Вентиляция сауны и бани: воздухообмен и сечение канала

Вентиляция парилки — редкий случай, когда расчёт ведут не по влаге, а по теплу. Влагу баня удаляет легко: пар уходит вместе с воздухом, и специальных мер не требуется. А вот тепло уходит с каждым кубометром вытяжки, и если не считать это заранее, печь окажется слишком слабой.

Ниже — как получить нормативный воздухообмен, почему естественная тяга в бане часто не работает и как из тяги и расхода получается диаметр канала.

Два независимых требования

Воздухообмен парилки задаётся с двух сторон, и эти требования не связаны между собой.

Санитарное. Воздух нужен людям: в парилке мало кислорода и много продуктов дыхания. Норма — не менее 5 объёмов помещения в час и не менее 10 м³/ч на человека.

Теплотехническое. Печь должна покрывать потери тепла: через ограждения и с уходящим воздухом. Если второе слагаемое больше первого, печь не выйдет на режим.

Расчёт по числу людей становится определяющим в большой парилке: при объёме 40 м³ кратность даёт 200 м³/ч, а десять человек потребуют всего 100 м³/ч — разница вдвое в пользу кратности. А вот в маленькой парилке на 6 м³ с шестью людьми кратность даёт 30 м³/ч, а люди требуют 60 — принимается второе.

Тепловой баланс парилки

Печь греет парилку и одновременно борется с потерями. Потерь две.

Через ограждения. Считается как обычные теплопотери, только перепад температур огромный: 90 °С внутри против 20 °С снаружи — это 70 °С, вдвое больше, чем у жилой стены.

Приведённое сопротивление у разных конструкций парилки различается в разы:

Разница между первым и последним вариантом — втрое. Тонкая вагонка по обрешётке без утеплителя превращает парилку в решето: печь работает на улицу.

С вентиляционным воздухом. Приточный воздух входит холодным и уходит нагретым до температуры парилки. Разницу тепла уносит поток.

Плотность воздуха при 90 °С равна 0,972 кг/м³ — почти на четверть меньше, чем при 20 °С. Именно поэтому каждый кубометр горячего воздуха «весит» меньше, и потери с ним оказываются скромнее, чем если бы считать по нормальной плотности.

Естественная тяга

Естественная вытяжка работает за счёт разности плотностей воздуха в канале и снаружи. В бане эта разность необычно велика: в парилке +90 °С, а приток может быть +20 °С и ниже.

Плотность воздуха при любой температуре считается из уравнения состояния:

Из таблицы видно главное: приток с улицы даёт разность плотностей 0,396 против 0,232 у притока из помещения. Тяга вырастает в 1,7 раза. Поэтому в банях часто делают забор воздуха с улицы — не ради свежести, а ради тяги.

Дальше тяга переводится в скорость потока в канале:

Коэффициент ζ учитывает вход, повороты и выход:

Разница между коротким и длинным каналом — втрое по сопротивлению и в 1,7 раза по скорости. Прямой вертикальный канал без поворотов всегда предпочтительнее.

Сечение канала

Расход, который даёт канал, получается из скорости и площади:

Обратная задача — найти диаметр под нужный расход — решается через площадь круга:

Полученное значение округляют до ближайшего стандартного диаметра круглого воздуховода: 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200 мм. Округлять надо вверх: недостаток сечения даёт недобор расхода, а он в парилке критичен.

Скорость в канале стоит держать в пределах 2–4 м/с. Выше 5 м/с появляется шум, а в бане он особенно мешает: гул в трубе слышен и в парилке, и в моечной.

Числовой пример

Свои значения можно подставить в калькуляторе — он считает воздухообмен, тягу, диаметр канала и тепловой баланс печи.

Дано: парилка 12 м³, площадь ограждающих поверхностей 30 м², каркас с ватой 100 мм (R = 2,0), печь 6 кВт, температура 90 °С, за ограждением 20 °С, приток из смежного помещения (+20 °С), три человека, высота канала 2,5 м, канал с двумя коленами (ζ = 3,0), диаметр 110 мм.

