Что такое инфильтрация: когда её надо учитывать?

Статья о том, что такое инфильтрация, когда её надо учитывать, а когда можно и похерить

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Определение расчетных часовых нагрузок отопления, приточной вентиляции и горячего водоснабжения

1 часть.

Задачей расчета теплопотерь, является определение требуемой мощности системы отопления, для дальнейшего подбора мощности источника тепла и нагревательных приборов.

Сразу хочу предупредить, для любителей считать через температурные поля, эта статья не для вас. Расчет ведется по классической схеме. Причем, уж извините меня, консерватора-старовера, но дома ранней постройки не страдают промороженными углами с плесенью. Конечно, кто-то будет кидать в меня тапками и сетовать: «Сейчас просто плохо строят…».

Пусть некоторые критикуют, что не считаются, как полагается инфильтрация и неоднородности. Причем, сколько не прошу мне прислать «правильный» вариант, с учетом всех копеек, просто, хотя бы с цифрами (например, в пдф). Но у многих боязнь, что у них украдут их расчеты и будут зарабатывать на этом миллионы. А воз и ныне там. Хотелось бы проверить, на сколько, все-таки будут отличаться цифры. Мой аргумент такой, просчитанные классическим способом объекты работают в штатном режиме. А вот у других проектировщиков, почему-то даже в эту теплую зиму, на некоторых объектах промерзали углы. Да, и я никому не навязываю своем мнение, и спорить ни с кем не собираюсь, хотите, считайте температурные поля, кто против…

Также хочу заострить внимание, чтобы были усвоены следующие термины, т.к. для многих почему-то это одно и тоже, и потом начинаются вопросы у меня получилось неправильное значение теплопотерь:

Определение коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций ирасчет теплопотерь.

Отопление следует проектировать для обеспечения в помещениях расчетной температуры воздуха, учитывая:

а) потери теплоты через ограждающие конструкции;

б) расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха.

Многих слово «инфильтрация» сразу повергает в шок и руки опускаются.

На самом деле это проникновение воздуха через неплотности наружных ограждений, а именно через заполнения световых проемов окон, фонарей, через площади воздухопроницаемых ограждающих конструкций, через щели и неплотности в наружных ограждениях, а также через открытые проемы.

Расчет инфильтрации можно выполнить по МДК 4-05.2004. Понятно, что данный документ является отменным, но для расчета никто не запрещает его принимать тем более для ИЖС. Ну или для особо въедливых считаем по следующей литературе: Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2002.

Расчетный коэффициент инфильтрации по МДК определяется по формуле:

где g – ускорение свободного падения, м/с2;

L – свободная высота здания, м;

wo – расчетная для данной местности скорость ветра в отопительный период, м/с; принимается по СП 131.13330.2012

Расчет выполняем для примера для Тюмени

Кир=0,01х[(2х9.81х15[1-(273-35)/(273+20)] +3^2]^0.5=0.08

3- максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, м/с

Кинф=Кир+1

Для расчета можно применить следующие значения:

Для здания высотой

5 м., Кинф=1.05;

10 м., Кинф=1.07;

15 м., Кинф=1.078;

20 м., Кинф=1.09;

Высота принимается от уровня земли до устья вытяжной вентиляции. Для упрощения расчета принимаем Кинф=1.08. Т.к. классический коттедж вписывается в эти параметры.

Кинф. не учитывается для тех. конструкций, где отсутствуют проемы (окна, люки, двери). Инфильтрация происходит через окна, балконные двери, наружные двери, открытые проемы, щели, стыки стеновых панелей.

Инфильтрацию воздуха через отштукатуренные кирпичные и крупнопанельные стены не учитывают из-за их высокого сопротивления воздухопроницанию.

Например, если стена глухая (без окон, без дверей) то Кинф. не учитываем.

Хотя в том же МДК 4-05.2004

Кинф. идет надбавкой на все теплопотери.

В любом случае, надбавка в 10-15% лишней не будет, т.к. огрехи при строительстве никто не отменял.

Если объект необходимо посчитать точно, то Кинф. посчитанный, по МДК, применяем для стен с окнами дверями, люками; для самих окон, дверей, люков.

Если объект необходимо посчитать укрупненно с запасом, то Кинф. посчитанный, по МДК, применяем для всех ограждающих конструкций.

Потери теплоты через внутренние ограждающие конструкции помещений допускается неучитывать, если разность температур в этих помещениях равна 3°С и менее.

