Расчет воздуховодов: как подобрать сечение и диаметр под расход воздуха и не ошибиться со скоростью

Возьмите два одинаковых расхода воздуха и два разных диаметра, и вы получите две разные системы, где одна незаметно шелестит за потолком, а вторая гудит так, что ее выключают на ночь. Различие закладывается на этапе, который чаще всего пропускают. Расчет воздуховодов занимает десять минут с формулой из этой статьи, а исправление «трубы не того размера» после ремонта стоит как половина системы. Сам аэродинамический расчет воздуховодов входит в рабочий проект лишь одним разделом, а полный состав проекта вентиляции разобран отдельно.

Что считаем и что должно быть известно заранее

На входе расчета одна цифра: расход воздуха L в кубометрах в час для каждого участка сети. Сколько воздуха нужно помещениям, считается по нормам СП и кратностям, и это отдельная задача, о которой рассказывает статья про расчет вентиляции. Здесь расход берем как данность, например кухня 100 м³/ч, санузел 25 м³/ч и спальня 60 м³/ч.

На выходе получаются сечение и диаметр каждого участка. Важно именно «каждого», ведь сеть считается по участкам. Магистраль возле вентилятора несет суммарный расход всех точек, а после каждого ответвления расход падает, и сечение можно уменьшать. Так появляется «телескопическая» разводка с обложки этой статьи, например Ø200 у вентилятора, Ø160 после первой врезки и Ø125 в хвосте.

Перед формулами нарисуйте схему: план квартиры, точки притока и вытяжки с расходами, трасса от вентилятора с длинами участков и поворотами. На схеме сразу видно, где магистраль, где ответвления и какой расход несет каждый кусок трубы. Пять минут с карандашом экономят половину ошибок расчета, ведь без схемы легко посчитать сечение «вообще», без привязки к участку.

Правило простое: каждый участок сети считается под свой расход, и сечение меняется после каждой врезки. Держать одинаковую трубу по всей трассе допустимо на коротких простых разводках из двух-трех точек, потому что переплата за металл там меньше, чем возня с переходами.

Формула сечения

Вся аэродинамика бытового уровня умещается в одну формулу:

S = L / (3600 · v), где S (сечение канала, м²), L (расход, м³/ч), v (скорость воздуха, м/с). Множитель 3600 переводит часы в секунды.

Пример с той же газовой кухней: норма вытяжки 100 м³/ч, скорость для жилой ветки берем 2,5 м/с, и тогда S = 100 / (3600 · 2,5) = 0,0111 м², то есть 111 см². Расчетный диаметр круглой трубы под такое сечение — это примерно 119 мм, но такого типоразмера нет, поэтому берем ближайший больший стандартный Ø125. Фактическая скорость в нем составит 2,26 м/с, даже тише расчетной.

Посчитать свой участок можно прямо здесь:

Округляем всегда вверх, потому что больший диаметр снижает фактическую скорость, а с ней шум и сопротивление. Округление вниз экономит сотни рублей на трубе и потом стоит десятки тысяч на переделке гудящей трассы.

Скорость воздуха: главный выбор расчета

Скорость — это единственная величина в формуле, которую вы назначаете сами, и весь характер системы определяется этим выбором.

Нормативная база здесь тоньше, чем пишут в большинстве статей. Приложение Л СП 60.13330.2020 задает рекомендуемые скорости в зависимости от типа здания, производительности системы и годовой наработки, с диапазонами от 1,5 до 6,5 м/с, а для естественной вытяжки жилых домов есть отдельная таблица со скоростями около 1–2,5 м/с. Привычные же цифры «3–5 м/с на магистрали, 2–3 на ответвлениях» пришли из инженерной практики механической вентиляции жилья и нормативу не противоречат, ведь это его конкретизация для типовых квартир.

Скорость побольше и труба поменьше не годятся, ведь физика против. Потери давления растут примерно как квадрат скорости, а если разогнали поток вдвое, сопротивление выросло вчетверо, и вентилятору нужен запас мощности. С шумом еще жестче, потому что по данным АВОК аэродинамический шум растет пропорционально пятой-шестой степени скорости. Уменьшение диаметра «на один типоразмер» может превратить бесшумную трассу в слышимую, и плюс 30% к скорости — это почти вчетверо больше шумовой энергии. Поэтому для веток к спальням и детским закладывают 2–3 м/с, а решетки подбирают так, чтобы на выходе было не больше 1,5 м/с. На потолочных диффузорах и анемостатах это правило не работает, потому что там типоразмер берут по паспортному расходу при нужном уровне шума, и заводские 25 дБА у диффузора Ø100 приходятся на скорость около 4 м/с.

