На следующем изображении представлена упрощенная схема конструкции модульной приточно-вытяжной установки с регенератором. Здесь мы обсудим назначение и особенности конструкции отдельных компонентов этой системы.
Состав системы вентиляции
Агрегаты, используемые в системах вентиляции, могут различаться по форме и конструкции, но в сущности их можно разделить на три основные группы (или категории):
- Создание воздушного потока;
- Обработка воздуха;
- Распределение воздушного потока.
Некоторые элементы, такие как шумоглушители, противопожарные клапаны и теплоизоляция, не относятся к основным частям вентиляционной системы, а скорее служат для минимизации нежелательных эффектов, возникающих при ее работе. Важным дополняющим аспектом также является система автоматизации и управления, которая необходима для эффективной эксплуатации сложной вентиляционной системы.
Состав компонентов вентиляционной системы варьируется в зависимости от её типа. В стандартной системе вентиляции можно выделить следующие ключевые элементы:
Обработка воздуха в системах вентиляции
Компоненты, что обрабатывают воздух, могут как функционировать самостоятельно, так и быть интегрированы в состав более крупных устройств:
- Воздухонагреватели (могут быть как отдельными единицами, так и как секция в рамках вентиляционной установки);
- Фильтры (в основном используются как отдельные устройства или как часть вентилятора, установки или агрегата);
- Увлажнители (обычно являются частью более комплексного прибора);
- Воздухоохладители (могут быть представлены как отдельные канальные устройства или как секция кондиционера).
Распределение воздушного потока в системах вентиляции
Для обеспечения потока воздуха используются следующие устройства:
- Воздуховоды;
- Запорные и регулирующие устройства (включая клапаны и диафрагмы);
- Воздухораспределители (различные решетки, щелевые устройства, плафоны, насадки с форсунками, а также перфорированные панели).
Наружный воздух попадает в систему вентиляции через воздухозаборную решетку. Эти решетки, так же как и многие другие компоненты, могут быть выполнены как в круглой, так и в прямоугольной форме. Приточные решетки выполняют долговечную не только декоративную роль, но также защищают вентиляционную систему от дождевых капель и посторонних предметов, что может значительно продлить срок эксплуатации системы. Они также предотвращают случайное проникновение наружного воздуха в помещение, когда система вентиляции отключена. Это становится особенно критично зимой, когда без такой защиты холодный воздух и снег могут попасть внутрь. Воздушные заслонки, как правило, устанавливаются в системах приточного воздуха и могут быть оборудованы электрическим приводом для автоматизации процесса управления. Когда вентилятор включается (вместе с отопительной системой), заслонка открывается, а при отключении – закрывается.
Воздушный фильтр
Воздушный фильтр играет ключевую роль в защите системы вентиляции и самих вентилируемых помещений, предотвращая попадание пыли, ворса и насекомых. В большинстве систем установлен фильтр грубой очистки, который предназначен для фильтрации частиц размером более 10 микрон. Если в помещении есть особые требования к чистоте воздуха, используются дополнительные фильтры тонкой (удаление частиц до 1 мкм) и сверхтонкой очистки (удаление частиц до 0,1 мкм). В фильтрах грубой очистки, как правило, используются синтетические тканевые материалы, такие как акрил. Регулярное обслуживание фильтра, в том числе очистка, должна проводиться как минимум раз в месяц, чтобы поддерживать эффективность фильтров. Для мониторинга состояния фильтра можно установить датчик перепада давления, который будет отслеживать разницу давления между входящим и выходящим воздухом. При загрязнении фильтра дифференциальное давление возрастает, что является сигналом для замены фильтра.
Нагревательные приборы, такие как электрические и водяные нагреватели, предназначены для подогрева воздуха в системах вентиляции и кондиционирования. Воздухонагреватели могут быть установлены как отдельно в воздуховодах, так и встраиваться в вентиляционные установки. Важно, чтобы воздух или другие газы, используемые в процессе, не содержали липких, твердых, волокнистых или агрессивных веществ. Рабочая температура воздухонагревателей должна находиться в пределах от -40°C до +40°C, а степень защиты электрических компонентов по стандарту IP должна составлять не менее 40. Установка каналов нагревателей должна осуществляться так, чтобы направление потока воздуха соответствовало стрелке на корпусе устройства, и чтобы воздух равномерно распределялся по всему сечению нагревателя. Для обеспечения правильной работы рекомендуется поддерживать расстояние между нагревателем и ближайшими изгибами воздуховодов, заслонками и другими препятствиями не менее трех диаметров самого нагревателя. Нагреватели могут устанавливаться как в горизонтальные, так и вертикальные воздуховоды, однако подавать напряжение на устройство категорически запрещено при выключенном вентиляторе. Для создания надежного управления мощностью рекомендуется использование импульсных или тиристорных контроллеров TTC, с учетом того, что если суммарная мощность нагрева превышает мощность основного контроллера, необходимо задействовать дополнительный контроллер.
