Kalkulator zapotrzebowania na świeże powietrze

Odpowiednia ilość świeżego powietrza jest jednym z podstawowych parametrów prawidłowo zaprojektowanej wentylacji. W pomieszczeniach, w których przebywają ludzie, powietrze musi być regularnie wymieniane, aby ograniczyć wzrost stężenia dwutlenku węgla, wilgoci i innych zanieczyszczeń.

Obliczenia zapotrzebowania na świeże powietrze mogą być wykonywane na kilka sposobów. W zależności od rodzaju pomieszczenia pod uwagę bierze się między innymi liczbę osób, kubaturę, przeznaczenie pomieszczenia, intensywność wykonywanej pracy oraz charakter procesów technologicznych.

W przypadku hali produkcyjnej lub warsztatu samo zapewnienie odpowiedniej ilości powietrza przypadającej na pracownika może jednak nie wystarczyć. Jeżeli podczas pracy powstają dymy spawalnicze, pyły, opary, mgła olejowa lub inne zanieczyszczenia, konieczne może być zastosowanie wentylacji miejscowej, niezależnie od wentylacji ogólnej.

Kalkulator zapotrzebowania na świeże powietrze

Ile świeżego powietrza potrzebuje człowiek?

Zapotrzebowanie na świeże powietrze zależy przede wszystkim od liczby osób przebywających w pomieszczeniu. Znaczenie ma również rodzaj pomieszczenia oraz charakter wykonywanej pracy.

Inne wymagania mogą dotyczyć:

• Biura
• Magazynu
• Warsztatu
• Hali produkcyjnej
• Pomieszczenia technologicznego
• Pomieszczenia, w którym występują dodatkowe zanieczyszczenia

Dlaczego świeże powietrze jest potrzebne?

Człowiek podczas oddychania zużywa tlen i wydziela między innymi dwutlenek węgla oraz wilgoć. Przy niewystarczającej wymianie powietrza może dochodzić również do kumulacji innych zanieczyszczeń występujących w pomieszczeniu.

Wentylacja ma więc za zadanie dostarczyć odpowiednią ilość powietrza zewnętrznego i jednocześnie usunąć odpowiednią ilość powietrza zużytego.

Co wpływa na ilość potrzebnego powietrza?

Przy określaniu zapotrzebowania należy uwzględnić przede wszystkim:

• Liczbę osób
• Rodzaj pomieszczenia
• Przeznaczenie obiektu
• Intensywność pracy
• Czas przebywania ludzi
• Kubaturę pomieszczenia
• Występowanie procesów technologicznych
• Rodzaj powstających zanieczyszczeń
• Sposób działania wentylacji

Dlatego nie istnieje jedna uniwersalna wartość świeżego powietrza, którą można zastosować do każdego pomieszczenia.

Jak obliczyć zapotrzebowanie na świeże powietrze?

Jednym z podstawowych sposobów jest obliczenie wymaganej ilości powietrza na podstawie liczby osób.

Podstawowy wzór można zapisać jako:

Q = n × q

gdzie:

• Q - wymagany strumień świeżego powietrza [m³/h]
• n - liczba osób przebywających w pomieszczeniu
• q - wymagany strumień świeżego powietrza przypadający na jedną osobę [m³/h·osobę]

Obliczenie dla jednej osoby

Jeżeli znane jest wymagane jednostkowe zapotrzebowanie na świeże powietrze, dla jednej osoby całkowity strumień wynosi:

Q = q

Wartość q należy przyjąć na podstawie wymagań właściwych dla danego rodzaju pomieszczenia i sposobu jego użytkowania.

Nie należy przyjmować jednej wartości dla wszystkich obiektów, ponieważ wymagania dla biura mogą różnić się od wymagań dla hali produkcyjnej lub warsztatu.

Obliczenie dla kilku pracowników

Jeżeli w pomieszczeniu przebywa większa liczba osób, wymagany strumień rośnie proporcjonalnie do ich liczby.

