Quale dovrebbe essere la velocità dell'aria nel condotto di ventilazione secondo le norme tecniche

Il microclima, garantito dai sistemi di ventilazione in ambienti residenziali o industriali, influisce sul benessere e sulla produttività delle persone. Per creare condizioni di vita confortevoli sono state sviluppate norme che definiscono la composizione dell'aria. Lo ammetterà, un regolare ricambio d'aria è essenziale.

Le spiegheremo quale dovrebbe essere la velocità dell'aria nel condotto. Le consiglieremo cosa fare per mantenere il flusso d'aria sempre fresco e conforme alle norme igieniche. Da noi troverà una descrizione dettagliata dei metodi di calcolo e l'elenco delle regole per la scelta del condotto ottimale.

Le informazioni proposte per la consultazione si basano sui dati dei manuali normativi. Per l'apprendimento pratico dei metodi di calcolo, vengono forniti esempi. Il materiale testuale è integrato da illustrazioni chiare e video, che facilitano la comprensione di un argomento complesso.

Importanza del ricambio d'aria per l'uomo

Secondo le norme edilizie e igieniche, ogni edificio residenziale o produttivo deve essere dotato di sistema di ventilazione.

Il suo scopo principale è mantenere il bilancio dell'aria, creando un microclima favorevole al lavoro e al riposo. Ciò significa che nell'atmosfera respirata dalle persone non si deve osservare un eccesso di calore, umidità o inquinamento di vario genere.

I malfunzionamenti nell'organizzazione del sistema di ventilazione portano allo sviluppo di malattie infettive e patologie dell'apparato respiratorio, alla diminuzione dell'immunità e al deterioramento prematuro degli alimenti.

In un ambiente eccessivamente umido e caldo si sviluppano rapidamente microrganismi patogeni; su pareti, soffitti e persino sui mobili compaiono focolai di muffa e funghi.

Schema di ventilazione in una casa privata a due piani. Il sistema di ventilazione è dotato di un impianto di ventilazione forzata a risparmio energetico con recuperatore di calore, che consente di riutilizzare il calore dell'aria estratta dall'edificio.

Una delle condizioni per mantenere un sano equilibrio dell'aria è la corretta progettazione del sistema di ventilazione. Ogni parte della rete di ricambio d'aria deve essere scelta in base al volume dell'ambiente e alle caratteristiche dell'aria al suo interno.

Supponiamo che in un piccolo appartamento sia sufficiente una ventilazione forzata ben regolata, mentre nei capannoni industriali è obbligatoria l'installazione di un'apparecchiatura per il ricambio d'aria forzato.

Nella costruzione di case, istituti pubblici, officine di imprese, ci si attiene ai seguenti principi:

• ogni locale deve essere dotato di un sistema di ventilazione;
• è necessario rispettare i parametri igienici dell'aria;
• Negli stabilimenti produttivi è opportuno installare dispositivi che aumentino e regolino la velocità del ricambio d'aria; nelle abitazioni, condizionatori o ventilatori in caso di ventilazione insufficiente;
• in locali di diversa destinazione (ad esempio, nelle stanze dei pazienti e nelle sale operatorie, o negli uffici e nelle sale fumatori) è necessario installare sistemi diversi.

Affinché la ventilazione soddisfi le condizioni elencate, è necessario effettuare calcoli e selezionare le apparecchiature – dispositivi di immissione dell'aria e condotti d'aria.

Inoltre, durante la realizzazione del sistema di ventilazione, è necessario scegliere correttamente i punti di presa dell'aria per evitare che flussi contaminati rientrino nei locali.

Durante la redazione del progetto di ventilazione per una casa privata, un edificio residenziale pluripiano o un locale produttivo, si calcola il volume d'aria e si individuano le posizioni di installazione delle apparecchiature di ventilazione: unità di ricambio d'aria, condizionatori e condotti d'aria.

Dalle dimensioni dei condotti d'aria (compresi i condotti verticali degli edifici) dipende l'efficienza del ricambio d'aria. Scopriamo quali sono le norme di velocità del flusso d'aria nella ventilazione indicate nei documenti sanitari.

Regole per la determinazione della velocità dell'aria

La velocità dell'aria è strettamente correlata a concetti come il livello di rumore e il livello di vibrazioni nel sistema di ventilazione. L'aria che passa attraverso i canali genera un certo rumore e una certa pressione, che aumentano con il numero di curve e pieghe.

