Методика проектирования и расчета систем вентиляции для дипломной работы

Дипломная работа по вентиляции — это не просто формальный набор расчетов, а комплексная инженерная задача, требующая от будущего специалиста системного подхода. Ваша задача — выступить в роли исследователя, а диплом станет вашим научным трудом. Цель этого руководства — не предоставить готовый шаблон для копирования, а научить вас мыслить по логике инженера: «Проблема → Анализ нормативов → Расчет → Решение». Статья построена как дорожная карта, которая проведет вас от постановки задачи и изучения нормативной базы до готового, обоснованного проекта.

Итак, любой инженерный путь начинается не с формул, а с правил. Давайте разберемся, на какой нормативный фундамент мы будем опираться.

Глава 1. Какие нормативные документы формируют основу вашего проекта

Чтобы ваша работа была технически грамотной и юридически состоятельной, она должна базироваться на действующих строительных нормах и государственных стандартах. Эти документы — ваш главный аргумент при защите любого проектного решения. Их можно условно разделить на две ключевые группы.

1. Проектные нормы (что и как должно работать):

• СП 60.13330.2012/2016/2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»: Это ваш основной документ. Он определяет базовые требования к параметрам микроклимата, минимальному расходу воздуха и общим принципам проектирования систем.
• СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения»: Незаменим при работе с объектами вроде театров, клубов или офисных центров. В нем содержатся специфические требования к вентиляции помещений с массовым пребыванием людей.
• СП 44.13330.2011 «Административные и бытовые здания»: Этот свод правил понадобится для определения расчетных кратностей воздухообмена во вспомогательных помещениях — санузлах, гардеробных, коридорах.

2. Оформительские нормы (как должны выглядеть чертежи):

• ГОСТ 21.602-79 (и более новые версии, например, ГОСТ 21.602-2003): Данный стандарт регламентирует правила выполнения рабочей документации. Он диктует, как начертить вентилятор, воздуховод, решетку и другие элементы системы на планах и аксонометрических схемах.

Правильное использование этих документов превращает вашу дипломную работу из простого студенческого упражнения в настоящий инженерный проект.

Теперь, когда у нас есть нормативная база, мы можем перейти к сердцу проекта — математическому определению того, сколько воздуха необходимо нашим помещениям.

Глава 2. Как рассчитать воздухообмен, ключевой параметр системы

Расчет воздухообмена — это определение необходимого объема воздуха (L, м³/ч), который нужно подать в помещение и удалить из него для поддержания комфортных и безопасных условий. Существует несколько методов расчета, и выбор конкретного зависит от назначения помещения.

1. Расчет по людям. Применяется для помещений, где главная «вредность» — это сами люди, выделяющие углекислый газ, тепло и влагу (например, офисы, аудитории, жилые комнаты). Норматив, как правило, составляет 60 м³/ч свежего воздуха на одного постоянно находящегося человека и 20 м³/ч на временного посетителя.
2. Расчет по кратностям. Этот метод используется для технических и вспомогательных помещений, где нет постоянного пребывания людей, но требуется регулярное обновление воздуха (санузлы, склады, коридоры). Расчет ведется по простой формуле:
   

   L = n * V

   где n — нормативная кратность воздухообмена (показывает, сколько раз за час воздух в помещении должен полностью смениться), а V — объем помещения в м³. Значения кратности (n) берутся из нормативных документов, например, из СП 44.13330.2011.

3. Расчет по ассимиляции вредностей. Наиболее сложный метод, применяемый для производственных цехов, лабораторий, кухонь — везде, где в воздух выделяются вредные вещества или избыточное тепло.
   • Для удаления вредных веществ (газов, паров) используется формула:
     

     L = z / (zt – z1)

     где z — масса поступающего вредного вещества, мг/ч; zt — предельно допустимая концентрация (ПДК) этого вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м³; z1 — концентрация вещества в приточном воздухе.

   • Для удаления избытков тепла формула выглядит так:
     

     L = Qизб / (c * p * (tвыт – tприт))

     где Qизб — избыточное тепло в помещении, Вт.

   Важное правило: если в помещении выделяется несколько видов вредностей (например, и тепло, и CO2), расчет производится по каждой из них отдельно, а для дальнейшей работы принимается наибольшее из полученных значений воздухообмена.

Теория важна, но дипломная работа требует применения знаний на практике. Давайте разберем методику расчета на самом сложном и показательном примере — зрительном зале.

