Berechnung der Fläche von Luftkanälen und Formteilen: Regeln zur Durchführung von Berechnungen + Berechnungsbeispiele nach Formeln

Der Schlüssel zu einem einwandfreien und effizienten Betrieb der Lüftung ist eine korrekte Berechnung der Fläche von Luftkanälen und Formteilen, von der die Auswahl sowohl einzelner Elemente als auch der Geräte abhängt. Ziel der Berechnung ist es, eine optimale Luftwechselrate in den Räumen entsprechend ihrer Nutzung zu gewährleisten.

In diesem Artikel haben wir jeden der obligatorischen Berechnungsschritte im Detail behandelt: Bestimmung des Querschnitts und der tatsächlichen Fläche der Luftkanäle, Berechnung der Luftgeschwindigkeit und Auswahl der Parameter der Formteile. Darüber hinaus haben wir die wichtigsten Anforderungen an die Größe der Lüftungskanäle dargelegt und ein Berechnungsbeispiel für Luftkanäle in einem Einfamilienhaus gegeben.

Ziel der Berechnungen

Die Besonderheiten der Berechnung und der Auswahl von Luftkanälen hängen von deren Typ und dem Material ab, aus dem sie gefertigt sind. Die letztgenannte Eigenschaft bedingt Nuancen, die bei der Luftbewegung auftreten, sowie die Besonderheiten der Wechselwirkung der Luftlawine mit den Wänden.

Luftkanäle gibt es in folgenden Ausführungen:

• aus Metall – dies kann Schwarzstahl, verzinkter Stahl, Edelstahl sein;
• aus Aluminium, flexibel und gewellt;
• Plastiklüftungskanäle – flexible und starre;
• aus Stoff.

Nach der Querschnittsgeometrie werden runde, rechteckige und ovale Luftkanäle hergestellt. Letztere sind nicht so beliebt wie die ersten beiden.

Selbst wenn der korrekteste Entwurf eines Lüftungssystems vorliegt, kann ein Fehler bei der Auswahl der Luftkanalquerschnitte zu einer Beeinträchtigung der Luftzirkulation führen.

Die Folge von Berechnungsfehlern ist eine erhöhte Luftfeuchtigkeit und anschließend Schimmel und Pilzbefall im Raum. Ohne korrekte Berechnung der Fläche aller Teile ist es unmöglich, die geeigneten Elemente des Lüftungssystems auszuwählen.

Von diesem Parameter hängen ab:

• die Geschwindigkeit des Luftstroms und sein Volumen;
• der Grad der Dichtheit der Verbindungen;
• die Lautstärke des Lüftungssystems;
• der Stromverbrauch.

Richtig durchgeführte Berechnungen ermöglichen es, Kosten zu sparen, da die Materialmenge genau bestimmt wird. Aber neben wirtschaftlichen Fragen sind dennoch die Lüftungsparameter entscheidend, die komfortable Lebensbedingungen für die Menschen gewährleisten.

Allgemeine Informationen zur Berechnung der Querschnittsfläche

Die Fläche der Rohre für den Luftkanal wird nach verschiedenen Werten berechnet:

1. Auf Übereinstimmung mit den sanitär-hygienischen Parametern (SanPiN).
2. Nach der Anzahl der Bewohner.
3. Nach der Raumfläche.

Das Ergebnis kann sowohl für einen einzelnen Raum als auch für das gesamte Haus ermittelt werden. Für die Berechnung gibt es spezielle Programme mit integrierten Algorithmen. Eine weitere Berechnungsmöglichkeit ist die Verwendung von Formeln.

Die Querschnittsfläche der Luftkanäle wird bei der Planung so gewählt, dass die Luft über die gesamte Länge mit etwa gleicher Geschwindigkeit strömt. Entlang des gesamten Systems ist die Luftmenge unterschiedlich, daher muss die Querschnittsfläche des Luftkanals mit zunehmendem Luftvolumen vergrößert werden.

Betrachtet man die Abluftventilation, so nimmt die Querschnittsfläche mit der Annäherung an den Ventilator zu. Nur so kann eine einigermaßen gleichmäßige Luftgeschwindigkeit über die gesamte Länge des Luftkanals gewährleistet werden.

