В канальных системах естественной вытяжной вентиляции воздух перемещается в каналах и воздуховодах под действием естественного давления, возникающего вследствие разности давлений холодного наружного и теплого внутреннего воздуха.

Естественное давление (Dр_е) определяют по формуле:

Dр_е = h_i g (r_{н –} r_в),                                                     (1.5)

где h_i – высота воздушного столба, принимаемая от центра вытяжного отверстия до устья вытяжной шахты, м; r_н, r_в  – плотность соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м³.

Расчетное естественное давление для систем вентиляции жилых и общественных зданий согласно /36/ определяется для температуры наружного воздуха +5 °С. Считается, что при более высоких наружных температурах, когда естественное давление становится весьма незначительным, дополнительный воздухообмен можно получать, открывая более часто и на более продолжительное время форточки, фрамуги, а иногда створки оконных рам.

Анализируя выражение (1.5), можно сделать следующие практические выводы:

1) верхние этажи здания по сравнению с нижними находятся в менее благоприятных условиях, так как располагаемое давление здесь меньше;

2) естественное давление становится большим при низкой температуре наружного воздуха и заметно уменьшается в теплое время года;

3) охлаждение воздуха в воздуховодах (каналах) влечет за собой снижение действующего давления и может вызвать выпадение конденсата со всеми вытекающими последствиями.

Кроме того, из выражения (1.5) следует, что естественное давление не зависит от длины горизонтальных воздуховодов, тогда как для преодоления сопротивлений в коротких ветвях воздуховодов, безусловно, требуется меньше давления, чем в ветвях значительной протяженности. На основании технико-экономических расчетов и опыта эксплуатации вытяжных систем вентиляции радиус действия их (от оси вытяжной шахты до оси наиболее удаленного отверстия) допускается не более 8 м.

Для нормальной работы системы естественной вентиляции необходимо, чтобы выполнялось условие:

S(Rlb + Z)a = Dp_е,

где R – удельная потеря давления на трение, Па/м; l – длина воздуховодов (каналов), м; Rl – потеря давления на трение расчетной ветви, Па; b – поправочный коэффициент на шероховатость поверхности; Z – потеря давления на местные сопротивления, Па; a – коэффициент запаса, равный 1,1…1,15; Dр_е – располагаемое давление, Па.

Расчету воздуховодов (каналов) должна предшествовать следующая расчетно-графическая работа:

1) определение воздухообменов;

2) компоновка систем вентиляции;

3) графическое изображение на планах этажей и чердака элементов системы;

4) вычерчивание аксонометрических схем всех элементов системы;

5) аэродинамический расчет воздуховодов.

1. Воздухообмены для каждого помещения определяются по кратностям (согласно строительным нормам и правилам соответствующего здания) или по расчету. При этой работе заполняется бланк специальной формы (табл. 1.7).

Таблица 1.7

Воздухообмен помещений здания

Номер помещения	Назначение	Размер помещения, м			Объем помещения	Кратность воздухооб­мена		Воздухообмен, м3/ч				Размеры сечения каналов, мм		Число каналов
		Длина	Ширина	Высота		Приток	Вытяжка	Приток,	Номер установки	Вытяжка, м3/ч	Номер установки	Приток	Вытяжка	приточных	вытяжных
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16

2. В одну систему объединяют  только одноименные или близкие по назначению помещения. Системы вентиляции квартир, общежитий и гостиниц не совмещают с системами вентиляции детских садов и яслей, торговых и других учреждений, находящихся в том же здании. Санитарные узлы во всех случаях обслуживаются самостоятельными системами и при пяти унитазах и более оборудуются механическими побудителями.

В детских садах и яслях рекомендуется устраивать вытяжные системы естественной вентиляции, самостоятельные для каждой группы детей, объединяя помещения с учетом их назначения. В курительных комнатах, как правило, осуществляется механическая вентиляция. Вытяжку из комнат жилого дома с окнами, выходящими на одну сторону, рекомендуется объединять в одну систему.

3. На планах этажей и чердака графически изображают элементы системы вентиляции (каналы и воздуховоды, вытяжные отверстия и жалюзийные решетки, вытяжные шахты). Против вытяжных отверстий помещений указывается количество воздуха, удаляемого по каналу. Транзитные каналы, обслуживающие помещения нижних этажей, рекомендуется обозначать римскими цифрами (I, II, III и т.д.). Все системы вентиляции должны быть пронумерованы.

4. Вычерчивают аксонометрические схемы системы вытяжной вентиляции в линиях (рис. 1.6) или, что лучше, с изображением внешних очертаний всех элементов системы. На схемах у выносной черты ставится номер участка (можно в кружочке), над чертой указывается нагрузка участка (расход воздуха) в метрах кубических а час (м³/ч), а под чертой – длина участка в метрах.