Шаг 1. Воздухообмен по кратности:

L_кр = 5 · 12 = 60 м³/ч

Шаг 2. Воздухообмен по числу людей:

L_л = 10 · 3 = 30 м³/ч

Шаг 3. Принимаем большее:

L_норм = max(60; 30) = 60 м³/ч, кратность 5,0 1/ч

Шаг 4. Плотности воздуха:

ρ_пр = 353/(273,15 + 20) = 1,204 кг/м³

ρ_выт = 353/(273,15 + 90) = 0,972 кг/м³

Шаг 5. Теплопотери через ограждения:

Q_огр = 30 · 70 / 2,0 = 1050 Вт = 1,05 кВт

Шаг 6. Потери с вентиляционным воздухом:

Q_вент = 60 · 0,972 · 1005 · 70 / 3600 = 1139 Вт = 1,14 кВт

Шаг 7. Суммарная нагрузка на печь:

Q = 1050 + 1139 = 2189 Вт = 2,19 кВт

Это 36 % мощности шестикиловаттной печи. Остальные 3,81 кВт идут на прогрев парилки и восполнение потерь при открывании двери.

Шаг 8. Разность плотностей:

Δρ = 1,204 − 0,972 = 0,232 кг/м³

Шаг 9. Располагаемая тяга:

Δp = 9,81 · 2,5 · 0,232 = 5,69 Па

Шаг 10. Скорость в канале:

v = √(2 · 5,69 / (3,0 · 0,972)) = √3,90 = 1,98 м/с

Шаг 11. Пропускная способность канала 110 мм:

A = π · 0,110² / 4 = 0,0095 м²

L = 0,0095 · 1,98 · 3600 = 68 м³/ч

Это больше нормативных 60 м³/ч — канал проходит.

Шаг 12. Проверка: канал 100 мм дал бы 56 м³/ч, то есть на 7 % меньше нормы. Именно поэтому в примере стоит 110 мм: разница в цене между сотым и сто десятым воздуховодом копеечная, а норму сотый не добирает.

Шаг 13. Скорость при нормативном расходе в канале 110 мм:

v_факт = (60/3600)/0,0095 = 1,75 м/с — тихо, шума не будет.

Куда ставить приток и вытяжку

Схема движения воздуха в парилке важнее диаметра канала. Есть три рабочих варианта.

Снизу вверх. Приток у пола под печью или рядом с ней, вытяжка под потолком на противоположной стене. Воздух проходит через весь объём, прогревается и уносит влагу. Классическая схема, работает почти всегда.

За печью. Приток подают прямо за печь, где воздух мгновенно нагревается и поднимается вверх. Хорошо для парилок с каменкой, но требует, чтобы печь стояла не вплотную к стене.

Из моечной. Приток берут из смежного помещения через щель под дверью, вытяжка — из парилки. Простая схема без отдельных воздуховодов, но она гонит в парилку влажный воздух из моечной.

Вентилятор в парилке

Если естественной тяги не хватает — а в парилке с притоком из смежного помещения перепад всего 5,7 Па, — ставят канальный вентилятор. Требования к нему жёсткие.

Температурный режим. Рабочая температура должна быть не ниже 100 °С, лучше 120 °С. Обычный бытовой вентилятор с пластиковой крыльчаткой при 90 °С деформируется, теряет балансировку и начинает вибрировать.

Расположение. Вентилятор ставят не в парилке, а на вытяжном канале за её пределами — в моечной, в предбаннике или на чердаке. Тогда он работает с воздухом, который уже остыл по пути.

Давление. Для канала с ζ = 3,0 и расходом 60 м³/ч потребуется около 6,6 Па — это немного, и подойдёт почти любой канальный вентилятор. Но запас нужен: по мере зарастания канала сопротивление растёт, и вентилятор с нулевым запасом перестаёт продавливать систему через год.

Как подобрать вентилятор по расходу и давлению — та же логика, что в статье про вентилятор в ванную. Расчёт потерь давления в воздуховодах разобран в статье про аэродинамику воздуховодов.

Частые ошибки

Тонкие стены без утеплителя. Вагонка по обрешётке даёт R = 0,6 м²·°С/Вт и потери 3,5 кВт с 30 м². Печь не выходит на режим, а стена снаружи горячая.

Заниженная кратность. Расчёт по «хватит и двух объёмов» приводит к духоте: в парилке мало кислорода, а к концу сеанса появляется головная боль. Пятикратный обмен — минимум, а не запас.

Приток из моечной. Влажный воздух из моечной попадает в парилку, и влажность растёт выше комфортной. Приток лучше брать из сухого помещения или с улицы.

