Как рассчитать кратность воздухообмена: формулы, порядок и примеры

Кратность воздухообмена показывает, сколько объёмов помещения проходит через него за один час. Этот показатель используют при проектировании, наладке и проверке вентиляции: он помогает связать размеры комнаты или производственной зоны с требуемым расходом воздуха.

Сам расчёт выполняется по простой формуле, но достоверный результат зависит от исходных данных. Нельзя выбрать кратность «по похожему объекту», умножить её на площадь и сразу подобрать вентилятор. Нужно определить фактический объём помещения, найти применимые нормы, учесть людей и источники загрязнений, а затем проверить баланс притока и вытяжки.

Ниже разберём, как рассчитать кратность воздухообмена, определить требуемую производительность вентиляции, проверить полученное значение и избежать типичных ошибок.

До начала вычислений необходимо определить назначение помещения и расчётный режим его эксплуатации. Для спальни важны число жильцов и ночная загрузка, для переговорной — максимальное количество посетителей, для кухни — удаление влаги и запахов, для цеха — технологические выделения и работа оборудования.

Минимальный набор исходных данных включает:

• — площадь пола и фактическую высоту помещения;
• — назначение помещения и продолжительность его использования;
• — количество постоянно и временно находящихся людей;
• — имеющийся или проектный приточный и вытяжной расход;
• — источники тепла, влаги, газов, паров, пыли и запахов;
• — наличие местных отсосов и технологической вентиляции;
• — схему перетока воздуха между соседними зонами;
• — требования действующих строительных, санитарных и отраслевых документов.

Для прямоугольной комнаты внутренний объём находят по формуле:

V = S × H

где V — объём, м³; S — площадь пола, м²; H — высота от пола до потолка, м.

Если помещение имеет наклонный потолок, антресоль, световой фонарь или другую сложную геометрию, его разбивают на простые фигуры и складывают их объёмы. Мебель и небольшое оборудование обычно не вычитают. Крупные технологические объёмы учитывают по заданию на проектирование, если они существенно меняют вентилируемое пространство.

Расход L может быть известен из проекта, паспорта системы или результатов измерений. Однако паспортная производительность вентилятора не равна фактическому расходу в сети: фильтры, клапаны, повороты, длина воздуховодов и другие сопротивления уменьшают подачу. Для проверки действующей системы используют измеренный расход на приточных и вытяжных устройствах.

Универсальной кратности, подходящей для любого здания, не существует. Норматив выбирают по назначению объекта и конкретного помещения. Одни требования задают расход в м³/ч, другие — подачу наружного воздуха на человека или единицу площади, третьи — минимальную кратность притока и вытяжки.

При проектировании в России применяют актуальные редакции профильных документов, в том числе:

• СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» — общие правила проектирования систем вентиляции;
• СП 54.13330.2022 «Здания жилые многоквартирные» — требования для многоквартирных жилых зданий;
• СП 118.13330.2022 «Общественные здания и сооружения» — требования для общественных объектов;
• ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» — показатели микроклимата и качества воздуха в обслуживаемой зоне.

Для производств, медицинских организаций, лабораторий, предприятий общественного питания, бассейнов, стоянок и других специальных объектов дополнительно используют профильные санитарные, строительные, пожарные и технологические нормы. Перед расчётом нужно проверить область применения документа и учесть все опубликованные изменения. Цифры из старого проекта или случайной таблицы в интернете не заменяют действующую нормативную базу.

Если для помещения применимы несколько способов определения расхода, результаты сопоставляют. За основу принимают величину, которая обеспечивает наиболее жёсткое из относящихся к объекту требований, а затем проверяют воздушный баланс.

Расчёт кратности по известному расходу

Если известны часовой расход и объём помещения, кратность находят по формуле:

n = L / V

где n — кратность воздухообмена, ч⁻¹; L — приточный или вытяжной расход, м³/ч; V — объём помещения, м³.

Приточную и вытяжную кратность рассчитывают раздельно. Если в помещение поступает 500 м³/ч, а удаляется 650 м³/ч, нельзя усреднить эти значения и считать систему сбалансированной. Разница должна быть компенсирована организованным перетоком или отдельной подачей воздуха.

Расчёт требуемого расхода по заданной кратности

Если норматив или проектное задание задаёт кратность, формулу преобразуют:

L = n × V

Полученный расход используют как исходную величину для дальнейшего расчёта системы. Он ещё не определяет конкретную модель вентилятора: оборудование должно обеспечить требуемую подачу при сопротивлении реальной сети.