Mit zunehmendem runden Querschnitt sinkt die Luftströmungsgeschwindigkeit. Dadurch verringert sich auch das aerodynamische Geräusch. Der Nachteil solcher Luftkanäle liegt in der Sperrigkeit der Konstruktion, weshalb eine Installation im Raum zwischen Rohdecke und abgehängter Decke sowie die erhöhten Kosten unmöglich sind.

Wenn diese Möglichkeit nicht besteht, kann man der rechteckigen Geometrie den Vorzug geben, da die Höhe des rechteckigen Querschnitts geringer ist. Andererseits sind runde Produkte einfacher zu installieren und haben auch ihre betrieblichen Vorteile.

Da runde Luftkanäle nicht immer in die Einrichtung integriert werden können und rechteckige, ästhetischere, teuer sind, sollte man als Alternative ovale Produkte in Betracht ziehen. Sie sind sowohl ergonomisch als auch effizient.

Die Wahl der einen oder anderen Variante hängt von den Prioritäten des Nutzers ab. Stehen Energieeinsparung, minimale Geräuschentwicklung und alle Möglichkeiten der Installation eines großvolumigen Netzes im Vordergrund, ist die runde Form des Luftkanals die beste Wahl.

Schritte der Berechnung

Die Berechnungsarbeiten bestehen aus mehreren Schritten:

1. Erstellung einer allgemeinen Schema der Lüftungsanlage. Hier sollten die Längen der geraden Abschnitte, die Umlenkungsteile und deren Typ sowie die Stellen der Querschnittsänderungen vermerkt werden.
2. Auswahl der Luftwechselrate, die den sanitär-hygienischen Anforderungen entspricht.
3. Berechnung der Geschwindigkeit der Luftmassenbewegung durch die Rohrleitung. Dieser Parameter hängt von der Art der Belüftung ab, die natürlich oder zwangsweise sein kann.
4. Berechnung der Querschnittsfläche der Luftkanäle und anderer Parameter.

Es gibt viele Programme zur Durchführung solcher Berechnungen.

Berechnungen mit Formeln für ein komplexes System sind keine einfache Aufgabe. Für ein Haus mit kleinen Abmessungen ist die Berechnung der Fläche einzelner Elemente und des Querschnitts der Luftkanäle durchaus möglich.

Berechnung des Querschnitts des Luftkanals

Der Ausdruck zur Berechnung der Quadratur von Formteilen und Luftkanälen lautet:

Sc = (L × 2.778) : V,

wobei:

• Sc — die Querschnittsfläche;
• L — der Luftvolumenstrom, der im System zirkuliert;
• 2.778 — der Koeffizient zur Abstimmung verschiedener Dimensionen;
• V — die Luftgeschwindigkeit an einer bestimmten Stelle, gemessen in Metern pro Sekunde.

Das Ergebnis der Berechnung ist ein Wert, gemessen in cm².

Es gibt auch eine alternative Formel:

S = L : k × V,

Der Koeffizient K beträgt in diesem Fall 3600.

Bestimmung der tatsächlichen Fläche des Luftkanals

Die reguläre Querschnittsfläche für runde Lüftungskanäle wird nach folgender Formel berechnet:

S = (π × D2) : 400,

wobei:

• S — die tatsächliche Fläche;
• D — der Durchmesser.

Für rechteckige Rohrleitungen:

S = (A × B) : 100,

wobei:

• S — die tatsächliche Fläche;
• D — der Durchmesser;
• A — die Höhe des Luftkanals;
• B — die Breite der Konstruktion.

Die Querschnittsfläche für ein Rohr mit ovalem Querschnitt wird nach folgender Formel berechnet:

S = π × A × B : 4,

wobei:

• A — der größere Durchmesser des Ovals;
• B — der kleinere Durchmesser entsprechend.

Es gibt auch andere Formeln zur Berechnung der Querschnittsfläche eines Luftkanals.

Durch die Verwendung eines normativen Dokuments wie SNiP können die Querschnittsabmessungen der Luftkanäle mit den erforderlichen Werten verglichen werden. Auf diese Weise lässt sich die passende Größe des Luftkanals noch einfacher bestimmen.

Einige Hersteller geben in der Beschreibung von Luftkanälen Nomogramme an. Diese finden sich auch in der normativen Literatur.

