Doporučená rychlost vzduchu ve vzduchovodech dle SNiP

Vzduchové kanály pro přívodní nebo odvodní větrací systémy mohou být vyrobeny z různých materiálů a mít různou konfiguraci. Zároveň jejich celkové rozměry zcela závisí na dvou dalších parametrech a vzorec pro výpočet rychlosti vzduchu tuto závislost dobře odráží. Těmito dvěma parametry jsou průtok vzduchu proudícího kanálem a rychlost jeho pohybu.

Jak vybrat správné parametry vzduchovodu?

Ze tří parametrů zahrnutých do výpočtu je standardizován pouze jeden, a to průměr kruhového vzduchovodu nebo celkové rozměry obdélníkového kanálu. Dodatek H SNiP „Vytápění, větrání a klimatizace“ uvádí normu průměrů a velikostí, které by měly být dodržovány při vývoji ventilačních systémů. Další dva parametry (rychlost vzduchu a průtok) nejsou standardizovány, potřeba čerstvého vzduchu pro větrání se může lišit, někdy i poměrně velká, takže průtok je určen samostatnými požadavky a výpočty. Pouze v obytných budovách, mateřských školách, školách a zdravotnických zařízeních pro prostory různého účelu jsou předepsány jasné normy pro odsávání a přívod vzduchu. Tyto hodnoty jsou uvedeny v regulační dokumentaci týkající se těchto typů budov.

Rychlost proudění vzduchu v potrubí není omezena ani normována; měla by být stanovena na základě výsledků výpočtu s ohledem na ekonomickou proveditelnost. V referenční technické literatuře jsou uvedeny doporučené hodnoty rychlostí, které lze za určitých specifických podmínek stanovit. Doporučené hodnoty rychlosti vzduchu v závislosti na účelu vzduchovodu pro větrací systémy s mechanickým nucením jsou uvedeny v tabulce 1.

Účel vzduchovodu	Hlavní trať	vedlejší větev	Rozdělení	Vstupní mřížka	Výfuková mřížka
Doporučená rychlost	Od 6 do 8 m/s	Od 4 do 5 m/s	Od 1,5 do 2 m/s	Od 1 do 3 m/s	Od 1,5 do 3 m/s

Při přirozeném nasávání se doporučená rychlost proudění v systému pohybuje od 0,2 do 1 m/s, což závisí také na funkčním účelu každého vzduchovodu. V některých odsávacích šachtách výškových budov nebo konstrukcí může tato hodnota dosáhnout 2 m/s.

Pořadí výpočtu

Vzorec pro výpočet rychlosti proudění vzduchu v kanálu byl původně uveden v referenčních publikacích editovaných I. G. Staroverovem a R. V. Ščekinem v následující podobě:

L = 3600 × F × ϑ, kde:

• L — průtok vzduchu v daném úseku potrubí, m³/h;
• F — plocha průřezu kanálu, m²;
• ϑ — rychlost proudění vzduchu v oblasti, m/s.

Pro určení průtoku má vzorec následující tvar:

Tímto způsobem se vypočítá skutečná rychlost vzduchu v potrubí. To je nutné provést právě kvůli normovaným hodnotám průměru nebo rozměrů potrubí dle SNiP. Nejprve se přijme doporučená rychlost pro konkrétní účel vzduchovodu a vypočítá se jeho průřez. Poté se průměr kruhového potrubí určí obráceným výpočtem pomocí vzorce pro plochu kruhu:

F = π x D² / 2, kde D je průměr v metrech.

Rozměry kanálu obdélníkového průřezu se určí výběrem šířky a výšky, jejichž součin dá plochu průřezu odpovídající vypočítané ploše. Po těchto výpočtech se vyberou nejbližší rozměry vzduchovodu podél kolmice (obvykle se bere větší) a v obráceném pořadí se zjistí hodnota skutečné rychlosti proudění v budoucím vzduchovodu. Tato hodnota bude potřebná k určení dynamického tlaku na stěnách potrubí a k výpočtu tlakových ztrát v důsledku tření a lokálních odporů ventilačního systému.

Některé ekonomické aspekty dimenzování vzduchovodů

Při výpočtu rozměrů a rychlosti vzduchu ve vzduchovodu se pozoruje následující závislost: když se tato zvětšuje, průměry kanálů se zmenšují. To má své výhody:

1. Je mnohem snazší instalovat menší potrubí, zejména pokud je třeba je zavěsit ve velké výšce nebo pokud jsou instalační podmínky velmi stísněné.
2. Náklady na kanály s menším průměrem jsou odpovídajícím způsobem také nižší.
3. U velkých a složitých systémů, které se rozprostírají po celé budově, musí být do potrubí přímo instalována další zařízení (škrticí klapky, zpětné klapky a požární klapky). Rozměry a průměry těchto zařízení se také zmenší a sníží se i jejich cena.
4. Průchod potrubí skrz stropy v průmyslové budově může být skutečným problémem, pokud je jeho průměr velký. Menší rozměry umožní průchod dle potřeby.

