Приточно-вытяжная вентиляция: принцип работы и особенности обустройства

Как часто мы проветриваем комнату? Ответ должен быть максимально честным: 1–2 раза в день, если не забыли открыть окно. А ночью сколько раз? Риторический вопрос. Согласно санитарно-гигиеническим нормам общая масса воздуха в комнате, где постоянно находятся люди, должна полностью обновляться каждые 2 часа. Одним из автоматизированных решений для этой задачи является приточно-вытяжная вентиляция (ПВВ) помещения.

Содержание статьи:

• Вентиляция: что это?
• Физическая основа вентиляции
• Особенности приточно-вытяжной вентиляции
• Динамические параметры вентиляции
  • Нормативы по устройству вентиляции
  • Формулы и пояснения к ним
• Особенности построения естественной ПВВ
• Видео-рекомендации по устройству вентиляции

Вентиляция: что это?

Под обычной вентиляцией понимают процесс обмена воздушных масс между замкнутым пространством и окружающей средой. Этот молекулярно-кинетический процесс предоставляет возможность удаления излишков теплоты и влаги с помощью фильтрационной системы.

Вентиляция также обеспечивает соответствие воздуха в помещении санитарно-гигиеническим требованиям, что накладывает собственные технологические ограничения на оборудование, которое будет генерировать этот процесс.

Кроме основной функции, вентиляционные системы могут являться частью интерьера в промышленном стиле, который применяется для офисных и торговых помещений, развлекательных заведений

Вентиляционная подсистема – совокупность технологических устройств и механизмов для забора, отвода, перемещения и очистки воздуха. Она является частью комплексной системы коммуникаций помещений и зданий.

Рекомендуем не сопоставлять понятия вентиляция и кондиционирование – очень схожие категории, которые имеют ряд отличий.

Основная идея. Кондиционирование обеспечивает поддержку определённых параметров воздуха в замкнутом пространстве, а именно температуру, влажность, степень ионизации частиц и тому подобное. Вентиляция же производит управляемую замену всего объёма воздуха через приток и отвод.

Главная особенность. Система кондиционирования работает с воздухом, который находится в помещении и сам приток свежего воздуха может вообще отсутствовать. Система вентилирования всегда работает на границе замкнутого пространства и окружающей среды посредством обмена.

Средства и методы. В отличие от вентиляции в упрощённом виде кондиционирование являет собой модульную схему из нескольких блоков, которая обрабатывает небольшую часть воздуха и таким образом поддерживает санитарно-гигиенические параметры воздуха в указанном диапазоне.

Вентиляция может быть расширена до любого необходимого масштаба и обеспечивает, в случае аварийной ситуации в помещении, довольно быструю замену всего объёма воздушной массы с помощью мощных вентиляторов, нагревателей, фильтров и разветвлённой системы трубопроводов.

Выделяют несколько классов вентиляции, которые можно разделить относительно способа генерации давления, распространения, архитектуры и назначения.

Генерация давления воздуха в системе может быть нескольких типов: искусственная, естественная или комбинированная. Часто применяется комбинированный метод

Искусственное нагнетание воздуха в системе производится с помощью нагнетательных установок — вентиляторов, воздуходувок. Увеличив давление в системе трубопроводов, можно перемещать газовоздушную смесь на большие расстояния и в значительном объёме. Это характерно для промышленных объектов и общественных объектов с центральной системой вентилирования.

Рассматривают системы вентиляции местные (локальные) и центральные. Локальные системы вентиляции — «точечные» узконаправленные решения для конкретных помещений, где необходимо строгое соответствие стандартам. Центральное вентилирование предоставляет возможность создать регулярный обмен воздуха для значительного количества одинаковых по назначению помещений.

И последний класс систем: приточные, вытяжные и комбинированные. Приточно-вытяжные системы вентиляции обеспечивают одновременный приток и вытяжку воздуха в пространстве. Это наиболее распространённая подгруппа систем вентилирования. Такие конструкции обеспечивают лёгкое масштабирование и обслуживание для самых разнообразных помещений промышленного, офисного и жилого типа.