Отдельный случай, о котором забывают, это естественная вытяжка, где тяга слабая, поэтому нормы закладывают скорости порядка 1–2,5 м/с (в СП для жилых зданий каналы-спутники считают на 1,0–1,5 м/с). Значит, канал под естественную тягу нужен заметно толще, чем под механическую при том же расходе. Санузел на 25 м³/ч с вентилятором обойдется трубой Ø100, а на чистой тяге тот же расход попросит канал вдвое большего сечения, и это одна из причин, почему «просто дырка в шахту» так часто не справляется.

Круглый или прямоугольный

При равной площади сечения круглая труба всегда выгоднее, потому что у нее минимальный периметр, а значит меньше поверхность трения и ниже потери. Прямоугольные каналы выбирают ради компоновки, ведь короб 200×100 прячется в подшивной потолок высотой 12 см, куда круглая Ø160 уже не влезает.

Чтобы применить формулу и таблицы к прямоугольному каналу, используют эквивалентный диаметр Dэкв = 2·a·b / (a + b). Для короба 200×100 мм Dэкв = 2·200·100 / 300 = 133 мм, то есть по сопротивлению он ведет себя примерно как круглая труба Ø133. По площади 200×100 (200 см²) близок к Ø160 (201 см²), а работает как Ø133 — это и есть цена вытянутого сечения. Чем сильнее сплюснут короб, тем больше разрыв, поэтому сечения вытянутее 3:1 стараются не применять.

Приведение к стандартному типоразмеру

Расчетное сечение — это полдела: купить можно только то, что выпускают. Стандартный ряд круглых воздуховодов включает 100, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315 мм и далее. Прямоугольные идут сетками от 100×100 c шагом 50 мм по каждой стороне, то есть 150×100, 200×100, 200×150 и так далее, у каждого производителя свой сортамент. Когда типоразмеры выбраны и трасса набрана, остается посчитать метраж, ведь площадь воздуховодов в квадратных метрах нужна снабженцу для сметы металла и изоляции. У бытового пластика свой размерный ряд, не привязанный к стальному, и о том, как привести расчетное сечение к типоразмеру плоского или круглого ПВХ-канала под кухонную вытяжку, рассказывает статья про пластиковые воздуховоды для вытяжки.

Шпаргалка «от расхода к диаметру» для жилых скоростей:

*Звездочка: на таких расходах обычно уходят в прямоугольные короба или пары каналов. Подобрать трубу и переходы под расчетный размер можно в каталоге воздуховодов; гибкие рукава там тоже есть, но о них отдельный разговор ниже.

Потери давления: зачем считать сопротивление

Сечение отвечает на вопрос «пройдет ли воздух», а потери давления отвечают на вопрос «потянет ли вентилятор». Каждый метр трубы и каждый поворот съедают часть напора, и сумма этих потерь по самой длинной ветке определяет, какое давление должен развивать вентилятор.

Для жесткой круглой трубы при жилых скоростях ориентиром служит порядка 1–3 Па на метр длины (чем больше диаметр, тем меньше). Местные сопротивления считаются через коэффициенты, и плавный отвод 90° большого радиуса дает ξ около 0,21, а вот типовое штампованное колено дает уже 0,3–1,0, в несколько раз больше. Тройники, переходы и врезки из каталога фасонных изделий тоже вносят свой вклад, поэтому трасса «покороче и попрямее» выигрывает всегда.

Отдельная строка расходов приходится на гибкие гофрированные рукава. Коэффициент трения у гофры кратно выше, чем у гладкой стали, а сжатая или провисшая гофра теряет еще больше, поэтому гибкий рукав допустим только короткими участками на подключениях, и обязательно в расправленном состоянии. Собрать всю трассу из гофры — это самый быстрый способ потерять половину производительности вентилятора.

