Кратность воздухообмена: нормы, формула и примеры расчета

В помещении может быть прохладно, но душно, а мощный вентилятор не всегда означает, что вентиляция работает правильно. Чтобы оценить воздухообмен, недостаточно посмотреть на производительность установки. Нужно сопоставить подачу и удаление воздуха с объемом помещения, числом людей, назначением помещений и источниками загрязнений.

Для первичной оценки используют кратность воздухообмена. Она помогает перевести абстрактные кубометры в час в понятный показатель: сколько раз за час объем воздуха в помещении условно заменяется свежим. Но расчет по кратности — лишь один из методов. В проекте вентиляции результат проверяют по людям, влаге, теплу и вредным выделениям, а после монтажа подтверждают измерениями.

Что такое кратность воздухообмена

Кратность воздухообмена — это отношение часового расхода приточного или удаляемого воздуха в системе вентиляции к внутреннему объему помещения. Показатель обозначают буквой n и измеряют в 1/ч, или ч⁻¹. Значение n = 1 означает, что за час через помещение проходит объем воздуха, численно равный его объему.

Речь идет не о буквальной одновременной замене всего воздуха. Приточная струя смешивается с воздухом в помещении, часть потока проходит к вытяжке быстрее, а в застойных зонах воздухообмен идет медленнее. Поэтому одинаковая кратность может давать разный результат при разной схеме воздухораспределения вентиляции.

Различают требуемую, расчетную и фактическую кратность. Требуемое значение задает исходный ориентир. Расчетный воздухообмен получают после определения расхода. Фактическое значение находят по измеренной производительности работающей вентиляции. Эти числа могут отличаться из-за сопротивления сети, загрязнения фильтров, настройки клапанов и реального режима эксплуатации.

При расчете важно различать общий приточный расход и расход наружного воздуха. Вентиляционная установка с рециркуляцией может подавать в помещение большой объем смеси, но санитарную потребность людей покрывает только наружная часть потока. Поэтому кратность по общему притоку не заменяет проверку минимального воздухообмена за счет подачи наружного воздуха.

Выражение «класс кратности воздухообмена» встречается в поисковых запросах, но не является основным нормируемым показателем общеобменной вентиляции зданий. В нормах и проектной практике используют значение кратности, расход наружного воздуха и категорию помещения или зоны. В специальных объектах слово «класс» может относиться к чистоте, герметичности или другим характеристикам вентиляции.

Нормы кратности воздухообмена для разных помещений

Единой таблицы, подходящей для любого здания, нет. Норму выбирают по назначению помещения и профильному документу. Для жилых и общественных зданий базовые правила проектирования вентиляции содержит СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Для многоквартирных домов требования уточняет СП 54.13330.2022 «Здания жилые многоквартирные».

Норматив может быть задан не только кратностью. В одних случаях указывают расход на человека, в других — расход на квадратный метр, фиксированное удаление из помещения или расчет по выделениям. Поэтому сначала определяют тип объекта и расчетный режим вентиляции, а затем переводят требование к воздухообмену в м³/ч.

Приложение В СП 60.13330.2020 устанавливает минимальный расход наружного воздуха для людей, находящихся в помещении более двух часов непрерывно. Значения этого приложения относятся именно к наружному воздуху. Они не определяют полный рециркуляционный расход, необходимый для ассимиляции тепла, и не заменяют требования профильных документов.

Искомый воздухообмен для каждого помещения проверяют по всем применимым условиям, поскольку один норматив вентиляции может учитывать людей, а другой — влагу, тепло или загрязняющие вещества.

Эти значения нельзя переносить на ресторан, медицинский кабинет, спортивный зал или цех без проверки профильных требований. Для помещений с постоянными источниками влаги, запахов, тепла или веществ расчетный воздухообмен определяют по соответствующему вредному фактору. Вентиляция должна обеспечить наибольшую из величин, полученных применимыми методами.

Какие документы применяют на разных этапах и для отдельных объектов, разобрано в материале «Обязательные требования к вентиляции и кондиционированию».

На практике исходную таблицу норм воздухообмена удобно составлять по помещениям, а не по зданию в целом. Тогда видно, где нужен приточный воздух, где устраивают вытяжной канал и через какие проемы поток должен пройти между зонами. Простое сложение объемов без схемы движения воздуха часто дает формально достаточную производительность, но плохую работу вентиляции.

