Инфильтрация воздуха увеличивает теплопотери здания за счёт поступления наружного воздуха через неплотности окон, дверей и других ограждающих конструкций. В отопительный период этот воздух необходимо нагреть до температуры помещений, что создаёт дополнительную нагрузку на систему отопления.
Интенсивность инфильтрации зависит не только от состояния ограждений, но и от разности давлений между наружной и внутренней средой. На неё влияют ветер, температурная разница, высота здания и режим работы вытяжной вентиляции. Поэтому наличие неплотности само по себе не позволяет определить количество поступающего воздуха и связанные с ним тепловые потери.
Как инфильтрация формирует дополнительную тепловую нагрузку
Инфильтрация представляет собой неорганизованное поступление наружного воздуха через неплотности ограждающей оболочки здания. Движение воздуха возникает при наличии перепада давления между сторонами соответствующей конструкции.
В холодный период поступающий наружный воздух имеет более низкую температуру, чем воздух внутри помещений. Для поддержания требуемых внутренних условий необходимо компенсировать разницу его теплового состояния.
Следовательно, тепловая нагрузка зависит от двух основных величин: количества поступающего воздуха и энергии, необходимой для его нагрева.
При одинаковой разности температур увеличение инфильтрационного расхода приводит к росту необходимой тепловой мощности. При одинаковом расходе более значительная разность температур также увеличивает потребность в нагреве.
Однако фактический расход воздуха не является постоянной характеристикой неплотности. Он изменяется вместе с перепадом давления, поэтому оценка теплопотерь должна учитывать реальные условия эксплуатации здания.
Как оценить тепловые потери от поступающего воздуха
Основной метод заключается в определении количества тепла, необходимого для нагрева поступающего наружного воздуха до соответствующей внутренней температуры.
При использовании объёмного расхода воздуха и допущении о постоянстве его теплофизических характеристик расчётную тепловую мощность можно выразить зависимостью:
Q = ρ × cp × L × (tв − tн),
где Q — тепловая мощность, необходимая для нагрева воздуха; ρ — плотность воздуха; cp — удельная теплоёмкость воздуха; L — объёмный расход поступающего воздуха; tв и tн — внутренняя и наружная температуры соответственно.
При использовании плотности в кг/м³, теплоёмкости в Дж/(кг·К), расхода в м³/с и разности температур в К результат получают в ваттах.
Эта зависимость показывает физический механизм дополнительного теплопотребления. Но её применение для конкретного здания требует подтверждения фактического расхода инфильтрационного воздуха.
Если расход неизвестен, можно рассчитать несколько предполагаемых условий поступления воздуха. Такой результат характеризует сценарную оценку теплового влияния, а не установленную величину фактических потерь.
Для оценки количества тепловой энергии за период дополнительно учитывают продолжительность соответствующих условий. Если наружная температура и воздухообмен изменяются, расчёт должен отражать эти изменения, а не переносить один измеренный режим на весь отопительный сезон.
Почему перепад давления определяет интенсивность инфильтрации
Воздух проходит через неплотность при возникновении разности давлений между её сторонами. Поэтому даже одинаковые по геометрии неплотности могут пропускать различное количество воздуха при разных условиях эксплуатации.
При увеличении действующего перепада давления расход через неплотность обычно возрастает. Однако характер этой зависимости определяется аэродинамическими свойствами пути движения воздуха.
Для технической оценки необходимо различать наличие пути инфильтрации и фактический расход через него. Обнаруженная неплотность подтверждает возможность движения воздуха, но не устанавливает величину воздухообмена без учёта перепада давления.
Это особенно важно при сопоставлении результатов испытаний герметичности и обычной эксплуатации. Расход, полученный при испытательном перепаде давления, нельзя автоматически считать расходом воздуха в естественных условиях.
Как ветер и температурная тяга изменяют воздухообмен
Перепады давления на ограждениях формируются под воздействием нескольких факторов. Существенное значение имеют ветровое воздействие и температурная, или гравитационная, тяга.
Ветровое воздействие
Ветер создаёт различное давление на наружных поверхностях здания. На отдельных участках он может способствовать поступлению воздуха внутрь, на других — его выходу.
Интенсивность и направление такого воздействия изменяются вместе с погодными условиями. Поэтому результаты обследования, полученные при одном ветровом режиме, не обязательно характеризуют инфильтрацию при другой погоде.
При анализе необходимо учитывать расположение предполагаемых мест подсоса относительно наружных поверхностей и фактические погодные условия в период измерений.
Температурная тяга
Температурная тяга возникает из-за различия плотности наружного и внутреннего воздуха. Её влияние зависит от разности температур и высоты здания.
В холодный период распределение давлений по высоте может приводить к поступлению наружного воздуха через неплотности в одних частях здания и выходу внутреннего воздуха в других.
Поэтому одинаковые неплотности на разных уровнях здания могут работать в различных условиях. Нельзя считать, что измеренный расход воздуха на одном этаже автоматически соответствует расходу через аналогичное примыкание на другом.
Ветровая и температурная составляющие действуют совместно. Их соотношение изменяется по сезону, погоде и высоте здания, что необходимо учитывать при интерпретации результатов испытаний.
Какие исходные сведения позволяют проверить инфильтрацию
Основными источниками являются результаты испытаний герметичности, сведения об окнах и примыканиях, режимы вытяжной вентиляции и погодные данные.