В случае, когда слоев однотипных несколько, то их толщины суммируют.

Например, если есть в конструкции пирога один слой из мин.ваты толщиной 50 мм, и другой слой той же мин.ваты 100 мм, то термическое сопротивление будет рассчитываться так.

Продолжение следует.

Теплопоступления за счет разности температур (теплопередачи)

В летний период теплопоступление через внешние конструкции (стены, потолок) как правило, положительно. Расчет усложняется тем, что температура воздуха сильно меняется в течение суток, а солнечное излучение дополнительно нагревает внешнюю поверхность здания. Зимой тепло теряется через внешние конструкции. Колебания температуры в зимний период меньше, а нагрев поверхностей солнечным излучением незначителен.

Теплопоступление (или потеря тепла) за счет разности температур зависит не только от внешних условий, но и от температуры внутри помещения.

Расчет тепловых поступлений за счет теплопередачи выполняется согласно строительным нормативам СниП 11-3-79.

Расчет количества тепла

Количество тепла Qогр, переданное путем теплопередачи через ограждение (стену) площадью S, имеющее коэффициент теплопередачи k, вычисляется по формуле:

Qогр = S*k*(T – t)*Y

Здесь T – расчетная наружная температура, t – расчетная внутренняя температура, а Y – поправочный коэффициент, значение которого выбирается согласно СНиП 2.04.05-91.

Расчетные наружные температуры зависят от региона и приведены в ТАБЛИЦЕ, а внутренние температуры выбираются с учетом комфортности или технологических требований, в зависимости от назначения помещения.

Эта формула упрощена и не учитывает ряда факторов. Чтобы учесть направление относительно сторон света, солнечную радиацию, нагревающую стены и т.д., нужно вводить в данную формулу поправки. Они являются составными частями коэффициента Y.

От чего зависит поглощение солнечного излучения?

Поглощение солнечного излучения ограждением зависит от следующих факторов:

• Цвета стен: коэффициент поглощения тепла достигает 0.9 для темного цвета наружных стен и лишь 0.5 – для светлых стен.

Тепловых характеристик стен: чем массивнее стена, тем больше задержка поступления тепла в помещение. Тепловая нагрузка при нагреве массивной стены распределяется на более длительное время. Если же стены тонкие и легкие, то тепловые нагрузки повышаются и быстро изменяются при изменении внешних условий. При этом требуются более дорогие и мощные установки кондиционирования.

Взаимосвязи в пределах модели идеального газа[править | править код]

Влияние температуры на свойства воздуха на уровне моря Температура Скорость звука Плотность воздуха из уравнения Клапейрона Акустическое сопротивление ϑ {displaystyle vartheta } , °С c , м/с ρ , кг/м³ Z , Н·с/м³ +35 351,96 1,1455 403,2 +30 349,08 1,1644 406,5 +25 346,18 1,1839 409,4 +20 343,26 1,2041 413,3 +15 340,31 1,2250 416,9 +10 337,33 1,2466 420,5 +5 334,33 1,2690 424,3 0 331,30 1,2920 428,0 −5 328,24 1,3163 432,1 −10 325,16 1,3413 436,1 −15 322,04 1,3673 440,3 −20 318,89 1,3943 444,6 −25 315,72 1,4224 449,1

Температура, давление и плотность[править | править код]

Плотность сухого воздуха может быть вычислена с использованием уравнения Менделеева — Клапейрона для идеального газа при заданных температуре и давлении:

ρ = p ⋅ M R ⋅ T . {displaystyle rho ={frac {pcdot M}{Rcdot T}}.}

Здесь ρ {displaystyle rho }  — плотность воздуха, M {displaystyle M}  — молярная масса (29 г/моль для сухого воздуха), p {displaystyle p}  — абсолютное давление, R {displaystyle R}  — универсальная газовая постоянная, T {displaystyle T}  — абсолютная температура в кельвинах. Таким образом, подстановкой получаем:

• при стандартной атмосфере Международного союза теоретической и прикладной химии (температуре 0 °С, давлении 100 кПа, нулевой влажности) плотность воздуха 1,2754 кг/м³;
• при 20 °C, 101,325 кПа и сухом воздухе плотность атмосферы составляет 1,2041 кг/м³.

В приведенной таблице даны различные параметры воздуха, вычисленные на основании соответствующих элементарных формул, в зависимости от температуры (давление взято равным 101,325 кПа).

