Чем больше разность температур внутреннего и наружного воздуха и чем больше скорость ветра, тем больше разность давлений, а, следовательно, и количество проникающего в помещение наружного воздуха. Величина инфильтрации в жилых и общественных зданиях обычно составляет 0,5 — 0,75 кратности воздухообмена в зависимости от степени уплотнения щелей (например, замазка оконных щелей на зиму). В промышленных зданиях инфильтрация может доходить до 1,5 и более кратности воздухообмена.
Инфильтрация или, иначе, естественная неорганизованная вентиляция, наблюдается во всех помещениях и учитывается при организации воздухообмена. Если в помещении применяется вытяжная механическая вентиляция при однократном воздухообмене, то приточная вентиляция чаще всего не устраивается, так как объем удаляемого воздуха может компенсироваться инфильтрацией.
Для усиления естественной вентиляции (проветривания) помещений в окнах устраивают форточки или фрамуги. Фрамуги должны открываться под углом 45° к поверхности окна. При открытой фрамуге холодный наружный воздух смешивается с воздухом помещения, прошедшим нагревательные приборы, и в зону пребывания людей поступает уже нагретым до температуры, близкой к нормальной. Фрамуги можно оставлять открытыми и в присутствии людей в помещении.
Канальными системами естественной вентиляции называются системы, в которых подача наружного воздуха или удаление загрязненного осуществляется по специальным каналам, предусмотренным в конструкциях здания или приставным воздуховодам. Воздух в этих системах перемещается вследствие разности давлений наружного и внутреннего воздуха.
Вытяжная естественная канальная вентиляция состоит из вертикальных внутристенных или приставных каналов с отверстиями, закрытыми жалюзийными решетками, сборных горизонтальных воздуховодов и вытяжной шахты. Для усиления вытяжки воздуха из помещений на шахте часто устанавливается специальная насадка — дефлектор. Загрязненный воздух из помещения поступает через жалюзийную решетку в канал, поднимается по каналу вверх, достигая сборных воздуховодов, установленных, как правило, на чердаке здания, и оттуда выходит через шахту в атмосферу. Вытяжка из помещений регулируется жалюзийными решетками в вытяжных отверстиях, а также дроссельными клапанами или задвижками (шиберами), устанавливаемыми в сборном воздуховоде и в шахте. Вытяжные жалюзийные решетки располагают на высоте около 0,5 м от потолка, чем обеспечивается наибольшая эффективность удаления из помещения загрязненного воздуха. Для каждого этажа здания характерно свое расчетное гравитационное давление. Оно зависит от расстояния центра вытяжных решеток по вертикали до верха шахты. Наибольшее давление будет для помещений первого этажа здания.
Вертикальные вытяжные каналы естественной вентиляции обычно располагают в толще кирпичной кладки внутренних стен или в специальных железобетонных блоках и шахтах. Минимально допустимый размер каналов в кирпичных стенах должен быть не менее 130×130 мм. Перегородки между соседними каналами должны быть не менее 130 мм. Сборные воздуховоды и вытяжные шахты на чердаке выполняют с утепленными стенками во избежание осаждения конденсата на их внутренних поверхностях в зимнее время года. Материал стенок воздуховодов и шахт должен быть негорючим.
В жилых зданиях вытяжные вентиляционные каналы из помещений, обращенных на противоположные фасады, объединять нельзя. В квартирах вытяжку устраивают из кухонь, ванных комнат санузлов и реже из жилых комнат. Специальных приточных систем вентиляции в этих зданиях не предусматривается.
Содержание
Инфильтрация воздуха
Применительно к строительным конструкциям, инфильтрация – это проникновение наружного воздуха в помещение через ограждающие конструкции. Очевидно, что это возможно только тогда, когда такие конструкции имеют различного рода неплотности – отверстия, зазоры, др.
Инфильтрация воздуха
– процесс, имеющий как положительную, так и отрицательную стороны.
Благодаря инфильтрации в помещение поступает свежий воздух, однако в то же самое время – зимой увеличивается нагрузка на отопительную систему, а летом – на систему охлаждения.
С другой стороны инфильтрация является основной причиной возникновения эффекта «тяги». Данный эффект, в зависимости от его величины, также может являться как полезным так и вредным. Величина тяги зависит от разницы температур наружного и внутреннего воздуха, а также от высотности здания или сооружения. Посредством тяги наружный воздух входит в здание на нижних этажах и выходит на верхних.
