Тема № 6. Воздухопроницаемость
Ограждающих конструкций
Воздухопроницание или фильтрация воздуха через ограждающие конструкции происходит под влиянием разности общих давлений на противоположных поверхностях конструкции. Разность давлений возникает под влиянием теплового напора (разность температур) или под действием ветра. Величина теплового напора зависит от температур воздуха в помещении и снаружи, а также высоты этажа.
В нижней части помещения или на нижних этажах через проемы или неплотности происходит приток наружного холодного воздуха внутрь помещения – инфильтрация, а в верхней части или верхних этажах – вытяжка теплого воздуха из помещения наружу – эксфильтрация. Между этими частями есть нейтральная зона, где внутреннее давление равно внешнему, в связи с чем, на этом уровне фильтрации не происходит. Объем или удельный вес ρн холодного воздуха всегда больше теплого ρв (единица измерения Н/м3). Разность давлений при тепловом напоре определяется величиной разности этих объемов
Δр=0,55Н(ρн- ρв),
где Н – расстояние между нижней и верхней частями здания или между нижнем и верхнем проемами (рисунок 6.1).
Расстояние между нижней частью и нейтральной зоной определяется площадями S1 и S2 верхнего и нижнегоучастков фильтрации соответственно
Рисунок 6.1 – Вертикальный разрез здания
Разность давлений при сильном ветре увеличивается, при этом динамическое давление ветра на плоскость, перпендикулярную к его направлению, определяется по формуле
,
где υ – скорость ветра, м.
Общая разность давлений получается суммой разностей давлений при ветре и при тепловом напоре.
Движение воздуха создается и искусственно. Организованный и регулируемый воздухообмен называется аэрацией. Воздухообмен при проветривании помещений через форточки и фрамуги в окнах является управляемым, но не организованным, поскольку нельзя регулировать объем поступающего и выходящего воздуха, зависящий от ветра и разности температур. Замедление воздухообмена осуществляется с помощью вентиляционных каналов.
Воздухопроницаемость ограждающих конструкций зависит от наличия в материале крупных сообщающихся между собой пор и его влагосодержания. Если в капиллярах имеется жидкая влага, воздухопроницаемость уменьшается. В материалах, состоящих из нескольких компонент (бетон), воздухопроницаемость выше из-за наличия микротрещин. Но воздухопроницаемость не зависит от толщины конструкции.
Для нормирования воздухопроницаемости конструкции введено понятие сопротивления R воздухопроницанию (Па·с·м2/кг), которое прямо пропорционально толщине δ слоя и обратно пропорционально коэффициенту i воздухопроницаемости. Коэффициентвоздухопроницаемости представляет собой количество воздуха, проходящего через слой однородного материала.
Также введено понятие воздухопроницаемости ограждающей конструкции Gн, кг/(м2·ч). Это величина, численно равная массовому потоку воздуха, проходящего через единицу площади поверхности ограждающей конструкции в единицу времени при разности давлений воздуха на поверхностях в один Паскаль.
Задание 6.1. Определить разность давлений для расчета наружных ограждающих конструкций пятиэтажного здания. Температура наружного воздуха при ветре tн=-20 оС, скорость ветра υ=5 м/с, температура внутреннего воздуха tв=+15 оС, высота здания Н=15 м.
Решение. Разность давлений только при тепловом напоре
,
где ρн и ρв определяются по формуле при соответствующих температурах
.
Давление ветра определяется как
.
Расчетное значение разности давлений будет определяться суммой разностей давлений при тепловом напоре и давления ветра и равно 24 Па.
Ответ: Δр=24 Па.
Таблица 6.1 – Задание 6.1 по вариантам
| № варианта | Температура наружного воздуха, оС | Скорость ветра, м/с | Температура внутреннего воздуха, оС | Высота здания, м |
| -5 | +15 | |||
| -10 | +20 | |||
| -15 | +25 | |||
| -20 | +20 | |||
| -25 | +15 | |||
| -30 | +15 | |||
| -5 | +25 | |||
| -10 | +15 | |||
| -15 | +20 | |||
| -25 | +20 |
Задание 6.2. По данным предыдущего примера определить конструкцию и материал для обустройства наружной стены общественного здания (сопротивление воздухопроницанию и количество воздуха, проходящего через конструкцию, необходимо определять по таблицам 6.2 и 6.3 согласно варианту).
Решение. Для обустройства наружной стены общественного здания необходимо, чтобы величина сопротивления воздухопроницанию была больше требуемого значения, которое определяется по формуле
.
Разность давлений равна 24 Па, воздухопроницаемость наружной стены общественного здания – 0,5 кг/(м2·ч) (таблица 6.2).
После расчетов получим значение 48Па·м2·ч/кг.
Например, можно выполнить стены из кирпичной кладки или из легкобетонных камней толщиной 250 мм с расшивкой швов и со штукатурным слоем на наружной и внутренней поверхностях. Сопротивление такой конструкции равно 70 Па·м2·ч/кг (таблица 6.3). Данная величина больше требуемого значения.
