Принципы работы приточно-вытяжной вентиляции и ее организационные аспекты
Когда в помещении циркулирует чистый воздух, человеку легче дышать, работать и отдыхать. Однако постоянное открывание окна для проветривания каждые 2-3 часа может быть сложной задачей, особенно в ночное время, когда все домочадцы погружены в сон.
Одним из автоматизированных решений, позволяющих решить эту проблему, является система приточно-вытяжной вентиляции (ПВВ). Но как правильно организовать ее установку? В нашей статье мы разберем принципы работы системы и особенности ее монтажа.
Здесь представлены ключевые компоненты приточно-вытяжной системы, рекомендации по их расчету и нормы воздухообмена для различных типов помещений.
Также вам будут предложены схемы устройства вентиляции, фотографии элементов системы и полезные видеорекомендации о том, как установить вентиляцию в частном доме самостоятельно.
Что подразумевается под вентиляцией?
Как часто мы занимаемся проветриванием комнаты? Если говорить честно, то 1-2 раза за день, если не забыли открыть окно. А как обстоят дела ночью? Пожалуй, это вопрос риторический.
По санитарно-гигиеническим нормам воздух в помещениях, где постоянно находятся люди, должен обновляться полностью каждые 2 часа.
Обычной вентиляцией называют процесс обмена воздухом между замкнутым пространством и внешней средой. Этот молекулярный процесс позволяет удалять избыточную влагу и тепло с помощью фильтров.
Вентиляция обеспечивает соблюдение санитарно-гигиенических стандартов, что накладывает определенные требования к оборудованию, осуществляющему этот процесс.
Система приточно-вытяжной вентиляции создана для обеспечения необходимого воздухообмена, что позволяет поддерживать установленные санитарные условия в помещениях.
Необходимость как притока свежего воздуха, так и отведения использованного возникает в тех местах, где требуется активный воздухообмен.
В системах приточно-вытяжной вентиляции совмещаются устройства для подачи воздуха, а также для его отвода, что гарантирует эффективную работу системы.
Такие вентиляционные системы являются механическими и требуют установки технических приборов, использующих электроэнергию.
Системы данного типа могут осуществлять фильтрацию, увлажнение, подогрев или охлаждение воздуха. Однако кондиционеры намного лучше справляются с обработкой воздухов, и часто используются в качестве дополнительного климатического оборудования.
Воздуховоды в производственных помещениях обычно располагаются открыто, в то время как в коммерческих или жилых зданиях их скрывают в чердаках или за подвесными потолками, кроме стиля лофт, где они могут быть на виду.
Традиционно воздуховоды изготавливали из оцинкованной стали, и этот материал до сих пор используется в общественных зданиях и на предприятиях.
Для кухонь, загородных домов и помещений, где не требуется создание мощных систем, используются трубы из жесткой, гибкой или гофрированной пластики.
Вентиляционная подсистема включает в себя устройства и механизмы для забору, отводу, перемещению и очистке воздуха, а также является частью общей коммуникационной системы помещений и зданий.
Следует заметить, что вентиляция и кондиционирование — это схожие, но в то же время различные категории.
- Общая идея. Кондиционирование поддерживает определенные параметры воздуха в замкнутом пространстве, такие как температура, влажность и степень ионизации частиц. Вентиляция, напротив, организует управляемую замену всего объема воздуха.
- Ключевая особенность. Системы кондиционирования работают только с уже находящимся в помещении воздухом, не обеспечивая приток свежего. Вентилирование, однако, всегда действуют на границе внутреннего пространства и окружающей среды через обмен.
- Методы и механизмы. В отличие от вентиляции, кондиционирование представляет собой модульную схему, состоящую из нескольких блоков, которые обрабатывают ограниченную часть воздуха и, следовательно, поддерживают санитарные параметры в заданном диапазоне.
Вентиляционная система может быть масштабирована до любого необходимого уровня и обеспечивает быструю замену всего объема воздуха в случае аварийной ситуации. Это достигается с помощью мощных вентиляторов, обогревателей, фильтров и разветвленной системы трубопроводов.
Также вам может быть интересно ознакомиться с материалом об установке вентиляционного трубопровода из пластиковых воздуховодов, который мы подготовили в другой статье.
К тому же, вентиляционные системы могут вписываться в интерьер в стиле лофт, который часто используется в офисах, торговых точках и развлекательных заведениях.
Существуют различные классы вентиляции, которые разделяются по способу генерации давления, распространению, архитектуре и назначению.
