Вентиляция и кондиционирование воздуха

Л. В. Борухова
А. С. Шибеко 

ВЕНТИЛЯЦИЯ  

И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА

Допущено Министерством образования Республики Беларусь  

в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования,  

реализующих образовательные программы 

профессионально-технического образования по специальности  
«Санитарно-техническое оборудование зданий и сооружений»  

(квалификация «Слесарь по ремонту и обслуживанию  

систем вентиляции и кондиционирования»)  

и среднего специального образования по специальностям  

«Санитарно-техническое оборудование зданий и сооружений», 

 «Обслуживание и эксплуатация жилых домов»,  

«Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна»  

Минск
РИПО
2021

УДК 697(075)
ББК 38.762я7

Б82

А в т о р ы:

кандидат технических наук, доцент Л. В. Борухова; А. С. Шибеко.

Р е ц е н з е н т ы: 

цикловая комиссия специальностей «Промышленное и гражданское 

строительство» и «Обслуживание и эксплуатация жилых домов» 
УО «Светлогорский государственный индустриальный колледж»  

(Г. В. Самсон);  доцент кафедры теплогазоводоснабжения 

и вентиляции УО «Полоцкий государственный университет» 

кандидат технических наук, доцент Т. И. Королёва.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой её 

части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлён при финансовой поддержке Министерства образования 

Республики Беларусь.

Б82

Борухова, Л. В.

Вентиляция и кондиционирование воздуха : учеб. пособие / Л. В. Бо
рухова, А. С. Шибеко. – Минск : РИПО, 2021. – 280 с., [12] л. ил. : ил.

ISBN 978-985-7253-07-4.

В учебном пособии рассмотрены физические и гигиенические основы 
В учебном пособии рассмотрены физические и гигиенические основы 

вентиляции, санитарно-гигиенические требования по обеспечению парамевентиляции, санитарно-гигиенические требования по обеспечению параметров микроклимата помещений и охраны воздушного бассейна, принципы 
тров микроклимата помещений и охраны воздушного бассейна, принципы 
действия систем вентиляции и кондиционирования, их схемы, основы расдействия систем вентиляции и кондиционирования, их схемы, основы расчёта и подбора вентиляционного оборудования.
чёта и подбора вентиляционного оборудования.

Предназначено для учащихся, получающих квалификацию специалиста 
Предназначено для учащихся, получающих квалификацию специалиста 

со средним специальным образованием по специальностям «Санитарно-техсо средним специальным образованием по специальностям «Санитарно-техническое оборудование зданий и сооружений», «Обслуживание и эксплуатаническое оборудование зданий и сооружений», «Обслуживание и эксплуатация жилых домов», «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного 
ция жилых домов», «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного 
бассейна» и квалификацию рабочего «Слесарь по ремонту и обслуживанию  
бассейна» и квалификацию рабочего «Слесарь по ремонту и обслуживанию  
систем вентиляции и кондиционирования».
систем вентиляции и кондиционирования».

УДК 697(075)
ББК 38.762я7

Учебное издание

Редактор и вёрстка Е. Е. Соколовой. Корректор И. В. Счеснюк

Дизайн обложки С. Л. Прокопцовой

Подписано в печать 07.12.2021. Формат 60½84/16. Бумага офсетная. Цифровая печать.
Усл. печ. л. 16,32 + 0,7 (вкл.). Уч.-изд. л. 12,71 + 0,68 (вкл.). Тираж 350 экз. Заказ 320. 

Республиканский институт профессионального образования.

Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя,  

распространителя печатных изданий № 1/245 от 27.03.2014. 

Ул. К. Либкнехта, 32, 220004, Минск. Тел.: 374 41 00, 373 69 45.

Отпечатано в Республиканском институте профессионального образования. 

ISBN 978-985-7253-07-4     
              © Борухова Л. В., Шибеко А. С., 2021

 
 
 
              © Оформление. Республиканский институт

 
 
 
 
        профессионального образования, 2021

ВВЕДЕНИЕ

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха совмест
но с системами отопления и ограждающими конструкциями 
формируют микроклимат в помещениях. Состояние воздушной 
среды в производственных помещениях оказывает существенное 
влияние на здоровье людей, ход технологических процессов и качество выпускаемой продукции, жизнедеятельность животных и 
растений.

Затраты на устройство и работу систем вентиляции и конди
ционирования воздуха составляют значительную долю в общем 
энергопотреблении зданий. Важным фактором при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха является 
их экономичность по затратам тепловой и электрической энергии 
и материалоёмкость при условии обеспечения санитарно-гигиенических требований к воздуху помещений.

