Як розрахувати природну вентиляцію житлового будинку

Завдання повітрообміну у кімнатах житлового будинку або квартири — вивести зайву вологу і шкідливі гази, замінивши їх свіжим повітрям. Для організації витяжки та припливу треба зробити розрахунок вентиляції приміщення – кожного окремо. Мета – визначити об’єм повітря, що видаляється і надходить зовні. Методики обчислень і норми повітряних витрат приймаються за Державними будівельними нормами (скорочено – ДБН) та стандартами (ДСТУ).

Санітарні вимоги нормативних документів

Мінімальна кількість повітря, що подається і видаляється з кімнат котеджу вентиляційною системою, регламентується 3 основними документами:

1. «Житлові будинки. Основні положення» — ДБН В.2.2-15-2005, п. 5.23.
2. «Опалення, вентиляція та кондиціонування» — ДБН В.2.5-67:2013, обов’язковий Додаток «Х».
3. «Розрахункові параметри мікроклімату приміщень» — ДСТУ Б EN 15251:2011, довідковий Додаток «В».

У документах викладені санітарно-гігієнічні вимоги до повітрообміну у житлових кімнатах будь-яких будинків — багатоквартирних чи приватних. На цих даних і має базуватися розрахунок вентиляції. Застосовується 2 розмірності — витрата повітряної маси за об’ємом в одиницю часу (м³/год) і кратність обміну.

Довідка. Кратність виражається цифрою, яка показує, скільки разів протягом 1 години повністю оновиться повітряне середовище конкретного приміщення.

Залежно від призначення кімнати припливно-витяжна вентиляція має забезпечувати наступні витрати або кількість оновлень повітряної суміші (згідно ДБН В.2.2-15-2005):

• вітальня, дитяча, спальня — 1 раз на годину;
• кухня — 90 м³/год;
• ванна — 25 м³/год;
• суміщений санвузол, вбиральня — 50 м³/год
• топкова з твердопаливним котлом — кратність 1 плюс додаткова кількість припливного повітря, що йде на горіння (зазначається у паспорті обладнання);
• котельня з теплогенератором на природному чи скрапленому газі — триразове оновлення плюс повітряна суміш для горіння;
• гардеробна, кімната для прасування — кратність 1.5;
• приміщення, де встановлена пральна машина — 0.5;
• бібліотека, робочий кабінет — 1 раз протягом години.

Примітка. Норми ДСТУ передбачають зниження навантаження на вентиляцію при відсутності людей. Але реалізувати ці вимоги у приватному будинку – задоволення недешеве. Добре, що нормативи мають рекомендаційний характер – їх виконання необов’язкове.

Коли йдеться про повітрообмін всередині житлових кімнат – вітальні, спальні – цифри вказують на обсяг припливу. У санвузлу та кухні розташовані витяжні канали, там цифри показують кількість викинутого назовні повітря. Це обумовлено схемою природної вентиляції оселі – свіжі потоки надходять до житлових приміщень, а відпрацьовані гази видаляються з найбільш забруднених кімнат.

У документах ДБН В.2.5-67:2013 і ДСТУ Б EN 15251:2011 норми припливу та витяжки викладені дещо інакше – кількість повітря вказується відносно до площі кімнат або числа людей. Ще й додані 3 категорії умов мікроклімату – допустимі, оптимальні та підвищені, одиниця виміру повітряних потоків – літр за секунду. Нормативи наведені у таблиці:

Примітка. Вимоги до кухонь, санвузлів та інших технічних приміщень лишаються фіксованими незалежно від площі або кількості людей.

Нормативні вимоги перелічених документів зовсім не суперечать один одному. Але користуватися табличкою з ДБН «Опалення і вентиляція» помітно складніше. Пропонуємо взяти за основу документ «Житлові будинки», потім результати розрахунків звірити з вимогами вказаного вище ДБН. Розберемо розрахунковий алгоритм на прикладі одноповерхового будинку 100 м², показаного на кресленні.

Визначення витрати повітря за кратністю

Розрахунок припливно-витяжної вентиляції виконується окремо для кожної кімнати квартири або заміського котеджу. Щоб з’ясувати витрату повітряних мас по будівлі в цілому, отримані результати складаються. Використовується досить проста формула:

Розшифровка позначень:

• L — обсяг припливного і витяжного повітря, м³/год;
• S — квадратура приміщення, де розраховується вентиляція, м²;
• h — висота стелі, м;
• n — число оновлень повітряного середовища кімнати протягом 1 години (кратність).