Для охлаждения воздухообмен может использоваться различное оборудование, применяющее разные хладагенты, такие как вода, этиленгликоль, или специальные химические вещества.
Вентилятор является основным элементом любой системы механической вентиляции и играет ключевую роль в создании нужного воздушного потока. При выборе вентилятора следует учитывать два основных параметра: расход воздуха, т.е. объем подаваемого воздуха, и общее давление системы. Вентиляторы можно подразделить на несколько типов, в том числе на осевые (обычно используются в быту) и центробежные (дизайн напоминает «беличье колесо»). Осевые вентиляторы, как правило, обеспечивают высокую производительность на невысоком общем давлении; это означает, что если на пути потокового воздушного потока возникает какое-либо препятствие (длинный изогнутый воздуховод, решетка и т.д.), скорость воздуха может существенно снизиться. На другой стороне, центробежные вентиляторы предпочтительнее в системах с разветвленной сетью воздуховодов, где важно создавать высокое давление воздушного потока. Также важными характеристиками являются уровень шума и габариты вентилятора, которые, в свою очередь, зависят от производителя устройства.
Воздухозаборная решетка
Воздухозаборная решетка предназначена для подачи наружного воздуха в систему вентиляции. Она может быть выполнена как в круглой, так и в прямоугольной форме и выполняет не только эстетическую роль, но и защищает систему от атмосферных воздействий, таких как дождь, а также от мусора. Защита от нахождения холодного воздуха в помещении при отключенной системе вентиляции чрезвычайно важна, особенно в зимний период, когда без такой защиты поток холодного воздуха может вызывать охлаждение воздуха внутри. Воздушные заслонки с электрическим приводом — это распространенное решение в системах приточного воздуха, позволяющее полностью автоматизировать процесс управления.
Фильтр
Фильтры в системах вентиляции нужны для защиты системы и обслуживаемых помещений от входящей пыли, ворса и насекомых. Обычно устанавливается фильтр грубой очистки, однако если требуется более высокая степень чистоты воздуха, то можно использовать секции для фильтров тонкой и сверхтонкой очистки.
Необходимо регулярно очищать фильтр от накопленных частиц, что выполняется обычно не реже одного раза в месяц. В некоторых случаях используются датчики давления, которые позволяют отслеживать разницу давления между входом и выходом фильтра, так как при его загрязнении это значение возрастает.
Калорифер
Воздухонагреватель предназначен для нагрева поступающего холодного воздуха в зимний период времени. Это может быть водонагреватель, подключенный к центральному отоплению, или электрический нагреватель. Для небольших воздухозаборников более экономичным вариантом оказывается использование электрических нагревателей, так как их установка требует меньших финансовых затрат. Однако для крупных помещений, таких как офисы площадью более 100 квадратных метров, более предпочтительно использовать водонагреватели, поскольку это позволяет значительно сэкономить на электроэнергии.
Значительное сокращение затрат на отопление может быть достигнуто за счет системы рециркуляции, где холодный приточный воздух подогревается за счет теплообмена с теплым воздухом, который выводится из помещения.
Воздушный клапан
После установки внешней решетки рекомендуется установить воздушный клапан, чтобы обеспечить надежное закрытие вентиляционного канала, когда система вентиляции отключена. В противном случае, из-за разницы температур и давления, зимой холодный воздух будет проникать в помещение даже при выключенном вентиляторе. Этот поток холодного воздуха может не только вызывать дискомфорт, но и приводить к образованию конденсата в охлаждаемых воздуховодах и решетках, что в свою очередь может вызвать затопление полов.
Наиболее простым и экономичным вариантом воздушного клапана является ручной клапан, приводимый в действие оператором через специальную ручку. Этот клапан подойдет в том случае, если система вентиляции отключается редко, например, в процессе долгосрочных отпусков. Если система вентиляции часто включается и выключается, более удобным вариантом будет использование клапана с электрическим приводом.