Проектирование систем вентиляции и кондиционирования 

воздуха должно основываться на комплексном подходе, включающем выбор расчётных параметров воздуха, оптимальных схем 
воздухообмена и воздухораспределения, подбор оборудования. 

При изучении дисциплины важно понять физические и ги
гиенические основы вентиляции, принципы выбора расчётных 
параметров наружного и внутреннего воздуха, основные процессы изменения состояния влажного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Необходимо изучить классификацию систем вентиляции, методики определения количества 
вредностей, поступающих в помещения, и расчёта воздухообмена 
в помещениях.

Учащимся следует понимать принципиальные схемы и знать 

конструктивные элементы системы вентиляции, основы аэродинамического расчёта воздуховодов с механическим и естественным побуждением движения воздуха; уметь подбирать калорифе

Введение

ры, теплообменники-утилизаторы, вентиляторы, устройства для 
очистки вентиляционного воздуха.

В целях разработки мероприятий по снижению шума не
обходимо овладение основами акустического расчёта и подбора 
шумоглушителей. Помимо этого, следует уделить внимание системам местной вентиляции, в том числе системам аспирации, 
местным отсосам и требованиям к ним.

При испытаниях и эксплуатации систем вентиляции и кон
диционирования воздуха необходимо учитывать основные требования к ним, а также пути экономии теплоты и электроэнергии.

В целях закрепления полученных знаний в каждом разде
ле учебного пособия приведены примеры решения задач и контрольные вопросы по изучаемым темам.

Освоение материала учебного пособия позволит приобрести 

необходимые знания и умения для разработки эффективных 
энергосберегающих и экологически безопасных систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

1. ГИГИЕНИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 

ВЕНТИЛЯЦИИ

1.1. ВОЗДУХ И ЕГО ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Влажным воздухом называется механическая смесь сухого 

воздуха и водяного пара. Под сухим воздухом или сухой компонентой имеется в виду неконденсирующаяся при нормальных 
условиях смесь газов: азота (около 78 % по объёму), кислорода 
(21 %), аргона (0,9 %), углекислого газа (0,03 %) и других (неон, 
гелий, метан и др.). Пары воды составляют порядка 0,2–2,5 % её 
объёма в зависимости от широты. 

Влажный воздух делят на насыщенный и ненасыщенный. 

Ненасыщенным называется смесь сухого воздуха с перегретым водяным паром, насыщенным – смесь сухого воздуха с насыщенным 
паром. Так как содержание водяного пара в воздухе невелико, то 
воздух можно считать идеальным газом, для которого характерны все законы смеси идеальных газов. Однако иногда учитывают 
свойства водяного пара как реального газа.

К основным параметрам влажного воздуха, которые исполь
зуют при расчётах систем вентиляции и кондиционирования 
воздуха, можно отнести следующие:

 
• температура воздуха по сухому термометру tс, °С;
 
• давление насыщения (максимальное парциальное давле
ние) рнас и парциальное давление водяного пара рп, Па;

 • абсолютная f, г/м3, и относительная φ, %, влажность воздуха;
 
• влагосодержание d, г/кг сухого воздуха (далее – с. в.);
 
• плотность влажного воздуха ρв.в, кг/м3;
 
• удельная изобарная массовая теплоёмкость cв.в, кДж/(кг∙К);
 • удельная энтальпия hв.в, кДж/кг с. в.;
 
• температура воздуха по мокрому термометру tм, °С;
 
• температура точки росы tр, °С.
Системная единица измерения температуры T – кельвин 

(К), но в технике и быту широко применяется температурная 
шкала Цельсия (t, °С). Между ними существует связь:

1. Гигиенические и технические основы вентиляции

 
273
Т
t
.
=
+
 
(1.1)

Парциальное давление pi – это давление компонента смеси, 

которое он создаёт при условии, что занимает весь объём смеси 
при той же температуре. Пояснить это можно следующим образом: если из герметичного сосуда, содержащего смесь газов, 
начать удалять все молекулы, кроме молекул интересующего нас 
газа, то в конце концов весь объём будет заполнен только одним 
газом. Измерив давление в сосуде, получим парциальное давление данного газа. 