Przykładowo, jeżeli przyjęte zapotrzebowanie jednostkowe wynosi q, a w pomieszczeniu znajduje się 20 pracowników:

Q = 20 × q

W ten sposób można szybko określić wymagany strumień świeżego powietrza wynikający wyłącznie z liczby osób.

Całkowite zapotrzebowanie pomieszczenia

Obliczenie według liczby osób jest jednak tylko jednym z elementów projektu wentylacji.

Jeżeli w pomieszczeniu występują dodatkowe źródła zanieczyszczeń, należy sprawdzić, czy ilość powietrza wynikająca z potrzeb pracowników jest wystarczająca również z punktu widzenia procesu technologicznego.

Zapotrzebowanie na świeże powietrze dla hali produkcyjnej

Hala produkcyjna jest szczególnym przypadkiem, ponieważ poza pracownikami występują w niej często dodatkowe źródła zanieczyszczeń.

Podczas produkcji mogą powstawać między innymi:

• Pyły
• Dymy spawalnicze
• Mgły olejowe
• Opary
• Gazy
• Ciepło technologiczne
• Para wodna

Dlatego obliczenia wentylacji hali nie powinny ograniczać się wyłącznie do liczby pracowników.

Obliczenie na podstawie liczby pracowników

Pierwszym krokiem jest określenie liczby osób oraz odpowiedniego jednostkowego zapotrzebowania na świeże powietrze.

Dla hali, w której pracuje n osób:

Q = n × q

Wynik określa ilość świeżego powietrza potrzebną ze względu na przebywające w hali osoby.

Intensywność pracy

W hali produkcyjnej znaczenie może mieć również charakter wykonywanej pracy.

Inne warunki występują przy:

• Lekkiej pracy przy stanowisku
• Pracy fizycznej o średniej intensywności
• Ciężkiej pracy fizycznej

Intensywniejsza praca oznacza większe obciążenie organizmu i może wpływać na wymagania dotyczące warunków środowiska pracy.

Czy liczba pracowników wystarczy?

Nie zawsze.

Jeżeli w hali znajduje się stanowisko spawalnicze, szlifierka, obrabiarka generująca mgłę olejową lub inne źródło emisji, należy osobno przeanalizować sposób usuwania zanieczyszczeń.

W takich przypadkach stosuje się odciągi miejscowe, które przechwytują zanieczyszczenia bezpośrednio przy źródle ich powstawania.

Wentylacja ogólna i wentylacja miejscowa pełnią więc różne funkcje.

Zapotrzebowanie na świeże powietrze w magazynie

W magazynie zapotrzebowanie na świeże powietrze może być związane przede wszystkim z liczbą pracowników i sposobem użytkowania obiektu.

Podstawowe obliczenie można wykonać według wzoru:

Q = n × q

Jeżeli magazyn jest okresowo obsługiwany przez niewielką liczbę osób, wymagany strumień może być znacznie niższy niż w hali produkcyjnej o dużej obsadzie.

Trzeba jednak uwzględnić również charakter magazynowanych materiałów oraz ewentualne procesy wykonywane na jego terenie.

Jeżeli magazynowane lub przeładowywane są substancje mogące powodować emisję szkodliwych oparów lub pyłów, samo obliczenie na podstawie liczby osób może być niewystarczające.

Zapotrzebowanie na świeże powietrze w warsztacie

Warsztat jest kolejnym przykładem pomieszczenia, w którym należy rozdzielić potrzeby ludzi od potrzeb technologicznych.

W warsztacie mogą występować między innymi:

• Spawanie
• Cięcie metali
• Szlifowanie
• Obróbka mechaniczna
• Malowanie
• Czyszczenie
• Obróbka materiałów pylących

Dla pracowników można obliczyć wymagany strumień świeżego powietrza według liczby osób:

Q = n × q

Jednocześnie dla stanowisk, na których powstają zanieczyszczenia, należy zaprojektować odpowiednie odciągi miejscowe.