1. Определите расчётную зону. Отдельные комнаты, кабинеты, цеховые участки и помещения с разным назначением рассчитывают раздельно.
2. Зафиксируйте режим работы. Укажите число людей, длительность пребывания, график оборудования и наиболее неблагоприятную штатную нагрузку.
3. Найдите внутренний объём. Для обычного помещения умножьте площадь на высоту; сложную форму разделите на геометрические части.
4. Выберите применимые нормы. Проверьте требования по кратности, людям, площади, выделениям и местным отсосам.
5. Рассчитайте расход каждым применимым методом. Не подменяйте расчёт по людям произвольной кратностью, а расчёт загрязнений — нормой для обычного офиса.
6. Определите расчётный расход. Сопоставьте результаты и примите обоснованное значение, обеспечивающее все относящиеся к помещению требования.
7. Составьте баланс. Распределите приток, вытяжку и переток между помещениями, затем проверьте направление движения воздуха.
8. Подберите оборудование. Учтите сопротивление сети, допустимый шум, скорость воздуха, фильтрацию, нагрев или охлаждение и регулирование производительности.
9. Проверьте систему после монтажа. Измерьте фактический расход, пересчитайте кратность и выполните балансировку.

Пример 1. Кратность по известной производительности

Площадь офиса составляет 60 м², высота — 3 м. Измеренный приточный расход равен 540 м³/ч.

Сначала определяем объём:

V = 60 × 3 = 180 м³.

Затем рассчитываем кратность:

n = 540 / 180 = 3 ч⁻¹.

Следовательно, за час система подаёт объём воздуха, втрое превышающий внутренний объём офиса. Достаточность такого расхода нужно дополнительно проверить по числу сотрудников и требованиям, применимым к данному типу помещения.

Пример 2. Производительность по заданной кратности

Площадь складского помещения — 150 м², высота — 6 м. Допустим, применимый норматив или задание на проектирование устанавливает двухкратный обмен.

Объём склада:

V = 150 × 6 = 900 м³.

Требуемый расход:

L = 2 × 900 = 1800 м³/ч.

Значение 1800 м³/ч является исходным расходом по методу кратности. Если на складе находятся люди, работает техника, заряжаются аккумуляторы или хранятся вещества с особыми требованиями, необходимо выполнить дополнительные расчёты и принять определяющий результат.

Пример 3. Сравнение двух методов

Переговорная имеет площадь 40 м² и высоту 3 м, поэтому её объём равен 120 м³. При принятой для предварительной оценки кратности 2 ч⁻¹ расход составит:

L_крат = 2 × 120 = 240 м³/ч.

В комнате одновременно находятся 8 человек. Если применимое к объекту требование предусматривает 40 м³/ч наружного воздуха на человека, расчёт по людям даст:

L_люди = 8 × 40 = 320 м³/ч.

Определяющим становится расход 320 м³/ч. Соответствующая ему кратность равна:

n = 320 / 120 = 2,67 ч⁻¹.

Пример показывает, почему метод кратности нельзя применять изолированно: фактическая загрузка помещения может потребовать большей подачи воздуха.

Расчёт по кратности удобен для предварительной оценки и для случаев, когда норматив прямо задаёт число обменов в час. Но этот метод не описывает причину загрязнения воздуха. Два одинаковых по объёму помещения могут требовать разную производительность из-за разного числа людей, оборудования и технологических процессов.

Расчёт по количеству людей

Если основную нагрузку создают люди, расход наружного воздуха определяют по формуле:

L = N × q

где N — расчётное количество людей; q — нормативный расход наружного воздуха на одного человека, м³/ч. Значение q берут из документа, применимого к назначению здания, продолжительности пребывания и наличию естественного проветривания.

Расчёт по вредным веществам

Для помещений с выделением газов, паров, аэрозолей или пыли расход определяют по количеству загрязняющего вещества и допустимой концентрации:

L = G / (C_доп − C_пр)

где G — масса вещества, поступающего в воздух за час; C_доп — допустимая концентрация в рабочей или обслуживаемой зоне; C_пр — концентрация в приточном воздухе. Все величины должны быть приведены к согласованным единицам измерения.

На производственных объектах также выполняют расчёты по избыткам явного и полного тепла, влаги и другим выделениям. Для источников с высокой локальной концентрацией предусматривают местные отсосы: попытка компенсировать их только увеличением общеобменной вентиляции часто неэффективна и приводит к лишнему расходу энергии.

Если применимы несколько методов, нельзя автоматически складывать все полученные расходы. Сначала определяют, какие нагрузки действуют одновременно, затем составляют воздушный баланс и принимают расчётный режим. Эту часть проектирования должен выполнять специалист.

Даже правильно рассчитанный общий расход не гарантирует нормальной работы вентиляции. Воздух должен поступать в нужные зоны, проходить по предусмотренному маршруту и удаляться там, где образуются влага, запахи или загрязнения.