Парциальные давления компонентов подчиняются закону 

Джона Да´льтона (открыт в 1801 г.), который гласит, что сумма 
парциальных давлений есть общее давление смеси. Применительно к воздуху давлением смеси будет атмосферное (барометрическое) давление ратм, Па:

 

атм
с.в
п
1
,
n

i
i
p
p
p
p
=
=
=
+
∑

  

(1.2)

где  рс.в – парциальное давление сухого воздуха, Па; 

рп – парциальное давление водяного пара, Па.
Максимальное давление, которое будет создавать компонент 

в смеси при данной температуре, называется максимальным парциальным давлением, или давлением насыщения рнас. Для описания взаимосвязи давления насыщения и температуры при нормальных условиях предложен ряд зависимостей разной степени 
точности [1]. На практике зачастую используют табличные значения рнас.

Абсолютной влажностью воздуха f называется массовое со
держание влаги в 1 м3 влажного воздуха. Таким образом, единица 
измерения абсолютной влажности совпадает с единицей измерения плотности: кг/м3 или г/м3. 

Относительная влажность воздуха φ показывает отношение 

парциального давления паров воды pп в воздухе к равновесному 
давлению насыщенных паров pнас при данной температуре:

 

п

нас
100 %
р
.
р
ϕ =
⋅

 

(1.3)

Влагосодержание влажного воздуха d показывает отношение 

массы водяного пара в граммах mп, содержащегося во влажном 
воздухе, к 1 кг сухой компоненты воздуха mс.в:

1.1. Воздух и его физические свойства

 

п

с.в
1000
.
m
d
m
=

  

(1.4)

Рассмотрим уравнение Клапейрона-Менделеева для сухой 

компоненты и водяного пара, содержащихся в объёме V при температуре T:

 
с.в
с.в
c.в ;
p V
m
R
T
=
  
(1.5)

 
п
п
п ,
р V
m R T
=
  
(1.6)

где  Rс.в и Rп – соответственно удельная газовая постоянная сухого воздуха и водяного пара, Дж/(кг ∙ К).

Разделив уравнение (1.6) на (1.5), получим, что отношение 

масс равно

 

п
п
с.в

с.в
с.в
п
.
m
p R
m
p
R
=

  

Подставив значение удельных газовых постоянных для сухого 

воздуха (Rс.в = 287 Дж/(кг∙К)) и водяного пара (Rп = 461,5 Дж/(кг∙К)), 
получим выражение для влагосодержания, г/кг:

 

п
п
п

c.в
с.в
атм
п

287
1000
622
622
.
461,5
p
p
р
d
p
p
р
р




  

Плотность влажного воздуха можно представить в следую
щем виде:

 

в.в
c.в
п
в.в
=
+
,
m
m
m
V
V
V



 

где  mв.в – масса влажного воздуха, кг.

Воспользовавшись выражениями (1.2), (1.5) и (1.6) при нор
мальном атмосферном давлении (ратм = 101 325 Па), получим 
плотность влажного воздуха

 

3
п
п
в.в
101325
1
1
353
1,317 10
287
287
461,5
р
р .
T
T
T
T

−


ρ
=
−
−
=
−
⋅




  

(1.7)

При среднегодовом атмосферном давлении для Беларуси 

99 550 Па (747 мм рт. ст.) 

1. Гигиенические и технические основы вентиляции

 

3
п
в.в
346,9
1,317 10
р .
T
T

−
ρ
=
−
⋅

  

(1.8)

Как видно из предыдущих выражений, плотность влажного 

воздуха всегда меньше плотности сухого. Это объясняется тем, 
что водяной пар имеет меньшую плотность и, замещая собой 
сухой воздух, уменьшает плотность влажного воздуха.

Вычитаемое в выражении плотности достаточно мало´ и в 

инженерных расчётах не учитывается. В диапазоне температур 
от –40 до 40 °С погрешность увеличивается от 0,005 до 2,9 %, что 
вполне допустимо. 

Удельная массовая изобарная теплоёмкость cв.в показывает, 

сколько нужно теплоты, чтобы нагреть на 1 °С 1 кг сухой части 
влажного воздуха и приходящееся на его долю количество водяных паров в изобарном процессе. Удельную теплоёмкость можно 
представить как сумму удельных теплоёмкостей отдельных компонентов с учётом их содержания. Для влажного воздуха теплоёмкость определяется как

 

в.в
c.в
п
,
1000
d
c
c
c
=
+

  

(1.9)

где cс.в и cп – соответственно удельная массовая теплоёмкость 
сухой компоненты и водяного пара. При температуре 20 °С cс.в = 
= 1,005 кДж/(кг∙К) и cп = 1,874 кДж/(кг∙К). 

С учётом значений получим

 

3
в.в
1,005
1,874 10
c
d.
−
=
+
⋅
  
(1.10)

Так как второе слагаемое мало, то для инженерных расчётов 

вполне допустимо соотношение cв.в ≈ cс.в = 1,005 кДж/(кг∙К).