Глава 3. Проектируем вентиляцию зрительного зала как пример решения сложной задачи

Зрительный зал — классический пример помещения с массовым и одновременным пребыванием людей, что делает его отличным объектом для демонстрации инженерной логики. Рассмотрим мини-кейс.

1. Постановка задачи.
Спроектировать систему вентиляции для зрительного зала на 300 мест. Основная задача — обеспечить санитарно-гигиенические нормы и тепловой комфорт для зрителей во время сеанса.

2. Выбор норматива.
Сразу обращаемся к профильным документам: СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения» и СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Именно они регламентируют требования к таким объектам.

3. Логика расчета воздухообмена.
Ключевым фактором здесь является количество людей. Согласно нормативам, в зрительных залах минимальная подача наружного воздуха должна составлять не менее 20 м³/ч на каждого человека.

Расчет:

L = 300 человек * 20 м³/(ч*чел) = 6000 м³/ч

Это минимальный объем свежего воздуха, который мы обязаны подать в зал.

4. Дополнительные требования к комфорту.
Помимо объема воздуха, СП устанавливают и температурные режимы:

• В холодный период года температура в зале должна поддерживаться в диапазоне 16-20°С.
• В теплый период года температура не должна превышать наружную более чем на 3°С.

5. Резюме.
Итак, мы получили исходные данные для дальнейшего проектирования:

Общий минимальный воздухообмен: L = 6000 м³/ч.
Температурные параметры: 16-20°С (зима), t_нар + 3°С (лето).

Эти цифры станут основой для аэродинамического расчета и подбора оборудования.

Мы определили, сколько воздуха нам нужно. Следующий логический шаг — спроектировать «транспортную систему» для этого воздуха и рассчитать ее параметры.

Глава 4. Аэродинамический расчет, или как доставить воздух в нужную точку

Аэродинамический расчет — это процесс определения сопротивления вентиляционной сети, которое должен преодолеть вентилятор, чтобы доставить рассчитанный ранее объем воздуха в каждое помещение. Его цель — найти общее падение давления в системе. Процесс выполняется пошагово:

1. Трассировка сети. На архитектурных планах здания вычерчивается аксонометрическая схема будущей сети воздуховодов. Определяется основной, самый длинный и нагруженный маршрут — так называемая магистральная ветвь.
2. Разбивка на участки. Вся магистраль делится на расчетные участки. Границей каждого участка является место изменения расхода воздуха (например, после тройника) или изменения сечения воздуховода. Для каждого участка известны его длина и расход воздуха.
3. Расчет потерь давления. Для каждого отдельного участка рассчитываются потери давления. Они складываются из двух составляющих: потерь на трение воздуха о стенки воздуховода и потерь на местных сопротивлениях (отводы, тройники, решетки, клапаны).
4. Суммирование и итог. Потери давления всех участков магистральной ветви суммируются. Конечным результатом всего аэродинамического расчета являются два ключевых числа:
   • Общий расход воздуха в системе, L (м³/ч).
   • Общее падение давления в сети, ΔP (Па).

Эти два параметра представляют собой техническое задание для выбора главного элемента системы — вентилятора.

Теперь у нас есть два магических числа: требуемый расход воздуха и потери давления в сети. С этим техническим заданием мы готовы отправиться на «рынок» и выбрать сердце нашей системы.

Глава 5. Как грамотно подобрать основное вентиляционное оборудование

Подбор оборудования — это превращение абстрактных расчетных цифр в конкретные модели устройств. Процесс ведется строго на основе полученных ранее данных с использованием каталогов производителей.

1. Подбор вентилятора
Вентилятор подбирается по двум главным параметрам, которые мы получили на предыдущих этапах: расход воздуха (L, м³/ч) и потери давления (Pa). В каталоге любого производителя для каждой модели вентилятора есть график — вентиляционная характеристика. На этом графике по осям отложены расход и давление. Ваша задача — найти на нем свою «рабочую точку», соответствующую вашим расчетным L и Pa. Выбранная модель должна обеспечивать требуемые параметры с некоторым запасом (обычно 10-15%).