Hlavní nevýhodou této volby je vysoký výkon větrací jednotky. Vysoká rychlost vzduchu v malém objemu vytváří vysoký dynamický tlak, zvyšuje se odpor systému a jeho provoz vyžaduje vysokotlaký ventilátor s výkonným elektromotorem, což způsobuje zvýšenou spotřebu elektrické energie a v důsledku toho i vysoké provozní náklady.

Dalším způsobem je snížení rychlosti proudění vzduchu ve vzduchovodech. Pak se parametry větrací jednotky stanou ekonomicky přijatelnými, ale existuje mnoho obtíží s instalací a vysoké náklady na materiály.

Problém s velkým potrubím procházejícím místy přetíženými zařízeními a inženýrskými sítěmi se řeší vícenásobnými zatáčkami a přechody na jiné typy průřezů (z kruhových na obdélníkové nebo ploché oválné). Problém s náklady je nutné vyřešit jednou.

V sovětské éře se projektanti obvykle snažili najít kompromis mezi těmito dvěma řešeními. V současné době, vzhledem k rostoucím cenám energií, existuje tendence používat druhou možnost. Majitelé raději řeší finanční problémy jednorázově a instalují úspornější větrání, než aby po mnoho let platili vysoké náklady na energie. Používá se také univerzální varianta, u které se průtok v hlavních vzduchovodech s vysokými průtoky zvýší na 12-15 m/s, aby se zmenšil jejich průměr. Dále v systému se na odbočkách udržuje rychlost 5-6 m/s, čímž se vyrovnávají tlakové ztráty. Závěr je zde jednoznačný: rychlost proudění vzduchu v potrubích hraje důležitou roli v ekonomice podniku.

Hodnoty parametrů v různých typech vzduchovodů

Moderní ventilační systémy používají jednotky, které zahrnují kompletní sadu systémů pro přívod a úpravu vzduchu: čištění, vytápění, chlazení, zvlhčování a pohlcování hluku. Tyto jednotky se nazývají centrální klimatizace. Průtok uvnitř nich je regulován výrobcem. Faktem je, že všechny prvky pro zpracování vzduchových hmot musí pracovat v optimálním režimu, aby byly zajištěny požadované parametry vzduchu. Výrobci proto vyrábějí pouzdra jednotek určitých velikostí pro daný rozsah průtoků vzduchu, při kterých bude veškeré zařízení fungovat efektivně. Průtok uvnitř centrální klimatizace se obvykle pohybuje v rozmezí 1,5-3 m/s.

Hlavní a odbočné kanály

Dále přichází na řadu hlavní vzduchovod. Ten je často velmi dlouhý a prochází několika místnostmi, než se začne rozvětvovat. Doporučená maximální rychlost 8 m/s v takových vzduchovodech nemusí být dodržena, protože instalační podmínky (zejména skrz stropy) mohou výrazně omezit prostor pro jeho instalaci. Například při průtoku 35 000 m³/h, což není v podnicích neobvyklé, a rychlosti 8 m/s bude průměr potrubí 1,25 m, a pokud se zvětší na 13 m/s, bude rozměr již 1000 mm. Takové zvýšení je technicky proveditelné, protože moderní pozinkované ocelové vzduchovody vyrobené spirálovou metodou mají vysokou tuhost a hustotu. To eliminuje jejich vibrace při vysokých rychlostech. Hladina hluku z takové práce je poměrně nízká a na pozadí hluku pracujícího zařízení může být prakticky neslyšitelná. Tabulka 2 ukazuje některé oblíbené průměry hlavních vzduchovodů a jejich kapacitu při různých rychlostech vzduchových hmot.

Spotřeba, m3/h	Ø400 mm	Ø450 mm	Ø500 mm	Ø560 mm	Ø630 mm	Ø710 mm	Ø800 mm	Ø900 mm	Ø1 m
ϑ = 8 m/s	3617	4576	5650	7087	8971	11393	14469	18311	22608
ϑ = 9 m/s	4069	5148	6357	7974	10093	12877	16278	20600	25434
ϑ = 10 m/s	4521	5720	7063	8859	11214	14241	18086	22888	28260
ϑ = 11 m/s	4974	6292	7769	9745	12335	15666	19895	25177	31086
ϑ = 12 m/s	5426	6864	8476	10631	13457	17090	21704	27466	33912
ϑ = 13 m/s	5878	7436	9182	11517	14578	18514	23512	29755	36738

Boční větve vzduchovodů rozvádějí přívod nebo odvod směsi vzduchu do jednotlivých místností. Na každé z nich je zpravidla instalována membrána nebo škrticí klapka pro regulaci množství vzduchu. Tyto prvky mají značný místní odpor, takže udržování vysoké rychlosti je nevhodné. Její hodnota však může i přesáhnout doporučený rozsah, proto tabulka 3 ukazuje kapacitu vzduchovodů nejoblíbenějších průměrů pro větve při různých rychlostech.