В жилых и многих общественных зданиях приток обычно организуют в более чистые помещения, а вытяжку — из кухонь, санузлов и других загрязнённых зон. Между ними предусматривают дверные зазоры или переточные решётки. Если путь перекрыт герметичной дверью, расчётный расход на установке не обеспечит нужного воздухообмена в каждой комнате.

Для нейтрального баланса суммарные приток и вытяжка должны быть согласованы. Намеренный дисбаланс допускается, когда он нужен технологически: например, разрежение помогает не выпускать загрязнения из опасной зоны, а подпор защищает чистое помещение от поступления воздуха из соседних пространств. Такой режим задают проектом, а разницу расходов компенсируют организованным перетоком.

Фактическую кратность рассчитывают по измеренному расходу. Для механической вентиляции расход определяют на решётках, диффузорах или в воздуховодах. Затем суммируют потоки, относящиеся к выбранному помещению, и делят результат на его объём.

При измерении анемометром расход в простейшем виде находят по формуле:

L = v × F × 3600

где v — средняя скорость воздушного потока, м/с; F — площадь измеряемого сечения, м²; 3600 — перевод секунд в часы. Для решётки необходимо учитывать её живое сечение и требования методики измерения. При малых скоростях и на воздухораспределителях удобнее применять балометр, который непосредственно показывает объёмный расход.

После определения расхода используют основную формулу n_факт = L_изм / V. Приточную и вытяжную ветви проверяют отдельно. Полный воздухообмен помещения при естественной вентиляции, инфильтрации и сложных перетоках может потребовать метода индикаторного газа и профессиональных испытаний.

Измерения проводят при зафиксированном режиме системы: с известным положением окон, дверей и клапанов, чистыми фильтрами и заданной скоростью вентиляторов. Иначе результаты разных проверок будут несопоставимы.

Кратность помогает определить расход, но вентилятор выбирают не только по м³/ч. Он должен обеспечить требуемую подачу в рабочей точке, то есть при суммарном сопротивлении воздуховодов, фильтров, клапанов, теплообменников, шумоглушителей, решёток и других элементов.

После расчёта воздухообмена определяют:

• — расход и внешнее статическое давление вентиляционной установки;
• — сечения воздуховодов и допустимую скорость в них;
• — количество и тип решёток, диффузоров или анемостатов;
• — мощность нагрева и охлаждения приточного воздуха;
• — ступень фильтрации и допустимое загрязнение фильтров;
• — необходимость шумоглушения и виброизоляции;
• — диапазон регулирования при переменной загрузке;
• — доступ для обслуживания и контрольных измерений.

Произвольный большой запас не делает систему надёжнее. Завышенная установка стоит дороже, потребляет больше энергии, создаёт шум и требует дросселирования. Недостаточный запас не позволяет компенсировать рост сопротивления загрязнённых фильтров. Резерв назначают один раз и обосновывают условиями работы оборудования, а не прибавляют одинаковый процент на каждом этапе расчёта.

• — Расчёт по площади вместо объёма. При одинаковой площади помещения с потолками 2,7 и 5 м требуют разного расхода по методу кратности.
• — Выбор нормы без проверки области применения. Значение для квартиры нельзя автоматически переносить на офис, ресторан, лабораторию или цех.
• — Использование устаревшего документа. Перед расчётом необходимо проверить действующую редакцию СП, ГОСТ и профильных требований.
• — Игнорирование людей и выделений. Кратность может дать меньший расход, чем расчёт по фактической нагрузке.
• — Смешение притока и вытяжки. Эти расходы рассчитывают и проверяют отдельно, после чего составляют баланс.
• — Отсутствие перетока. Воздух не попадёт от приточной решётки к вытяжной, если его путь перекрыт.
• — Подмена фактического расхода паспортным. Производительность вентилятора в свободном потоке не учитывает сопротивление сети.
• — Подбор оборудования только по расходу. Без расчёта давления система может не выйти на проектную производительность.
• — Многократное добавление запаса. Это необоснованно увеличивает размеры, стоимость и энергопотребление системы.
• — Отказ от измерений после монтажа. Без пусконаладки и балансировки невозможно подтвердить проектную кратность.

Чтобы рассчитать кратность воздухообмена, нужно разделить часовой расход воздуха на внутренний объём помещения: n = L / V. Если кратность задана нормативом, требуемую производительность находят по обратной формуле: L = n × V.

Эти вычисления являются только частью проектирования. Итоговый расход проверяют по количеству людей, площади, теплу, влаге, вредным веществам и технологическим требованиям, после чего составляют баланс притока и вытяжки. Оборудование выбирают по расходу и сопротивлению сети, а проектные значения подтверждают измерениями после монтажа. Такой подход позволяет получить не формальную цифру, а работоспособную, безопасную и энергоэффективную систему вентиляции.