Przykładowo odciąg spawalniczy powinien przechwytywać dymy możliwie blisko miejsca ich powstawania. Nie należy zakładać, że zwiększenie wydajności wentylacji ogólnej całego warsztatu automatycznie zastąpi odciąg miejscowy.

Zapotrzebowanie na świeże powietrze w biurze

W biurze głównym źródłem zanieczyszczeń jest zazwyczaj obecność ludzi.

Dlatego przy określaniu ilości świeżego powietrza szczególne znaczenie ma liczba pracowników i charakter pomieszczenia.

Podstawowe obliczenie:

Q = n × q

gdzie wartość q należy przyjąć zgodnie z wymaganiami dotyczącymi danego rodzaju pomieszczenia.

Przykładowo dla biura przeznaczonego dla kilkunastu pracowników najpierw określa się maksymalną liczbę osób, a następnie mnoży ją przez przyjęte jednostkowe zapotrzebowanie na świeże powietrze.

Obliczenia świeżego powietrza na podstawie liczby osób

Metoda oparta na liczbie osób jest szczególnie przydatna w pomieszczeniach, w których głównym źródłem zanieczyszczeń są użytkownicy.

Wartość q należy dobrać odpowiednio do rodzaju pomieszczenia i obowiązujących wymagań. Tabela pokazuje zależność matematyczną, a nie uniwersalne normy ilości powietrza dla wszystkich obiektów.

Obliczenia świeżego powietrza na podstawie kubatury pomieszczenia

Drugim sposobem określenia wymaganej wydajności wentylacji jest wykorzystanie kubatury pomieszczenia i wymaganej liczby wymian powietrza.

Najpierw należy obliczyć objętość pomieszczenia:

V = L × W × H

gdzie:

• V - kubatura pomieszczenia [m³]
• L - długość [m]
• W - szerokość [m]
• H - wysokość [m]

Następnie można wykorzystać zależność:

Q = V × ACH

gdzie:

• Q - strumień powietrza [m³/h]
• V - kubatura [m³]
• ACH - wymagana liczba wymian powietrza na godzinę [1/h]

Jak obliczyć kubaturę pomieszczenia?

Dla pomieszczenia o wymiarach:

• Długość: 20 m
• Szerokość: 10 m
• Wysokość: 5 m

kubatura wynosi:

V = 20 × 10 × 5 = 1000 m³

Jeżeli dla danego zastosowania przyjęto określoną liczbę wymian powietrza, wymagany strumień można obliczyć poprzez pomnożenie kubatury przez wartość ACH.

Kiedy stosować metodę ACH?

Metoda wymian powietrza może być przydatna przy ocenie wentylacji pomieszczeń o określonej kubaturze.

Nie powinna jednak automatycznie zastępować obliczeń wynikających z liczby osób, procesów technologicznych czy emisji zanieczyszczeń.

W praktyce należy ustalić, jakie kryterium jest właściwe dla konkretnego pomieszczenia.

Czy metoda liczby osób i ACH daje ten sam wynik?

Nie.

Obie metody opierają się na innych założeniach. Obliczenie według liczby osób odnosi się do liczby użytkowników, natomiast ACH do kubatury i wymaganej częstotliwości wymiany powietrza.

Dlatego wynik może być różny.

Najważniejsze jest ustalenie, jakie wymaganie projektowe ma zastosowanie do danego pomieszczenia.

Co jest ważniejsze - liczba osób czy kubatura pomieszczenia?

Nie można wskazać jednej metody odpowiedniej dla wszystkich pomieszczeń.

Liczba osób ma szczególne znaczenie tam, gdzie obciążenie pomieszczenia wynika przede wszystkim z obecności ludzi.

Kubatura i wymiana powietrza mogą być istotne przy ocenie wentylacji całej przestrzeni.

