Теплопотери на инфильтрацию что это

Теплопотери на инфильтрацию что это

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.

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.

с_н, с_з – аэродинамические коэффициенты на наветренном и подветренном фасадах, для большинства зданий на наветренной стороне с_н = 0,8, а на заветренной с_з = –0,6. Для зданий со сложным фасадом аэродинамические коэффициенты определяются с помощью моделирования или специального расчета;

Р_в – 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.

(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 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

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.

Источник

Что такое инфильтрация и когда её надо учитывать?

При расчёте тепловых потерь я не поставил флажок напротив «Учитывать инфильтрацию». Я пообещал рассказать о ней после, что и делаю в этой статье.

Итак, разберёмся здесь, что такое инфильтрация, когда её нужно учитывать обязательно, а когда можно и похерить.

Что такое инфильтрация?

Вообще, понятие «инфильтрация» применяется в разных областях, например, в медицине или даже в военном деле… но нас здесь интересует только строительство, а конкретней – отопление. В этом ракурсе и будем разбираться.

Инфильтрация — это не что иное, как проникновение воздуха с улицы в помещение сквозь ограждающие конструкции. Понятно, что такое возможно, если эти конструкции имеют щели и другие неплотности. Обычно воздух проникает сквозь неплотные окна и двери. (Полагаю, стены из дерева или соломы тоже пропускают воздух, не зря же их называют дышащими.)

Инфильтрация имеет и положительную сторону и отрицательную. С одной стороны, благодаря ей в дом поступает свежий воздух. С другой — увеличивается нагрузка на систему отопления зимой и на систему охлаждения летом.

Яркие примеры того, когда инфильтрацию нужно учитывать обязательно

Приведу пару примеров. Сперва со своим домом, в котором живу сейчас.

Когда мы его купили, это была просто саманная хата с вот такими окнами:

Видно, в каком они были состоянии: стёкла держались местами на штапиках, местами были замазаны цементным раствором (именно цементным, а не специальной оконной замазкой), а местами просто зафиксированы гвоздиками без всякой замазки (которая, как известно, служила не только для фиксации, а и для герметичности… хоть в какой-то мере).

Понятно, что окна продувались насквозь, если ветер был с этой стороны. Но это не всё.

Хата отапливалась печкой. Изначально это была печка для дров и угля, потом, когда село газифицировали, её переделали под газ, вставив форсунку, в таком виде она нам и досталась. Но это не главное. Главное в том, что печка располагалась между комнатами (красная стрелка показывает на печку):

Межкомнатная перегородка нагревалась, к тому же при работе печки возникает, как и полагается, тяга. Ну а поскольку оконные рамы на щелях, то воздух интенсивно сквозь них засасывался. И когда находишься посреди зала, очень чувствовалось движение воздуха от окон в сторону печки:

Холодного воздуха! То есть, сколько ни грей, а в доме тепло не было, т. к. холодный ветер гулял непрерывно. (Не просто холодный, а ещё и сырой, в шкафах одёжка и книги покрывались белым налётом; когда я сделал окна герметичными, налёт перестал появляться.)

Надо добавить, что и двери были на щелях…

Понятно, что такую инфильтрацию нужно обязательно учитывать при проектировании отопления. Другой вопрос: не лучше ли сделать всё без щелей? Не лучше.

До переезда в село мы жили в городе, в панельной пятиэтажке, построенной в начале 80-х.

Полагаю, из-за бытовавшей тогда моды на соцсоревнования и на перевыполнения пятилетних планов оконные рамы гнались из сырого леса, лишь бы впендюрить, отчитаться, получить премии, а там пусть они хоть повываливаются…

Короче, через несколько лет из-за усушки древесины в этих рамах образовались щели по 2…3 см шириной.