Nomogramm für einen Metall-Luftkanal mit kreisförmigem Querschnitt. Die daraus entnommenen Werte werden in die Formel eingesetzt. Alle flexiblen Luftkanäle werden mit solchen Diagrammen ergänzt (+)

Aus den Nomogrammen kann der Wert der Querschnittsfläche entnommen werden. Er ist ungefähr, aber für die Erstellung eines Systems mit minimalem Geräuschpegel geeignet.

Um die Abmessungen des Luftkanals für einen bestimmten Abzweig der Rohrleitung zu ermitteln, durch den ein bestimmtes Luftvolumen transportiert wird, sind folgende Schritte auszuführen:

1. Bestimmen Sie im Nomogramm den Schnittpunkt des Luftvolumens, das pro Stunde bewegt wird, und der Linie der maximalen Geschwindigkeit für den Berechnungsabschnitt.
2. Suchen Sie in der Nähe dieses Punktes den Wert des am besten geeigneten Durchmessers.

Darüber hinaus kann man mit einem Nomogramm nicht nur die Berechnung des Querschnitts von Luftkanälen und Formteilen erleichtern, sondern auch den Druckverlust auf einem Abschnitt der Luftleitung bei einer bestimmten Geschwindigkeit konkretisieren.

Die Verwendung eines Nomogramms ist nicht zwingend erforderlich; die benötigte Querschnittsfläche kann auch in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Luftmasse bestimmt werden.

Berechnung der Luftgeschwindigkeit

Mithilfe von Formeln oder speziellen Tabellen wird die Geschwindigkeit des Luftkanals berechnet. Der entscheidende Parameter hierbei ist die Luftwechselrate, die das Luftvolumen definiert, bei dem in einem Raum von 1 m³ innerhalb einer Stunde eine vollständige Belüftung stattfindet.

Experten empfehlen, zur Bestimmung der Luftwechselrate die spezifischen Bedingungen in bestehenden Industrieanlagen zu untersuchen, für die tatsächliche Daten über die Freisetzung von Gasen, giftigen Dämpfen usw. vorliegen. Am besten führen Sie eine eigene Berechnung mithilfe von Formeln durch.

Zur Vereinfachung der Berechnungen gibt es spezielle Tabellen, aus denen Sie den fertigen Wert der Luftwechselrate entnehmen können. Sie sollten jedoch beachten, dass dort gerundete Parameter angegeben werden.

Die Formel zur Berechnung der Luftwechselrate lautet:

N = V : W,

wobei:

• N — die gesuchte Luftwechselrate;
• V — das Volumen der Frischluft, die innerhalb einer Stunde in den Raum strömt;
• W — das Volumen des Raumes.

Die Einheit der Luftwechselrate ist 1/h, V wird in m³/h gemessen, das Volumen in m³.

Betrachten wir ein konkretes Beispiel zur Bestimmung des erforderlichen Luftvolumens anhand der Luftwechselrate.

Es gibt ein Wohnzimmer mit einem Volumen von 22 m³. Dafür wird folgende Luftmenge benötigt: L = 22 × 6 = 132 m³, wobei 6 die aus der Tabelle entnommene Luftwechselrate ist.

Die Geschwindigkeit der Luftbewegung (V) wird in m/s gemessen und nach folgender Formel bestimmt:

V = L : 3600 × S,

wobei:

• L — die verwendete Luft (m³/h);
• S — die Querschnittsfläche des Luftkanals (m³).

Zusätzlich beeinflussen 2 weitere Parameter die Luftbewegungsgeschwindigkeit: der Geräuschpegel und der Vibrationskoeffizient. Bei der Planung des Systems müssen diese unbedingt berücksichtigt werden.

Berechnungsbeispiel für ein kleines Einfamilienhaus

Für die Berechnung wurde ein Einfamilienhaus mit einer Innenfläche von 108,8 m² und einer Raumhöhe von 3 m (Fußboden bis Decke) gewählt. Im Inneren befinden sich ein Wohnzimmer, ein Schlafzimmer, ein Kinderzimmer, eine Küche und ein Badezimmer. Die Luftwechselrate wird mit 1 angenommen.

Die Lüftungsanlage ermöglicht es, den Raum von gesundheitsschädlichen Verunreinigungen zu befreien – potenziell gefährlichen Stoffen, die allergische Reaktionen auslösen und das Wohlbefinden beeinträchtigen können.