Natomiast w obiektach przemysłowych może pojawić się jeszcze trzecie kryterium - ilość powietrza niezbędna do usunięcia zanieczyszczeń technologicznych.

Dlatego prawidłowe projektowanie powinno uwzględniać wszystkie istotne źródła obciążenia wentylacji.

Jak obliczyć wydajność wentylacji dla hali produkcyjnej?

Przy projektowaniu wentylacji hali produkcyjnej warto przejść przez kilka etapów.

Przykład obliczeniowy

Załóżmy halę o wymiarach:

• Długość: 30 m
• Szerokość: 15 m
• Wysokość: 6 m
• Liczba pracowników: 25

Najpierw obliczamy kubaturę:

V = 30 × 15 × 6 = 2700 m³

Następnie określamy zapotrzebowanie wynikające z liczby pracowników:

Q₁ = 25 × q

Wartość q musi zostać dobrana zgodnie z wymaganiami dotyczącymi konkretnej hali i warunków pracy.

Kolejnym krokiem może być sprawdzenie wymaganego strumienia na podstawie kubatury:

Q₂ = 2700 × ACH

W tym przypadku również należy przyjąć odpowiednią wartość ACH dla analizowanego zastosowania.

Dopiero po określeniu właściwych kryteriów można ustalić wymaganą wydajność wentylacji.

Jeżeli w hali występują zanieczyszczenia technologiczne, należy wykonać dodatkowe obliczenia dla wentylacji miejscowej.

Jak obliczyć wydajność wentylacji w magazynie?

W magazynie pierwszym krokiem jest określenie liczby osób i charakteru wykonywanych czynności.

Następnie można obliczyć zapotrzebowanie na świeże powietrze:

Q = n × q

Warto również sprawdzić kubaturę magazynu i wymagania dotyczące wymiany powietrza.

Jeżeli w magazynie odbywa się na przykład ładowanie, przeładunek materiałów, praca urządzeń emitujących zanieczyszczenia lub magazynowane są substancje wymagające szczególnego sposobu wentylowania, należy uwzględnić te czynniki w projekcie.

Jak obliczyć wydajność wentylacji w warsztacie?

W warsztacie należy rozpocząć od określenia liczby pracowników oraz rodzaju wykonywanych prac.

Następnie należy rozdzielić:

• Zapotrzebowanie na świeże powietrze dla pracowników
• Powietrze potrzebne do usuwania zanieczyszczeń technologicznych

Przykładowo warsztat, w którym pracuje 10 osób, może wymagać określonej ilości świeżego powietrza wynikającej z obsady.

Jeżeli jednocześnie znajduje się w nim stanowisko szlifierskie, spawalnicze i obrabiarka generująca mgłę olejową, każde z tych źródeł może wymagać osobnego odciągu miejscowego.

Dlatego wydajność całego systemu nie powinna być określana wyłącznie na podstawie liczby pracowników.

Jak obliczyć wydajność wentylacji biura?

W przypadku biura można rozpocząć od określenia maksymalnej liczby osób.

Następnie:

Q = n × q

Kolejnym krokiem jest sprawdzenie kubatury pomieszczenia i pozostałych parametrów wentylacji.

W praktyce warto również uwzględnić sposób użytkowania biura, układ pomieszczeń oraz rozmieszczenie nawiewów i wywiewów.

Świeże powietrze a wentylacja przemysłowa

W wentylacji przemysłowej trzeba wyraźnie rozróżnić trzy zagadnienia:

• Świeże powietrze dostarczane do pomieszczenia
• Powietrze usuwane przez wentylację ogólną
• Powietrze usuwane przez odciągi miejscowe

Wentylacja ogólna odpowiada za wymianę powietrza w całym pomieszczeniu.

Odciąg miejscowy przechwytuje zanieczyszczenia bezpośrednio przy źródle ich powstawania.