От чего зависит кратность воздухообмена

Необходимая кратность определяется назначением помещения и фактической нагрузкой. Чем больше людей и интенсивнее источники загрязнения, тем выше требуемый воздухообмен. При этом увеличение производительности вентиляции без расчета может вызвать шум, сквозняки, лишние теплопотери и дисбаланс между притоком и вытяжкой.

При выборе расчетного значения учитывают:

• число людей и время пребывания — постоянное рабочее место требует большей производительности вентиляции, чем коридор с кратковременным посещением;
• назначение помещения — для спальни, кухни, санузла, офиса и производства действуют разные условия воздухообмена;
• объем помещения — при одинаковом расходе в небольшом помещении кратность будет выше;
• выделение влаги, тепла и загрязняющих веществ — люди, оборудование и технологические процессы увеличивают нагрузку на вентиляцию;
• наличие естественного проветривания — открываемое окно не заменяет расчетную вентиляцию, но учитывается в отдельных нормативных методах;
• режим эксплуатации — постоянная, периодическая или переменная загрузка влияет на работу автоматики вентиляции;
• схему распределения воздуха — место установки решеток определяет эффективность воздухообмена в обслуживаемой зоне.

Высота потолка влияет на объем и поэтому непосредственно меняет расчет по кратности. Площадь 40 м² при высоте 2,7 м дает 108 м³, а при высоте 4,5 м — уже 180 м³. Если для обоих помещений принять n = 2, требуемый воздухообмен составит соответственно 216 и 360 м³/ч.

На работу вентиляции влияет и баланс потоков. В жилом объекте приток обычно подают в спальни, гостиную и кабинет, а удаление организуют из кухни, санузлов и других загрязненных зон. Воздух должен свободно проходить через дверные зазоры или переточные устройства. Закрытая дверь без зазора способна снизить фактический воздухообмен даже при правильно выбранной установке вентиляции.

Формула расчета кратности воздухообмена

В расчете вентиляции кратность определяют по формуле:

n = L / V,

где n — кратность, 1/ч; L — приточный или вытяжной расход вентиляции, м³/ч; V — внутренний объем помещения, м³.

Если известна требуемая кратность, формулу преобразуют для расчета производительности:

L = n × V.

Объем прямоугольного помещения находят умножением площади пола S на высоту H:

V = S × H.

Для сложной планировки объем разбивают на простые части, рассчитывают каждую и складывают результаты. Из геометрического объема обычно не вычитают мебель и небольшое оборудование: определение воздухообмена и подбор вентиляции опираются на строительные размеры помещения. Крупные технологические объемы рассматривают по заданию на проектирование.

Приточный и вытяжной расход считают отдельно. Запись «+2/−3» означает двухкратный приток и трехкратную вытяжку относительно объема помещения. Разница должна быть компенсирована перетоком из соседних зон или отдельной подачей. Если источник компенсации не предусмотрен, вентиляция не сможет устойчиво обеспечивать расчетный воздухообмен.

Как рассчитать необходимый воздухообмен

Чтобы получить рабочее значение, недостаточно подставить случайную кратность в формулу. Сначала находят все применимые нормы вентиляции, затем сравнивают результаты. Для жилого помещения это может быть расчет воздухообмена по площади и людям, для офиса — по числу сотрудников, для кухни — фиксированная вытяжка, для производственной зоны — расчет по выделениям.

Порядок расчета выглядит так:

1. Составьте перечень помещений. Запишите назначение, площадь, высоту, число людей, режим работы и установленное оборудование.
2. Рассчитайте объем каждого помещения. Площадь умножьте на чистую высоту от пола до потолка и используйте результат для расчета вентиляции.
3. Найдите применимые нормы. Проверьте действующую редакцию общего и профильного свода правил для проектирования вентиляции в здании нужного типа.
4. Выполните расчеты всеми нужными методами. Определите требуемый воздухообмен по кратности, людям, площади или выделениям.
5. Выберите наибольший результат. Меньшая величина не должна отменять более строгое требование к воздухообмену в расчетной зоне.
6. Распределите приток и вытяжку. По схеме вентиляции чистый воздух подавайте в обслуживаемые зоны, удаление организуйте из загрязненных.
7. Проверьте общий баланс. Сопоставьте суммарные расходы вентиляции, учтите переток, местные отсосы, подпор и требуемое направление движения воздуха.