5. Аэродинамический расчет воздуховодов (каналов) выполняют по таблице или номограммам (рис. 1.7), составленным для стальных воздуховодов круглого сечения при r_в = 1,205 кг/м³, t_в = 20 °С. В них взаимосвязаны величины L, R, v, h_v и d.

Таблица 1.8 Эквивалентные по трению диаметры для кирпичных каналов
Размер, в кирпичах	Площадь, м2	dЭ, мм
1/2 х 1/2	0,020	140
1/2 х 1	0,038	180
1 х 1	0,073	225
1 х l ½	0,110	320
1 х 2	0,140	375
2 х 2	0,280	545
Примечание. Для каналов квадратного сечения эквивалентный по трению диаметр (dэ) равен стороне квадратного канала (а).

При расчете воздуховодов прямоугольного сечения, необходимо предварительно определить соответствующее значение равновеликого (эквивалентного) диаметра, т, е. такого диаметра круглого воздуховода, при котором для той же скорости движения воздуха, как и в прямоугольном воздуховоде, удельные потери давления на трение были бы равны (табл. 1.8).

Диаметр эквивалентного воздуховода определяется по формуле:

d_э = 2 ab / (a + b),

где а, b – размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.

Если воздуховоды имеют шероховатую поверхность, то коэффициент трения для них, а, следовательно, и удельная потеря давления на трение будут соответственно больше, чем указано в номограмме для стальных воздуховодов. В расчете учитывается коэффициент шереховатости (β) по табл. 1.9.

Методика расчета воздуховодов (каналов) систем естественной вентиляции может быть представлена в следующем виде:

1) при заданных объемах воздуха, подлежащего перемещению по каждому участку каналов, принимают скорость его движения;

2) по объему воздуха и принятой скорости определяют предварительно площадь сечения каналов. Потери давления на трение и местные сопротивления для таких сечений каналов выявляют по таблицам или номограммам;

3) сравнивают полученные суммарные сопротивления с располагаемым давлением. Если эти величины совпадают, то предварительно полученные площади сечения каналов могут быть приняты как окончательные. Если же потери давления оказались меньше или больше располагаемого давления, то площадь сечения каналов следует увеличить или, наоборот, уменьшить, т.е. поступать так же, как при расчете трубопровода системы отопления.

При предварительном определении площадей сечения каналов систем естественной вентиляции, могут быть заданы следующие скорости движения воздуха:

ü в вертикальных каналах верхнего этажа V = 0,5…0,6 м/с;

ü из каждого нижерасположенного этажа на 0,1 м/с больше, чем из предыдущего, но не выше 1 м/с;

ü в сборных воздуховодах  V > 1 м/с;

ü в вытяжной шахте  V = 1…1,5 м/с.

Таблица 1.9

Коэффициенты шероховатости каналов (воздуховодов) из различных материалов

Скорость движения воздуха, м/с	Материал воздуховода
	Шлакогипс	Шлакобетон	Кирпич	Штукатурка по сетке
0,4	1,08	1,11	1,25	1,48
0,8	1,13	1,19	1,4	1,69
1,2	1,18	1,25	1,25	1,84
1,6	1,22	1,31′	1,58	1,95
2	1,25	1,35	1,65	2,04
2,4	1,28	1,38	1,70	2,11
3	1,32	1,43	1,77	2,2
4	1,37	1,49	1,86	2,32
5	1,41	1,54	1,93	2,41
6	1,44	1,58	1,98	2,48
7	1,47	1,61	2,03	2,54
8	1,49	1,64	2,06	2,58

Если рассчитывается вентиляционный блок с выходом каналов на крышу, то расчет начинается с нижнего этажа, с расчетной скоростью 1 м/с, а на последующих этажах снижение скорости осуществляется при недостаточности располагаемого естественного давления.

Если при расчете воздуховодов задана площадь сечения каналов и известен часовой расход воздуха, то скорость(V) определяется по формуле:

V = L / 3 600 f,                                                                   (1.6)

где L – расход вентиляционного воздуха по расчетному участку, м³/ч.; f – площадь сечения канала или воздуховода, м².

Потери давления на местные сопротивления равны:

Z = S x h_V,

где Sx – сумма коэффициентов местных сопротивлений; h_V  – динамическое давление, Па.

Динамическое давление (h_V) определяется по дополнительной шкале номограммы для расчета воздуховодов (приведена с правой стороны номограммы).

Местные сопротивления в системе вентиляции во многих случаях существенно зависят от соотношений размеров фасонных частей и других вентиляционных элементов, а в тройниках-крестовинах – от соотношений соединяемых или делимых потоков. Численно приближенные значения коэффициентов местного сопротивления приведены в /44/.