Wentylacja ogólna

Wentylacja ogólna może służyć między innymi do:

• Dostarczania świeżego powietrza
• Usuwania powietrza zużytego
• Ograniczania wzrostu stężenia zanieczyszczeń w całym pomieszczeniu
• Zapewnienia odpowiednich warunków środowiska pracy

Odciąg miejscowy

Odciąg miejscowy jest projektowany wokół konkretnego źródła emisji.

Przykładami są:

• Odciągi spawalnicze
• Ramiona odciągowe
• Stoły odciągowe
• Odciągi znad maszyn
• Odciągi mgły olejowej
• Odciągi pyłów

Właściwie zaprojektowany odciąg miejscowy ogranicza rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń po całej hali.

Powietrze kompensacyjne

Jeżeli z hali jest usuwana duża ilość powietrza przez system odciągowy, trzeba również rozważyć sposób jego uzupełnienia.

Przykładowo system odciągowy może usuwać 10 000 m³/h. Tak duży strumień powietrza powinien zostać uwzględniony w bilansie powietrznym obiektu.

Nie oznacza to automatycznie, że każdy system musi dostarczać dokładnie taką samą ilość świeżego powietrza, ale bilans nawiewu i wywiewu musi być odpowiednio zaprojektowany.

Bilans powietrza w hali produkcyjnej

Bilans powietrza określa zależność pomiędzy powietrzem doprowadzanym i usuwanym z pomieszczenia.

Niewłaściwie wykonany bilans może powodować:

• Nadmierne podciśnienie
• Zasysanie powietrza przez bramy i drzwi
• Przeciągi
• Zaburzenia działania wentylacji
• Problemy z osiągnięciem wymaganej wydajności odciągów
• Zwiększone straty energii

W przypadku dużych instalacji przemysłowych bilans powietrza powinien być analizowany już na etapie projektowania systemu.

Czy zapotrzebowanie na świeże powietrze jest równe wydajności wentylatora?

Nie zawsze.

Wydajność wentylatora określa strumień powietrza, który urządzenie może przetłaczać w określonym punkcie pracy.

Natomiast zapotrzebowanie na świeże powietrze jest wartością wynikającą z potrzeb danego pomieszczenia.

W instalacji mogą występować również:

• Recyrkulacja
• Wywiew powietrza
• Nawiew świeżego powietrza
• Odciągi miejscowe
• Powietrze kompensacyjne

Dlatego sam wybór wentylatora na podstawie jednej wartości m³/h nie jest wystarczający.

Jak dobrać wentylator na podstawie zapotrzebowania na świeże powietrze?

Po określeniu wymaganego strumienia powietrza należy obliczyć również opory instalacji.

Pod uwagę należy wziąć między innymi:

• Długość kanałów
• Średnice kanałów
• Kolana
• Trójniki
• Przepustnice
• Kratki i nawiewniki
• Filtry
• Tłumiki
• Inne elementy instalacji

Wymagana wydajność wentylatora wynika więc nie tylko z zapotrzebowania na powietrze, ale również z wymaganego sprężu.

Przy doborze wentylatora należy określić jego punkt pracy, czyli zależność pomiędzy wydajnością i sprężem.

W przypadku bardziej rozbudowanych obliczeń warto wykorzystać również:

• Obliczenia wydajności wentylatora
• Obliczenia sprężu wentylatora
• Obliczenia strat ciśnienia
• Obliczenia mocy wentylatora

Najczęstsze błędy przy obliczaniu zapotrzebowania na świeże powietrze

Obliczanie tylko na podstawie kubatury

Sama kubatura nie mówi, ile osób przebywa w pomieszczeniu ani jakie procesy są w nim prowadzone.

Pomijanie liczby pracowników

W pomieszczeniach użytkowanych przez ludzi liczba osób może być jednym z podstawowych parametrów projektowych.

Stosowanie jednej wartości dla każdego pomieszczenia

Biuro, magazyn, warsztat i hala produkcyjna mają różne funkcje, dlatego nie powinny być traktowane identycznie.