Искусственное нагнетание воздуха осуществляется за счет работы вентиляторов и воздуходувок. Увеличение давления в системе трубопроводов позволяет перемещать газовоздушную смесь на большие расстояния и в значительных объемах.
Это актуально для промышленных объектов и общественных зданий с центральной системой вентиляции.
Генерация давления может быть различной — искусственной, естественной или комбинированной, причем комбинированный метод часто применяется на практике.
Различают локальные (местные) и центральные системы вентиляции. Первые представляют собой «точечные» решения для конкретных помещений, где необходимо строгое соблюдение стандартов.
Центральная вентиляция обеспечивает регулярный обмен воздуха в большом количестве одинаковых по назначению помещений.
Наконец, существуют приточные, вытяжные и комбинированные системы. Приточно-вытяжные системы одновременно обеспечивают как приток, так и отвод воздуха, что делает их наиболее распространенными.
Эти конструкции хорошо масштабируются и обслуживаются для различных типов помещений, будь то производственные, офисные или жилые.
Физические основы вентиляционной системы
Приточно-вытяжная вентиляция представлена многофункциональным комплексом для быстрой обработки газовоздушной смеси. Несмотря на принудительный характер перемещения воздуха, в ее основе лежат объяснимые физические процессы.
Для достижения эффекта естественной конвекции источники тепла размещаются на низком уровне, в то время как вытяжные элементы располагаются под потолком или в егоблизости.
Термин «вентиляция» неразрывно связан с понятием конвекции, которая является важнейшим элементом в перемещении воздушных масс.
Конвекция подразумевает циркуляцию тепловой энергии между холодными и горячими потоками газа. Она бывает естественной и принудительной.
Чтобы понять суть, вспомним уроки физики. Температура в комнате определяется температурой воздуха, а молекулы служат переносчиками тепловой энергии.
Воздух представляет собой многомолекулярную газовую смесь, состоящую на 78% из азота, 21% из кислорода и 1% из остальных составляющих.
Находясь в замкнутом пространстве, мы сталкиваемся с неоднородностью температуры по высоте, что связано с разной концентрацией молекул.
Согласно молекулярно-кинетической теории, давление в замкнутом пространстве пропорционально произведению концентрации молекул на их среднюю температуру.
При равномерности давления, произведение концентрации молекул на температуру в верхней части помещения будет равно такому же произведению в нижней части.
Чем ниже температура, тем выше концентрация молекул, что означает большую общую массу газа. Поэтому говорят, что горячий воздух «легче», а холодный — «тяжелее».
Правильная вентиляция в сочетании с эффектом конвекции может поддерживать установленные температурные и влажностные параметры в помещении даже при автоматическом отключении основного обогрева.
Исходя из вышеприведенного, становится очевидным основной принцип проектирования вентиляционной системы: подача воздуха обычно осуществляется снизу, а его отвод — сверху. Это аксиома, которую следует учитывать при разработке системы вентиляции.
Особенности приточно-вытяжной вентиляции
Система приточно-вытяжной вентиляции разделяет два различных по составу и назначению воздушных потока, которые потом обрабатываются.
Все необходимое оборудование и дополнительные элементы системы располагаются в едином корпусе, который можно установить в различных местах: в лоджии, на чердаке, на внешней стене дома и т.д.
Специально разработанная установка предлагает множество возможностей для обеспечения вентиляции практически любого количества комнат в здании.
Важнейшая задача приточно-вытяжной вентиляции — это перемещение воздуха. Однако данная система также включает в себя широкий спектр дополнительных подсистем и функций.
К числу которых относятся:
- охлаждение и подогрев поступающего воздуха;
- ионизация и увлажнение воздуха;
- фильтрация и обеззараживание воздушных масс.
Теперь давайте проанализируем стандартный цикл работы приточно-вытяжной системы, который основан на двухконтурной транспортировке воздуха.
На первом этапе осуществляется забор холодного воздуха с улицы и одновременная вытяжка теплого воздуха из помещения. Оба потока воздуха проходят через систему фильтрации.
После этого холодный воздух подается в калорифер (нагревательный элемент), что является характерной чертой систем с рекуперацией тепла. В обычных системах теплый воздух, выводимый из помещения, излучает тепло для подогрева поступающего холодного воздуха.
По завершении процесса нагрева используется вытяжной канал для вывода отработанного воздуха, а в помещение поступает уже согретый свежий воздух.
Распространенная конструкция вентиляционного модуля предполагает наличие теплообменной камеры (рекуператора), где происходит обмен тепловой энергией между встречными потоками. Также каждый поток воздуха проходит через систему двойной фильтрации.
