ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
АРЕНДНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ПРОМСТРОЙПРОЕКТ

ПОСОБИЕ 12.91 к СНиП 2.04.05-91

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ ИНФИЛЬТРАЦИИ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА
В ОДНОЭТАЖНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ЗДАНИЯ

Москва, 1993 г.

Рекомендовано к изданию решением Технического Совета арендного предприятия Промстройпроект.

Пособие 12.91 к СНиП 2.04.05-91. Рекомендации по расчету инфильтрации наружного воздуха в одноэтажные производственные здания. /Промстройпроект - М.. 1993г./

Пособие 12.91 разработано Промстройпроектом (канд. техн. наук Б. В. Баркалов) в соответствии с требованиями пп. 3.1 и 3.2. СНиП 2.04.05-91 и обязательным приложением 10 "Расходы теплоты на нагревание инфильтрующего наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений".

В Пособии принята методика расчета давлений, разработанная доктором технических наук, профессором В. П. Титовым, с применением условного нуля давлений на уровне верха наружных ограждений здания, позволившая стилизовать эпюры давлений и производить расчеты простым инженерным методом.

Расчеты инфильтрации многоэтажных зданий и зданий с большим числом помещений рекомендуется производить по программе 3 института Белпромпроект (Белоруссия, г. Минск, пл. Свободы, 17). Программа написана на языке "ФОРТРАН IV" для ЕС ЭВМ с использованием системы ДОС ЕС; минимальный объем памяти - 256 Кб.

Пособие предназначено для специалистов в области отопления и вентиляции.

Рецензент инженер          Е. И. Боброва

Редактор инженер            Н. В. Агафонова

 

1. Максимальный расход теплоты - Q_и Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха СНиП 2.04.05-91 (далее СНиП) требует определять по формуле:

Q_и=0,28åG_ис(t_п-t_н)К,                                                 (1)

где: åG_и - расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через наружные ограждающие конструкции помещения (здания), определяемый по формуле (2);

с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг°С);

t_п, t_н - расчетные температуры воздуха, °С, в здании или в помещении (средняя с учетом повышения по высоте, если она превышает 4м) и наружного воздуха в холодный период года (параметры Б);

К - коэффициент для учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для окон с тройными переплетами, 0,8 - для окон с раздельными переплетами и 1,0 - для одинарных окон и окон со спаренными переплетами и для открытых проемов и щелей.

Примечание: Максимальный расход теплоты на нагревание наружного воздуха следует учитывать для каждого помещения при наиболее неблагоприятном для него направлении ветра. При расчете тепловой нагрузки здания с автоматическим регулированием отопительных приборов или с пофасадным регулированием расход теплоты на инфильтрацию следует принимать при наиболее неблагоприятном направлении ветра для всего здания.

2. Расход инфильтрирующегося (или эксфильтрирующегося) воздуха в здание (помещение) åG кг/ч, через неплотности наружных ограждений следует определять по формуле:

åG^*)=0,216åA₁DP/R₁+0,216åA₂G_нDP+3456åA₃DP,                     (2)

где: A₁, R₁ - площади заполнений световых проемов - окон и фонарей с одинарным, двойным и тройным остеклением, м², и сопротивления их воздухопроницанию м²×ч×Па/кг, при DP_i=10 Па, из перечисленных в приложении 10* к СНиП II-3-79** или в приложении 1 к "Пособию";

A₂G_н - площади воздухопроницаемых ограждающих конструкций, м², и нормативная воздухопроницаемость их, кг/(м²×ч), перечисленные в таблице 12* СНиП II-3-79**, при DP_i=10 Па или в приложении 2 к "Пособию";

A₃ - площади щелей и неплотностей в наружных ограждениях, м², а также открытых проемов в наружных ограждениях, м²;

*) Второй член формулы (2) вместо åA₂G_н(DP_i/DP₁)^0,67 по СНиП, где DP_i= 10 Па, при 1/10^0,67=0,216, представлен в удобном для расчетов виде 0,216åA₂G_нDP

DP_i=P_н-P_в - расчетная разность давлений на наружной и внутренней поверхностях наружных ограждений, Па, определяемая по формуле (6).

Примечания: Сопротивление воздухопроницанию R₁ в приложении 10* к СНиП II-3-79** и нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкции G_нкг(м²×ч), приведенная в табл.12* СНиП II-3-79**, даны при 10 Па, поэтому при расчетах в Па они учитываются с коэффициентом 1/10^2/3=0,216.

2. В формуле (2), составленной на основании формулы (3) обязательном приложения 10 СНиП отсутствует член, определяющий инфильтрацию через стыки стеновых панелей жилых зданий, поскольку "Пособие" касается только производственных зданий.