Ностальгически-лирическое отступление. Думается, везде окна делались из сырого леса, потому что, если помните, в начале зимы вся страна занималась одним и тем же: затыкивала окна ватками и заклеивала бумажными лентами; в магазинах даже продавалась бумага рулончиками (для не «посвящённых»: не подумайте, что туалетная, туалетной вообще не было…), на которой так и было написано: «бумага для заклейки окон». Весной же все проделывали то же в обратном порядке: судорожно отдирали ленты и выковыривали вату, потому что весна наступала раньше, чем кончался отопительный сезон…

Действительно, жить зимой в нашей квартире, не законопатив наглухо щели в рамах, было невозможно. При сильном ветре занавески располагались горизонтально. И сколь ни наваливай на себя одеял, заснуть было невозможно от холода, т. к. тепло выдувалось напрочь.

Вот в таких условиях проще было заложить конские нормы на инфильтрацию, чем обязать строить из сухого леса. Ну в самом деле: отопление стоило копейки, а лес надо ещё сушить, мороки столько…

Вот это была инфильтрация что надо и учитывать её нужно обязательно… если некогда (=лень, =руки/голова не оттуда растут) довести окна и двери до ума.

Когда учитывать инфильтрацию не обязательно?

Существуют нормы, обязывающие учитывать инфильтрацию и добавлять сколько-то к мощности системы отопления. На самом деле, сделать на 100% точные расчёты потерь тепла на инфильтрацию невозможно. В программе Valtec, видимо, заложен какой-то максимум, подразумевающий самые большие утечки. Поэтому, если поставить флажок «Учитывать инфильтрацию», мои теплопотери возрастут почти вдвое (точнее в 1.7 раза):

— без учёта инфильтрации:

— с учётом инфильтрации:

Современные материалы позволяют сделать все конструкции герметичными, и в доме обязательно должна быть система принудительной вентиляции. Часто в таких системах воздух не только поступает, но при этом ещё и подогревается. В таком случае инфильтрацию можно не учитывать.

Я тоже не ставлю этот флажок для своего дома, хоть и не имею никаких специальных вентиляций. Почему?

Я заменил старые щелястые окна на современные герметичные металлопластиковые, с двухкамерными стеклопакетами. И настоял, как ни брыкались изготовители окон, сделать в них нормальные форточки, а не ту откидную хренотень, что стала быть распространена повсеместно.

Обычную форточку можно открыть хоть на толщину спички, хоть на волосок… и даже в очень холодный день обеспечить приток свежего воздуха в комнату — такой минимальный приток воздуха, который одновременно и комнату освежит и нагреваться будет достаточно быстро от радиаторов. То есть вентиляция в моём доме естественная.

Ещё. Мощность радиаторов я выбирал (об этом в следующих статьях) по теплопотерям таким, как рассчитаны в предыдущих видео. Но при этом «в уме» держал свои планы по утеплению дома; и после утепления мощности отопительной системы стало хватать с избытком и без учёта инфильтрации.

Вот по этим причинам я исключил инфильтрацию из расчётов, а просто поставил по паре лишних секций радиаторов там, где это просится.

Немного о микровентиляции

Как вариант вместо обычных форточек можно установить проветриватели (устройства для микровентиляции):

С такими устройствами вентиляция будет, даже если вы уедете из дому на долго, когда оставлять открытыми форточки или, тем более, целые рамы нельзя. Микровентиляция ставится прямо в рамы:

Как видно из рисунка, делается это с помощью обычных инструментов, следовательно, по силам любому нормальному индивиду.

Подача воздуха затем регулируется, как на следующей схеме:

Надо только обязательно устанавливать проветриватель в самое дальнее окно. Так, в моём варианте это окно зала, на которое указывает жирная синяя стрелка:

При такой вентиляции комната будет проветриваться максимально полно, чем если бы установить проветриватель в другое окно. Впрочем, ничто не мешает поставить микровентиляцию во все рамы.

Итак, я поделился своими соображениями. Теперь вы помозгуйте над своим проектом и решите сами, какое значение имеет инфильтрация в вашем доме? ставить ли в программе этот флажок? а может быть, потом, при расчёте радиаторов самому умножить теплопотери, но не 2, а, скажем, на 1.5 и подбирать мощность батарей отопления исходя из полученного значения. В общем, думайте. И успехов.