Прикинем на примере кухонной ветки, где 6 метров жесткой трубы Ø125 при 2,26 м/с дают примерно 6 × 2 = 12 Па, два плавных отвода добавят еще 4–6 Па, плюс сопротивление решетки и зонта. Итог выходит порядка 20–30 Па, и любой канальный вентилятор такое переваривает. Теперь та же ветка из растянутой гофры с парой заломов легко выходит за сотню паскалей, и «стосемидесятикубовый» вентилятор внезапно дует на восемьдесят.

Сумму потерь считают по самой нагруженной ветке и по ней подбирают вентилятор с запасом по давлению. Как связать расход и давление с конкретной моделью, рассказывает статья как выбрать канальный вентилятор, где есть рабочая точка и паспортные цифры. Если же тип аппарата еще не выбран, начните со статьи про виды вентиляторов, ведь осевые и центробежные ведут себя под нагрузкой по-разному.

Типичные ошибки

Четыре сюжета, с которыми приходят чаще всего.

В первом случае сечение берут «по патрубку». У кухонной вытяжки выход Ø125, и всю трассу собирают из Ø125, хотя по расходу и длине нужна Ø160. Патрубок прибора ничего не говорит о трассе, ведь это просто его выходное отверстие.

Во втором случае берут гофру на всю трассу, потому что «так проще завести за короб». Половина напора остается в складках гофры, как сказано выше.

В третьем случае трубу сужают сразу за вентилятором. Вентилятору нужен ровный разгонный участок, поэтому переход на меньший диаметр вплотную к выходу срезает производительность и добавляет шума.

В четвертом случае берут одинаковое сечение через всю квартиру «для простоты», когда трасса длинная и точек много. Возле вентилятора труба перегружена, а в хвосте воздух ползет, и телескопическая разводка по участкам решает это штатно.

FAQ: частые вопросы

Можно ли доверять онлайн-калькуляторам?
Для типовых бытовых систем да: формула сечения простая, ошибиться в ней сложно. Калькулятор выше считает и сечение, и стандартный типоразмер с фактической скоростью. Что калькуляторы не учитывают, так это потери давления по конкретной трассе, и для длинных сетей нужен расчет по участкам. Для таких сетей инженеры считают в специализированных программах, их обзор собрали в отдельной статье.

Какую скорость брать для квартиры?
Магистраль 3–4 м/с, ответвления 2–3 м/с, к спальням ближе к 2 м/с. Быстрее можно, но каждый лишний метр в секунду слышно.

Какой диаметр нужен кухне на 100 м³/ч?
При 2,5 м/с расчетное сечение 111 см², стандартный ответ Ø125. Если трасса длиннее 5–6 метров с парой поворотов, честнее взять Ø140–160, потому что скорость и потери упадут.

Почему воздуховод гудит?
Чаще всего завышенная скорость: заниженное сечение, пережатая гофра или решетка меньше нужной. Шум растет как пятая-шестая степень скорости, так что даже небольшое сужение слышно, а реже виноват сам вентилятор без виброразвязки.

Подойдет ли короб 200×100 вместо круглой трубы на кухню?
По площади да, ведь 200 см² перекрывают нужные 111 см² с запасом. Но считать его надо через эквивалентный диаметр (Dэкв = 133 мм), ведь сопротивление у плоского короба выше, чем у «равновеликого» круга. Для трасс до 4–5 метров разница непринципиальна, на длинных лучше круглая труба.

Чем измерить скорость в готовой системе?
Анемометром на решетке, ведь расход равен скорости, умноженной на живое сечение решетки и на 3600. Это простой способ проверить, дала ли трасса расчетный воздух.

Что в итоге

Расчет воздуховодов сводится к пяти шагам. Возьмите расход каждого участка (нормы и методика в статье про расчет вентиляции). Назначьте скорость, то есть 3–4 м/с магистраль, 2–3 ответвления, тише к спальням. Посчитайте сечение по S = L/(3600·v) или калькулятором выше. Округлите до стандартного типоразмера вверх, для прямоугольных проверьте эквивалентный диаметр Dэкв = 2ab/(a+b). И прикиньте потери по самой длинной ветке, чтобы вентилятор дотянул, берите гладкую трубу, плавные отводы и минимум гофры.

Сомневаетесь в трассе или расход нестандартный? Напишите нам, инженер посчитает сеть по участкам, подберет сечения и пришлет спецификацию с ценами в рабочее время в течение часа.

Наши мессенджеры: Max, Telegram, WhatsApp