Maggiore è la resistenza nei tubi, minore è la velocità dell'aria e maggiore è la potenza del ventilatore. Esaminiamo le norme dei fattori correlati.

N. 1 — norme sanitarie del livello di rumore

Le norme indicate nel SNiP riguardano locali residenziali (case private e condomini), di tipo pubblico e produttivo.

Nella tabella sottostante è possibile confrontare le norme per locali di diverso tipo, nonché per le aree adiacenti agli edifici.

Parte della tabella n. 1 del SNiP-2-77 del paragrafo «Protezione dal rumore». I valori massimi ammissibili per il periodo notturno sono inferiori a quelli diurni, mentre le norme per le aree adiacenti sono superiori a quelle per i locali residenziali.

Una delle cause dell'aumento delle norme adottate potrebbe essere proprio un sistema di condotti progettato in modo errato.

I livelli di pressione sonora sono presentati in un'altra tabella:

Alla messa in servizio di apparecchiature di ventilazione o di altre apparecchiature legate alla creazione di un microclima favorevole e sano negli ambienti, è consentito solo un superamento temporaneo dei parametri di rumore indicati.

N. 2 — livello di vibrazione

La potenza di funzionamento dei ventilatori è direttamente correlata al livello di vibrazione.

La soglia massima di vibrazione dipende da diversi fattori:

• dimensioni del condotto dell'aria;
• qualità delle guarnizioni che riducono il livello di vibrazione;
• materiale di fabbricazione dei tubi;
• velocità del flusso d'aria che passa attraverso i canali.

Le norme da rispettare nella scelta dei dispositivi di ventilazione e nei calcoli relativi ai condotti dell'aria sono presentate nella tabella seguente:

Valori massimi ammissibili di vibrazione locale. Se durante il controllo i valori reali sono superiori alle norme, significa che il sistema di condotti dell'aria è stato progettato con carenze tecniche che devono essere corrette, oppure la potenza del ventilatore è troppo elevata.

La velocità dell'aria nei pozzi e nei canali non deve influenzare l'aumento dei valori di vibrazione, né i parametri ad essi correlati delle oscillazioni sonore.

N. 3 — tasso di ricambio d'aria

La purificazione dell'aria avviene grazie al processo di ricambio d'aria, che si suddivide in naturale o forzato.

Nel primo caso avviene mediante l'apertura di porte, lucernari, finestre (e viene chiamata aerazione) o semplicemente per infiltrazione attraverso le fessure nei giunti di pareti, porte e finestre; nel secondo caso, con l'ausilio di condizionatori e apparecchiature di ventilazione.

Il ricambio dell'aria in una stanza, in un locale di servizio o in un'officina deve avvenire più volte all'ora, affinché il grado di inquinamento delle masse d'aria sia accettabile. Il numero di ricambi è il tasso di ricambio, un parametro necessario anche per determinare la velocità dell'aria nei canali di ventilazione.

Il tasso di ricambio si calcola con la seguente formula:

N=V/W,

dove:

• N – tasso di ricambio d'aria, volte in 1 ora;
• V – volume di aria pulita che riempie il locale in 1 ora, m³/h;
• W – volume del locale, m³.

Per evitare di eseguire calcoli aggiuntivi, gli indicatori medi di ricambio d'aria sono raccolti in tabelle.

Ad esempio, per i locali residenziali è adatta la seguente tabella del tasso di ricambio d'aria:

Secondo la tabella, è necessario un frequente ricambio d'aria nel locale se questo è caratterizzato da elevata umidità o temperatura dell'aria – ad esempio, in cucina o nel bagno. Di conseguenza, in caso di ventilazione naturale insufficiente in questi locali, vengono installati dispositivi di circolazione forzata.

Cosa succederà se le norme del tasso di ricambio d'aria non vengono rispettate o vengono rispettate in modo insufficiente?

Succederà una delle due cose:

• Tasso inferiore alla norma. L'aria fresca cessa di sostituire l'aria inquinata, di conseguenza nel locale aumenta la concentrazione di sostanze nocive: batteri, microrganismi patogeni, gas pericolosi. La quantità di ossigeno, importante per il sistema respiratorio umano, diminuisce, mentre l'anidride carbonica, al contrario, aumenta. L'umidità sale al massimo, con il rischio di comparsa di muffe.
• Tasso superiore alla norma. Si verifica se la velocità di movimento dell'aria nei condotti supera la norma. Ciò influisce negativamente sul regime termico: il locale semplicemente non fa in tempo a riscaldarsi. L'aria eccessivamente secca provoca malattie della pelle e dell'apparato respiratorio.