Влияние влажности воздуха[править | править код]

Под влажностью понимается наличие в воздухе газообразного водяного пара, парциальное давление которого не превосходит давления насыщенного пара для данных атмосферных условий. Добавление водяного пара в воздух приводит к уменьшению его плотности, что объясняется более низкой молярной массой воды (18 г/моль) по сравнению с молярной массой сухого воздуха (~29 г/моль)[1]. Влажный воздух может рассматриваться как смесь идеальных газов, комбинация плотностей каждого из которых позволяет получить требуемое значение для их смеси[2]. Подобная интерпретация позволяет определять значение плотности с относительной погрешностью менее 0,2 % в диапазоне температур от −10 до +50 °C и может быть выражена следующим образом[2]:

ρ h u m i d   a i r = p d R d ⋅ T + p v R v ⋅ T , {displaystyle rho _{,mathrm {humid~air} }={frac {p_{d}}{R_{d}cdot T}}+{frac {p_{v}}{R_{v}cdot T}},} где ρ h u m i d   a i r {displaystyle rho _{,mathrm {humid~air} }}  — плотность влажного воздуха (кг/м³); p d {displaystyle p_{d}}  — парциальное давление сухого воздуха (Па); R d {displaystyle R_{d}}  — газовая постоянная для сухого воздуха (287,058 Дж/кг·К); T {displaystyle T}  — температура (K); p v {displaystyle p_{v}}  — давление водяного пара (Па) и R v {displaystyle R_{v}}  — постоянная для пара (461,495 Дж/кг·К).

Давление водяного пара может быть определено исходя из относительной влажности:

p v = ϕ ⋅ p s a t , {displaystyle p_{v}=phi cdot p_{mathrm {sat} },} где p v {displaystyle p_{v}}  — давление водяного пара; ϕ {displaystyle phi }  — относительная влажность; p s a t {displaystyle p_{mathrm {sat} }}  — парциальное давление насыщенного пара.

Парциальное давление насыщенного пара может быть представлено в виде следующего упрощенного выражения[2]:

p ( m b ) s a t = 6,107 8 ⋅ 10 7 , 5 ⋅ T − 2048,625 T − 35 , 85 , {displaystyle p(mb)_{mathrm {sat} }=6{,}1078cdot 10^{frac {7{,}5cdot T-2048{,}625}{T-35{,}85}},}

которое дает результат в миллибарах.

Давление сухого воздуха p d {displaystyle p_{d}} определяется разностью:

p d = p − p v , {displaystyle p_{d}=p-p_{v},} где p {displaystyle p} обозначает абсолютное давление рассматриваемой системы.

Влияние высоты над уровнем моря в тропосфере[править | править код]

Для вычисления плотности воздуха на определённой высоте в тропосфере (формула справедлива для высот менее 20 км) могут использоваться следующие параметры (в параметрах атмосферы указано значение для стандартной атмосферы):

Для тропосферы (то есть области линейного убывания температуры — это единственное свойство тропосферы, используемое здесь) температура на высоте h {displaystyle h} над уровнем моря может быть задана формулой:

T = T 0 + L ⋅ h . {displaystyle T=T_{0}+Lcdot h.}

Давление на высоте h {displaystyle h} :

p = p 0 ⋅ ( 1 + L ⋅ h T 0 ) − g ⋅ M R ⋅ L . {displaystyle p=p_{0}cdot left(1+{frac {Lcdot h}{T_{0}}}right)^{frac {-gcdot M}{Rcdot L}}.}

Тогда плотность может быть вычислена подстановкой соответствующих данной высоте h {displaystyle h} температуры T {displaystyle T} и давления p {displaystyle p} в формулу:

ρ = p ⋅ M R ⋅ T . {displaystyle rho ={frac {pcdot M}{Rcdot T}}.}

Эти три формулы (зависимость температуры, давления и плотности от высоты) и использованы для построения графиков, приведенных справа.Графики нормализованы — показывают общий вид поведения параметров. «Нулевые» значения для верных вычислений нужно каждый раз подставлять в соответствии с показаниями соответствующих приборов (термометра и барометра) на данный момент на уровне моря.

Что такое – удельный объем, удельный вес, плотность?

Удельный объем газа, это объем единицы веса вещества. Обозначение – м3/кг.
Удельный вес газа это величина, обратная удельному объему. Размерность: кг/м3.
Молярным объемом газа, это удельный объем умноженный на молекулярный вес вещества.