Zuerst wird die Menge der abgeführten und zugeführten Luft für das gesamte Gebäude berechnet.

Hierfür wird die SNiP-Methode angewendet:

1. Da das Schlafzimmer und das Wohnzimmer die gleiche Fläche haben, beträgt die abgeführte Luftmenge 21 × 3 × 1 = 63 m³/h.
2. Für das Kinderzimmer: 24 × 3 × 1 = 72 m³/h.
3. Für die Küche: 22 × 3 × 1 + 100 = 166 m³/h.
4. Für das Badezimmer: 10 × 3 × 1 = 30 m³/h.
5. Insgesamt: 63 × 2 + 48 + 166 + 30 = 394 m³/h.

Der Flur und der Eingangsbereich wurden nicht in die Berechnung einbezogen. 100 m³ sind die Luftmenge, die über die Dunstabzugshaube in der Küche abgeführt wird.

Die richtige Verteilung der Luftströme im Haus ist ebenfalls ein sehr wichtiger Punkt. In Gebäuden dieser Art wird normalerweise eine natürliche Lüftungsanlage eingerichtet. Ein Zwangselement ist hier dennoch vorhanden – die Küchenabzugshaube.

Als Nächstes werden die Durchmesser der Lüftungskanäle bestimmt. Da die Haube 100 m³ zwangsweise abführt, müssen die restlichen 294 m³ verteilt werden. Diese werden auf natürlichem Wege durch 2 Schächte abgeführt. Auf jeden Schacht entfallen: 294 : 2 = 147 m³.

Da die Luftgeschwindigkeit in natürlichen Lüftungsschächten zwischen 0,5 und 1,5 m/s schwankt, wird in der Regel der Mittelwert von 1 m/s angenommen. Setzt man die bekannten Größen in die Formel S = L : k × V ein, ergibt sich: S = 147 : 3600 × 1 = 0,0408 m².

Nun besteht die Möglichkeit, den Durchmesser des runden Luftkanals nach der Formel zu bestimmen: S = (π x D²) : 400 oder 0,0408 = (3,14 x D²) : 400.

Durch Lösen dieser Gleichung mit einer Unbekannten mittels einfacher Berechnungen ergibt sich ein Luftkanaldurchmesser von 2,28 mm. Für diesen Wert wird die nächstgrößere Standardrohrgröße gewählt.

Mithilfe dieser Umrechnungstabelle kann der äquivalente Durchmesser eines runden Luftkanals gewählt werden. Dies vereinfacht die Berechnung erheblich.

Bei der Montage eines rechteckigen Luftkanals wird seine Größe anhand der Tabelle nach der Fläche ausgewählt. Der nächstgrößere Wert ist 200 x 250 mm.

Nach dem gleichen Schema wird die Querschnittsfläche des Abzweigs für die Küchenabzugshaube ermittelt, mit dem Unterschied, dass die Luftgeschwindigkeit hier 3 m/s beträgt. S = 100 : 3600 x 3 = 0,083 m² oder Durchmesser 107 mm.

Eine Umrechnungstabelle ist erforderlich, wenn die Berechnung von Luftkanälen mit rechteckigem Querschnitt durchgeführt und dabei die Tabelle für runde Produkte angewendet werden soll. Hier sind die Durchmesser runder Luftkanäle aufgeführt, bei denen der Druckabfall durch Reibung dem entsprechenden Wert in einer rechteckigen Konstruktion entspricht.

Es gibt drei Methoden zur Bestimmung des äquivalenten Wertes:

• nach Geschwindigkeit;
• nach Querschnitt;
• nach Durchfluss.

Diese Größen hängen mit verschiedenen Parametern des Luftkanals zusammen. Für jede gibt es eine individuelle Methode zur Verwendung der Tabellen. Wichtig ist, dass unabhängig von der angewandten Methode der Druckverlust durch Reibung gleich groß ist.

Abschließend erfolgt eine Geschwindigkeitskontrolle: V = 147 : (3600 x 0,0408) = 1,0 m/s. Dies entspricht dem zulässigen Grenzwert.

Formteile und deren Berechnung

Bei der Montage von Luftkanälen werden gerade Abschnitte verschiedener Größen mit Hilfe von Formteilen verbunden.

