Как инфильтрация воздуха влияет на теплопотери здания
Инфильтрация воздуха увеличивает теплопотери здания за счёт неконтролируемого поступления наружного воздуха через щели, неплотности и негерметичные примыкания ограждающих конструкций. В отопительный период поступающий холодный воздух необходимо нагреть до температуры помещения. Дополнительная тепловая нагрузка зависит от объёма инфильтрационного воздуха, разности температур и продолжительности такого воздухообмена.
Для оценки необходимо определить места поступления воздуха, учесть перепады давления, ветер и действующие режимы вентиляции. При этом важно отличать постоянную негерметичность оболочки от периодического поступления воздуха через открываемые двери. Одинаковое увеличение расхода тепла может иметь разные причины, поэтому без измерений воздухообмена нельзя достоверно определить величину потерь именно от инфильтрации.
Почему через неплотности здания поступает наружный воздух
Движение воздуха через ограждающую конструкцию возникает при наличии неплотности и перепада давления между наружной и внутренней средой. Воздух проходит через доступный путь в направлении, определяемом действующей разностью давлений.
На перепады давления влияют ветер, температурные условия и работа вентиляционных систем. Поэтому одна и та же щель может пропускать разное количество воздуха при изменении погоды или режима эксплуатации здания.
Наличие неплотности само по себе не определяет величину тепловых потерь. Для этого необходимо установить фактический расход проходящего через неё воздуха и температурные условия. При небольшом перепаде давления поступление воздуха может быть ограниченным, а при его увеличении — возрастать.
Поэтому оценка негерметичности должна учитывать не только расположение дефекта, но и условия, при которых возникает воздушный поток. Осмотр конструкции показывает возможное место утечки, однако не заменяет определение интенсивности воздухообмена.
Какие данные нужны для расчёта теплопотерь от инфильтрации
Основу расчёта составляют сведения о щелях и неплотностях оболочки, перепадах давления, ветровых условиях, режимах вентиляции и измеренном или обоснованно оценённом воздухообмене.
Расположение неплотностей необходимо для установления возможных путей поступления воздуха. При обследовании учитывают конструкцию ограждений и соединений, через которые наружный воздух может проникать в помещения.
Перепад давления характеризует условия движения воздуха через выявленные неплотности. Поскольку он может изменяться при работе вентиляции и под действием ветра, измерения необходимо связывать с конкретным эксплуатационным режимом.
Расход инфильтрационного воздуха показывает количество наружного воздуха, поступающего через неплотности за единицу времени. Именно этот показатель необходим для количественной оценки дополнительной тепловой нагрузки.
Температура наружного и внутреннего воздуха определяет, насколько необходимо нагреть поступающий воздух. Продолжительность соответствующего режима позволяет перейти от тепловой мощности к количеству энергии за рассматриваемый период.
Все показатели должны относиться к одной границе расчёта. Если данные о расходе воздуха получены для всего здания, а температурные условия относятся только к отдельному помещению, использовать их совместно без уточнения границ некорректно.
Как рассчитать дополнительную тепловую нагрузку
Дополнительная нагрузка на нагрев инфильтрационного воздуха определяется его массовым расходом, теплоёмкостью и разностью температур между наружной средой и помещением.
При использовании объёмного расхода воздуха расчётную тепловую мощность можно выразить следующей зависимостью:
Q = ρ × cp × L × (tв − tн), где Q — тепловая мощность, Вт; ρ — плотность воздуха, кг/м³; cp — удельная теплоёмкость воздуха, Дж/(кг·К); L — объёмный расход инфильтрационного воздуха, м³/с; tв и tн — температуры внутреннего и наружного воздуха, °C.
При постоянных условиях количество тепловой энергии за период определяется произведением рассчитанной мощности на продолжительность инфильтрации. Если расход воздуха и температуры изменяются, расчёт выполняют по соответствующим режимам с последующим суммированием.
Основная неопределённость обычно связана с расходом воздуха. Разность температур можно установить измерением, но без определения объёма поступающего воздуха невозможно достоверно вычислить дополнительную тепловую нагрузку.
Поэтому расчёт по предполагаемой величине инфильтрации необходимо обозначать как оценочный. Его нельзя представлять как измеренное значение потерь здания.
Чем отличаются периодическое открывание дверей и постоянная неплотность
Для складского терминала характерна ситуация, когда наружные двери периодически открываются при эксплуатации объекта. В такие интервалы происходит поступление наружного воздуха, однако продолжительность и интенсивность этого процесса зависят от режима использования дверей и действующих перепадов давления.
Постоянная щель в ограждении формирует другой характер воздухообмена. Через неё воздух может проходить на протяжении длительного времени, а интенсивность потока изменяется вслед за ветровыми и вентиляционными условиями.
Поэтому нельзя оценивать эти два механизма по одинаковому времени действия. Для открываемой двери необходимо учитывать периоды её фактического открытого состояния. Для постоянной неплотности — условия движения воздуха в течение рассматриваемого периода.