Канал меньше расчётного. Сотый воздуховод вместо 110-го даёт 56 м³/ч вместо 60. Недобор небольшой, но он складывается с зарастанием канала и даёт заметное ухудшение через сезон.

Длинный канал с коленами без запаса по тяге. Каждое колено добавляет сопротивление. При ζ = 5,0 скорость падает с 1,98 до 1,53 м/с, и пропускная способность канала 110 мм снижается до 52 м³/ч.

Вентилятор в парилке. Высокая температура убивает обычный прибор за один сезон. Вентилятор ставят за пределами парилки.

Отсутствие вытяжки вообще. Некоторые считают, что «в бане и так всё проветривается». Проветривание через открытую дверь — это не вентиляция, а разовый сброс воздуха, после которого парилку надо греть заново.

Забыть про второй канал. Вытяжка без притока не работает: в герметичной парилке вентилятор создаёт разрежение и просто останавливается. Приток обязателен, и его сечение должно быть не меньше вытяжного.

Частые вопросы

Какая кратность воздухообмена нужна в парилке?

Не менее 5 объёмов в час по объёму парилки и не менее 10 м³/ч на каждого человека. Для парилки 12 м³ это 60 м³/ч по кратности и 30 м³/ч на трёх человек — принимается большее, то есть 60 м³/ч. Расчёт по числу людей важен, когда парилка большая, а людей много: тогда именно санитарное требование становится определяющим.

Где делать приток и вытяжку в парилке?

Классическая схема: приток под полом или у пола с подогревом, вытяжка — под потолком, напротив входа. Такая схема даёт направленное движение воздуха снизу вверх, воздух успевает прогреться по пути и не создаёт холодной струи на уровне ног. Второй вариант — приток за печью, чтобы воздух сразу нагревался.

Почему в бане не работает естественная вытяжка?

Чаще всего потому, что приток тёплый. Тяга создаётся разностью плотностей: чем холоднее приточный воздух, тем он тяжелее и тем сильнее давит. Если приток берут из смежного помещения при +20 °С, а в парилке +90 °С, разность плотностей есть, но перепад получается всего 5–7 Па. Этого хватает для короткого прямого канала, но не для длинного с коленами.

Какой диаметр канала нужен для вытяжки из парилки?

Зависит от расхода и располагаемой тяги. Для парилки 12 м³ с расходом 60 м³/ч и тягой 5,7 Па при коэффициенте сопротивления 3,0 нужен канал около 104 мм, то есть стандартный 110 мм. Канал 100 мм даёт 56 м³/ч — чуть меньше нормы; канал 125 мм даёт 88 м³/ч с запасом.

Сколько тепла забирает вентиляция парилки?

Столько же, сколько уходит через ограждения, а часто и больше. Для парилки 12 м³ с площадью ограждений 30 м² при 90 °С внутри и 20 °С снаружи потери через стены дают 1,05 кВт, а нагрев приточного воздуха с 20 до 90 °С — ещё 1,14 кВт. Итого 2,19 кВт, то есть 36 % мощности шестикиловаттной печи.

Можно ли ставить в парилке обычный канальный вентилятор?

Нужен прибор, рассчитанный на высокую температуру. Обычный бытовой вентилятор с пластиковой крыльчаткой при 90 °С деформируется и теряет балансировку, а его подшипник высыхает за один сезон. Берут модели с рабочей температурой до 100–120 °С и с металлическим корпусом, а сам вентилятор ставят не в парилке, а на вытяжном канале за её пределами.

Заключение

Расчёт вентиляции парилки идёт от двух независимых требований: санитарного (5 объёмов в час или 10 м³/ч на человека) и теплотехнического (печь должна покрывать потери). Первое даёт расход воздуха, второе показывает, справится ли с ним печь.

Дальше расход превращается в диаметр канала через располагаемую тягу. Тяга считается по разности плотностей приточного и вытяжного воздуха и растёт с высотой канала; холодный приток с улицы даёт в 1,7 раза больше тяги, чем тёплый из смежного помещения. Полученный диаметр округляют вверх до стандартного.

Главное, что стоит запомнить: вентиляция забирает у парилки столько же тепла, сколько ограждения, и это надо учитывать при выборе печи, а не после. Дальше по цепочке: общий расчёт воздухообмена — в статье про вентиляцию; естественная тяга без вентилятора — в статье про естественную вентиляцию; подбор вентилятора — в статье про вентилятор в ванную; потери давления в канале — в статье про аэродинамику воздуховодов.