Электрический клапан наиболее близок к ручному варианту, однако вместо ручной рукоятки он оснащен электродвигателем, который автоматически регулирует открытие и закрытие заслонки согласно команде системы автоматизации. Однако, в подобных системах существует риск, что клапан останется открытым в случае отключения электроэнергии во время работы. Этого следует избегать, так как это может привести к замерзанию воды в сервомеханизме и повреждению его. Поэтому обычно применяются приводы с пружинным механизмом, который закрывает заслонку в случае прекращения подачи электроэнергии. При выборе привода заслонки обязательно обратите внимание на его тип (с возвратной пружиной или без), напряжение питания (24 В или 220 В) и крутящий момент — то есть, усилие, с которым привод открывает или закрывает заслонку. Вентиляционные системы, имеющие контакт с внешним воздухом, подвержены риску замерзания, поэтому важно выбирать приводы с высоким крутящим моментом и способностью функционировать в сложных условиях. Следует учитывать, что многие вентиляционные установки уже идут в комплекте с клапаном, оснащенным электроприводом, что исключает необходимость в установке дополнительного устройства. Однако по желанию можно установить отдельный ручной клапан рядом с воздухозаборником, чтобы перекрывать его в моменты длительного отсутствия — это предотвратит попадание холодного воздуха в участок воздуховода, который ведет к приточным устройствам, и улучшит безопасность всей системы.
Для вытяжных систем вместо клапана с электрическим приводом могут быть установлены более простые и экономичные гравитационные или заслоночные клапаны, которые позволяют воздуху проходить только в одном направлении. Пружинные клапаны обычно состоят из двух подпружиненных заслонок, открываемых в одном направлении, и работают по принципу обратных заслонок, которые закрываются за счет собственного веса. Вентиляционные системы такого типа допускают открытие заслонок при действии давления воздуха, создаваемого вентилятором, при отсутствии воздушных потоков или обратном движении воздуха они закрываются. Это объясняет, почему такие клапаны могут использоваться только в системах вентиляции: движение воздуха в данной системе идет наружу, поэтому клапан открывается, когда воздух покидает помещение. В то время как в приточных системах обратные клапаны, как правило, неэффективны, так как открываются под давлением наружного воздуха.
Фильтр
Воздушные фильтры устанавливаются во всех вентиляционных системах с целью защиты от пыли, ворса и насекомых как в обслуживаемых помещениях, так и в компонентах вентиляционной системы. Фильтры выпускаются разных категорий: чем выше категория, тем более мелкие частицы пыли можно эффективно задерживать (для более подробной информации о категориях фильтров обратитесь к специалистам по очистке воздуха). На входе в систему воздухозаборников, после клапана, обычно устанавливается фильтр грубой очистки пыли категории EU3 или EU4. Этот фильтр в основном служит для защиты вентилятора и нагревателя от загрязнения пылью. Если имеются высокие требования к чистоте воздуха, можно дополнительно установить фильтры тонкой очистки, такие как EU5 или EU7, угольные и фотокаталитические фильтры, а также другие типы фильтров. Эти фильтры должны размещаться после всех сопутствующих частей вентиляционной системы для захвата микрочастиц, которые могут поступать от вентиляторов и теплообменников, а также от прочих компонентов системы.
По мере функционирования вентиляционного оборудования фильтр загрязняется и требует периодической замены. Так как степень загрязнения зависит от содержания пыли в наружном воздухе, точный срок службы фильтра бывает сложным для определения. Использование датчика дифференциального давления поможет контролировать состояние фильтра. По мере загрязнения фильтра его сопротивление увеличивается, и при этом увеличивается падение давления. Когда дифференциальное давление достигает заранее установленного уровня, система автоматизации уведомляет пользователя о необходимости замены фильтра.
Калорифер
Канальный нагреватель или калорифер предназначен для подогрева наружного воздуха в зимний период. Он может быть водяным нагревателем (который подключается как к централизованной системе, так и к автономному источнику горячего водоснабжения) или электрическим нагревателем. Для небольших вентиляционных систем более целесообразно использовать электрические нагреватели, поскольку установка таких устройств требует меньших затрат. Однако для больших помещений, таких как офисы площадью более 150 м², предпочтительнее применение водяных нагревателей, чтобы избежать огромных затрат на электроэнергию в системе воздушного отопления. Обеспечение постоянной температуры вильт.е. отработанного воздуха из вентиляционной системы требует постоянного регулирования мощности нагрева. Для этого «пучок», включающий водяной насос, клапаны и другие компоненты, позволяет управлять прохождением теплоносителя через нагреватель, тем самым изменяя его количество энергии и поддерживая заданный уровень температуры воздуха в помещении.