Bei der Herstellung sowohl von Luftkanälen als auch von Formstücken ist die Berechnung ihrer Fläche erforderlich. Ohne diese ist es nicht möglich, die benötigte Materialmenge für die Herstellung der Teile richtig zu bestimmen.

Zu den Formstücken gehören:

1. Bögen. Sie werden verwendet, um die Richtung der Luftleitung in jedem beliebigen Winkel zu ändern. Es gibt sie in runder, rechteckiger und ovaler Form.
2. Übergänge. Mit ihrer Hilfe werden Luftkanäle mit unterschiedlichen Querschnitten verbunden. Die Geometrie kann beliebig sein – von rund bis kombiniert.
3. Muffen, Nippel. Sie verbinden gerade Leitungsabschnitte.
4. T-Stücke. Sie verbinden Abzweigungen oder zwei Zweige des Luftkanals.
5. Verschlusskappen. Sie unterbrechen den Luftstrom.
6. Kreuzstücke. Sie teilen oder verbinden Luftströme.
7. Versatzstücke. Sie ermöglichen einen höhenversetzten Übergang des Luftkanals.

Für die Berechnung der erforderlichen Parameter von Formteilen sind mathematische Kenntnisse erforderlich.

Jedes Formteil hat eine besondere Rolle im Lüftungssystem. Die Hersteller entwerfen jedes einzelne davon separat. Sie werden zusammen mit den Hauptelementen geliefert.

Ein Fehler in einem Parameter führt zu einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften des Systems. Für solche Berechnungen gibt es keine vorgefertigten Formeln.

In der Tabelle sind die Standardabmessungen von Luftkanälen aufgeführt. Selbst Profis verwenden solche und ähnliche Spezialtabellen anstelle komplexer Berechnungen.

Viele Planer nutzen spezielle Programme und Online-Rechner. Es müssen lediglich die Ausgangswerte eingegeben werden, um die fertigen Parameter zu erhalten.

Die Programme ermöglichen nicht nur die Bestimmung der erforderlichen Werte aller Teile, sondern auch deren Abwicklung. Eine solche mit einem 3D-Drucker ausgedruckte Abwicklung ermöglicht eine ideale Anpassung der Lüftungskanäle.

Grundlegende Anforderungen an die Berechnung

Bei der Bestimmung der endgültigen Parameter der Luftkanäle muss berücksichtigt werden, dass die Bestimmung der Luftkanalfläche Folgendes gewährleisten muss:

1. Das Temperaturregime im Raum wird sichergestellt. Wo ein Wärmeüberschuss herrscht, ist dessen Abfuhr vorgesehen, und wo ein Mangel herrscht, werden die Verluste minimiert.
2. Die Luftbewegungsgeschwindigkeit beeinträchtigt in keiner Weise den Komfort der sich im Raum aufhaltenden Personen. In den Arbeitsbereichen ist eine Luftreinigung erforderlich.
3. Schädliche chemische Verbindungen und Schwebstoffe in der Luft entsprechen in ihrer Menge der GOST 12.1.005-88.

Für bestimmte Räume ist die ständige Aufrechterhaltung des Gegendrucks und der Ausschluss von Außenluftzufuhr eine zwingende Voraussetzung für die Auswahl der Luftkanalfläche.

Bei der Berechnung des Widerstands der Hauptleitung werden die Druckverluste berücksichtigt. Damit der Luftmassenstrom während der Bewegung den Widerstand überwinden kann, ist ein entsprechender Druck erforderlich.

Zu den Räumen, in denen ein Überdruck erforderlich ist, gehören Keller sowie Räume, in denen sich schädliche Stoffe ansammeln können.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Online-Programm zur Unterstützung des Planungsingenieurs:

Beitrag über die Organisation der Belüftung eines Privathauses im Allgemeinen:

Querschnittsfläche, Form und Länge des Luftkanals sind einige der Parameter, die die Leistung der Lüftungsanlage bestimmen. Eine korrekte Berechnung ist äußerst wichtig, da von ihr die Luftdurchlässigkeit, die Strömungsgeschwindigkeit und die effiziente Funktion der gesamten Konstruktion abhängen.

Bei Verwendung eines Online-Rechners ist die Genauigkeit der Berechnung höher als bei manueller Berechnung. Dieses Ergebnis erklärt sich dadurch, dass das Programm die Werte automatisch auf genauere Werte rundet.

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