Воздухопроницаемость - свойство наружных ограждений, влияющее на комфортность помещений, повышенные теплопотери, а в некоторых случаях – появление неблагоприятных явлений (выпадение конденсата, образование наледи на внутренних поверхностях). В связи с суровыми климатическими условиями в РФ, в частности низкими температурами наружного воздуха в зимний период, в целях повышения тепловой защиты зданий необходимо учитывать воздухопроницаемость ограждающих конструкций при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий. Существуют методики для определения воздухопроницаемости конструкций в лабораторных и натурных условиях [1].
Для определения воздухопроницаемости в натурных условиях используется измерительная установка, состоящая из металлической раздвижной рамы, воздухонепроницаемого полотна и вентилятора с микроманометром и системой гибких трубок. Принцип измерений заключается в создании перепада давления воздуха между испытываемым помещением и внешней средой и измерении расхода воздуха. Для этого внутри испытываемого помещения создаются условия для стабильного перепада давления между помещением и внешней средой путём нагнетания или разрежения воздуха [2, 3]. Согласно ГОСТ 31167-2009 существует несколько методов определения воздухопроницаемости ограждающих конструкций в натурных условиях, отличающихся способом установки измерительного оборудования и герметизацией объёмов, в которых проводятся испытания: квартиры, группы помещений, отдельной комнаты. Воздухонепроницаемое полотно с раздвижной рамой и вентилятором устанавливается в дверной проём целевого помещения (входная дверь квартиры, кабинета или комнаты, рис.1).
Чтобы обеспечить стабильный перепад давления воздуха внутри испытываемого помещения герметизируются все отверстия, через которые возможен переток воздуха в помещение (при разрежении воздуха) или из помещения (при нагнетании воздуха). Тем не менее, полностью исключить переток воздуха из испытываемого помещения наружу и наоборот невозможно из-за наличия:
- скрытых для визуального обнаружения щелей и неплотностей в ограждающих конструкций испытательного объёма;
- неплотностей и технических отверстий в самой конструкции установки для определения воздухопроницаемости необходимых для её работы.
Согласно ГОСТ 31167-2009 погрешность этого метода испытаний не превышает 15%.
Для исключения влияния утечек воздуха в смежные помещения (боковые, нижнее и верхнее) при определении воздухопроницаемости наружной конструкции помещения многоэтажного здания согласно ГОСТ 31167-2009 допускается использование дополнительных установок для определения воздухопроницаемости помещений, при этом создают одинаковую разность давлений наружного и внутреннего воздуха в испытуемом и смежных помещениях (рис.2).
Однако, на практике такой подход смысла не имеет, т.к. даже при герметизации всех этих помещений, поддержание одинакового стабильного перепада давления воздуха во всех помещениях одновременно практически невозможно при испытаниях в полевых условиях [4]. Наиболее воздухопроницаемыми в конструкциях стен являются светопрозрачные заполнения – окна и витражи.
Новый метод определения воздухопроницаемости
При испытаниях окон наиболее эффективным показал себя метод, применяемый в ГБУ ЦЭИИС, при котором герметизируется оконный проём воздухонепроницаемой мембраной или полотном (рис.3), а измерения проводятся в два этапа: с установленной воздухонепроницаемой мембраной в оконном проёме и без неё.
В начале измерений (рис.4) создают стабильную разность давлений между испытуемым объемом и внешней средой в 50 Па и фиксируют значения разности давлений наружного и внутреннего воздуха, разность давлений воздушного потока на вентиляторе и температуру внутреннего и наружного воздуха. Если разность давлений воздушного потока на вентиляторе будет менее 60 Па, то во входное отверстие кожуха вентилятора устанавливают пластину с восемью отверстиями и требуемым числом заглушек. При этом повторяют испытание, изменяя каждый раз разность давлений между наружным и внутренним воздухом на 10 Па. После первой серии испытаний проводят следующую серию в обратном порядке. Всего проводят минимум шесть серий испытаний, по 3 на каждый этап (рис.5).
По полученным данным методом наименьших квадратов строятся математические зависимости расхода воздуха от перепада давлений. В логарифмическом масштабе они представляют собой прямые линии (рис.6). Расход воздуха определяется давлением воздуха на вентиляторе при каждом перепаде давления в исследуемом помещении Δp и индивидуальными калибровочными коэффициентами для данного типа оборудования и режима работы вентилятора. Аппроксимация расхода воздуха от перепада давлений характеризуется функцией:
где a – угловой коэффициент прямой, b – приращение функции.
Значения углового коэффициента прямой a и приращение функции b определяются по формулам:
где – средние и частные значения логарифмических показателей перепада давления между испытуемым помещением и внешней средой и расхода воздуха соответственно.
где – средние и частные значения логарифмических показателей перепада давления между испытуемым помещением и внешней средой и расхода воздуха соответственно.
Разность значений расхода воздуха каждого из этапов испытаний (с герметизацией окна и без неё) при перепаде давлений ∆p=10 Па определяет объем воздуха, проникающего через испытываемую конструкцию окна при нормируемой разности давлений.
Умножение на величину плотности воздуха при температуре испытаний и деление на площадь светопрозрачной конструкции дает массовую воздухопроницаемость конструкции.
Выводы
Предложенная методика испытаний определения воздухопроницаемости конструкции позволяет получать результаты с достаточной для оценки соответствия точностью.
Список литературы
1. А.П. Константинов, А.А. Верховский Воздухопроницаемость современных оконных блоков из ПВХ и алюминия // Жилищное строительство. 2019. № 4. С. 39-45;
2. Харюзов Д.В., Слободчиков Е.Г., Иванова А.В. К вопросу воздухопроницаемости высотных жилых зданий в климатических условиях Севера // В сборнике: XX Юбилейная всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов. Материалы конференции. 2019. С. 65-68;
3. С.И. Гудков, С.Н. Овсянников Методы определения воздухопроницаемости ограждающих и светопрозрачных конструкций // В сборнике: Избранные доклады 63-й Университетской научно-технической конференции студентов и молодых учёных. 2017. С. 425-426;
4. А.А. Попов, А.А. Нитиевский, В.П. Вавилов, Р.Н. Иванов Проблемы практического применения ГОСТ 31167–2009 при оценке воздухопроницаемости строительных сооружений // Мир измерений. 2017. № 3. С. 20-24.
Статью подготовил:
Инженер-эксперт Отдела строительной акустики и
обследования фасадов ГБУ "ЦЭИИС"
Котельников Д.Е