Traktowanie wentylacji ogólnej jako odciągu miejscowego

Zwiększenie wymiany powietrza w hali nie jest automatycznie zamiennikiem odciągu umieszczonego bezpośrednio przy źródle emisji.

Brak bilansu nawiewu i wywiewu

Duże instalacje odciągowe mogą znacząco zmieniać ciśnienie w hali, jeżeli nie zapewniono odpowiedniego dopływu powietrza.

Dobór wentylatora wyłącznie na podstawie m³/h

Wentylator musi zapewniać wymagany przepływ przy odpowiednim sprężu. W przeciwnym razie rzeczywisty punkt pracy może znacznie odbiegać od założeń projektowych.

Pomijanie procesów technologicznych

Spawanie, szlifowanie, cięcie, malowanie czy obróbka mechaniczna mogą wymagać zastosowania dodatkowej wentylacji miejscowej.

Kompletny przykład obliczenia zapotrzebowania na świeże powietrze

Rozważmy halę produkcyjną o wymiarach:

30 × 15 × 6 m

oraz obsadę:

25 pracowników.

Krok 1 - obliczenie kubatury

V = 30 × 15 × 6 = 2700 m³

Krok 2 - zapotrzebowanie wynikające z liczby osób

Jeżeli dla analizowanych warunków przyjęto jednostkową wartość q, to:

Q₁ = 25 × q

Krok 3 - sprawdzenie wymiany powietrza

Dla przyjętej wartości ACH:

Q₂ = 2700 × ACH

Krok 4 - porównanie wyników

Wyniki Q₁ i Q₂ należy odnieść do wymagań właściwych dla danego obiektu.

Nie należy automatycznie przyjmować większej wartości tylko dlatego, że jest większa. Najpierw trzeba ustalić, jakie kryterium jest wymagane dla analizowanego pomieszczenia i czy nie występują dodatkowe wymagania wynikające z procesu technologicznego.

Krok 5 - uwzględnienie procesów technologicznych

Jeżeli w hali odbywa się spawanie, szlifowanie lub inny proces generujący zanieczyszczenia, należy dodatkowo obliczyć wymagany strumień dla odciągów miejscowych.

Dopiero zestawienie wszystkich wymaganych strumieni pozwala przejść do projektowania kompletnego systemu wentylacji.

Obliczenia zapotrzebowania na świeże powietrze - tabela

Tabela pokazuje sposób podejścia do obliczeń. Ostateczne wymagania należy zawsze określić na podstawie przeznaczenia pomieszczenia, procesu i obowiązujących wymagań projektowych.

Podsumowanie

Obliczenia zapotrzebowania na świeże powietrze powinny uwzględniać nie tylko kubaturę pomieszczenia, ale również liczbę osób, przeznaczenie obiektu i charakter wykonywanej pracy.

Podstawowym sposobem obliczenia zapotrzebowania wynikającego z liczby osób jest wzór:

Q = n × q

Drugą metodą może być obliczenie strumienia na podstawie kubatury i liczby wymian powietrza:

Q = V × ACH

W obiektach przemysłowych należy jednak wykonać jeszcze jeden istotny krok - sprawdzić, czy w pomieszczeniu występują zanieczyszczenia technologiczne. Dymy spawalnicze, pyły, mgły olejowe, opary i gazy wymagają odpowiedniego sposobu usuwania, często za pomocą wentylacji miejscowej.

Prawidłowy proces projektowania można więc przedstawić jako:

liczba osób → jednostkowe zapotrzebowanie → całkowity strumień → kubatura → wymiana powietrza → proces technologiczny → bilans nawiewu i wywiewu → straty ciśnienia → dobór wentylatora.

Dopiero takie podejście pozwala określić rzeczywiste wymagania instalacji wentylacyjnej i dobrać urządzenia odpowiednie do warunków pracy.