3. Сопротивление воздухопроницанию параллельно и последовательно расположенных ограждений следует рассчитывать по формулам:

а) для параллельно расположенных

R_п=åA_i/å(A_i/R_i)=(A₁+A₂+¼+A_i)/(A₁/R₁+A₂/R₂+¼+A_i/R_i);                     (3)

б) для последовательно расположенных

R_пос=A_j/[å(R_i/A_i)^1/k]^k=A_j/[(R₁/A₁)^1/k+(R₂/A₂)^1/k+¼+(R_i/A_i)^1/k]^k                  (4)

где: A₁, A₂...A_i, R₁, R₂...R_i - площади ограждений, м², и сопротивление их воздухопроницанию, м²×ч×Па/кг;

А_j - площадь ограждения, к которой приводится общее сопротивление воздухопроницанию последовательно расположенных ограждений, характеризуемых R_i и A_i.

k=0,67 - для ограждений в приложениях 1 и 2 и 0,5 - для щелей и неплотностей.

Сопротивление последовательно расположенных конструкций, имеющих одинаковые площади, определяется по формуле:

R_пос=(åR_i^1/k)^k=[R₁^1/k+R₂^1/k]^k.                                                (5)

4. Инфильтрацию рекомендуется рассчитывать по первому и третьему членам формулы (2), применяя в расчете второй член, как правило, в тех случаях, когда отсутствуют данные о воздухопроницаемости применяемых конструкций и приходится пользоваться нормативными значениями этих величин.

В связи с большим числом различных воздухопроницаемых ограждений расчет инфильтрации ведется в табличной форме (см. табл. 1). В таблицу вписываются площади ограждений и сопротивление их воздухопроницаемости, Rм²×ч×Па/кг, при 10 Па или нормативная воздухопроницаемость G_н кг/(м²×ч×Па) при 10 Па или площадь щелей, неплотностей или проемов, м² ,в зависимости от того, по какому из членов формулы (2) ведется расчет данного ограждения. Затем по выбранному члену формулы (2) определяется расход воздуха, проходящего через каждое ограждение, в кг/ч, при разности давлений DP_i=1 Па записывается в графу 4 таблицы 1 вне зависимости от того, является расход инфильтрацией G_и или эксфильтрацией G_э.

Инфильтрацию для помещений, имеющих наружные ограждения, выходящих на два или несколько фасадов здания, следует рассчитывать на направления ветра, перпендикулярные каждому из фасадов, принимая при этом одинаковую скорость ветра для всех фасадов, и внутреннее давление в помещении (здании), определенное по первому расчету.

5. Расчетная разность давлений DP_i Па, для формулы (2) определяется по формуле:

DP_i=h_i(g_н-g_п)+0,5vr_н(С_н-С_з)К₁-Р_в,                                             (6)

где: h_i - расчетная высота, м, от верха окон, дверей, ворот или проемов в наружных ограждениях зданий до уровня верха наружной стены, основания фонаря или устья вытяжной шахты;

g_н, g_п - удельный вес, Н/м³, наружного воздуха и воздуха в здании (помещении) с температурой t °C определяется по формуле:

g=3463/(273+t)                                                           (7)

r_н - плотность наружного воздуха r_н=g_н/9,81 кг/м³;

v - скорость ветра, м/с, принимаемая по обязательному приложению 8 СНиП; если скорость ветра при параметрах А больше, чем при Б, то для проверки соответствия мощности отопительных приборов параметрам А необходимо рассчитать инфильтрациию при этих параметрах (см. п. 3.2 СНиП);

С_н, С_з - аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и заветренной поверхностей ограждений здания (помещения), принимаемые по СНиП 2.01.07-85 или по приложению 3 к Пособию;

К₁ - коэффициент для учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания и типа местности, принимаемый по СНиП 2.01.07-85 или по приложению 3 к Пособию;

Р_в - условно-постоянное давление воздуха в здании, Па.

6. Разность давлений воздуха (условная) DP_i на наружной и внутренней поверхностях ограждений здания на рис. 1 представлена по методу докт. тех. наук, проф. В. П. Титова:

а) общей гравитационной составляющей P_г Па, равной произведению разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха на высоту здания в виде основания Р_г треугольника с высотой Н на наветренной и заветренной сторонах здания;

внутрь треугольников, против воздухопроницаемых ограждений, окон, дверей, ворот и др. вписаны прямоугольники, горизонтальная сторона которых, Р_г, представляет гравитационное давление, соответствующее уровню верхней отметки данного ограждения высотой h_i м, определяющие расчетное гравитационное давление на это ограждение Р_г=h_i(g_н-g_в) Па;

б) прямоугольники, изображенные вне пределов описанных треугольников, обозначают давление ветра Р_ве=0,5vr_нСК₁ - положительное на наветренной стороне при С=С_н и отрицательное при С = -С_з на заветренной стороне здания, Па;

в) внутреннее давление в здании представлено прямоугольником, изображенным внутри контура здания, со сторонами Р_в и Н м, - в расчете рассматривается как условное постоянное давление Р_в Па.

7. Расходы воздуха; инфильтрирующего в помещение (здание) åG_и и уходящих из него åG_э, определяются разностью давлений наружного воздуха åР_н и воздуха в помещении Р_в Па. Давление снаружи рассчитывается по первому и второму членам формулы (2), а давление внутри здания (помещения) Р_в Па, определяется в результате решения уравнения воздушного баланса помещения åG_и+åG_э=0 одним из следующих методов:

а) универсальным методом последовательного приближения к указанному выше равенству масс воздуха, проходящего через помещение (здание) расчетом по пп. 8-10;

б) по пункту 11 и формула (10) - пригодной для решения частных задач.