Поэтому при проектировании зданий одной из задач является нормирование значения инфильтрации воздуха. Одним из средств достижения этой цели является установка специальных устройств – приточных клапанов, которые обеспечивают контролируемое поступление наружного воздуха в помещение.
Современные светопрозрачные конструкции обладают герметичностью и препятствуют естественному поступлению воздуха в помещение, что в свою очередь является причиной ряда проблем: – снижение качества воздуха и комфортности проживания – повышение влажности в помещении – возрастание вероятности образования плесени
Установка приточных клапанов в конструкцию окна, либо витража, позволяет обеспечить работу естественной вентиляции помещения, и, тем самым, избежать указанных выше проблем. В проектах современных жилых и общественных зданий всё чаще встречаются требования по нормированию поступления свежего воздуха в помещение путём установки приточных клапанов. Требования проектов устанавливают минимальные значения поступления воздуха для обеспечения комфортного климата в помещении.
Применительно к приточным устройствам, следует различать понятия инфильтрации и расхода воздуха.
Расход воздуха — максимальное количество воздуха, на обработку и перемещение которого рассчитана система (установка) в стационарных условиях.
(Движение воздуха из помещения на улицу называется эксфильтрация)
Расчет инфильтрации за счет перепада давления
В этой статье рассмотрим пример расчета инфильтрации. Расчет расхода поступаемого воздуха за счет перепада давления вызванный ветром и тяжестью воздуха из-за разницы температур воздуха.
Инфильтрация – это процесс проникновения воздуха в помещение через неплотности ограждающих конструкций или открытых окон. Ограждающие конструкции это наружные стены, окна и двери, которые отделяют помещение от наружного воздуха.
Для расчета вентиляции(инфильтрации) необходимо вычислить, какое количество воздуха будет поступать в помещение через неплотности ограждающих конструкций. Воздух поступает через неполтности ограждающих конструкций – это в основном окна и двери. Поступления воздуха в неплотностях стыков стен не учитываются, потому что они ничтожно малы по отношению к старым деревянным окнам и дверям. На сегодня пластиковые окна настолько герметичны, что их тоже не учитывают. Если имеются современные пластиковые окна, то для расчета расхода воздуха берется минимальный норматив воздухообмена в час. Эти нормативы указаны в специальных документах. Об этом написано тут: Расчет теплопотерь дома
Предыстория прошлых расчетов
В 1992 году был опубликован документ СНиП 2.04.05-91* ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ. В приложении 10 указаны формулы такого содержания:
На сегодня используются другие формулы:
Согласно свежим правилам расчета СП 50.13330.2012 в разделе 7, используются другие формулы:
Формула указана в СП 50.13330.2012 в приложении Г.4 на странице 38.
Сопротивление воздухопроницаемости может быть выражено двумя способами, об этом ниже в примере расчета рассмотрим.
kдин – коэффициент, с помощью которого учитываются изменение динамических свойств ветра в застройке в зависимости от высоты и типа местности:
А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра.
B – Городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями более 10 метров в высоту.
С – Городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 метров.
Примечание: сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30H – при высоте сооружения H до 60 м. и 2 км. – при большой высоте.
сн, сз – аэродинамические коэффициенты на наветренном и подветренном фасадах, для большинства зданий на наветренной стороне сн = 0,8, а на заветренной сз = –0,6. Для зданий со сложным фасадом аэродинамические коэффициенты определяются с помощью моделирования или специального расчета;
Рв – внутреннее давление в расчетном помещении, Па, определяется расчетом системы уравнений баланса воздуха в каждом помещении здания. Ниже представлены 5 формулы для различных условий работы вентиляции.
(формула 1) Для зданий со сбалансированной механической вентиляцией и равномерно распределенными по фасадам воздухопроницаемыми элементами – половине полного гравитационного давления в здании и половине ветрового давления.
(формула 2) Упрощенный метод расчета внутреннего давления в здании. Наиболее распространен подход, когда за внутреннее давление в здании рв, Па, принимается полусумма ветрового и гравитационного давлений.
(формула 3) Для зданий со сбалансированной приточно-вытяжной вентиляцией и неравномерно распределенными по фасадам воздухопроницаемыми элементами половине полного гравитационного давления здания и усредненной величине ветровых давлений по площадям наветренного, подветренного и боковых фасадов.
сб – аэродинамический коэффициент на боковом фасаде, принимаемый cб = -0,4;
Aн, Aб, Aз – площади остекления наветренного, бокового и заветренного фасадов, м 2
(формула 4) Для помещений, оборудованных только вытяжной вентиляцией, – по величине аэродинамического сопротивления, которое преодолевает вытяжной воздух из этого помещения, приближенно можно считать равным располагаемому давлению систем естественной вентиляции.