Spotřeba, m3/h	Ø140 mm	Ø160 mm	Ø180 mm	Ø200 mm	Ø225 mm	Ø250 mm	Ø280 mm	Ø315 mm	Ø355 mm
ϑ = 4 m/s	220	288	366	452	572	705	885	1120	1424
ϑ = 4,5 m/s	248	323	411	508	643	793	994	1260	1601
ϑ = 5 m/s	275	360	457	565	714	882	1107	1400	1780
ϑ = 5,5 m/s	302	395	503	621	786	968	1215	1540	1957
ϑ = 6 m/s	330	432	548	678	857	1058	1328	1680	2136
ϑ = 7 m/s	385	504	640	791	1000	1235	1550	1960	2492

Nedaleko od místa připojení k hlavnímu potrubí je v kanálu instalován poklop, který je nutný k měření průtoku po instalaci a k nastavení celého ventilačního systému.

Vnitřní kanály

Rozvodné potrubí spojuje hlavní větev se zařízeními pro přívod nebo odvod vzduchu z místnosti: mřížkami, rozvodnými nebo sacími panely, difuzory a dalšími rozvodnými prvky. Rychlosti v těchto větvích lze zachovat jako v hlavní větvi, pokud to umožňuje výkon větrací jednotky, nebo je lze snížit na doporučené hodnoty. Tabulka 4 ukazuje průtoky vzduchu při různých rychlostech a průměrech potrubí.

Spotřeba, m3/h	Ø100 mm	Ø112 mm	Ø125 mm	Ø140 mm	Ø160 mm	Ø180 mm	Ø200 mm	Ø225 mm
ϑ = 1,5 m/s	42,4	50,7	65,8	82,6	108	137	169	214
ϑ = 2 m/s	56,5	67,7	87,8	110	144	183	226	286
ϑ = 2,5 m/s	70,6	84,6	110	137	180	228	282	357
ϑ = 3 m/s	84,8	101	132	165	216	274	339	429
ϑ = 3,5 m/s	99,9	118	153	192	251	320	395	500
ϑ = 4 m/s	113	135	175	viz tabulka 3

Je nutné dodržovat doporučené rychlosti pro odsávací a přívodní mřížky a další zařízení pro distribuci vzduchu.

Vzduch vycházející z nich nebo nasávaný naráží na mnoho drobných překážek a produkuje hluk, jehož úroveň nesmí být překročena. Zvuk proudění vycházejícího z mřížky vysokou rychlostí bude určitě slyšet. Další nepříjemný moment: silný proud vzduchu dopadající na lidi může vést k jejich onemocnění.

Systémy přirozeného větrání se obvykle používají v obytných a veřejných budovách nebo v administrativních budovách průmyslových podniků. Jedná se o různé typy odsávacích šachet umístěných ve vnitřních příčkách prostor nebo vnějších svislých vzduchovodech. Rychlost proudění vzduchu v nich je nízká, zřídka dosahuje 2-3 m/s v případech, kdy má šachta značnou výšku a je zde dobrý tah. Pokud jde o malé průtoky (asi 100-200 m³/h), neexistuje lepší řešení než přirozené odsávání. Dříve a dodnes se v průmyslových prostorách používají střešní deflektory fungující v důsledku zatížení větrem. Rychlost vzduchu v takových odsávacích zařízeních závisí na síle proudění větru a dosahuje 1-1,5 m/s.

Měření parametrů proudění vzduchu během nastavení systému

Po instalaci přívodního nebo odvodního ventilačního systému je nutné jej seřídit. K tomu se pomocí poklopů na vzduchovodech změří průtok na všech hlavních potrubích a větvích systému, po kterých se seřídí škrticí klapky nebo vzduchové klapky. Právě rychlost vzduchu v potrubí je určujícím parametrem při seřizování; skrze ni a průměr se vypočítá průtok v každé sekci. Zařízení, která provádějí tato měření, se nazývají anemometry. Existuje několik typů zařízení a fungují na různých principech; každý typ je navržen tak, aby měřil určitý rozsah rychlostí.

1. Vrtulkové anemometry jsou lehké, snadno se používají, ale mají určitou chybu měření. Princip činnosti je mechanický, rozsah měřených rychlostí je od 0,2 do 5 m/s.
2. Zařízení hrnkového typu jsou také mechanická, ale jejich rozsah testovaných rychlostí je širší, od 1 do 20 m/s.
3. Termoanemometry měří nejen rychlost proudění, ale i jeho teplotu. Princip fungování je elektrický, ze speciálního senzoru zavedeného do proudu vzduchu se výsledky zobrazují na obrazovce. Přístroj pracuje ze sítě 220 V, měření trvá kratší dobu a jeho chyba je nízká. Existují zařízení, která fungují na baterie, rozsahy kontrolovaných rychlostí se mohou velmi lišit v závislosti na typu zařízení a výrobci.

Velikost rychlosti proudění vzduchu je spolu s dalšími dvěma parametry, průtokem a průřezem kanálu, jedním z nejdůležitějších faktorů při provozu větracích systémů pro jakýkoli účel.

Tento parametr je přítomen ve všech fázích, počínaje výpočtem rychlosti vzduchu ve vzduchovodu a konče nastavením provozu systému po jeho instalaci a spuštění.