Если расчет по людям показывает потребность в 240 м³/ч наружного воздуха, а общий приток составляет 270 м³/ч, наружная часть потока должна быть не меньше 240 м³/ч. Подача 270 м³/ч за счет одной рециркуляции санитарное требование не выполняет. Тепловую нагрузку, влагу и другие факторы при этом проверяют отдельно.

Метод по людям учитывает качество наружного воздуха для присутствующих, но не всегда покрывает избыток тепла от компьютеров, освещения или оборудования. Метод по кратности удобен для быстрой оценки, однако сам по себе не описывает состав загрязнений. Поэтому выбор большего значения — обязательная часть инженерного расчета, а не запас «на всякий случай».

Примеры расчета воздухообмена

Ниже приведены учебные примеры, показывающие механику вычислений. Принятые в них кратности служат исходными условиями, а не универсальными нормами вентиляции для указанных объектов. Для реального объекта значение нужно подтвердить действующим документом и исходными данными.

Пример 1. Помещение с заданной кратностью. Площадь помещения — 24 м², высота — 2,8 м, принятая кратность — 1,5 1/ч.

1. Находим объем: V = 24 × 2,8 = 67,2 м³.
2. Определяем расход: L = 1,5 × 67,2 = 100,8 м³/ч.
3. Фиксируем требуемый воздухообмен для помещения: не менее 100,8 м³/ч (округленно — 101 м³/ч). Производительность общей вентиляционной установки определяют после расчета остальных помещений и сопротивления сети.

Пример 2. Офис по количеству людей. В кабинете площадью 60 м² и высотой 3 м постоянно находятся восемь сотрудников. Если предусмотрено естественное проветривание и применима норма 40 м³/ч наружного воздуха на человека, требуемый воздухообмен составляет L = 8 × 40 = 320 м³/ч. Объем кабинета равен 180 м³, поэтому кратность по наружному воздуху составляет n = 320 / 180 = 1,78 1/ч. При отсутствии естественного проветривания расчет вентиляции по приложению В СП 60.13330.2020 выполняют с расходом 60 м³/ч на человека.

Пример 3. Проверка существующей вытяжки. Объем комнаты — 90 м³. Измеренный воздухообмен по вытяжке составляет 135 м³/ч. Фактическая вытяжная кратность равна n = 135 / 90 = 1,5 1/ч. Само число еще не подтверждает соответствие вентиляции: его нужно сравнить с проектом и нормой для назначения комнаты, а также проверить источник компенсирующего притока.

Такой пример расчета воздухообмена по нормам кратности показывает требуемый воздухообмен для одного помещения. Чтобы перейти к подбору общей установки, результаты по помещениям сводят в воздушный баланс.

Как расчет влияет на выбор вентиляции

Расчетный воздухообмен задает производительность вентиляции, но не определяет ее полностью. Две установки на 500 м³/ч могут работать по-разному: одна обеспечит этот поток в коротком канале, другая сохранит его в разветвленной сети с фильтрами и шумоглушителями. Вентиляцию подбирают по расходу и располагаемому давлению в рабочей точке.

После определения воздухообмена нужно посчитать потери давления по участкам сети и найти рабочую точку вентилятора. Исходные данные, формулы и порядок вычислений приведены в статье «Аэродинамический расчет вентиляции: влияние условий, формулы и пример вычислений».

После определения воздухообмена рассчитывают и выбирают:

• сечения воздуховодов с учетом допустимой скорости и шума;
• вентилятор или приточно-вытяжную установку по рабочей характеристике;
• фильтры, нагреватель, охладитель и рекуператор по расчетным режимам;
• решетки и диффузоры по расходу, дальнобойности струи и месту установки;
• шумоглушители и виброизоляцию с учетом акустических требований;
• автоматику для изменения производительности по расписанию, присутствию или датчикам качества воздуха.

Если назначение помещения или число постоянных пользователей меняется, расчет следует выполнить заново. Например, бывшая кладовая после переоборудования в кабинет получает другую нагрузку, а переговорная требует учета периодического наплыва людей. Автоматика позволяет снижать воздухообмен в свободные часы и увеличивать его при заполнении зоны, однако минимальный режим вентиляции и алгоритм управления задают в проекте. Такая регулировка помогает расходовать тепло и электроэнергию разумно, сохраняя требуемую подачу наружного воздуха.