Приклад обчислення. Площа вітальні одноповерхової будівлі з висотою стелі 3 м становить 15.75 м². Згідно ДБН В.2.2-15-2005, кратність n для житлових приміщень дорівнює одиниці. Тоді годинна витрата повітряної суміші складе L = 15.75 х 3 х 1 = 47.25 м³/год.

Важливий момент. Визначення об’єму повітря, що видаляється з кухні, залежить від встановленого вентиляційного обладнання. Поширена схема виглядає так: одноразовий обмін середовища забезпечує система природної вентиляції, а додаткові 100 м³/год викидає побутова кухонна витяжка.

Аналогічні розрахунки робляться по всіх інших кімнатах, розробляється схема організації повітрообміну (природного або примусового) і визначаються розміри вентиляційних каналів (дивимося приклад нижче). Автоматизувати і прискорити процес обчислень допоможе розрахункова програма.

Онлайн-калькулятор на допомогу

Програма рахує потрібну кількість повітря по кратності, регламентованої ДБН. Виберіть тип приміщення і введіть його габарити.
[wpcc id=”5″]

Примітка. Для котелень з газовим теплогенератором калькулятор враховує тільки триразовий обмін. Кількість припливного повітря, що йде на спалювання газу, треба додати до результату.

З’ясовуємо повітрообмін за кількістю мешканців або площею

Використовуючи таблицю Додатку «Х» ДБН В.2.5-67:2013, робимо розрахунок вентиляції приміщення за простою формулою:

Розшифруємо позначення цієї формули:

• L — величина припливу (витяжки), м³/год, яку треба обчислити;
• m — об’єм повітряної чистої суміші на 1 людину, зазначений в таблиці Додатка «Х», л/сек;
• n — кількість людей, які постійно перебувають у кімнаті більше 2 годин на добу;
• 3.6 — коефіцієнт перерахунку літрів за секунду у стандартні одиниці виміру — м³/год.

Приклад 2. Резонно припустити, що в нашій вітальні одноповерхового будинку постійно перебуває два члена сім’ї. Беремо цифру для оптимальних умов 7 л/с повітря на 1 особу (стовпчик №4 таблиці) і визначаємо кількість припливу: L = 7 х 3.6 х 2 = 50.4 м³/год. Зверніть увагу: отримана цифра більше результату попереднього обчислення (за кратністю) 47.25 м³/год.

Якщо ж порахувати вентиляцію вітальні залежно від площі, прийнявши значення для оптимальних умов мікроклімату 1 л/с на метр квадратний (стовпчик №5 таблиці), отримаємо L = 15.75 х 3.6 х 1 = 56.7 м³/год. Значить, у подальші розрахунки слід включити найбільше значення — 56.7 м³/год.

Примітка. По даним у стовпчиках 1 і 2 можна приблизно визначити обсяг повітрообміну одразу на всю будівлю – за площею або кратністю.

Приклад розрахунку і облаштування вентиляції

Для обчислень візьмемо планування приватного будинку внутрішньою площею 91.5 м² з перекриттями висотою 3 м, представленого вище на кресленні. Як розрахувати кількість витяжки/припливу на будівлю в цілому:

1. Об’єм повітря для вітальні ми вже порахували — 56.7 м³/год. Оскільки площа спальні ідентична, то й повітрообмін складе ті самі 56.7 м³/год.
2. За нормами ДБН В.2.2-15-2005 кількість повітряної суміші для дитячої кімнати складе 21 х 3 х 1 = 63 м³/год. Якщо в сім’ї 2 дитини, то за вимогами ДСТУ повітрообмін дорівнюватиме 7 х 3.6 х 2 = 50.4 м³/год, по площі — 21 х 3.6 х 1 = 75.6 м³/год. Приймаємо останню цифру, бо вона найбільша.
3. По кухні рахуємо інакше. Беремо нормативне значення 90 м³/год, додаємо 100 м³/год від кухонної витяжки, отримуємо 190 м³/год. Якщо взяти цифру з таблиці 20 л/с (стовпчик №6), значення вийде меншим – 72 + 100 = 172 м³/год.
4. Санвузол — 50 м³/год.
5. Разом 56.7 + 56.7 + 75.6 + 190 + 50 = 429 м³/год.