Основные принципы работы приточно-вытяжной вентиляции — это эффективность и экономность.
К традиционным преимуществам системы приточного и вытяжного воздухообмена можно отнести:
- высокий уровень очистки входящего воздуха;
- удобство обслуживания и эксплуатации сменных компонентов;
- целостность и модульность конструкции.
Чтобы разнообразить функциональность, приточно-вытяжные установки дополняют различными управляющими модулями, системами фильтрации, датчиками, автоматическими таймерами, шумопоглотителями, сигнализаторами перегрузки электродвигателей, рекуперационными блоками и поддонами для сбора конденсата и многими другими элементами.
В состав приточно-вытяжной системы могут входить отдельные агрегаты, которые отвечают либо за забор воздуха, либо за его отвод.
Воздуховоды приточного направления обычно оборудованы фильтрами, системами орошения и нагревателями. Оборудование становится доступным возле точек подачи воздуха.
Все компоненты, участвующие в обработке воздуха, включая вытяжной вентилятор, могут быть объединены в одном корпусе. Такую технику обычно применяют на небольших предприятиях, в частных спортивных комплексов и загородных домах.
В конструкции вытяжных установок отсутствуют устройства, предназначенные для подготовки воздуха к подаче в помещение, что упрощает их установку и дальнейшее обслуживание.
Такое оборудование, как приточные установки, устанавливается на фасаде здания, включая блоки с фильтрами и калориферами.
Динамические параметры работы вентиляции
Проектирование вентиляционных систем зачастую вызывает множество вопросов, поскольку ошибки в расчетах могут перерасти в затраты на ресурсы и обслуживание, делая оборудование неэкономичным.
Это, в свою очередь, негативно сказывается на расходах, связанных с эксплуатацией. Таким образом, изначальная идея о экономичности может стать недоступной.
Главная нагрузка в вентиляционной системе ложится на вентилятор. Его производительность во многом зависит от конструкции импеллера (колеса с лопастями), а также от качества материалов и сборки устройства.
Для корректного проектирования приточно-вытяжной вентиляции желательно выполнить алгебраические расчеты производительности установки и динамических характеристик воздушных потоков.
Существует множество методов и алгоритмов для выполнения таких расчетов, но мы рассмотрим один из наиболее простых и надежных.
На этом этапе внимание можно отвлечь от процессов, связанных с увлажнением, дополнительной ионизацией и повторной очисткой.
Нормативные требования к проектированию
Упоминание полного перечня санитарных норм и правил (СНиП) для различных вентиляционных систем является излишним, так как этого материала будет достаточно на целый том, но знание основных параметров для жилых и офисных помещений крайне важно.
В офисах при разработке вентиляционной системы особое внимание уделяется тем зонам, где работает персонал.
Далее нормативы указываются с обязательным расчетом на человека. В стандартном офисном здании на одном этаже размещается разнообразный набор помещений.
К примеру, в кабинете должна происходить замена 60 куб. метров воздуха в час, в операционных — 30–40 куб. метров, в санитарных комнатах — 70 куб. метров, в курилках — более 100 куб. метров, а в коридорах и вестибюлях — 10 куб. метров.
Согласно общим санитарным нормам для жилых помещений, полный обмен воздуха составляет 30 куб. метров в час на человека — это расчет по количеству жильцов.
Существует еще один подход к расчету объема воздуха — по площади. На квадратный метр жилого пространства должно приходиться 3 куб. метра.
Следует обратить внимание на вентиляцию промышленных объектов и складов — для них предусмотрено 20 кубов на единицу площади. В таких масштабных помещениях системы строятся на основе многокомпонентных решений с парными вентиляторами (4, 8, 16 и более в каркасе).
Для вспомогательных помещений есть готовые нормативы. Например, кухня с электроплитой требует более 60 куб. метров, с газовой — более 80 куб. метров, ванная комната — не менее 25 куб. метров и так далее.
Кроме того, важно помнить, что в жилых комнатах скорость воздуха не должна превышать 2 м/с, тогда как для кухни и санузла она должна составлять 4–6 м/с.
Формулы и их объяснения
Переходим к характеристикам и формулам. Расчеты выполняются поэтапно, на каждом из этапов вычисляется одна из характеристик системы вентиляции.
Рабочий объем воздуха
Рассмотрим процесс расчета рабочего объема воздуха (м3/ч).
Для офисов рекомендуется проводить расчет с учетом числа сотрудников:
V=35*N,
где N — число человек, находящихся в помещении одновременно.