При наличии в помещении (здании) дисбаланса масс воздуха DG_м, кг/ч, создаваемого средствами механической вентиляции или действием технологического оборудования, производятся дополнительные расчеты по пп. 12 и 13.

Допускается неувязка баланса с превышением расхода инфильтрирующего воздуха над эксфильтрирующим в 10%. При наличии баланса вносится 10% запас на инфильтрацию.

Расчет рекомендуется выполнять, оперируя, как правило, только целыми значениями, Па. Если при этом баланс не представляется возможным свести с указанной выше погрешностью, то за расход инфильтрирующегося воздуха следует принимать полусумму абсолютных значений инфильтрации и эксфильтрации воздуха с указанным 10% запасом.

8. Расчет условных давлений наружного воздуха на ограждения здания, в соответствии со СНиП, ведется по верхнему их краю для того, чтобы иметь возможность рассматривать каждое ограждение как работающее в одном направлении - на инфильтрацию и эксфильтрацию. Связанное с этим некоторое уменьшение расходов инфильтрирующегося воздуха по сравнению с расчетом на давления по средней оси ограждений рекомендуется компенсировать, условно разделяя высокие ограждения на части. В зданиях высотой до 4 м рекомендуется принимать за максимальную высоту ограждения или его части 1,2 м, а в более высоких зданиях - 2,4 м. Кроме того, компенсация учитывается указанным выше 10% превышением инфильтрации над эксфильтрацией.

9. Первое приближение величины условного внутреннего давления в помещении (здании) Р_в Па, для расчетов по п. 7а рекомендуется принимать:

а) при одностороннем остеклении и отсутствии шахт или фонарей Р_в,1=Р_н,ср;

б) при двухстороннем остеклении с плотно закрытыми вытяжными шахтами или фонарями: Р_в,1= 0,5Р_н,ср;

в) с открытыми или неплотно закрытыми вытяжными шахтами или фонарями: Р_в,1=1 Па, где

Р_н,ср=0,5(Р_н,макс+úР_н,минç)                                                (8)

Р_н,макс, úР_н,минç - полные максимальное и минимальное давление воздуха на воздухопроницаемые наружные ограждения, Па (при отрицательном значении Р_н,мин - учитывается его абсолютная величина), выбираются из рассчитанных по п. 5 в таблице 1.

10. Уточнение условного внутреннего давления в здании, начиная с Р_в,1, ведется методом последовательного приближения, как правило, оперируя только целыми значениями Па, добиваясь обеспечения указанного в п. 7 равенства масс поступающего G_и и уходящего G_э воздуха, кг/ч, причем, равенство масс воздуха достигается в пределах одной-трех итераций. Если искомое не достигается при второй итерации, то третью итерацию выполняют после вычисления величины Р_в,3 интерполяцией по формуле:

Р_в,3=Р_в,1+(Р_в,2-Р_в,1)Е₁/(Е₁-Е₂),                                                 (9)

где: Р_в,1, Р_в,2 - условное внутреннее давление, принятое при 1-ой и 2-ой итерациях;

Е₁, Е₂ - невязка между расходом воздуха на инфильтрацию и эксфильтрацию, полученная при 1-ой и 2-ой итерациях.

Внутреннее давление воздуха Р_в,3, полученное по формуле (9), вводится в расчетную таблицу и, если полученный расход инфильтрации удовлетворяет условиям п. 7, то принимается для дальнейших расчетов. Если невязка Е₃ превышает установленные 10%, то за расчетный расход воздуха, инфильтрующего в здание (помещение), принимается расход, равный полусумме расходов на инфильтрацию и эксфильтрацию, полученных при третьей итерации с установленным запасом в 10%.

11. Если с достаточной долей вероятности представляется возможным разделить воздухопроницаемые ограждения и соответствующие им расходы воздуха при DР_i=1 Па (строка 4 табл.1) на приточные - инфильтрующие воздух в здание - и на эксфильтрующие: åG_и и åG_э, кг/ч, то внутреннее давление воздуха в здании (помещении) определяется по формуле

Р_в=(nР_с,и+Р_с,э)/(1+n),                                                    (10)

где n=(åG_и/åG_э)^1/k                                                       (11)

Р_с,и, Р_с,э - среднее наружное давление воздуха, Па, соответственно для ограждений, инфильтрующих воздух в здание и эксфильтрующее его наружу Па (см. ст. 9 табл. 2).

åG_и, åG_э - расходы воздуха при разности давлений в 1 Па, (см. п. 4 Пособия);

k - показатель степени в формуле (2).

В ряде случаев практики деление расходов воздуха на инфильтрирующие и эксфильтрирующие не представляет трудности. Например, это совершенно ясно из табл. 2, где положительное наружное давление имеет только ограждение 01, работающее на приток, а все остальные - работают на вытяжку, т.к. имеют отрицательное давление. Легко так делить ограждения в зданиях с фонарями и шахтами, особенно если они неплотно закрыты, а также в зданиях, имеющих окна в нижней и верхней части стен.

