Расчёт вентиляции производственного цеха: пошаговая методика на реальном примере

Чистый воздух — это не только охрана труда. Правильный расчёт вентиляции позволяет удерживать температуру, влажность и уровень примесей в допустимых пределах и одновременно снижать энергозатраты. Ниже — подробный алгоритм, которым инженер-проектировщик пользуется каждый день. Мы оформили его в формате «бери и применяй».

Шаг 0. Сначала нормативы

СП 60.13330.2020 - базовые формулы воздухообмена

СанПиН 1.2.3685-21 - предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ

ГОСТ 12.1.005-88 - допустимые тепловые нагрузки на рабочие места

💡 Совет: сверьтесь с отраслевыми регламентами (фарма, пищевка, литейка) — там требования ещё жёстче.

Шаг 1. Сбор исходных данных

1. Площадь и объём зоны: наш пример — цех металлообработки 800 м², высота 6 м (объём 4 800 м³).
2. Тепловыделения оборудования: 20 станков × 6 кВт = 120 кВт активной теплоты.
3. Постоянное присутствие людей: 30 операторов, выделение CO₂ ≈ 0,006 м³/ч · чел.
4. Технологические выбросы: аэрозоль СО ≤ 15 мг/м³, па́ры СОЖ.
5. Климатическая зона: Москва, t_н (зима) = -26 °C, t_л (лето) = +25 °C, относит. влажность 60 %.

Шаг 2. Теплотехнический расчёт воздухообмена

Формула:

LQ=Qρ cp ΔTL_Q = \frac{Q}{\rho \, c_p \, \Delta T}LQ​=ρcp​ΔTQ​

где

Q — избыток теплоты (Вт),

\rho — плотность воздуха (1,2 кг/м³),

c_p — теплоёмкость (1 000 Дж/кг·К),

ΔT — допускаемая дельта (в цеху держим +24 °C, значит зимой ΔT = 24 – (-26) = 50 К).

LQ=1200001,2×1000×50≈2,0м3/с=7200м3/чL_Q = \frac{120 000}{1{,}2 × 1 000 × 50} \approx 2{,}0 м³/с = 7 200 м³/чLQ​=1,2×1000×50120000​≈2,0м3/с=7200м3/ч

Шаг 3. Расчёт по загрязнению воздуха

Для сварочного аэрозоля берём санитарную норму:

LC=GCПДК−CвнL_C = \frac{G}{C_{ПДК} - C_{вн}}LC​=CПДК​−Cвн​G​

G — массовый расход примеси (г/ч), C_ПДК — предельно допустимая концентрация.

По техкарте G = 450 г/ч, C_ПДК = 6 мг/м³, C_вн ≈ 0 (прочистка).

LC=4506=75м3/чL_C = \frac{450}{6} = 75 м³/чLC​=6450​=75м3/ч

Поскольку локальный отсос над постами снимает 80 % аэрозоля, общий приток на фоне тепловыделения всё равно берём 7 200 м³/ч — тепловой критерий доминирует.

Шаг 4. Проверка кратности воздухообмена

Кратность N = L / V.

N=72004800≈1,5 обмена/чN = \frac{7 200}{4 800} \approx 1{,}5 \text{ обмена/ч}N=48007200​≈1,5 обмена/ч

Для металлообработки СП требует ≥ 1,2, значит запас достаточен. При смене технологии сравните N с табл. Б.1 СП60.

Шаг 5. Выбор типа промышленной вентиляции

Тепловыделения > 100 кВт - приточно-вытяжная + рекуперация

Токсичные выбросы локальны - локальные отсосы + общеобмен

Требуется поддерживать влажность - канальный увлажнитель с ПИД

Наш кейс: приточно-вытяжная система 7 200 м³/ч с утилизацией тепла пластинчатым рекуператором (η = 65 %).

Шаг 6. Аэродинамический расчёт сети

1. Скорость в магистрали — 8 м/с (металл, шум < 75 дБА).
2. Диаметр круглого канала

D=4Lπw=4×23,14×8≈0,56мD = \sqrt{\frac{4 L}{\pi w}} = \sqrt{\frac{4 × 2}{3{,}14 × 8}} ≈ 0{,}56 мD=πw4L​​=3,14×84×2​​≈0,56м

Берём стандарт 560 мм.

3. Потери давления — считаем по Шевелько: ΣR ≈ 850 Па.

4. Подбор вентилятора: центробежный, P = 1 000 Па, L = 7 200 м³/ч, К.П.Д. 0,68.

Шаг 7. Расчёт электро-и энергопотребления

Pe=L×ΔPηf×3,6=7200×10000,68×3,6≈2,9кВтP_{e} = \frac{L × \Delta P}{\eta_f × 3{,}6} = \frac{7 200 × 1 000}{0{,}68 × 3{,}6} ≈ 2{,}9 кВтPe​=ηf​×3,6L×ΔP​=0,68×3,67200×1000​≈2,9кВт

Годовое потребление при 5 000 ч работы: 14,5 МВт·ч.

С рекуперацией экономим до 110 000 ₽ в год (тариф 7,5 ₽/кВт·ч).

Шаг 8. Акустика и вибрация

• Шумоглушитель длиной 1,2 м снижает уровень звукового давления на 18 дБ.
• Эластичные вставки и виброизоляторы под крыльчаткой — обязательны.

Шаг 9. Автоматизация и безопасность

• Датчики ΔP на фильтре для сигнализации засорения.
• CO₂-датчики для плавного изменения притока (VFD на вентиляторе).
• Аварийное отключение при пожаре (интеграция с системой ПГС).

Шаг 10. Итоговый лист спецификации

Приточная установка 7 200 м³/ч - Рекуператор 65 %

Крышный вентилятор 7 200 м³/ч, 1 000 Па - IE3, VFD

Воздушные фильтры F7 + F9 - замена каждые 4 мес

Круглый канал Ø 560 мм - оцинк. сталь 0,8 мм (47 м)

Шумоглушитель - L = 1,2 м

Локальные отсосы - рукав-экстрактор Ø 160 мм

Частые вопросы инженера

Можно ли ориентироваться только на тепловой расчёт?

Нет. Если выбросы токсичны (лако-красочный участок, гальваника), санитарный критерий будет выше.

Как учесть сезонность?

Используйте климатические данные Meteonorm и делайте проверочный расчёт для января и июля — расход может меняться до 30 %.

Что делать при изменении расстановки станков?

Перепроверьте локальные отсосы и балансировку сети. Общеобменный расход, как правило, остаётся валидным, если теплоподвод тот же.