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
В 1992 году был опубликован документ СНиП 2.04.05-91* ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ. В приложении 10 указаны формулы такого содержания:
Эти формулы расчета уже давно не используются!
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.
Aн, Aб, Aз - площади остекления наветренного, бокового и заветренного фасадов, м2
(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:
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.
Решение
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:
Подытожу
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 < 19 <= 27). Класс Д = (27 < Д <= 50).
Сопротивление воздухопроницаемости может быть выражено двумя способами:
Пример расчета инфильтрации окна, когда известен класс окна
Если значение расхода воздуха через окна меньше, чем должно быть по нормам для помещения, то выбираем для расчета норму расхода воздуха. О нормах расхода воздуха описано тут: Расчет теплопотерь дома