Для квартир и частных домов расчет проводится на основе объема жилого пространства:
V=2*S*H,
где: 2 — коэффициент кратности воздуха за единицу времени (в час); S — жилая площадь; H — высота потолков.
Расчет площади сечения воздуховода
Сечение воздуховода для вентиляции рассчитывается в квадратных сантиметрах. Основные магистральные воздуховоды бывают круглого и прямоугольного сечения.
Площадь сечения трубы вычисляется по формуле:
Sсечен=V/(2,8*ω),
где: Sсечен — площадь сечения; V — объем воздуха (м3/ч); 2,8 — коэффициент для согласования единиц измерения; ω — скорость потока (м/с).
Скорость потока воздуха, проходящего в магистрали, обычно составляет 2–3 м/с.
Вычислив площадь сечения воздуховода, можно определить диаметр для круглого или ширину и высоту для прямоугольного воздуховода. Зная одну величину, можно рассчитать другую. Диаметр круглого сечения вычисляется по формуле: D=√(4*Sсечен/π).
Число и размеры диффузоров
Далее рассмотрим, как вычислить число и размеры диффузоров. Обычно размеры распылителей выбирают в 1,5-2 раза больше площади сечения самого воздуховода.
С количеством диффузоров несколько сложнее; их расчет выполняется по следующей формуле:
N=V/(2820*ω*d2),
где: N — искомое количество диффузоров; V — расход воздушной массы (м3/ч); ω — скорость воздушного потока (м/с); d — диаметр диффузора (м), если он круглый.
Если диффузор имеет прямоугольное сечение, то используется другая формула:
N=π*V/(2820*ω*4*a*b),
где: π — число Пи, a и b — размеры сечения.
Параметры производительности вентиляционной установки
Существует две ключевые характеристики вентиляционного блока — это мощность и создаваемое давление. Мощность вентиляционной установки вычисляется следующим образом:
P=ΔT*V*Cv/1000,
где: ΔT — разница температур воздуха на входе и выходе (°C); V — расход воздуха (м3/ч); Cv — теплопроводность воздуха (0,336 Вт*ч/м3*°C).
Генерируемое давление определяется по характеристической кривой производительности основного вентилятора.
Эта величина должна соответствовать аэродинамическому сопротивлению установленной воздуховодной системы. Карты кривой обычно предоставляются производителями вентиляторов в технической документации на изделие.
Также крайне важно учитывать характеристики нагревателя, который подогревает поток воздуха — калорифера. Это отдельное устройство в системе, предназначенное для нагрева воздуха, например, проходя через радиатор, воздух нагревается.
Калорифер, который нагревает поток воздуха через радиатор и осуществляет тепловой обмен с вытяжным воздухом, называется рекуператором. Рекуператоры бывают как одно-, так и многосекционные и позволяют смешивать воздушные потоки с большим температурным различием на входе.
Наконец, следует обратить внимание на напряжение электрической сети для вентиляционного блока. Рекомендуется использовать сеть с напряжением 380 В, это обеспечит надежную работу установки любой мощности.
Особенности установки механической вентиляции
С монтажом приточной вентиляционной установки даже домашний мастер сможет справиться без привлечения профессионалов.
Важно учитывать, что выполнение работ связано с риском, особенно на высоте, поэтому лучше доверить эту задачу профессионалам, обладающим необходимым опытом, инструментами и средствами безопасности для осуществления последующих этапов:
Галерея изображений
Шаг 1: Используя алмазный буровой станок, предназначенный для создания отверстий в бетоне, каменных стенах и кирпичной кладке, производят бурение отверстия диаметром, совпадающим с размерами воздуховода.
Шаг 2: После бурения отверстие очищают от пыли и мелких фрагментов материала, затем вставляют воздуховод в подготовленное отверстие.
Этап 3: Для удобства выполнения работ отсоединяют корпус установки от системного блока.
Шаг 4: Системный блок временно убирают в сторону, корпус проверяют на прочность соединений, чтобы исключить необходимость в исправлениях на высоте.
Шаг 5: Страховочный канат, который будет использоваться для крепления корпуса, проходит в воздуховод и перебрасывается через окно.
Шаг 6: Вторую часть страховочного каната, закреплённого на корпусе, вводят в воздуховод снаружи здания.
Этап 7: Держась за канат и обеспечивая страховку, корпус соединяют с воздуховодом.
Шаг 8: Осторожно наклонив корпус к окну, вставляют системный блок внутрь корпуса и фиксируют его на месте.