Основные параметры выбора
В предыдущих разделах мы рассмотрели структуру и функциональные назначения неотъемлемых элементов для систем вентиляции и вытяжки с рекуперацией тепла. При выборе соответствующего оборудования будущему владельцу необходимо также обратить внимание на следующие важные параметры:
- масса устройства;
- уровень шума, создаваемый панелью управления;
- процент рекуперации тепла (очень полезно ознакомиться с графиками КПД теплообменника для сухого воздуха);
- потребление электроэнергии (учитывая то, что устройство функционирует круглосуточно, параметры потребления электроэнергии крайне важны);
- стоимость и доступность воздушных фильтров (предполагается, что фильтры будут заменяться каждые 3–6 месяцев, и в некоторых устройствах иностранных производителей используются дорогие кассеты);
- надежность вентиляторов (использование вентиляторов от известных, проверенных производителей гарантирует длительный срок службы оборудования).
Системы впуска и выпуска воздуха должны обеспечивать высокие технические параметры при максимально простой конструкции.
Где находится вентиляция в помещении
Правильное проектирование системы вентиляции должно быть начато на этапе строительства дома. Комплексные системы могут быть как общими, так и локальными, или представлять собой комбинацию обеих. Естественная вентиляция обычно включает общий воздуховод для нескольких комнат или квартир, который изначально интегрируется в стены и не может быть изменен или модернизирован, если здание уже эксплуатируется.
Механические и принудительные системы вентиляции, как правило, устанавливаются под крышей с модернизированной обшивкой и в большинстве случаев также подключены к общему вентиляционному каналу, заранее предусмотренному в здании.
Обеспечение притока свежего воздуха критически важно для эффективной работы вентиляционной системы. Основными источниками естественной вентиляции для жилых помещений являются окна, двери и технические отверстия в стенах.
Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир климата».
Популярные модели
Шум от вентилятора является основным источником шума в системе вентиляции. Чтобы предотвратить распространение звука по воздуховодам, вентиляционная система нередко дооснащается глушителями. Обычно это представлено в виде коробки или цилиндра, выполненного из тонкого металлического листа, внутренняя часть которого обкладывается звукопоглощающим материалом, например, стекловатой или минеральной ватой.
Популярные модели
После установленных глушителей воздух попадает в разветвленную сеть воздуховодов, которая состоит из собственно воздуховодов и фасонных деталей, таких как адаптеры, отводы и коллекторы. Основными параметрами, определяющими воздуховоды, являются площадь поперечного сечения, тип (гибкий, полугибкий, жесткий) и форма (круглая или прямоугольная).
Площадь поперечного сечения воздуховода определяется, основываясь на расчетной скорости воздухообмена и максимально допустимой скорстти движения воздуха (если скорость слишком высока, это может вызвать повышенный уровень шума).
Жесткие воздуховоды обычно изготавливаются из оцинкованной или нержавеющей стали, и их форма может быть как круглой, так и прямоугольной. При равной площади поперечного сечения круглый воздуховод создает меньшее сопротивление воздуху по сравнению с прямоугольным, что делает его более эффективным. Кроме того, он прочнее на одинаковой толщине стенок. В свою очередь, прямоугольные воздуховоды могут быть предпочтительны, когда необходимо интегрировать вентиляцию в общественных зданиях, сохраняя их эстетический вид, особенно в местах с ограниченной высотой.
Гибкие и полугибкие воздуховоды производятся из многослойной алюминиевой фольги с вплетенной спиральной конструкцией из стальной проволоки. Эти воздуховоды легки и могут быть собраны для транспортировки, хотя полугибкие варианты нельзя сжимать. Они менее эффективны в плане сопротивления воздуха, что ограничивает их использование, и зачастую применяются только на коротких отрезках.
Популярные модели
Воздух направляется в помещение через воздухораспределительные устройства, такие как решетки и диффузоры. Они могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными и изготавливаться из различных материалов, включая металл и пластик, которые могут иметь разнообразные цвета и размеры. Кроме декоративной функции, решетки и диффузоры равномерно распределяют воздух по помещению. В зависимости от их конструкции, они могут создавать различные схемы распределения воздуха, от компактных до плоских потоков. Кроме того, воздухораспределители могут оснащаться элементами управления, например, регуляторами расхода или направления.
Последним важным компонентом вентиляционной системы является автоматическая система управления. Самая простая система управления представлена в виде кнопки включения или выключения, однако современные системы часто включают более сложные механизмы автоматизации, которые включая нагрев при понижении температуры приточного воздуха, контроль за чистотой фильтров, управление заслонками и прочие функции.
