Расчёт расхода наружного воздуха — фундаментальный этап проектирования вентиляции. Недостаточный расход — ухудшение качества воздуха, повышение CO₂, проблемы со здоровьем. Избыточный — перерасход энергии на нагрев и охлаждение. Правильный расчёт обеспечивает баланс здоровья и энергоэффективности.
Нормативные методы
В мире существует несколько методов расчёта наружного воздуха:
- ASHRAE 62.1 (Ventilation Rate Procedure) — международный стандарт, принят в США, Канаде, многих странах.
- EN 16798-1 — европейский стандарт.
- СП 60.13330.2020 — российский стандарт, гармонизированный с EN.
Метод ASHRAE 62.1
ASHRAE 62.1 использует двухкомпонентную формулу:
Vpz = Rp × Pz + Ra × Az
- Vpz — расход наружного воздуха на зону, л/с
- Rp — норма на человека, л/(с·чел)
- Pz — количество людей в зоне
- Ra — норма на единицу площади, л/(с·м²)
- Az — площадь зоны, м²
Нормы для типовых помещений (ASHRAE 62.1, Table 6.2.2.1):
| Помещение | Rp, л/(с·чел) | Ra, л/(с·м²) | Эквивалент, м³/(ч·чел) при типовой плотности |
|---|---|---|---|
| Офис (office space) | 2.5 | 0.3 | 36 |
| Классная комната (9-12) | 5.0 | 0.6 | 36 |
| Конференц-зал | 2.5 | 0.3 | 36 |
| Ресторан (столовая) | 3.8 | 0.9 | 36 |
| Торговый центр | 3.8 | 0.6 | 36 |
| Больничная палата | 2.5 | 0.3 | 36 |
| Операционная | 5.0 | 0.3 | 36 |
| Производство лёгкое | 5.0 | 0.3 | 36 |
| Производство тяжёлое | 10.0 | 0.6 | 36 |
Пример расчёта по ASHRAE 62.1
Офис 100 м², 10 человек:
- Rp = 2.5 л/(с·чел), Ra = 0.3 л/(с·м²)
- Vpz = 2.5×10 + 0.3×100 = 25 + 30 = 55 л/с = 198 м³/ч
- При 100% свежего воздуха — приток 198 м³/ч.
- При рециркуляции с эффективностью ε=0.8 — наружный воздух = 198/0.8 = 248 м³/ч.
Метод СП 60.13330.2020
Российский СП 60 использует три метода расчёта:
Метод А: По People-pace
L = n × Ln, где n — количество людей, Ln — норма на человека, м³/(ч·чел).
Нормы по СП 60 (приложение М):
| Помещение | Ln, м³/(ч·чел) |
|---|---|
| Офис (рабочая зона) | 30–40 |
| Кабинет врача | 40–60 |
| Больничная палата | 60–80 |
| Спортивный зал | 80 |
| Ресторан | 30 |
| Кинотеатр | 20 |
| Производство (лёгкий труд) | 30 |
| Производство (тяжёлый труд) | 60 |
Метод Б: По кратности
L = n × V, где n — кратность воздухообмена, 1/ч; V — объём помещения, м³.
Нормы кратности по СП 60 (для жилых и общественных):
| Помещение | Приток, 1/ч | Вытяжка, 1/ч |
|---|---|---|
| Жилая комната | 3 м³/(ч·м²) (не менее) | — |
| Кухня (с газовой плитой) | — | 60–90 (по плите) |
| Санузел | — | 25 |
| Гараж | — | 2 (не менее 30) |
Метод В: Комбинированный
Принимается большее из двух расчётов (по людям или по кратности).
Сравнение методов
Для офиса 100 м², 10 человек:
- ASHRAE 62.1: 55 л/с = 198 м³/ч
- СП 60 (по людям): 10 × 40 = 400 м³/ч
- СП 60 (по площади): 3 м³/(ч·м²) × 100 = 300 м³/ч
- СП 60 (комбинированный): max(400, 300) = 400 м³/ч
Разница — в 2 раза. Российский норматив более консервативный, особенно для помещений с малой плотностью людей (большой офис, мало сотрудников). Причина — СП 60 использует удельный расход на м², который не зависит от количества людей, а ASHRAE — норму на человека плюс минимальный расход на площадь.
Учёт рециркуляции
В системах с рециркуляцией наружный воздух — часть общего притока. Расчёт наружного воздуха:
Vot = (Vpz / Ez) / ηv
- Vot — расход наружного воздуха на систему, л/с
- Vpz — суммарный расчётный расход по зонам
- Ez — эффективность воздухораспределения в зоне (0.8–1.0 для смешанной вентиляции, 1.0 для displacement)
- ηv — эффективность вентиляции системы (0.6–0.8 для систем с рециркуляцией, 1.0 для прямоточных)
При Ez=0.8 и ηv=0.8: Vot = 198 / 0.8 / 0.8 = 309 л/с = 1 113 м³/ч. Рециркуляция увеличивает требуемый расход наружного воздуха в 1/ηv = 1.25 раза.
CO₂ как индикатор достаточности вентиляции
Углекислый газ (CO₂) — индикатор качества вентиляции. Нормы:
- Наружный воздух: 400 ppm
- Комфортный уровень: 600–800 ppm (хорошее качество воздуха)
- Допустимый: 1 000 ppm (приемлемое качество)
- Неблагоприятный: >1 000 ppm (ухудшение самочувствия, снижение концентрации)
- Опасный: >5 000 ppm (головные боли, тошнота)
Расчёт по CO₂: L_CO2 = G_CO2 / (C_внутри − C_снаруж), где G_CO2 — выделение CO₂ одним человеком (≈20 л/ч при лёгкой работе), C_внутри — допустимая концентрация (1 000 ppm = 1 800 мг/м³), C_снаруж — наружная (400 ppm = 720 мг/м³). L_CO2 = 20 / (1 800−720) × 1 000 = 18.5 м³/ч на человека. Но это только по CO₂, без учёта других загрязнителей (ЛОС, запахи), поэтому нормы выше.
Вентиляция по требованию (DCV — Demand Controlled Ventilation)
DCV — система, регулирующая расход наружного воздуха по фактическому присутствию людей (по CO₂, по датчикам присутствия, по счетчику людей). При отсутствии людей — минимальный расход (10–20% от расчётного). При полном присутствии — 100%. Экономия энергии — 20–40% по сравнению с постоянным расходом.
DCV требует:
- Датчики CO₂ в каждой зоне (или representative).
- VAV-система с регулируемыми клапанами наружного воздуха.
- Частотно-регулируемый приточный вентилятор.
- Контроллер, рассчитывающий расход по измеренному CO₂.
Заключение
Расчёт расхода наружного воздуха — баланс между здоровьем и энергоэффективностью. Метод ASHRAE 62.1 и СП 60 дают разные результаты — выбор зависит от страны и типа объекта. CO₂ — полезный индикатор для контроля эффективности вентиляции. Вентиляция по требованию (DCV) — современное решение, оптимизирующее расход наружного воздуха по фактической нагрузке и экономящее 20–40% энергии. Правильный расчёт и применение DCV обеспечивают здоровый воздух при минимальных эксплуатационных затратах.