Под удельной энтальпией влажного воздуха hв.в понимают 

количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесённое к 1 кг сухого воздуха.

Удельная энтальпия представляет собой сумму энтальпии 

сухого воздуха и водяного пара:

 

в.в
c.в
п
,
1000
d
h
h
h
=
+

  

(1.11)

где hс.в и hп – удельная энтальпия соответственно сухого воздуха 
и водяного пара, кДж/кг. 

1.2. h–d диаграмма влажного воздуха

Учитывая, что энтальпия по определению равна произведе
нию удельной массовой изобарной теплоёмкости на температуру, 
а пар имеет скрытую теплоту парообразования, выражение (1.11) 
можно записать в следующем виде:

 
(
)
в.в
c.в
п
,
1000
d
h
c
t
c t
r
=
+
+

  

(1.12)

где r – удельная теплота парообразования, кДж/кг. При температуре 0 °С r = 2500 кДж/кг.

 
(
)
в.в
1,005
1,8
2500
.
1000
d
h
t
t
=
+
+

  

(1.13)

Температурой по мокрому термометру tм называется такая 

температура, которую приобретает воздух в состоянии насыщения в адиабатическом процессе при контакте с водой при постоянной температуре tw = tм. 

Та температура, при которой влажный ненасыщенный воз
дух достигает состояния насыщения при постоянном влагосодержании (парциальном давлении), называется температурой точки 
росы tр. Если воздух продолжать охлаждать, то будет происходить 
выпадение конденсата. 

1.2. h–d ДИАГРАММА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

При расчётах в вентиляции и кондиционировании воздуха 

широко применяется h–d диаграмма *, которая предложена профессором Л. К. Рамзиным (1887–1948). Она графически связывает между собой все параметры, определяющие тепловлажностное 
состояние влажного воздуха: удельную энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность и парциальное 
давление водяного пара (рис. 1.1). 

h–d диаграмма построена в косоугольной системе координат 

(угол между осью абсцисс и ординат составляет 135°), что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и 
делает её удобной для графических построений. По оси ординат 
отложена удельная энтальпия h, по оси абсцисс – влагосодержа
*  В Европе обычно применяют h-x диаграмму Молье, разработанную немецким теплотехником 
Рихардом Молье (1863–1935) в 1923 г., в США – психрометрическую диаграмму Кэрриера, опубликованную изобретателем Уиллисом Кэрриером (1876–1950) в 1911 г.

1. Гигиенические и технические основы вентиляции

ние d. Поле диаграммы разбито линиями постоянных энтальпий (изоэнтальпами) h = const и влагосодержания d = const. На 
диаграмму нанесены линии постоянных температур (изотермы) 
t = const, которые представляют собой прямые линии, идущие 
под небольшим наклоном к горизонтали и слегка расходящиеся 
веером. Иногда на диаграмму наносят линии постоянной плотности воздуха (на рис. 1.1 они соответствуют значениям 1,15; 1,2; 
1,25 и т. д.).

В нижней части расположена вспомогательная линия, имею
щая самостоятельную ось ординат. Эта линия связывает влагосодержание d с парциальным давлением пара рп.

Под линией φ = 100 % располагается область пересыщенного 

состояния воздуха, которая также называется областью тумана, 
а при температуре ниже 0 °С – областью ледяного тумана (инея).

По контуру h–d диаграммы построена шкала угловых коэф
фициентов лучей процессов изменения состояния воздуха (шкала 
тепловлажностных отношений) ε, кДж/кг влаги, которые рассчитываются по выражению

 

1000
,
h
d
∆
ε =
∆
  

(1.14)

где Δh – разность конечной и начальной удельной энтальпии 
в процессе изменения состояния воздуха, кДж/кг с. в.; 

Δd – изменение влагосодержания в данном процессе, г/кг с. в.
Если числитель и знаменатель умножить на массовый расход 

воздуха G, кг/ч, получим

 

п
1000
,
Q
h G
d G
W

∆
ε =
=
∆
 

(1.15)

где  Qп – суммарный тепловой поток, передаваемый воздуху при 
изменении его состояния, кДж/ч; 

W – количество влаги, передаваемой воздуху, кг/ч.
Тепловлажностное отношение изменяется в пределах (–∞; 

+∞).

Рассмотрим нахождение параметров влажного воздуха по h–d 

диаграмме. На рисунке 1.2 показаны этапы определения характеристик для расчётной точки А, исходя из температуры воздуха по 
сухому термометру tА и относительной влажности φА.