В особом положении находятся здания в местностях с высокими скоростями ветра v_в>5м/с, например, в г. Новороссийске, рассчитать для них инфильтрацию без применения методики, изложенной в данном пункте, чрезвычайно трудно, см. пример 2, а определить ограждения, работающие на приток (наветренные) и вытяжку - просто.

12. При дисбалансе масс воздуха между притоком воздуха и удалением его из здания средствами механической вентиляции или действием технологического оборудования величину отрицательного дисбаланса DG_м, кг/ч, иногда прибавляют к расходу воздуха, инфильтрующего в здание, а величину положительного дисбаланса отнимают от этого расхода. При этом в обоих случаях допускается ошибка. Фактически дисбаланс оказывает меньшее влияние на инфильтрацию. Он должен рассчитываться методом последовательного приближения, вместе с расчетом инфильтрации, см. пример 3. Дисбаланс вносится в расчетную таблицу 3 со знаком минус при отрицательном дисбалансе (когда он увеличивает инфильтрацию) и со знаком плюс при положительном (когда уменьшает инфильтрацию). Варьируя величиной внутреннего давления воздуха Р_в в целых значениях Па, добиваются решения уравнения:

åG_и-åG_э±DG_м£0,10åG_и.                                                  (12)

13. Суммарный расход наружного воздуха, инфильтрующегося в здание (помещение), при наличии заданной величины отрицательного дисбаланса DG_м, кг/ч, определяется после расчета естественной инфильтрации по п. 7а или п. 7б. Если расчет сделан по п. 7б, то необходимо определить расходы воздуха (при найденном давлении Р_в) по каждому ограждению, вписать их в строку 10 табл.1 и найти минимальное из полученных давлений Р_в,м. В примере 1 оно равно 2,3 Па.

Дальнейший расчет ведется (как указано в примере 3 и в табл. 3) при внутреннем давлении Р_в,м.

В примере 3 и табл. 3 расход воздуха, при Р_в,м=2,3 Па равен G_и,пр=4400 кг/ч. При расходе DG_м>G_и,пр все воздухопроницаемые ограждения работают на инфильтрацию (приток), следовательно, здесь G_м представляет суммарный расход воздуха G_c, поступающего в помещение.

При DG_м<G_и,пр суммарный расход воздуха на. инфильтрацию в первом приближении рекомендуется принимать G_с,1=G_и+0,5DG_м. Этому расходу соответствует первое приближение давления воздуха в помещении (здании):

Р_в,1=Р_в,м+(Р_в-Р_в,м(G_и+0,5DG_м)/(G_и+G_и,пр)                                       (13)

В примере 3:

Р_в,1=2,3+(6-2,3)(2300+0,5×3000)/(2300+4400)@4 Па.

Дальнейший расчет см. пример 3.

14. Суммарный расход, наружного воздуха, инфильтрующего в здание (помещение), при наличии заданной величины положительного дисбаланса DG_м, кг/ч, определяется после расчета естественной инфильтрации по п. 7а или п. 7б. При расчете по п. 7б необходимо определить расходы воздуха при найденном давлении Р_в по каждому ограждению, вписать их в строку 10 табл.1 и найти максимальное из полученных давлений Р_в,ма. В примере 1 оно равно 11,9 Па. Дальнейший расход ведется по описанному в п. 13, в табл. 3, при внутреннем давлении Р_в,ма=11, 9 Па. Расход воздуха при этом давлении соответствует работе всех ограждений на эксфильтрацию. Дальнейшее увеличение расхода возможно только при искусственном побуждении или при положительном дисбалансе. Первое приближение внутреннего давления воздуха:

Р_в,1=Р_в,ма-(Р_в,ма-Р_и)(G_и+0,5DG_м)/(G_и+G_э,пр)                                   (14)

В примере 3 Р_в,1=11,9-(11,9-6)(2300+0,5×3000)/(2300+5300)=9 Па. Уточнение суммарного расхода рассчитывается методом последовательного приближения как показано в табл. 3.

Пример 1. Производственное здание в г. Владимире - схема на рис.1. Окна в обоих продольных фасадах площадью по А₁=3,6×120=432 м². Двери двойные 1,5×2,4=3,6 м² по две в каждом торцевом фасаде. Сопротивление воздухопроницанию одинарных окон в металлических переплетах по прил. 1: 0,12×0,8=0,096 м²×ч×Па/кг, при 10 Па. Двери двойные по прил. 2 и формуле (5) R_пос=(0,1^l,5+0,1^1,5)^0,67=0,157 м²×ч×Па/кг, при 10 Па. Температура наружного воздуха t_Б=-28°С; t_A=-16°С. Средняя температура в здании 17°С. Удельное гравитационное давление при параметрах Б: 14,13-11,94=2,19 Н/м³, при А: 13,47-11,94=1,53 Н/м³.

Скорость ветра при параметре Б - 3,5 м/с; скоростное давление в застроенной городской территории типа В с поправкой на высоту здания -7,2м: (0,5+0,65)0,5=0,575; P_Б=3,5²×1,44×0,575/2@Па; при параметрах А скоростное давление ветра Р_А=4,4²×1,37×0,575/2@8,0 Па.