Affinché il tasso di ricambio d'aria sia conforme alle norme sanitarie, è necessario installare, rimuovere o regolare i dispositivi di ventilazione e, se necessario, sostituire i condotti d'aria.

Algoritmo per il calcolo della velocità dell'aria

Considerando le condizioni sopra esposte e i parametri tecnici specifici dell'ambiente, è possibile determinare le caratteristiche del sistema di ventilazione, nonché calcolare la velocità dell'aria nei condotti.

Bisogna basarsi sul tasso di ricambio d'aria, che per questi calcoli è il valore determinante.

Per chiarire i parametri di portata, sarà utile una tabella:

Nella tabella sono presentate le dimensioni dei condotti d'aria a sezione rettangolare, ovvero sono indicati la loro lunghezza e larghezza. Ad esempio, utilizzando canali di 200 mm x 200 mm a una velocità di 5 m/s, la portata d'aria sarà di 720 m³/h.

Per eseguire i calcoli in modo autonomo, è necessario conoscere il volume del locale e la norma del tasso di ricambio d'aria per una stanza o una sala del tipo specificato.

Ad esempio, è necessario conoscere i parametri per un monolocale con cucina di volume totale 20 m³. Prendiamo il valore minimo del tasso di ricambio per la cucina – 6. Risulta che in 1 ora i condotti d'aria devono spostare circa L = 20 m³*6 = 120 m³.

È inoltre necessario conoscere la sezione dei condotti di ventilazione installati nel sistema. Essa si calcola con la seguente formula:

S = πr² = π/4*D²,

dove:

• S — area della sezione trasversale del condotto d'aria;
• π — numero 'pi', costante matematica, pari a 3,14;
• r — raggio della sezione del condotto;
• D — diametro della sezione del condotto.

Supponiamo che il diametro di un condotto circolare sia 400 mm, lo sostituiamo nella formula e otteniamo:

S = (3,14*0,4²)/4 = 0,1256 m²

Conoscendo l'area della sezione e la portata, possiamo calcolare la velocità. Formula per il calcolo della velocità del flusso d'aria:

V = L/3600*S,

dove:

• V — velocità del flusso d'aria, (m/s);
• L — portata d'aria, (m³/h);
• S  — area della sezione dei canali d'aria (condotti), (m²).

Sostituiamo i valori noti e otteniamo: V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 m/s

Di conseguenza, per garantire il necessario ricambio d'aria (120 m³/h) utilizzando un condotto circolare con diametro 400 mm, sarà necessario installare apparecchiature che consentano di aumentare la velocità del flusso d'aria fino a 0,265 m/s.

Occorre ricordare che i fattori descritti in precedenza – parametri del livello di vibrazione e del livello di rumore – dipendono direttamente dalla velocità dell'aria.

Se il rumore supera i valori normali, si dovrà ridurre la velocità e di conseguenza aumentare la sezione dei condotti. In alcuni casi è sufficiente installare tubi di altro materiale o sostituire un tratto di canale curvo con uno dritto.

Norme raccomandate per la velocità del ricambio d'aria

Durante la stesura del progetto dell'edificio si esegue il calcolo per ogni singola sezione. In produzione sono i reparti, negli edifici residenziali gli appartamenti, in una casa privata i blocchi per piano o le singole stanze.

Prima dell'installazione del sistema di ventilazione, sono noti i percorsi e le dimensioni delle principali condutture, la geometria necessaria per i canali di ventilazione e il diametro ottimale dei tubi.

Non bisogna sorprendersi delle dimensioni ingombranti dei condotti nei ristoranti o in altre strutture – sono progettati per espellere grandi quantità d'aria viziata.

I calcoli relativi al movimento dei flussi d'aria all'interno di edifici residenziali e industriali sono considerati tra i più complessi, pertanto devono essere eseguiti da specialisti qualificati ed esperti.

La velocità raccomandata dell'aria nei condotti è indicata nel SNiP — documento normativo statale, e durante la progettazione o la consegna degli impianti ci si basa proprio su di esso.