Доповнення. Вентиляція у коридорі не нормується, бо здійснюється за рахунок перетоку повітря з житлових кімнат до кухні і вбиральні.

Далі треба правильно розподілити повітряні потоки всередині будинку. У приватних котеджах прийнято влаштовувати системи природної вентиляції — це значно дешевше і простіше монтажу вентиляторів з повітроводами. В схемі присутній лише один елемент примусового викиду шкідливих газів — кухонна витяжка.

Як правильно організувати природний рух потоків:

1. Приплив до житлових приміщень забезпечимо через автоматичні клапани, вмонтовані у віконний профіль або прямо в зовнішню стіну. Адже стандартні металопластикові вікна повністю герметичні.
2. У перегородці між кухнею та санвузлом влаштуємо блок на 3 вертикальні шахти, що піднімаються над покрівлею.
3. Під міжкімнатними дверима передбачимо зазори шириною 0.5…1 см для проходу повітря.

   

4. Встановимо кухонну витяжку і приєднаємо до окремого вертикального каналу. Вона візьме на себе частину навантаження — відведе 100 кубів відпрацьованих газів за 1 годину під час приготування їжі. Залишиться видалити 429 — 100 = 329 м³/год.
5. Дві шахти виведемо гратами до санвузла і кухні. Розміри труб та висоту розрахуємо в останньому розділі публікації.
6. За рахунок природної тяги, що виникне у двох каналах, повітря йтиме з дитячої, спальні і зали до коридору, а далі — до витяжних вентиляційних граток.

Зверніть увагу: свіжі потоки, зображені на плануванні, рухаються з кімнат з чистим повітряним середовищем до більш забруднених зон. Потім суміш газів викидається назовні через вертикальні канали.

Детальніше про організацію природної вентиляції дивіться на відео:

Обчислюємо діаметри вентиляційних каналів

Подальші розрахунки дещо складніше, тому кожен етап ми супроводимо прикладами обчислень. Результатом стане діаметр і висота вентиляційних шахт нашої одноповерхової будівлі.

Весь обсяг витяжного повітря ми розподілили на 3 канали: 100 м. куб. примусово видаляє витяжка на кухні під час роботи плити, залишок 329 кубометрів за рахунок природної тяги йде по двом однаковим каналам. Витрата через 1 повітропровід складе 329/2 = 164,5 м³/год. Площа перетину труби визначається за формулою:

• F — площа перерізу вентканалу, м²;
• L — витрата повітряної суміші через шахту, м³/год;
• ʋ — швидкість руху потоку, м/с.

Довідка. Швидкість повітря в каналах природної вентиляції приймається в межах 0.5—1.5 м/с. Беремо середній показник — 1 м/с.

Як розрахувати перетин і діаметр однієї труби в прикладі:

1. Знаходимо площу перетину у квадратних метрах F = 164,5 / 3600 х 1 = 0.046 м².
2. Зі шкільної формули обчислення площі кола визначаємо діаметр каналу D = 0.24 м. Вибираємо найближчий більший повітропровід зі стандартного ряду — Ø250 мм.
3. Якщо мова йде про закладену всередину стіни цегляну шахту, то під знайдений перетин підійде розмір вентканалу 140 х 270 мм, F = 0.038 м. кв. Це трохи менше, ніж потрібно, витрату повітря доведеться забезпечити за рахунок збільшення швидкості.

Діаметр третьої труби під побутову витяжку рахуємо аналогічним чином, тільки швидкість потоку, що нагнітається вентилятором, приймаємо 3 м/с. Тоді F = 100/3600 х 3 = 0.009 м² або Ø110 мм.

Підбираємо висоту труб

Наступний крок — визначення сили тяги, яка виникає у трубах витяжного блоку при заданому перепаді висот. Параметр зветься наявним гравітаційним тиском і виражається у паскалях (Па). Розрахункова формула:

• p — гравітаційний тиск у каналі, Па;
• Н — перепад висот між виходом вентиляційної решітки та зрізом вентканала над дахом, м;
• ρвозд — щільність видаленого повітря, приймаємо 1.2 кг/м³ при домашній температурі +20 °С.

Методика розрахунку заснована на підборі необхідної висоти. Спочатку з’ясуйте, на скільки метрів ви можете підняти труби над покрівлею, потім підставте це значення у формулу.