Окна высотой 3,6 м разделены условно по высоте (см. п. 8) на нижнюю часть 2,4 м и верхнюю 1,2 м. Расчет ведется в табл.1 по формуле (2). Определяется расход воздуха через каждое ограждение при разности давлений в 1 Па, например, для графы 01 табл.1 0,216×288/0,096=648 кг/ч. Далее в строках 5 и 6 приводится отметка верха каждого ограждения (от условного нуля, за который принят верх стены здания), и умножением ее на 2,19 определяется гравитационное давление на ограждение; результат записываем в графу 1 строки 6 - гравитационное давление 7,9 Па. Аэродинамические коэффициенты приняты по прил. 3 и приведены в строке 7.

Динамическое давление ветра 5 Па умножаем на аэродинамический коэффициент и после суммирования с гравитационным давлением записываем в строку 9 - условное полное давление наружного воздуха на ограждение 11,9 Па.

Расчет ведем по универсальному методу, п. 7а.

По пункту 9б определяем первое приближение условного внутреннего давления в здании Р_в,1=0,5×0,5(11,9+2,3)=3,6 Па. Расчет в строке 10 сделан при Р_в,1=4 Па. Расход воздуха в графе 01 (11,9-4)^0,67×648=2588 кг/ч и далее по этому образцу для всех граф табл.1. В результате получим невязку расходов 2526 кг/ч по инфильтрации. Принимаем Р_в,2=6 Па - получаем невязку по инфильтрации 142 кг/ч или 6,6 %, что соответствует условиям расчета, п. 7.

Аналогичный расчет в той же табл.1 приводим для параметра А.

В результате расход теплоты по формуле (1) при параметрах:

Б - 0,28×2300×(17+28)×1,0=29000 Вт;

А - 0,28×3000×(17+16)×1,0=27700 Вт.

Потери теплоты зданием при параметрах А по отношению к параметрам Б составят (17+16)/(174-28)=0,73, а потери теплоты с инфильтрацией 27700/29000=0,955. Следовательно, проверка тепловой мощности отопительных приборов необходима.

Удельный расход инфильтрации на 1 м воздухопроницаемых ограждений 2300/878,4=2,6 кг/(м ч) при одинарных окнах в металлических переплетах.

После определения полного наружного давления (строка 9) расчет может быть закончен по п. 7б "Пособия" с помощью формул (10) и (11), сделав предположение, что ограждения 01, Д1 и Д2 с расходом воздуха при DР=1 Па (гр. 4), равным 667,8 кг/ч, будут работать на приток (инфильтрацию), т.к. они находятся под более высоким давлением, в среднем равным (11,9×648+8×19,8)/667,8=11,78 Па, чем давление на другие ограждения, в среднем равное (5,4+2,3)/2=3,85 Па. Тогда по формуле (11) п=(667,8/1296)^1/0,67=0,37. По формуле (10) Р_в=(0,37×11,78+3,85)/1,37=5,99 Па. Расход поступающего воздуха (инфильтрация) будет 2166 кг/ч, а эксфильтрация 1296(5,99-3,85)^0,67=2158 кг/ч, т.е. практически то же, что получено поэлементным расчетом, без 10% запаса.

Пример 2. Для производственного здания, описанного в примере 1, приводится расчет для г. Новороссийска, характеризуемого очень высокими скоростями ветра. В расчете принята скорость ветра для параметров Б и открытой местности на берегу моря 17,5×0,885=15,49 м/с; скоростное давление 15,49²×1,375/2=165 Па. Температура воздуха при параметрах Б -13°С. При параметрах А скорость ветра 15,4×0,875=13,5 м/с < 15,49 м/с для параметров Б. Удельное гравитационное давление Р_Б=13,49-11,94=1,55 Па в 106 раз меньше давления ветра, а при Р_А - в 150 раз, при средней температуре воздуха в помещении 17°С.

При высоких скоростях ветра и относительно малых гравитационных давлениях здание продувается через неплотности ограждений наветренного фасада с выходом воздуха наружу через неплотности заветренного фасада. Схема может несколько измениться при наличии в здании фонаря, отсутствующего в данном случае.

Из таблицы 2 видно, что только окна 01 будут работать на приток (инфильтрацию), а все остальные ограждения - на вытяжку (эксфильтрацию).

Расчет инфильтрации производится по п. 11 "Пособия" с помощью формул (10) и (11). По формуле (11) п=(648/1315,8)^1/0,67=0,347. Внутреннее давление воздуха по формуле (10) для параметров Б:

Р_в=(0,347×137,6+77,1)/1,347=92,7 Па;

расход воздуха на инфильтрацию:

G_и=648(137,6-92,7)^0,67=8290 кг/ч

на эксфильтрацию 1315,8(92,7-77,1)^0,67=8290 кг/ч.

Поэлементный расчет инфильтрации в таблице 2 при Р_в=92,7 Па составил 8302 кг/ч, при невязке с эксфильтрацией 3,9%.