La tabella indica i parametri da seguire per la realizzazione del sistema di ventilazione. I numeri indicano la velocità di movimento delle masse d'aria nei punti di installazione dei canali e delle griglie nelle unità comuni – m/s

Si ritiene che all'interno degli ambienti la velocità dell'aria non debba superare il valore di 0,3 m/s.

Fanno eccezione le circostanze tecniche temporanee (ad esempio, lavori di riparazione, installazione di macchinari edili, ecc.) durante le quali i parametri possono superare i valori normativi al massimo del 30%.

Nei locali di grandi dimensioni (garage, officine, magazzini, hangar) spesso, invece di un singolo sistema di ventilazione, ne operano due.

Il carico viene suddiviso a metà, di conseguenza la velocità dell'aria viene selezionata in modo da garantire il 50% del volume totale di spostamento dell'aria calcolato (rimozione dell'aria inquinata o immissione di aria pulita).

In caso di circostanze di forza maggiore, sorge la necessità di un brusco cambiamento della velocità dell'aria o della sospensione totale del funzionamento del sistema di ventilazione.

Ad esempio, per requisiti di sicurezza antincendio, la velocità dell'aria viene ridotta al minimo per prevenire la propagazione di fuoco e fumo nei locali adiacenti durante un incendio.

A questo scopo, nei condotti dell'aria e nei tratti di transizione vengono installati interruttori e valvole.

Sfumature nella scelta del condotto

Conoscendo i risultati dei calcoli aerodinamici, è possibile selezionare correttamente i parametri dei condotti, più precisamente il diametro delle sezioni circolari e le dimensioni di quelle rettangolari. Inoltre, parallelamente è possibile scegliere un dispositivo di immissione forzata dell'aria (ventilatore) e determinare le perdite di carico durante il movimento dell'aria nel canale.

Conoscendo il valore della portata d'aria e il valore della sua velocità, è possibile determinare quale sezione dei condotti dell'aria sarà necessaria.

A questo scopo si utilizza la formula inversa rispetto a quella per il calcolo della portata d'aria:

S = L/3600*V.

Utilizzando il risultato, si può calcolare il diametro:

D = 1000*√(4*S/π),

dove:

• D — diametro della sezione del condotto dell'aria;
• S — area della sezione dei canali d'aria (condotti dell'aria), (m²);
• π — il numero 'pi', costante matematica, pari a 3,14;.

Il numero ottenuto viene confrontato con gli standard di fabbrica approvati secondo GOST e vengono scelti i prodotti con diametro più vicino.

Se è necessario scegliere condotti rettangolari anziché rotondi, allora al posto del diametro si devono determinare la lunghezza/larghezza dei prodotti.

Nella scelta ci si basa sulla sezione approssimativa, utilizzando il principio a*b ≈ S e le tabelle delle dimensioni standard fornite dai produttori. Ricordiamo che secondo le norme, il rapporto tra larghezza (b) e lunghezza (a) non deve superare 1 a 3.

I condotti dell'aria a sezione rettangolare o quadrata hanno una forma ergonomica, che consente di installarli a ridosso delle pareti. Ciò viene sfruttato per realizzare cappe domestiche e nascondere i tubi sopra i controsoffitti o sopra i pensili da cucina (soppalchi).

Standard comuni per canali rettangolari: dimensioni minime – 100 mm x 150 mm, massime – 2000 mm x 2000 mm. I condotti d'aria rotondi sono vantaggiosi perché offrono una minore resistenza e, di conseguenza, hanno livelli di rumore minimi.

Ultimamente, appositamente per l'uso all'interno degli appartamenti, vengono prodotti comodi, sicuri e leggeri canali di plastica.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Dei video utili vi insegneranno a lavorare con le grandezze fisiche e vi aiuteranno a visualizzare meglio come funziona un sistema di ventilazione.

Video #1. Calcolo dei parametri della ventilazione naturale tramite un programma informatico:

Video #2. Informazioni utili sulla realizzazione di un sistema di ventilazione in una casa privata in costruzione:

Le informazioni dell'articolo possono essere utilizzate a scopo informativo e per comprendere meglio il funzionamento del sistema di ventilazione.

Per calcoli più precisi della velocità dell'aria durante la progettazione delle reti domestiche, consigliamo di consultare ingegneri che conoscono le sfumature dei sistemi di ventilazione e possono aiutare a scegliere le giuste dimensioni dei condotti dell'aria.

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