(формула 5) Для незадымляемых лестничных клеток и поэтажных переходов, помещений, оборудованных только вытяжной вентиляцией или в периоды выключения механической приточной вентиляции, в городских районах допускается расчетную разность давлений ΔP, Па, находить, полагая, что все фасады наветренные.
Если расчет инфильтрации через неплотности ограждающих конструкций показывает меньше нормы воздухообмена для помещения, то берется значение нормы по специальным документам. Об этом рассказано тут: Расчет теплопотерь дома
Если у Вас малоэтажное здание, то инфильтрация получается меньше нормы. Например, 3 этажный коттедж.
Формула для расчета теплопотерь от поступления холодного воздуха
Литература, где подробно описан расчет инфильтрации тут:
У Малявиной в главе 7.5 есть пример расчета.
Пример расчета инфильтрации
Рассмотрим трехэтажный дом высотой 9 метров. Квартиры с естественной вентиляцией. Воздух заходит через окна, и выходит в общий вентиляционный канал. Общий вентиляционный канал связан со всеми этажами.
Возьмем для расчета помещение на первом этаже. Возьмем одну стенку и окно, на которую дует ветер 2 метра в секунду. Информацию о скорости ветра и ее направление указаны в СП 131.13330.2018 Строительная климатология.
Для расчета берем центр окна на высоте 2 метров от уровня земли.
Температура наружного воздуха -28.
Температура помещения 20 градусов.
Давление в помещении
Рассчитаем перепад давления воздуха на окно первого этажа по формуле:
Рассчитаем перепад давления воздуха на окно последнего этажа по формуле:
При расчете могут появляться отрицательные значение. В таком случае расход воздуха берется по нормативам воздухообмена указано тут: Расчет теплопотерь дома
Рассчитаем расход воздуха через окно по формуле:
1 кг воздуха это примерно 1 кубический метр.
Если значение инфильтрации получилось меньше нормы, то делается расчет воздуха по нормам. Нормы расхода воздуха указаны тут: Расчет теплопотерь дома
Если расход воздуха по нормам должен быть 30 м3 час, то делаем расчет воздуха на эту норму по формуле:
Даже если считать указанным способом как в этой статье, получается слишком маленькие расходы воздуха через окно. Эти расходы намного ниже норм, указанных по расходу воздуха тут: Расчет теплопотерь дома
Как узнать сопротивление воздухопроницаемости у моделей окон и дверей
Необходимо обратится к производителю окон или дверей определенной модели и потребовать протоколы(результаты) испытаний на воздухопроницаемость или просто спросить к какому классу принадлежит оконное изделие по воздухопроницаемости.
В ГОСТ 31167 указаны условия испытания окон для получения значения воздухопроницаемости.
В ГОСТ 23166-99 БЛОКИ ОКОННЫЕ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ в приложении Б, описаны классы А, Б, В, Г, Д. Каждый класс обладает своим значением воздухопроницаемости.
Оно же определяется по графику:
Какие должны быть нормы по воздухопроницаемости окон и дверей.
В справочном пособии Е.Г.Малявина имеется информация о расчетах нормы воздухопроницаемости.
Также в СП 50.13330.2012 разделе 7 написано, как определяется сопротивление воздухопроницаемости.
Норма сопротивления воздухопроницаемости вычисляется по формуле:
Данная таблица находится в СП 50.13330.2012 разделе 7.3 в таблице 19
Значение Gн расхода нельзя превышать.
Расчет нормативов сопротивления воздухопроницаемости
Если хотим перевести норматив к Δp=100 Па. То считаем по формуле ниже.
Далее необходимо перевести массовый расход в объемный расход, м3/час
Поскольку через окно поступает холодный воздух с улицы, то для расчета берем наружную температуру воздуха -28 градусов Цельсия.
Теперь, зная сопротивление воздухопроницаемости при Δp=100 Па, можем вычислить класс окна по таблице. Окно с таким значением воздухопроницаемости соответствует классу Г.
Класс Г = (17 2 ⋅ч /кг и перепад давления Па. И алгоритм расчета за вас выполнит расчеты.
Перед расчетом нужно указать:
В графе как считать поступаемый воздух: Воздухопроницаемость окон и дверей
Рассчитать направление ветра: Не направленный ветер
Средняя скорость ветра: Значение находится для каждого города в СНиП 23-01-99 Строительная климатология.