Главные параметры вентиляционной системы
Основным функциональным элементом является вентилятор, который обычно реализуется в форме крыльчатки — колеса с лопастями, что позволяет обеспечить компактность устройства.
Эффективность функционирования системы напрямую зависит от правильности проведенных расчетов. Например, неправильно рассчитанная мощность двигателя, может привести к его преждевременному износу в случае заведомо низкой мощности; это же сказывается и на экономии при оценке избыточной мощности, что приводит к лишним расходам на потребляемую электроэнергию и обслуживание.
Расчеты КПД и динамического расхода воздуха осуществляются при помощи множества алгебраических формул. Рекомендуется передать все необходимое на расчет опытным профессионалам, которые смогут не только правильно произвести все замеры, но и получить необходимые разрешения со стороны пожарной службы.
При производстве расчетов также необходимо учитывать следующие ключевые данные:
- характеристики помещения: его назначение (жилое или нежилое), площадь, этажность, уровень влажности;
- количество человек, находящихся одновременно внутри помещения, и их действия;
- необходимый уровень воздухообмена по действующим нормам (например, в жилых помещениях он составляет 3 м³ на 1 м² жилой площади в час);
- размер и схема установки трубопровода.
Какие существуют нормативы для вентиляционных систем
Рекомендуемая кратность воздухообмена зависит от множества условий и затрагивается соответствующими строительными нормами, что необходимо учитывать при стадии планирования. Как правило, для жилых помещений, где расположены комнаты различного назначения, минимальные требования к воздухообмену составляют:
- рабочий кабинет – 60 м³/ч;
- общие залы или гостиные – 40 м³/ч;
- коридоры – 10 м³/ч;
- санузлы и душевые – 70 м³/ч;
- курительные комнаты – 100 м³/ч и выше.
При этом в жилых помещениях также предусмотрена норма воздухообмена на одного человека, которая должна составлять не менее 30 м³/ч. Если расчет основывается на жилой площади, правило составляет 3 м³ на 1 м².
Для нежилых помещений установлен средний уровень воздухообмена, который составляет 20 м³ на 1 м² площади. Для больших помещений рекомендуется применять многоуровневые системы вентиляции с парными вентиляторами.
Какие формулы используют в расчетах
Одним из важнейших параметров, который необходимо определить для каждой системы, является объем воздуха, который необходимо обменять в течение одного часа.
Для расчета в жилых помещениях используется формула V=2xSxH, где S — площадь жилого пространства, 2 — коэффициент массообмена воздуха за 1 час, а H — высота помещения.
Для рабочих мест расчет выполняется на основании количества сотрудников: V=Nx35, где N — это число людей, находящихся одновременно в помещении.
Для определения необходимой мощности вентиляционной установки используется формула P=ΔT * V * Cv/1000, где V — это объем воздуха, который подается, Cv — это теплоемкость воздуха, а ΔT — разница температур воздуха на входе и выходе трубопровода. Ожидаемое значение теплоемкости воздуха принято равняться 0,336 Вт·ч/м³·°C.
Еще одним важным параметром является площадь поперечного сечения воздуховода, которая измеряется в квадратных сантиметрах. Существует два основных типа поперечного сечения: квадратное и круглое. Подсчитав площадь поперечного сечения, можно установить ширину и высоту для прямоугольного воздуховода или диаметр круглого воздуховода.
Ssech = V * 2,8/w, где Ssech — площадь поперечного сечения, V — объем воздуха (м³/ч), w — скорость воздуха в канализационных трубах (м/с) (обычно от 2 до 3) и 2,8 — коэффициент корректировки размеров.
Для системы необходимо рассчитать количество диффузоров (входных и выходных) и их параметры, что делается исходя из площади поперечного сечения основной трубы, умноженной на 1,5 или 2. Формула для расчета количества диффузоров выглядит так: N=V/(2820 * W * D2), где V — это массив воздуха, подаваемый в час, W — скорость воздушного потока, а D — диаметр круглого диффузора.
Для расчета прямоугольных диффузоров используется модифицированная формула: N=π * V/(2820 * W * 4 * A * B), здесь π обозначает число pi, а A и B — это параметры сечения.
Полезная программа
Компания TURKOV разработала утилиту для расчета требуемых параметров и выбора соответствующего оборудования.
Несмотря на это, расчеты систем вентиляции следует доверять профессионалам — малейшая ошибка или упущение могут привести к необходимости повторения расчетов и доработок.
