відцентрові витяжні вентилятори з гігростатом, таймером, датчиками якості повітря та іншою електронікою. Це обладнання здатне безперебійно функціонувати в широкому температурному діапазоні, витримувати значні навантаження. Конструкція радіальних вентиляторів характеризується громіздкістю, тому їх монтаж передбачає наявність відповідної площадки.
Продуктивність осьових вентиляторів
Продуктивність осьового вентилятора може бути розрахована за всіма формулами, наведеними вище. Але у нього є одна особливість – він може обробляти об'ємні повітряні маси, але практично не створює тиску. Тому він втрачає продуктивність, якщо повітряний потік зустрічає на своєму шляху значний опір. Наприклад:
- якщо повітря проходить по довгих вентиляційних повітроводах, то воно зазнає опору;
- кожен поворот каналу чинить опір;
- гофровані канали знижують продуктивність осьового вентилятора;
- якщо в системі є фільтр, то повітря також буде затримуватися.
Тому, якщо купується осьовий вентилятор на 100 м3/год і встановлюється в систему з великим опором для повітряного потоку, то на практиці продуктивність виявиться значно меншою. Тяга буде недостатньою. Щоб цього не відбувалося, осьові вентилятори рекомендуються для монтажу в систему з коротким повітряним каналом (зазвичай до 2-5 м), без поворотів та інших джерел опору.
Часто осьові вентилятори застосовуються в санвузлах, ванних кімнатах або при встановленні безпосередньо у вентиляційну шахту. Існують моделі як побутового, так і промислового призначення.
Продуктивність відцентрових вентиляторів
Центробіжний вентилятор здатний створити в системі високий тиск. Тому вибирати його необхідно для випадків, коли є довгі повітроводи, безліч поворотів, повітряний фільтр, решітка вентиляційна з дрібною сіткою та інші елементи, що чинять аеродинамічний опір. У таких умовах відцентровий вентилятор здатний забезпечити достатню тягу.
Розрахунок продуктивності відбувається з певними особливостями. Виробники вказують витрату відцентрового вентилятора в обсязі повітря на годину при певному тиску (зазвичай у вигляді графіка залежності). Тому при розрахунку потрібно визначити опір усіх комплектуючих у вентиляцію (може бути вказано в характеристиках) і з'ясувати опір усієї системи. Після цього вибрати відцентровий вентилятор з необхідною продуктивністю при даному опорі.
Як враховувати запас при розрахунку продуктивності вентиляторів для вентиляції
Запас продуктивності – це гарантія того, що вентиляційна система точно впорається зі своїм завданням при будь-якому штатному навантаженні та буде працювати протягом тривалого часу справно і без перевитрати ресурсів. Ґрунтуючись на своєму досвіді, ми надамо наступні рекомендації щодо розрахунку запасу:
- Базовий запас продуктивності повинен становити 20-30 %.
- Якщо в системі є елементи, що створюють аеродинамічний опір, то запас збільшується – 30-50 %.
- Запас можна зменшити до 10-20 %, якщо повітряний канал до 2-5 м, без поворотів і фільтрів.
До елементів, що створюють аеродинамічний опір, які збільшують запас, належать:
- гофровані труби;
- повітроводи довжиною понад 2-5 м (опір залежить від діаметра, форми перетину, матеріалу, швидкості потоку);
- повороти повітропроводів (також є залежність від діаметра, форми перетину, матеріалу, швидкості потоку);
- зворотні клапани;
- фільтри;
- решітки з дрібними комірками.
Крім того, що це збільшує запас, необхідно ще правильно вибрати зворотний клапан, фільтр та інші елементи для наявної системи вентиляції. Інакше вони будуть неефективними. А також варто розуміти, що в таких умовах потрібно використовувати відцентровий вентилятор.
Приклад розрахунку продуктивності вентилятора для вентиляційної системи
Розглянемо два приклади для наочності. У першому випадку маємо ванну кімнату довжиною 4 м і шириною 3 м, висота стелі 2,5 м. У системі є вентиляційний отвір з прямим повітряним каналом, який виходить у загальну шахту.
Знаходимо об'єм кімнати – 30 м3. Використовуючи формулу розрахунку за кратністю, Q=V * k, знаходимо продуктивність вентилятора. Для ванної рекомендована кратність k – 6-9. Візьмемо середнє значення 7. Виходить Q=30 * 7=210 м3/год.
З огляду на особливості вентиляційної системи, запас можна взяти невеликим – 10-20 %. Таким чином, вентилятор повинен мати продуктивність 210+20 %=252 м3/год. Округляти потрібно у більшу сторону.
Для такої вентиляційної системи підійде осьовий вентилятор. Для ванної рекомендується вибирати тиху модель. Радимо вивчити принцип роботи витяжного вентилятора з таймером, датчиком руху або вологості для забезпечення автоматики.
Другий приклад. Є офіс у складі офісної будівлі. Сторони приміщення 5 м і 7 м, висота стелі 3 м. В офісі постійно перебуває 7 осіб. Вентиляційний канал має довжину 10 м і 2 повороти.
Згідно з характеристиками матеріалів (вказані в паспорті) для кожного метра повітропроводу потрібен тиск 4 Па, отже, для 10 м – 40 Па. Кожен поворот вимагає 30 Па, для двох поворотів потрібно 60 Па. У сумі виходить 100 Па – такий тиск повинен створювати вентилятор. Це може зробити відцентровий.
Для розрахунку продуктивності використовується формула за кількістю людей. На кожну людину в офісі потрібно 30-40 м³/год. Людей в офісі 7. Знаходимо продуктивність Q=v * N=40*7=280 м3/год. Виходячи з особливостей вентиляційної системи, додаємо великий запас – 40 %. Отримуємо 280+40 %=392 м3/год. І округлюємо в більшу сторону. При цьому важливо врахувати, що вентилятор з такою продуктивністю повинен створювати тиск 100 Па.
Використовувати осьовий вентилятор у такій системі не вийде. Він не створить необхідного тиску, навіть якщо буде відповідна витрата повітря.
Попри наочні приклади, для остаточного розрахунку продуктивності вентиляторів, перед їх купівлею рекомендуємо звернутися до фахівців, які врахують усі особливості та тонкощі саме вашого приміщення.
Що буде, якщо продуктивність вентилятора розрахована неправильно
Якщо розрахунок продуктивності вентилятора виконано неправильно, то виникають такі наслідки:
- Вентиляція не справляється зі своїм завданням, якщо продуктивність занадто мала.
- Вентилятор завжди працює на максимум і швидше зношується, якщо його продуктивність недостатня.
- Більше шуму та споживання електроенергії. Це буде навіть при надмірній продуктивності. Тоді витрати та шум просто невиправдані. А якщо продуктивність недостатня, то це виникає через постійну роботу на повну потужність.
Ми розглянули, як розраховується продуктивність вентиляторів, розібрали різницю в цьому для осьових і відцентрових типів і навели приклади.