Различается и подход к выявлению источника теплопотерь. Если поступление связано с открыванием двери, необходимо учитывать действующий эксплуатационный процесс. Если установлен постоянный подсос через неплотность, предметом проверки становится герметичность соответствующего участка оболочки.
При этом величина потерь в обоих случаях определяется не одним фактом наличия проёма или щели, а количеством поступившего наружного воздуха и температурной разницей.
Как выявить места неконтролируемого поступления воздуха
Обследование направлено на установление участков оболочки, через которые наружный воздух проникает вне предусмотренного режима воздухообмена. Для этого сопоставляют расположение неплотностей с действующими перепадами давления и результатами измерений.
Проверять необходимо именно условия поступления воздуха. Локальное снижение температуры поверхности может указывать на возможную инфильтрацию, но само по себе не доказывает движение воздуха через конструкцию.
Сходная температурная аномалия может возникать вследствие повышенной теплопередачи через конструктивный узел. Поэтому один тепловизионный след нельзя считать подтверждением негерметичности.
Для обоснованного вывода необходимо установить наличие пути прохождения воздуха и подтвердить соответствующий механизм обследованием или измерением. Если результаты неоднозначны, возможную инфильтрацию следует отличать от охлаждения поверхности без воздушного потока.
После подтверждения негерметичности определяют её расположение и условия проявления. Эти сведения позволяют выделить участки, для которых технически обоснована дальнейшая проверка герметизации.
Как отличить инфильтрацию от организованного притока воздуха
Организованный приток и инфильтрация могут сопровождаться одинаковой физической потребностью в нагреве наружного воздуха. Однако их назначение различается.
Организованный приток обеспечивается вентиляцией для поддержания необходимых условий в помещениях. Инфильтрация представляет собой неконтролируемое поступление воздуха через неплотности оболочки.
Поэтому повышенная нагрузка на нагрев воздуха не доказывает, что здание негерметично. Часть расхода тепла может относиться к предусмотренному вентиляционному режиму.
При анализе необходимо установить фактический режим вентиляции и определить, какой объём наружного воздуха поступает организованно, а какой может быть связан с неплотностями.
Особенно важно учитывать влияние вентиляционных систем на перепады давления. Изменение их работы может изменять и интенсивность инфильтрации. Поэтому результаты, полученные при одном вентиляционном режиме, нельзя автоматически переносить на другой.
Если разделение организованного и неконтролируемого воздухообмена не подтверждено измерениями, дополнительную тепловую нагрузку нельзя полностью относить к дефектам герметичности.
Как оценить возможность снижения теплопотерь
После выявления участков поступления воздуха определяют, какие из них связаны с необоснованной негерметичностью оболочки, а какие — с необходимым использованием здания или работой вентиляции.
Для подтверждённых неплотностей оценивают условия их возможной герметизации. Ожидаемое снижение тепловой нагрузки зависит от изменения фактического расхода инфильтрационного воздуха, а не только от площади устранённой щели.
Если до устранения неплотности расход воздуха неизвестен, величину ожидаемой экономии можно определить лишь расчётно, с указанием принятых допущений. Для подтверждения результата необходимо сопоставить воздухообмен и условия эксплуатации до и после изменения состояния оболочки.
При этом уменьшение неконтролируемого подсоса не должно нарушать необходимый воздухообмен. Если часть поступающего воздуха фактически компенсирует недостаточный организованный приток, вопрос герметизации необходимо рассматривать с учётом работы вентиляции.
Снижение теплопотерь не может достигаться за счёт уменьшения воздухообмена ниже санитарной или технологической необходимости. Поэтому оценка герметизации должна учитывать не только энергетический результат, но и требуемое обеспечение помещений наружным воздухом.
Результат оценки влияния инфильтрации
Результатом обследования становятся показатели негерметичности здания, оценка дополнительной тепловой нагрузки и перечень мест, требующих проверки или герметизации. Для каждого подтверждённого участка необходимо установить условия поступления воздуха и связь с фактическим режимом эксплуатации.
Отдельно фиксируют ограничения исходных данных: неизвестные расходы воздуха, изменяющиеся перепады давления, влияние ветра и неполные сведения о работе вентиляции. Эти обстоятельства определяют достоверность расчётной оценки.
Полученные результаты используют для выбора участков дальнейшего обследования и проверки возможности устранения неконтролируемого подсоса. При этом инфильтрацию рассматривают как самостоятельную составляющую тепловой нагрузки, не подменяя ею все потери через ограждающие конструкции.
Если измерения не позволяют отделить инфильтрацию от организованного притока, необходимы дополнительные данные. До их получения количественную величину потерь и ожидаемый эффект герметизации следует считать предварительными.
Вопросы состояния строительной оболочки рассмотрены на странице «Ограждающие конструкции зданий». Определение участков повышенных теплопотерь связано с задачей «Выявление тепловых потерь». Другие технические разъяснения представлены в разделе «Материалы».