Удельный расход инфильтрующегося воздуха для Новороссийска 10кг/(м²×ч) получился почти в 10/2,6@4 раза больше, чем для Владимира.

Пример 3. По исходным данным для примера 1 рассчитать инфильтрацию при отрицательном и положительном дисбалансе 3000 кг/ч. По п. 13 в графе 5 табл. 3 приведен расчет расхода воздуха, поступившего в здание при условном постоянном давлении в нем 2,3 Па (см. строку 9 табл.1), создаваемом за счет дисбаланса вентиляционных систем, работающих с механической тягой. Расход воздуха при этом равен 4400 кг/ч (гр. 5 табл. 3), что больше заданного дисбаланса 3000 кг/ч.

По п. 13 принимаем влияние дисбаланса на инфильтрацию в размере 50% от заданной величины и, учитывая расход естественной фильтрации по строке 11 табл.1, равной 2300 кг/ч, по формуле (13) определяем первое приближение к условному внутреннему давлению 4 Па (см. расчет в п. 13в).

Расчет в графе 8 табл. 3 сведен с невязкой -474 кг/ч или -13,7%.

Расчет в графе 9 табл. 3 при Р_в=3 Па сведен с невязкой +12,8%. Дальнейшие расчеты, уточняющие результат, потребуют i-тераций с дробными значениями Р_в.

При отрицательном дисбалансе принят расход G_cp.cyт=(3924+3450+3510+4026)1,1/4=4100 кг/ч. При этом дисбалансе учтен в размере 4100-2300=1800 кг/ч или в 60% от заданной величины.

При положительном дисбалансе 3000 кг/ч аналогичный расчет в табл. 3 (гр. 7) при давлении в здании 11,9 Па, создаваемом за счет дисбаланса, приводит к расходу 5300 кг/ч, что больше заданного положительного дисбаланса. Расчет по формуле (14) определяет первое приближение для внутреннего давления в здании Р_в=9 Па. Расчет при этом давлении в графе 10 табл. 3 показывает невязку +15,1%. Расчет при Р_в=10 Па показывает невязку -9,5%. Инфильтрация принята по среднему из двух расчетов с 10% поправкой в сумме 4500 кг/ч. Дисбаланс учтен в 4500-2300=2200 кг/ч или в 73% от заданной величины. Подробнее влияние дисбаланса на комфортные условия и расход теплоты приведен в таблице:

* - с 10% запасом

Положительный дисбаланс улучшает условия в помещении, но увеличивает расход теплоты.

Пример 4. Задано рассчитать потери теплоты от инфильтрации для каждого из 4-х помещений корпуса сборки автомобилей (рис. 2) в плане 552×120=66240 м² при высоте до основания зенитных фонарей - 15м. Объем здания - 993600 м³. Размеры окон, фонарей, дверей и ворот приведены в табл. 4.

Здание расположено в Москве. В холодный период года температура наружного воздуха при параметрах А минус 15°С и скорость ветра 4,7 м/с; при параметрах Б температура минус 26°С и скорость ветра 4 м/с. Согласно п. 3.2 СНиП основной расчет инфильтрации производится для параметров Б, но так как скорость ветра при параметрах А больше, чем при параметрах Б, то для проверки отопительных приборов приводится расчет и на параметры А.

Температура воздуха в рабочей зоне принята 16°С и верхней зоне 18°С; направление ветра принято перпендикулярно длинной стороне фасада, как определяющее максимальную инфильтрацию в здание.

Окна 0.1, 0.4, 0.7 и 0.8 имеют открывающиеся створки с уплотнением пенополиуретаном с сопротивлением воздухопроницанию по приложению 1:

R₁ м²×ч×Па/кг на 10 Па 0,26

неоткрывающиеся окна                -"-               1,0

зенитные фонари                          -"-               0,5

двери двойные (0,1^1,5+0,1^1,5)^0,67    -"-               1,57

Инфильтрация через неплотности ворот рассчитана по щелям в притворах.

Решение 1. Расход воздуха, инфильтрующего через воздухопроницаемые ограждения, определяем по 1-му члену формулы (2) при DР=1 Па:

для открывающихся окон 0,216×662/0,26=550 кг/ч

неоткрывающихся окон 0,216×331/1,0=71,5 кг/ч

фонарей                            0,216×6320/0,5=2730 кг/ч

ворот расход определен по 3-ему члену формулы (2)

для 4-х ворот при площади щелей

4(12×0,005+4×0,01+4×0,02)=0,72 м²

расход равен 3456×0,72=2488 кг/ч.

Полученные расходы внесены в строку 4 таблицы 5.

2. Удельное гравитационное давление при параметрах Б и удельном весе наружного воздуха 3463/(273-26)=14,02 Н/м³ и внутреннего 3463/(273+17)=11,94 Н/м³ равно 14,02-11,94=2,08 Н/м³ на 1 м высоты здания. При параметрах А: 13,42-11,44=1,42 Па.

За нулевую отметку принимается уровень основания зенитных фонарей - на высоте от уровня пола здания 15 м. Соответствующие условные отметки верха рассчитываемых ограждений вносим в строку 5 таблицы 5 и после умножения на 2,08 Н/м³ в строке 6 находим расчетное гравитационное давление воздуха, Па.