Как система регулирует расход по расписанию и показаниям датчиков, из чего состоит автоматика и как работают защитные алгоритмы, описано в статье «Автоматика для вентиляции».

Слишком маленькие каналы повышают скорость, сопротивление и шум. Чрезмерно большие занимают место и увеличивают стоимость. Поэтому вентиляционный расчет связывает требуемый воздухообмен с архитектурными ограничениями, трассировкой сети и доступом для обслуживания.

Для нескольких комнат составляют воздушный баланс. При составлении баланса воздухообмена суммарный приток сопоставляют с вытяжкой, учитывая местные отсосы и нужное направление перетока. Небольшой дисбаланс может быть предусмотрен проектом, но его нельзя получать случайно: избыточное разрежение мешает открыванию дверей, усиливает подсос через щели и снижает расход вытяжного вентилятора.

Как определить фактическую кратность воздухообмена

Фактическую кратность находят по измеренному расходу работающей вентиляции и реальному объему комнаты. Полученный воздухообмен оценивают по сумме измерений: одной точки на решетке недостаточно, поскольку профиль потока по сечению неодинаков, а результат зависит от прибора и условий замера.

Проверка включает несколько действий:

1. Переводят вентиляцию в расчетный режим и фиксируют положение клапанов, дверей, окон и приточных устройств.
2. Проверяют состояние фильтров, решеток и доступность путей перетока.
3. Измеряют расход на приточных и вытяжных устройствах подходящим прибором.
4. Суммируют расходы по помещению отдельно для притока и вытяжки.
5. Делят каждую сумму на объем комнаты и получают фактические значения n.
6. Сравнивают результат с проектом и требованиями, после чего регулируют сеть.

При проверке естественной вентиляции дополнительно фиксируют наружную и внутреннюю температуру, погодные условия и состояние приточных устройств. Воздухообмен зависит от перепада температур, ветра и доступности притока, поэтому разовый замер характеризует систему только при конкретных условиях и не гарантирует такой же расход в другой сезон.

Правила испытания и наладки систем устанавливает ГОСТ 34060-2017. Стандарт применяется при строительстве, реконструкции, ремонте и обслуживании вентиляции и кондиционирования. Для официальной приемки или паспортизации измерения выполняют специалисты с поверенными средствами измерений и оформляют результаты документально.

Бытовой датчик углекислого газа не измеряет кратность напрямую, но помогает оценить вентиляцию при стабильной загрузке. Рост CO₂ при закрытых окнах указывает, что наружного воздуха для присутствующих может не хватать. При этом нормальное показание CO₂ не подтверждает удаление влаги, запахов или технологических загрязнений, поэтому датчик дополняет, а не заменяет замер расхода.

Частые ошибки при расчете кратности воздухообмена

Ошибки на исходном этапе переходят в подбор оборудования и становятся заметны уже после монтажа. Исправление готовой сети обычно дороже, чем проверка расчета и трассировки до установки.

• Берут кратность из случайной таблицы. Значение может относиться к другому типу здания, старой редакции документа или иному режиму работы.
• Считают только по площади. Без высоты нельзя получить объем, а без числа людей и выделений — необходимый наружный воздух.
• Выбирают меньший результат. Если применимы несколько методов, вентиляцию проверяют по каждому и принимают определяющий расход.
• Смешивают приток и вытяжку. Одинаковая общая цифра не показывает направление потока между чистыми и загрязненными зонами.
• Не рассчитывают переточные сечения. Площадь дверного зазора или решетки проверяют по расчетному расходу и допустимой скорости. Недостаточное свободное сечение создает лишнее сопротивление и нарушает воздушный баланс.
• Подбирают вентилятор по максимальной цифре в каталоге. Без учета сопротивления сети фактическая производительность оказывается ниже.
• Не проверяют вентиляцию после монтажа. Ошибки регулировки, загрязненный фильтр или частично закрытый клапан меняют реальный воздухообмен.

Предварительный расчет можно выполнить самостоятельно, если известны размеры, назначение помещений и расчетное число людей. Для рабочего проекта нужны актуальные нормативы, воздушный баланс, аэродинамический расчет, подбор оборудования и проверка шума. После монтажа расчетные значения подтверждают наладкой: только так можно установить, какая кратность достигнута в каждом помещении и соответствует ли работа системы исходной задаче.