Методы определения удельного объема и удельного веса газов:

Существует несколько методов определения удельного веса веществ: взвешивания, пикнометра, ареометра и другие, в основном метод определяется агрегатным состоянием исследуемого вещества, его давления, температуры и прочих условий эксперимента.

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении. Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10-6 м2/с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10-6 м2/с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10-6 Па·с. При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ). Динамическая и кинематическая вязкость воздуха (в таблице даны значения вязкости, увеличенные в 106 раз) t, °С μ·106, Па·с ν·106, м2/с t, °С μ·106, Па·с ν·106, м2/с t, °С μ·106, Па·с ν·106, м2/с -50 14,6 9,23 70 20,6 20,02 350 31,4 55,46 -45 14,9 9,64 80 21,1 21,09 400 33 63,09 -40 15,2 10,04 90 21,5 22,1 450 34,6 69,28 -35 15,5 10,42 100 21,9 23,13 500 36,2 79,38 -30 15,7 10,8 110 22,4 24,3 550 37,7 88,14 -25 16 11,21 120 22,8 25,45 600 39,1 96,89 -20 16,2 11,61 130 23,3 26,63 650 40,5 106,15 -15 16,5 12,02 140 23,7 27,8 700 41,8 115,4 -10 16,7 12,43 150 24,1 28,95 750 43,1 125,1 -5 17 12,86 160 24,5 30,09 800 44,3 134,8 0 17,2 13,28 170 24,9 31,29 850 45,5 145 10 17,6 14,16 180 25,3 32,49 900 46,7 155,1 15 17,9 14,61 190 25,7 33,67 950 47,9 166,1 20 18,1 15,06 200 26 34,85 1000 49 177,1 30 18,6 16 225 26,7 37,73 1050 50,1 188,2 40 19,1 16,96 250 27,4 40,61 1100 51,2 199,3 50 19,6 17,95 300 29,7 48,33 1150 52,4 216,5 60 20,1 18,97 325 30,6 51,9 1200 53,5 233,7 Для примера – проект одноэтажного дома 100 м² Чтобы доходчиво пояснить все способы определения количества тепловой энергии, предлагаем взять в качестве примера одноэтажный дом общей площадью 100 квадратов (по наружному обмеру), показанный на чертеже. Перечислим технические характеристики здания: регион постройки – полоса умеренного климата (Минск, Москва); толщина внешних ограждений – 38 см, материал – силикатный кирпич; наружное утепление стен – пенопласт толщиной 100 мм, плотность – 25 кг/м³; полы – бетонные на грунте, подвал отсутствует; перекрытие – ж/б плиты, утепленные со стороны холодного чердака пенопластом 10 см; окна – стандартные металлопластиковые на 2 стекла, размер – 1500 х 1570 мм (h); входная дверь – металлическая 100 х 200 см, изнутри утеплена экструдированным пенополистиролом 20 мм. В коттедже устроены межкомнатные перегородки в полкирпича (12 см), котельная располагается в отдельно стоящей постройке. Площади комнат обозначены на чертеже, высоту потолков будем принимать в зависимости от поясняемой расчетной методики – 2.8 либо 3 м. Ссылки[править | править код] Conversions of density units ρ (англ.) Air density and density altitude calculations (англ.) Reference manual for air density, density altitude, and grains of water (англ.) Air density, density altitude, grains of water calculator by region (англ.) 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. инфильтрация Как посчитать коэффициент расширения Когда производится расчет объема системы отопления, следует обратить внимание на коэффициент расширения используемой в качестве теплоносителя жидкости. Данный параметр может характеризоваться двумя значениями, зависящими от типа устанавливаемого отопительного оборудования. В том случае, когда в отопительной системе в качестве теплоносителя будет задействована вода, тогда коэффициента расширения равен 4%, а, если этиленгликоль – 4,4%. Существуют другие, не такие точные способы как посчитать объем системы отопления. Например, можно использовать показатель мощности теплоагрегата: предполагается, что 1 кВт соответствует 15 литрам теплоносителя. Таким, образом, чтобы узнать приблизительную емкость всех элементов отопительной конструкции, необходимо знать мощность системы теплоснабжения. Непременно нужно учитывать, что установка современных элементов системы теплоснабжения, таких как батареи, трубы, котел, в некоторой мере способствуют снижению ее общего объема. Подробная информация относительно того, какова емкость радиатора отопления или других составляющих отопительной конструкции содержится в технической документации, прилагаемой производителями к своим изделиям.