Источник

Дом – это часть пространства, которую человек организует так, чтобы условия в ней были для него благоприятны. В настоящее время нет такого места в мире, где люди не могли бы жить. Во многом это благодаря тому, что мы умеем строить дома. Снаружи дома может быть жестокий холод, но внутри наших домов температура воздуха, влажность воздуха и другие параметры микроклимата находятся на комфортном уровне. Дом как бы отделяет внешний мир с неблагоприятными условиями от внутреннего мира, где условия для человека благоприятны.

Теплопотери через ограждающие конструкции путем теплопроводности

При проектировании домов теплопотери условно разделяют на отдельные составляющие. Так легче их оценить и подобрать строительные материалы, размеры утепляющих конструкций и мощность системы отопления.

Рассмотрим ограждающие конструкции зданий. К ограждающим конструкциям относятся: стены, пол первого этажа, кровля или перекрытие верхнего этажа. То есть это любая стенка, которая отделяет внутреннее пространство дома от улицы (в этом смысле окно или дверь так же представляет собой стенку). Стенки или лучше сказать стены при расчетах рассматриваются как непроницаемые конструкции, через которые тепловой поток может проходить только за счет теплопроводности материала.

Посмотрим теперь, какой теплопроводностью обладают различные материалы и вещества.

Рассмотрим, теперь ограждение из нескольких слоев. Пусть слои расположены последовательно. И тепловой поток проходит перпендикулярно плоскости слоев. Для определенности пусть будет четыре слоя: внутренний воздух (сопротивление теплообмену), кирпичная стена, слой утеплителя и наружный воздух. Будем полагать известными температуры воздуха внутри помещения и наружного воздуха. Найдем при этом тепловой поток через наше ограждение и распределение температур в нем.

рис. 1. Стеновое ограждение →

Само ограждение дано на рис.1.

Поскольку внутри ограждения теплота не выделяется (нет короткого замыкания проводов, ничего не горит, не конденсируется пар и т.д.), тепловой поток через любой слой или термическое сопротивление этого ограждения будет одним и тем же. Отсюда у нас получается небольшая система уравнений:

Выразим из них термические сопротивления слоев и сложим:

То есть, тепловой поток через многослойное ограждение прямо пропорционален разности температур на границах ограждения и обратно пропорционален сумме термических сопротивлений слоев ограждения. При этом окружающий ограждение воздух рассматривается как термическое сопротивление. Эта формула лежит в основе теплового расчета ограждений зданий на потери теплопроводностью.

Ограждение может быть неоднородно по как по ходу теплового потока (устроено слоями, как в предыдущем случае), так и представлять из себя как бы лоскутное одеяло. Ярким примером этого является устройство в стене различных проемов (оконных, дверных), пустот и перемычек, которые иногда называются тепловыми мостами. Чертеж такого ограждения в плане дома дан на следующем рисунке (рис. 2).

Рис. 2. Ограждение из кирпича с засыпкой →

На рис.2 автор изобразил стену дома из кирпича с засыпкой теплоизоляционным материалом. Такая конструкция стен часто использовалась при строительстве частных домов. Как видно слой материала с засыпкой расположен не по всей площади стены, а только в части ее. Посередине имеется так называемый тепловой мост из кирпича, который разделяет две полости. Такое ограждение неоднородно как по ходу теплового потока, так и в плоскости, параллельной движению тепла. Термическое сопротивление такого ограждения и ему подобных ограждений в общем можно рассчитать только расчетом температурного поля, однако в данном случае имеется приближенный способ расчета.

Для проведения такого расчета неоднородное ограждение разбивается на слои в направлении теплового потока и в перпендикулярном ему направлении.

Такой вот нелегкий метод. Определенное таким образом термическое сопротивление, называется приведенным сопротивлением ограждения. Если приведенное сопротивление разделить на термическое сопротивление, полученное в предположении, что слой засыпки будет занимать всю стену, получим коэффициент термической неоднородности ограждения.