Испытания герметичности позволяют оценить воздухопроницаемость оболочки здания при установленных условиях испытания. Полученные показатели помогают характеризовать возможные пути неорганизованного воздухообмена.
Однако испытательный расход при заданном перепаде давления необходимо отличать от фактического инфильтрационного расхода при эксплуатации. Для перехода между этими состояниями требуется учитывать действующие перепады давления.
Сведения об окнах и примыканиях необходимы для определения возможных мест поступления воздуха. Они позволяют соотнести обнаруженные признаки подсоса с устройством соответствующих ограждающих элементов.
Режимы вытяжки помогают установить влияние вентиляционного оборудования на давление внутри здания. При изменении работы вытяжной системы могут изменяться условия движения воздуха через неплотности.
Погодные данные позволяют учитывать наружную температуру и ветровые условия в период измерений. Без них трудно определить, насколько результаты соответствуют рассматриваемому эксплуатационному режиму.
Достоверность анализа зависит от согласованности этих сведений. Результаты испытания, данные о работе вытяжки и погодные условия необходимо соотносить с фактическими режимами, а не использовать независимо друг от друга.
Как режим вытяжки влияет на поступление наружного воздуха
Работа вытяжной вентиляции может изменять давление внутри здания и тем самым влиять на поступление наружного воздуха через неплотности.
Если удаление воздуха не компенсируется соответствующим организованным притоком, условия для поступления воздуха через ограждающую оболочку могут усиливаться.
Поэтому при обнаружении инфильтрации необходимо установить режим вытяжки в момент проверки. Воздушный поток, зарегистрированный при работающем вытяжном оборудовании, может отличаться от потока при его отключении или другом режиме.
При этом изменение инфильтрации нельзя оценивать только по факту включения вентилятора. Необходимо учитывать фактические перепады давления и воздухообмен.
Такое сопоставление позволяет определить, связано ли наблюдаемое поступление наружного воздуха с особенностями ограждения, условиями работы вентиляции или их совместным действием.
Почему повышенное потребление тепла не всегда связано с неплотностями
Дополнительный расход тепловой энергии на нагрев наружного воздуха возникает не только при инфильтрации. Аналогичная тепловая нагрузка может формироваться организованной приточной вентиляцией.
Организованный воздухообмен обеспечивает предусмотренную подачу наружного воздуха для нужд помещений. Инфильтрация же представляет собой поступление через неплотности под действием перепадов давления.
Оба механизма требуют учёта температуры поступающего воздуха, но имеют разные технические причины и способы регулирования.
Поэтому повышенное потребление тепловой энергии нельзя автоматически объяснять недостаточной герметичностью здания. Необходимо определить, какая часть наружного воздуха поступает организованно, а какая связана с неорганизованным воздухообменом.
Если данные о фактическом распределении воздушных потоков отсутствуют, нельзя достоверно отнести весь дополнительный расход тепла к инфильтрации.
Как определить места подсоса и проверить их тепловое влияние
Результатом обследования должна стать карта мест возможного подсоса воздуха, связанная с условиями проверки и оценкой теплового влияния на здание.
Для каждого рассматриваемого участка необходимо установить его расположение, конструктивные особенности и признаки движения наружного воздуха. Эти сведения сопоставляют с результатами испытаний герметичности и действующими перепадами давления.
При интерпретации учитывают высоту расположения участка, погодные условия и работу вытяжной системы. Это позволяет избежать ошибочного предположения, что все выявленные неплотности создают одинаковый расход воздуха.
Если известен расход поступающего воздуха в соответствующем режиме, можно оценить необходимую тепловую мощность на его нагрев. При наличии данных о продолжительности режимов расчёт распространяют на рассматриваемый период.
Если расход не подтверждён, карта фиксирует предполагаемые пути инфильтрации, а тепловое влияние рассматривают по сценарным значениям. В этом случае нельзя приписывать конкретному месту подсоса установленную величину энергетических потерь.
Такая форма результата позволяет разделить подтверждённые места движения воздуха, предполагаемые пути инфильтрации и расчётные оценки, требующие дополнительной проверки.
Как использовать результат при выборе дальнейших действий
Карта мест подсоса и схема проверки теплового влияния помогают определить, какие участки ограждений требуют уточнения герметичности и где необходимы дополнительные измерения воздухообмена.
Основное значение имеет связь между конструктивным участком, действующим перепадом давления и фактическим количеством поступающего воздуха. Только при наличии этих данных можно переходить от обнаружения неплотности к количественной оценке её влияния на отопительную нагрузку.
При сопоставлении результатов разных периодов необходимо учитывать изменение ветровой и температурной составляющих давления. Особенно важно не переносить результаты испытаний, выполненных в одних условиях, на другой сезон или иную высоту здания без соответствующего обоснования.
Кроме того, вывод о тепловом влиянии инфильтрации должен учитывать работу организованной вентиляции. Иначе существует риск ошибочно отнести её энергетические затраты к потерям через неплотности.
Граница достоверности: без подтверждённого расхода поступающего наружного воздуха тепловой эффект инфильтрации можно оценивать только сценарно. Достоверность количественных выводов зависит от качества испытаний герметичности, сведений об окнах и примыканиях, режимов вытяжной вентиляции и погодных условий. Обнаруженная неплотность не является самостоятельным доказательством конкретной величины теплопотерь или гарантированной экономии после её устранения.