Приклад. Беремо перепад висот 4 м і отримуємо напір тяги p = 9.81 х 4 (1.27 — 1.2) = 2.75 Па.

Тепер настає складний етап — аеродинамічний розрахунок відвідних каналів. Завдання — з’ясувати опір повітропроводу потоку газів та порявняти результат з отриманим напором 2.75 Па. Якщо втрата тиску виявиться більше, трубу доведеться піднімати або збільшувати прохідний діаметр.

Аеродинамічний опір повітропроводу обчислюється за формулою:

• Δp — загальні втрати тиску в шахті;
• R — питомий опір тертю повітряного потоку об стінки шахти, Па/м;
• Н — висота каналу, м;
• Σξ — сума коефіцієнтів місцевих опорів;
• Pv — тиск динамічний, Па.

Покажемо на прикладі, як рахувати величину опору:

1. Знаходимо значення динамічного тиску за формулою Pv = 1.2 х 1² / 2 = 0.6 Па.
2. Опір від тертя R знаходимо по таблиці, орієнтуючись на показники динамічного напору 0.6 Па, швидкості потоку 1 м/с та діаметра повітропроводу 250 мм. R = 0.068 Па/м (позначено зеленим колом у табличці).
3. Місцеві опори витяжної шахти — це жалюзійні ґрати, поворот догори на 90° і зонт на кінці труби. Коефіцієнти ξ цих елементів — 1.2, 0.4 та 1.3 відповідно (довідкові значення). Сума ξ = 1.2 + 0.4 + 1.3 = 2.9.
4. Остаточне обчислення: Δp = 0.068 Па/м х 4 м + 2.9 х 0.6 Па = 2.05 Па.

Далі порівнюємо природну тягу, що утворюється в повітропроводі, і розрахований опір. Оскільки напір p = 2.75 Па більший, аніж втрата тиску Δp = 2.05 Па, шахта 4 метри занадто висока, будувати таку немає сенсу.

Тепер вкорочуємо вентканал до 3 м, знову зробимо перерахунок:

1. Наявний тиск p = 9.81 х 3 (1.27 — 1.2) = 2.06 Па.
2. Питомий опір R та місцеві коефіцієнти ξ залишаються незмінними.
3. Δp = 0.078 Па/м х 3 м + 2.9 х 0.6 Па = 1.97 Па.

Напір природної тяги 2.06 Па перевищує опір системи Δp = 1.97 Па, значить, шахта триметрової висоти працюватиме на природну витяжку і забезпечить необхідну витрату газівої суміші, яка видаляється назовні.

Важливе зауваження. Різниця між силою тяги і опором повітропровода склала всього 2.06 — 1.97 = 0.09 Па. Щоб витяжка добре працювала за будь-якої погоди, висоту труби в нашому прикладі краще узяти з запасом – 3.5 м.

Канал вентиляції Ø225 мм можна розділити на 2 менших труби, але не за діаметром, а за площею перетину. Отримуємо 2 круглих вентканали Ø150–160 мм, як зроблено на фото. Висота обох шахт має залишатися незмінною — 3.5 м.

Як спростити завдання — поради

Розрахунки вентиляції і організація повітрообміну в приміщенні —досить складні питання. Ми постаралися роз’яснити методику в максимально доступній формі, але обчислення все одно виглядають громіздкими для рядового користувача. Дамо кілька рекомендацій щодо спрощення задачі:

1. Перші 3 етапи доведеться пройти у будь-якому випадку — з’ясувати обсяг витяжного та припливного повітря, розробити схему руху потоків і порахувати діаметри повітропроводів.
2. Швидкість потоку приймайте не більше 1 м/с і по ній визначайте перетин каналів. Науку аеродинаміку освоювати необов’язково — правильно розрахуйте діаметри і просто виведіть повітропроводи на висоту 3—3.5 метри над забірними гратами.
3. Всередині будівлі намагайтеся використовувати пластикові труби — завдяки гладким стінкам вони практично не чинять опору руху газів.
4. Вентканали, прокладені по холодному горищі, обов’язково потрібно утеплити.
5. Виходи шахт не перекривайте вентиляторами, як це прийнято робити в туалетах квартир. Крильчатка не дасть нормально функціонувати природній витяжці.

Для організації припливу до приміщень встановіть регульовані стінові клапани, закрийте усі щілини, звідки холодне повітря може безконтрольно потрапляти в будинок.