Физическая основа вентиляции

Приточно-вытяжная вентиляционная система являет собой многофункциональный комплекс сверхбыстрой обработки газовоздушной смеси. Хоть это и система принудительной транспортировки газа, но в её основе лежат вполне объяснимые физические процессы.

Для создания эффекта от естественной конвекции воздушных потоков, источники тепла размещают максимально низко, а приточные элементы в потолке или под ним

Само слово «вентиляция» тесно связано с понятием конвекции. Она является одним из ключевых элементов при перемещении воздушных масс. Конвекция — явление циркуляции тепловой энергией между холодными и теплыми потоками газа. Существует естественная и принудительная конвекция.

Немного школьной физики для понимания сути происходящего. Температура в комнате определяется температурой воздуха. Переносчиками тепловой энергии являются молекулы. Воздух — многомолекулярная газовая смесь, которая состоит из азота (78%), кислорода (21%) и остальных примесей (1%). Находясь в замкнутом пространстве (помещении), имеем неоднородность температуры относительно высоты. Это связано с неоднородность концентрации молекул.

Учитывая равномерность давления газа в замкнутом пространстве (помещении), согласно основного уравнения молекулярно-кинетической теории: давление пропорционально произведению концентрации молекул на их среднюю температуру. Если давление везде одинаково, тогда произведение концентрации молекул на температуру в верхней части комнаты будет эквивалентна такому же произведению концентрации на температуру:

p=nkT, nверх*Tверх=nниз*Tниз, nверх/nниз=Tниз/Tверх

Чем ниже температура, тем больше концентрация молекул, а значит и больше общая масса газа. Поэтому говорят, что тёплый воздух «легче», а холодный — «тяжелее».

Правильная вентиляция в совокупности с эффектом конвекции способны поддерживать в помещении установленный температурный режим и влажность в периоды автоматического отключения основного обогрева (+)

В связи с вышеизложенным становится ясно почему подача (приток) воздуха обычно оборудуется снизу помещения, а отвод (вытяжка) — сверху. Это есть аксиома! Которую требуется учитывать во время проектирования системы вентиляции.

Особенности приточно-вытяжной вентиляции

Приточно-вытяжная вентиляция взаимодействует с двумя разными по составу и назначению потоками воздуха, которые впоследствии обрабатываются. В ПВВ всё необходимое оборудование и дополнительные системы размещены в едином каркасе, который можно устанавливать внутри лоджии, на чердаке, на стене снаружи дома и т. д. Специальная конструкция установки предоставляет широкие возможности по обеспечению вентилирования практических любого количества комнат в здании.

Кроме основной функции перемещения воздуха, приточно-вытяжная вентиляция включает в себя следующий арсенал вспомогательных подсистем и дополнительных функций:

• охлаждение и подогрев воздуха
• ионизация и увлажнение частиц
• обеззараживание и фильтрация воздуха.

Рассмотрим типичный рабочий цикл приточно-вытяжной системы вентилирования, которая базируется на двухконтурной модели транспортировки. На первом этапе происходит забор холодного воздуха от окружающей среды и вытяжка тёплого воздуха из помещения. С обеих сторон воздух проходит систему очистки.

После холодный воздух передаётся в калорифер (нагреватель) — характерно для ПВВ с рекуперацией тепла. Кроме того, тепло холодному газу передаётся от вытяжного тёплого воздуха — характерно для обычных систем. После нагревания и обмена теплом вытяжной отработанный воздух отводится через внешний канал, а нагретый свежий воздух подаётся в помещение.

Популярная компоновка вентиляционного модуля включает теплообменную камеру (рекуператор), в которой происходит обмен тепловой энергии между встречными потоками воздуха. В любом случае каждый поток проходит через двойную систему фильтрации

Главными принципами работы приточно-вытяжной вентиляции являются эффективность и экономия. Классическая схема приточно-вытяжной вентиляции имеет следующие преимущества:

• высокая степень очистки входного потока
• доступная эксплуатация и обслуживание съёмных элементов
• целостность и модульность конструкции.

Для расширения функционала приточно-вытяжные установки оснащают вспомогательными блоками управления и контроля, фильтр-системами, датчиками, автотаймерами, шумоглушителями, сигнализаторами перегрузки электродвигателей, рекуперативными блоками, поддонами для конденсата и т. п.