Теплопотери через ограждающие конструкции путем инфильтрации воздуха

Абсолютно герметичных зданий и сооружений не существует. Даже специальные герметичные здания могут пропускать немного наружного воздуха (пусть даже очень небольшое количество). Ну а раз воздух в здание проходит, то и возникают связанные с этим тепловые потери.

Наружный воздух может проходить в здание путем диффузии (на молекулярном уровне) или под действием разности полного давления внутри и снаружи здания или путем инфильтрации. Проникновение воздуха путем диффузии обычно невелико и при расчете тепловых потерь не рассматривается. Проникновение холодного воздуха путем инфильтрации является существенной частью тепловых потерь и существуют специальные способы расчета зданий на инфильтрационное проникновение воздуха. Основы этих расчетов я и попытаюсь прояснить.

На схеме изображено довольно простое здание, которое имеет одно помещение, в котором есть дверь, окно и четыре стены. Кроме того оно имеет вытяжную естественную вентиляцию. При работе системы отопления внутри помещения температура больше чем снаружи, т.е. Обозначим через точку А центр отверстия вытяжной шахты. Теперь представим себе столб воздуха от этой точки до поверхности земли. В соответствии с нашей схемой высота столба будет равна H. Теперь подумаем, с какой силой этот столб давит на поверхность земли. Как известно, воздух обладает массой и плотностью. Эти величины достаточно малы, но они измерены и в нашем случае играют очень важную роль. Наш воздушный столб, по закону гидростатики, будет давить на землю с силой на единицу поверхности.
Где
плотность наружного воздуха, g – ускорение свободного падения, 9.81 (известная величина), H – высота точки А над поверхностью земли.

Величина силы, действующей на единицу поверхности, называется давлением. А давление, возникающее только за счет высоты столба покоящейся жидкости или газа, называется гидростатическим. Итак, имеем гидростатическое давление воздушного столба высотой H на поверхность земли. Это давление будет в соответствии с законом Паскаля передаваться любой площадке расположенной на поверхности земли, при этом неважно как она будет ориентирована. То есть неважно будет ли эта площадка лежать на земле под столбом воздуха или стоять на ребре или будет под углом.

Запишем теперь нашу систему уравнений:

Итоговая формула для внутреннего давления будет иметь следующий вид (просим читателя проверить ее самому и избавить меня от приведения здесь ее вывода, тем более как мы укажем в дальнейшем, для расчета она все равно не годится). Если читатель спросит, зачем вообще ее здесь приводить, ответим, только для того, чтобы показать сложность задачи, которую приходится решать при точном определении внутреннего давления в здании.

Как видно весьма сложная конструкция. При учете воздействия ветра и нелинейности характеристик пропускной способности некоторых элементов: щели в притворах дверей и окон, сопротивления всего вытяжного тракта и наличия вентиляции с механическим побуждением, расчет внутреннего давления, а, следовательно, и перепадов давления на ограждениях становится еще сложнее.

К счастью существуют упрощенные методики.

Согласно одной из них внутреннее избыточное давление в здании принимается постоянным и равно

Внешнее давление воздуха на ограждение, расположенное на данной высоте с учетом действия ветра рассчитывается по формуле

где h –высота центра рассматриваемого ограждения.

где Go- коэффициент местного сопротивления проема (принимается по справочной литературе);
В случае пористого ограждения (стеновые материалы), то зависимость расхода через ограждение будет выглядеть так:

где i – удельная воздухопроницаемость материала.
Приведем в таблице указанные величины

Расход тепла на нагрев вентиляционного воздуха определяется по формуле:

Заключение

Как видно из таблицы в расчет следует принимать воздухопроницание через оконные и дверные проемы, и разумеется через открытые окна. Сопротивление воздухопроницанию материалов настолько велико, что требуются астрономические высоты, чтобы добиться потерь тепла хотя бы в 100 Вт. Однако щели и стыки (которые могут быть приравнены к открытым проемам) могут внести существенный вклад в тепловые потери здания.

Источник

• ← Теплопередача в вакууме возможна за счет чего
• Теплопотери что это такое →