2. Подбор элементов приточной установки
Помимо вентилятора, приточная система включает в себя и другое оборудование:

• Калорифер (воздухонагреватель): Подбирается по тепловой мощности, необходимой для нагрева расчетного объема воздуха от уличной температуры зимой до комфортной комнатной. Для расчета используются данные о параметрах теплоносителя (например, горячая вода от ТЭЦ с параметрами 130-70°С).
• Фильтр: Подбирается по двум критериям — по расходу воздуха, который он должен пропускать без создания излишнего сопротивления, и по требуемому классу очистки (в зависимости от назначения помещения).
• Шумоглушитель: Выбирается по расходу воздуха и требуемому уровню снижения шума для обеспечения акустического комфорта в помещении.

Грамотный подбор оборудования — это гарантия того, что ваша система будет не просто существовать на бумаге, а эффективно работать в реальности.

Система спроектирована и укомплектована. Остался финальный, но не менее важный шаг — превратить наши расчеты и решения в официальный документ.

Глава 6. Финальный этап, или как оформить графическую часть и пояснительную записку

Завершающий этап дипломного проекта — это правильное оформление всей проделанной работы в соответствии с установленными стандартами. Итоговый проект состоит из двух неотъемлемых частей.

1. Пояснительная записка (ПЗ)
Это текстовый документ, в котором вы последовательно излагаете и обосновываете все свои инженерные решения. Стандартная структура ПЗ включает:

• Введение (актуальность, цели и задачи).
• Исходные данные для проектирования (климатические параметры, архитектурные планы).
• Все выполненные расчеты (расчет воздухообмена, аэродинамический расчет, расчет теплопотерь, подбор оборудования).
• Заключение с основными выводами по работе.
• Список использованных источников.

2. Графическая часть
Это визуальное представление вашего проекта. Все чертежи должны быть выполнены в строгом соответствии с ГОСТ 21.602-79 «Правила выполнения рабочей документации отопления, вентиляции и кондиционирования». В состав графической части обычно входят:

• Планы этажей с нанесенными на них системами вентиляции (воздуховодами, решетками, оборудованием).
• Аксонометрические схемы каждой спроектированной системы.
• Чертежи узлов и нетиповых конструкций (при необходимости).
• План и разрезы приточной камеры с размещением основного оборудования.

Ваш проект готов, оформлен по всем правилам и ждет своего часа. Теперь главная задача — уверенно его защитить.

Заключение. Как подготовиться к защите дипломной работы

Защита дипломной работы — это не экзамен, где нужно просто пересказать формулы, а презентация вашего инженерного решения. Комиссия хочет увидеть в вас не студента, а начинающего специалиста, который понимает логику своих действий. Подготовьте краткий, но емкий доклад на 7-10 минут.

Сделайте акцент не на процессе расчета, а на его результатах и обосновании выбора: «Для данного зрительного зала воздухообмен был рассчитан по количеству людей согласно требованиям СП… и составил 6000 м³/ч. Это позволило на основе аэродинамического расчета подобрать приточную установку с такими-то параметрами…»

Будьте готовы к вопросам. Заранее продумайте ответы на самые вероятные из них: «Почему вы выбрали именно такую схему воздухораспределения?», «Чем обоснован выбор этого калорифера?», «Какой экономический эффект от вашего решения?». Уверенная и аргументированная защита — это финальный штрих, который превратит вашу отличную работу в блестящий результат.

Список использованной литературы

1. СП 60.13330. 2012 Отопление, вентиляция и кондиционирование [Текст]. Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2012. – 72 с.
2. СанПин 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений: Санитарные правила инормы. [Текст] – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997.-20с.
3. СП 131.13330.2012 Строительная климатология [Текст]. Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2012. – 113 с.
4. СП 118.13330.2012 Общественные здания и сооружения [Текст]. Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2012.
5. СП 44.13330.2011 Административные и бытовые здания. Свод правил: [Текст]. – М.: Госстрой России, 2011. – 28 с.
6. Отопление и вентиляция жилых и гражданских зданий: Проектирование: Справочник: [Текст] / Г. В. Русланов, М. Я. Розкин, Э. Л. Ямпольский. — Киев: Будiвельник, 1983. – 272 с.
7. Посохин, В. Н. Ародинамика вентиляции / В.Н. Посохин. – М.: АВОК-ПРЕСС. 2008. – 209с.
8. Ананьев В.А. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика: учебное пособие, издание 2-е. – М.: Евроклимат, изд. Арина, 2000. — 416 с.
9. Каменев П.Н. Вентиляция: учебное пособие. изд. 2-е, исправл. и дополн. – М.: изд-во АСВ, 2011. – 632 с.