Динамические параметры вентиляции

С проектированием системы вентиляции связано достаточно много вопросов, поскольку в случае ошибочного расчёта характеристик из вполне экономичного вентиляционного комплекса можно получить расточительного «монстра» энергоресурсов. Что напрямую влияет на финансовые затраты его обслуживания. В результате сама идея экономичной эксплуатации оборудование не рассматривается.

Основная нагрузка вентиляционной системы приходится на вентилятор. Производительность вентилятора зависит от формы импеллера (колеса с лопастями), качества материалов и сборки оборудования

Дабы корректно спроектировать приточно-вытяжную вентиляцию рекомендуется произвести алгебраические расчёты производительности установки и динамические параметры воздушных потоков.

Есть несколько разнообразных методик и алгоритмов вычислений, но нашему вниманию будет представлен один из самых простых и надёжных вариантов. Всё что связано со второстепенными процессами увлажнения, дополнительной ионизации и вторичной очистки на данном этапе можно не учитывать.

Нормативы по устройству вентиляции

Приводить полный перечень санитарных норм и правил (СНиП), которые выдвигаются к различным системам вентилирования нерационально, поскольку материала хватит на пару книг, но знать опорные константы для жилых и офисных помещений необходимо.

Что касается офисных помещений, при построении системы вентиляции основное внимание обращается на те помещения, где будет находится персонал офиса. Далее все нормативы указываются в расчёте на одного человека. В классическом офисном здании на одном этаже располагается полноценный набор разнообразных по назначению помещений.

Например, в кабинете за один час должна происходить замена 60 кубов воздуха, в операционных залах — 30-40 м3, в санузле — 70 м3, в курилке — более 100 м3, в коридорах и вестибюлях — 10 м3.

Согласно общих санитарных норм для жилых помещений, в один час происходит полный обмен воздушной массы в количестве 30 м3 в расчёте на одного человека — расчёт по количеству жильцов. Существует ещё один подход в расчёте объёма воздуха — по площади. На каждый квадратный метр жилого пространства приходится 3 м3.

Отдельно стоит упомянуть о вентиляции промышленных объектов и складских ангаров — 20 м3 на единицу площади. В таких огромных помещениях системы вентиляции строятся на основе многокомпонентной системы парных вентиляторов (4, 8, 16 и более шт в каркасе)

Для остальных подсобных помещений имеются готовые нормативные параметры. Так, кухня с электроплитой — более 60 м3, с газовой плитой — более 80 м3, ванная — не менее 25 м3 и т. д.

Кроме того, необходимо помнить, что для жилых комнат скорость воздушных потоков составляет не более 2 м/с, а для кухни и санузла скорость должна быть в 4-6 м/с.

Формулы и пояснения к ним

Переходим непосредственно к характеристикам и формулам. Вычисления происходят в несколько этапов, на каждом из которых мы высчитываем одну из характеристик системы вентиляции.

Рабочий объём воздуха (м3/ч). Для офиса рекомендуем делать расчёт по количеству людей:

V=35*N

где N — количество человек одновременно находящихся в помещении. Для квартир и частных домов необходимо производить просчёт относительно объёма жилого пространства:

V=2*S*H

где 2 — коэффициент кратности обмена воздуха в единицу времени (за 1 час), S — жилая площадь, H — высота помещений.

Сечение воздуховода (см2). Магистральные воздуховоды бывают двух типов в сечении: круглые и прямоугольные. Площадь сечения трубы рассчитывается по соотношению:

Sсечен=V*2,8/?

где Sсечен — площадь сечения, V — объём воздуха (м3/ч), 2,8 — коэффициент согласования размерностей, ? — скорость потока в магистрали (м/с). Обычно эквивалентна 2-3 м/с.