Таблица 6.2 – Нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций зданий и сооружений
| Вид ограждающей конструкции | Gн, кг/(м2·ч), не более |
| 1. Наружные стены, перекрытия и покрытия жилых, общественных, административных зданий и сооружений | 0,5 |
| 2. Наружные стены, перекрытия и покрытия производственных зданий и помещений | 1,0 |
| 3. Стыки между панелями наружных стен: | |
| а) жилых зданий | 0,5 |
| б) производственных зданий | 1,0 |
| 4. Входные двери в квартиры | |
| 5. Окна и балконные двери жилых, общественных и бытовых зданий, окна производственных зданий с кондиционированием воздуха | 6,0 |
| 6. Окна, двери и ворота производственных зданий | 8,0 |
| 7. Зенитные фонари производственных зданий | 10,0 |
Таблица 6.3 – Сопротивление воздухопроницанию некоторых ограждающих конструкций, Па·м2·ч/кг
| Окна, витрины, фонари и двери | ||
| Окна глухие всех типов | ||
| Окна, открывающиеся с одинарным или двойным остеклением в алюминиевых или стальных спаренных переплетах с одинарным уплотненным притвором | 0,29 | |
| Окна, открывающиеся с одинарным или двойным остеклением в деревянных спаренных переплетах с одинарным уплотненным притвором | 0,26 | |
| Окна, открывающиеся с двойным остекленном в деревянных раздельных переплетах с одинарным уплотненным притвором | 0,29 | |
| То же, с двойным уплотненным притвором | 0,38 | |
| Окна, открывающиеся с двойным остеклением в алюминиевых или стальных раздельных переплетах с одинарным уплотненным притвором | 0,32 | |
| То же, с двойным уплотненным притвором | 0,42 | |
| Окна, открывающиеся с тройным остеклением в деревянных одинарном и спаренном переплетах с одинарным уплотненным притвором | 0,3 | |
| То же, с двойным уплотненным притвором | 0,44 | |
| То же, с тройным уплотненным притвором | 0,56 | |
| Окна, открывающиеся с тройным остеклением в алюминиевых или стальных одинарном и спаренном переплетах с одинарным уплотненным притвором | 0,33 | |
| То же, с двойным уплотненным притвором | 0,48 | |
| То же, с тройным уплотненным притвором | 0,62 | |
| Витражи алюминиевые с двойным остеклением стеклопакетами | 1,4 | |
| Витрины алюминиевые с двойным остеклением стеклопакетами | ||
| Зенитные фонари с уплотненным сопряжением элементов | 0,5 | |
| Двери алюминиевые остекленные | 1,3 | |
  Стены, перегородки, перекрытия и покрытия | ||
| Стены кирпичные или из легкобетонных камней толщиной 250 мм и более с расшивкой швов | ||
| Степы кирпичные или из легкобетонных камней толщиной 250 мм и более с расшивкой швов на наружной поверхности и штукатурным слоем на внутренней поверхности | ||
| То же, со штукатурным слоем на наружной и внутренней поверхностях | ||
| Стены панельные из легких бетонов толщиной 200 мм и более | ||
| То же, из ячеистых автоклавных бетонов | ||
| Перегородки кирпичные или из легкобетонных камней толщиной 120 мм с расшивкой швов | ||
| Перегородки кирпичные или из легкобетонных камней толщиной 120 мм со штукатурным слоем с двух сторон | ||
| Перегородки панельные толщиной 60 мм и более 1 | ||
| Стыки всех типов между легкобетонными и железобетонными панелями стен, м×ч×даПа/кг (м×ч×мм вод. ст./кг) | ||
| Стыки всех типов между металлическими панелями стен с эффективным утеплителем, м×ч×даПа/кг (м×ч×мм вод. ст./кг) | ||
| Стыки между железобетонными панелями перекрытий и плитами безрулонных покрытий, м×ч×даПа/кг (м×ч×мм вод. ст./кг) |
Таблица 6.4 – Задание 6.2 по вариантам
| № варианта | Тип конструкции |
| Наружные стены жилых зданий | |
| Перекрытия общественных зданий | |
| Стыки между панелями наружных стен жилых зданий | |
| Зенитные фонари производственных зданий | |
| Перекрытия производственных зданий | |
| Наружные стены производственных зданий | |
| Наружные стены общественных зданий | |
| Перекрытия жилых зданий | |
| Стыки между панелями наружных стен производственных зданий | |
| Перекрытия производственных зданий |
Задание 6.3. Определить сопротивление воздухопроницанию открывающегося окна с тройным остеклением в деревянных одинарных переплетах с одинарным уплотненным притвором (жилое здание) и сравнить это значение с требуемым сопротивлением воздухопроницанию. Величины, необходимые для расчета, берутся из задания 6.1.
Решение. Требуемое значение сопротивления воздухопроницанию окон и балконных дверей жилых и общественных зданий, а также окон и фонарей производственных зданий, определяется по формуле
,
где Δр=24 Па;
Gн=6 кг/(м2·ч) – воздухопроницаемость окон жилого здания (таблица 6.2).
После вычисления получим значение 0,299 Па·м2·ч/кг. Сопротивление воздухопроницанию открывающегося окна с тройным остеклением в деревянных одинарных переплетах с одинарным уплотненным притвором равно 0,3 Па·м2·ч/кг. Таким образом, при данных условиях выбранная конструкция светового проема удовлетворяет условиям воздухопроницанию.
Самостоятельное решение задания 6.3: определить воздухопроницаемость светового проема любого помещения.