3. Скоростное давление ветра при 4 м/с равно 4²×1,42×0,75/2=8,5 Па, с поправкой на высоту здания 15 м, для местности типа В 0,5(0,65+0,85)=0,75.

Аэродинамические коэффициенты приняты в соответствии с приложением 3: для наветренного фасада 0,8, заветренного -0,5 и для боковых фасадов -0,6. Они вписаны в строку 7 таблицы 5 против соответствующих ограждений.

Полное давление наружного воздуха, равное сумме гравитационного давления, из строки 6, и давления ветра, после умножения его скоростного давления 8,5 Па на аэродинамический коэффициент записывается в строку 8.

4. Первое приближение для условного внутреннего давления в здании определяется по п. 9б и по формуле (8): Р_в,1=0,5×0,5(32,8+1,7)=8,6 Па, где 32,8 и -1,7 - максимальное и минимальное давления воздуха из строки 8; Р_в принято 9 Па.

5. Расчеты расхода воздуха через неплотности ограждений (кроме ворот) производятся по первому члену формулы (2), например, для графы 01: 550×(30,5-9)^0,67=4296 кг/ч. Результаты записываются в строку 9. Сумма всех положительных значений расхода воздуха при Р_в=9 Па составила 18013 кг/ч, отрицательных - 24412 кг/ч, невязка -6399 кг/ч или -36%. Расчет в строке 10 при Р_в,2=7 Па сведен с невязкой -2%, поэтому за расход инфильтрирующего воздуха рекомендуется принять 20154×1,12=22570 кг/ч. Близкий результат можно получить из вычислений при Р_н=9 Па, приняв среднюю величину из полученной инфильтрации и эксфильтрации (18013+24412)/2=21200 кг/ч. Удельный расход инфильтрации на 1 м² воздухопроницаемых ограждений 22570/17360=1,3кг/(м²×ч).

6. В строке 11 таблицы 5 приведены результаты расчета полного давления наружного воздуха при параметрах А, когда удельное гравитационное давление равно 1,42 Па, а давление ветра 4,7²×1,368×0,75/2=11,3 Па. Расходы воздуха инфильтрацией при Р_в=5 Па получены с невязкой относительно эксфильтрации -13,6%, а при Р_в=4 Па с невязкой +8,9%. Дальнейшее уточнение расходов возможно только при давлениях с дробными значениями Па. За расход для дальнейших расчетов можно принять с запасом в 10% 15579×0,91×1,1=15600 кг/ч.

7. Здание разделено на 4 помещения: А, Б, В и Г, см. рис. 2. Расчеты инфильтрации приведены в табл. 6.

Инфильтрация для А равна 9000 кг/ч, на 1 м ограждений 1,42 кг/ч

Б            6400    "                                      1,51     "

В           3800    "                                      0,84     "

Г           3200    "                                      1,50     "

Всего                                      22400 кг/ч

Расход при расчете по зданию в целом (см. п. 5) 22570 кг/ч приблизительно равен расходу по помещениям в отдельности, хотя для каждого помещения выбиралось наиболее невыгодное направление ветра.

Пример 5. Расчет инфильтрации для здания, описанного в примере 4 при нормативной воздухопроницаемости окон, дверей, ворот и зенитных фонарей, приведенной в графе 2 приложения 2 к Пособию. Воздухопроницаемость неоткрываемых окон принята 1 кг/(м²×ч) при 10 Па, так как данные о таких окнах в приложении 2 отсутствуют. Воздухопроницаемость окон, зенитных фонарей принята по п. 3 приложения 2 равной 15кг/(м²×ч) при 10 Па, что вероятно соответствует открывающимся окнам и фонарям.

Расход воздуха получился равным 51700×1,1=56900 кг/ч, что в 2,3 раза больше, чем по основному расчету при двойных окнах и неоткрывающихся фонарях. Расчет см. таблицу 7.

Пример 6. Определить расход наружного воздуха, инфильтрующего через окна в производственное здание объемом 42×12×14=7056 м³, рис. 3. Окна расположены только на одной продольной стене здания общей площадью 378м². Влияние ветра в этом случае не учитывается. Коэффициент воздухопроницания принят 0,47 м²×ч×Па/кг по приложению 2, при 1 Па. Температура наружного воздуха -25°С и внутреннего 15°С. Разность удельных весов 13,93-12,06=1,87 Н/м³. Расход воздуха для окна 01 при 1 Па равен 84/0,47=178,7 кг/ч. Расчет сделан в двух вариантах: 1-ый - условный уровень окна принят по верхней кромке окна, 2-ой - по оси окна. Расчет приведен в таблице 8.

Отклонение результатов расчета по отметке верха окон и по середине окна, ориентируясь на принятые средние величины между инфильтрацией и эксфильтрацией, составляет:1256/1195=1,05, или находится в пределах 5%. Принятый 10% запас на расчеты по верхней отметке воздухопроницаемых ограждений достаточно надежен.