Высчитав площадь сечения воздуховода можно определить диаметр для круглого или ширину/высоту для прямоугольного воздуховода. Зная ширину можем найти высоту сечения и наоборот. Диаметр круглого сечения будет равен v4*Sсечен/pi

Количество и размер диффузоров. Габариты распылителя обычно выбирают в 1.5-2 раза больше от площади сечения основной магистрали. С количеством диффузоров немного сложнее, их вычисляют по формуле:

N=V/(2820*?*d2)

где N – искомое количество диффузоров, V – расход воздушной массы (м3/ч), ? – скорость потока воздуха (м/с), d – диаметр диффузора (м), если он круглый. Если диффузор прямоугольного сечения, тогда N=pi*V/(2820*?*4*a*b), где pi — число Пи, a и b — габариты сечения.

Производительность установки. Известны две наиболее важные характеристики вентиляционного блока — мощность и степень генерируемого давления. Мощность вентиляционной станции высчитывается так:

P=?T*V*Cv/1000

где ?T — дельта температур воздуха на входе/выходе (°С), V — расход воздушной массы (м3/ч), Cv — теплоёмкость воздуха (0,336 Вт*ч/м?*°С).

Генерируемое давление определяется по характеристической кривой производительности главного вентилятора. Этот параметр должен быть эквивалентен аэродинамическому сопротивлению воздушной сети. Производители вентиляторов предоставляют график кривой в техническом паспорте на изделие.

Кроме того, немаловажно иметь общее представление о нагревателе входного потока воздуха — калорифере. Это обособленная часть вентиляционной системы, где происходит нагревание воздуха. Проходя, например, через тепловой радиатор, воздух тем самым нагревается.

Калорифер, в котором нагревание происходит через радиатор и обмен тепловой энергией с вытяжным потоком называют рекуператором. Существуют одно и многосекционные рекуператоры, которые позволяют смешивать воздушные потоки с большой разницей их входных температур

В заключение стоит упомянуть о напряжении сети питания для вентиляционного блока. Рекомендуется использовать сеть напряжения 380 В, она обеспечит надёжную эксплуатацию установки любой мощности.

Особенности построения естественной ПВВ

При разработке качественной естественной приточно-вытяжной вентиляции, большинство специалистов соблюдают некий «устав» проектно-монтажных работ. Эти правила помогают создать действительно эффективные и экономичные решения даже для самых нестандартных расположений комнат и подсобных помещений в частном доме и многокомнатной квартире.

Во время проектирования вентиляции нужно постараться создать естественное течение воздуха от жилых комнат через коридоры к санузлу и кухне

Коридоры в этом случае выступают в роли проточных пространств. Поэтому главный вентиляционный блок системы нужно располагать по центру дома, в верхней части коридоров или подсобных помещений.

Например, вентиляционный модуль для 2-этажного частного дома можно расположить на первом этаже вверху подсобного помещения или основного коридора. Для 1-этажного дома, как вариант, в нижней части чердака.

Прокладывая магистральный трубопровод, нужно помнить что приточный воздух должен идти в жилые комнаты, а вытяжной — уходить через кухни и подсобные помещения. Поэтому приточные диффузоры размещаются на условной границе «комната-среда», а вытяжки на кухне, в ванной, подсобке, туалете.

Диффузор сочетает в себе две функции: равномерное распределение свежего и отвод уже использованного воздуха. Они бывают самой разной формы. Изготавливаются из тонколистового металла и пластика

Существуют замечания касательно высоты расположение входных и выходных воздушных проёмов. Выход вентиляционной системы размещают обязательно выше уровня крыши здания. Это обезопасит ПВВ от вторичного забора только что выведенного воздуха через вытяжные отверстия.

Забор свежего воздуха необходимо производить на высоте не менее 2 метров от поверхности земли. Потому что мелкие абразивные частички и пыль может подниматься с помощью ветровых потоков на высоту более 1 метра и залетать в приточные диффузоры, тем самым быстро засорять фильтры первичной очистки.

Видео-рекомендации по устройству вентиляции

В ролике рассказывают и демонстрируют особенности проектирования и монтажа ПВВ в частном доме:

Ещё один наглядный пример готового решения для вентиляции частного 1-этажного деревянного дома:

Резюмируя вышеизложенную информацию, отметим что приточно-вытяжная вентиляция несложная для проектирования, доступная для приобретения и монтирования система, которая в совокупности с системой отопления позволяет организовать баланс свежего и тёплого воздуха в помещении.