Пример 7. Определить расход воздуха, инфильтрующегося через окна в производственное здание 60×18×12=12960 м³, рис. 4, окна расположены в обеих продольных стенах. На отметке 1,2 м от пола высота окон 3,6 м, на отметке 7,2 м - 2,4 м. Здесь отметки даны от пола до подоконника. Окна одинарные, открывающиеся, длина окон по 45 м в каждом ряду. В здании 5 открытых вытяжных шахт площадью по 0,42 м каждая с устьем на отметке 14 м. Здание расположено в Москве. Расчетная температура наружного воздуха -26°С, скорость ветра. 4 м/с. Средняя температура воздуха в здании 17°С.

Решение. Коэффициент К₁ в формуле (6) принят по приложению 3, для местности типа С и высоте здания 12м равен 0,43. Аэродинамические коэффициенты приняты по п. 1 приложения 3 С_н=0,8; С_з=-0,6.

Коэффициент расхода m для вытяжных шахт принят по таблице 12,27 "Справочника проектировщика" [14], как для серии 4.504-12, m=0,64.

По п. 9в "Пособия" для здания с открытыми вытяжными шахтами первое приближение величины условного внутреннего давления воздуха принимается Р_в,1=1 Па. Удельное гравитационное давление воздуха принято 14,02-11,44=2,08 Па. Скоростное давление ветра: 4²×1,43×0,43/2=4,92 Па. Дальнейшие расчеты сведены в таблицу 9. При Р_в,1=1 Па в графе 10 получен расход воздуха 6022 кг/ч на инфильтрацию с невязкой –25,3 %, а при Р_в=0,5 Па расход 6161 кг/ч с невязкой =23 %, что дает основание принять расход на инфильтрацию как средний (6022+6161+7547+4743)1,1/4=6730 кг/ч или 12,5 кг/(м²×ч) для окон с одинарным остеклением с прокладками из полушерстяного шнура.

Сводка показателей по примерам приведена в таблице 10.

Таблица 1 к примеру 1 г. Владимир

1.	Шифр ограждения	01	02	03	04	Д1	Д2
2.	Площадь, м2	288	288	144	144	7.2	7.2	Всего 878.4 м2
3.	Сопротивление возцухопроницанию, м2×ч×Па/кг	0.096	0.096	0.096	0.096	0.157	0.157
4.	Расход воздуха кг/ч, при DР=1 Па	648	648	324	324	3.0	9.9
5.	Отметка верха ограждения, м от верха стены здания	3.6	3.6	2.2	2.2	4.8	4.8
6.	Гравитационное давление, Па	7.9	7.9	4.8	4.8	10.5	10.5
7.	Аэродинамические коэффициенты	+0.8	-0.5	-0.5	-0.5	-0.5	-0.5
8.	Ветровое давление, Па	4.0	-2.5	-2.5	-2.5	-2.5	-2.5
9.	Полное наружное давление, Па	11.9	5.4	2.3	2.3	8.0	8.0
10.	Расход воздуха при параметрах Б							Инфильтрация	Эксфильтрация	Невязка
	Рв=4 Па, кг/ч	2588	812	-462	-462	25	25	3450	-924	2526
11.	То же при Рв=6 Па	2128	-460	-778	-778	15	15	2158	-2016	142 6.6%
	Параметры А							Инфильтрация	Эксфильтрация	Невязка
12.	Гравитационное давление, Па	5.5	5.5	3.4-	3,4	7.3	7.3
13.	Давление ветра, Па.	6.4	-4	-4	-4	-4	-4
14.	Полное наружное давление, Па	11.9	+1.5	-0.6	-0.6	3.3	3.3
15.	Расход воздуха при параметрах А и Рв=3 Па	2803	-850	-764	-764	4	4	2811	-2378	433
16.	То же, при Рв=4 Па	2588	-1197	-900	-900	-8	-8	2588	-3013	-425

При параметрах Б принято:                                                 При параметрах А принято:

G_и=(2158+2016)´0.5´1.1@2300 кг/ч; G_и=1.1´ (2811+2378+2588+3013)/4@3000 кг/ч

G_y=2300/878.4=2.6 кг/(м²×ч)

Таблица 2 к примеру 2 г. Новороссийск

Принято: 8302´0.961´1.1=8776 кг/ч                                   6001´1.04´1.1=6865 кг/ч

Удельный расход: 8776/878.4@10 кг(м²×ч)

Таблица 3 к примеру 3

Таблица 4

Таблица 5

*       Двойные

**     Расчет по щелям, DР^0,5

***  Ворот 4×4×4=64 кв.м.

Таблица 6

Принято 8515×0.961×1.1=9000 кг/ч

Удельный расход инфильтрации на 1 м воздухопроницаемых ограждений 9000/6370 =1.4 кг/(м²×ч).

Таблица 6 продолжение

Принято 6538×0.894×1.1=6400 кг/ч

Удельный расход инфильтрации на 1 м воздухопроницаемых ограждений 6400/4286=1.5кг/(м²×ч).

Таблица 6 продолжение

Принято 3627×0.949×1.1=3800 кг/ч

Удельный расход инфильтрации на 1 м воздухопроницаемых ограждений 3800/4584=0.83 кг/(м²×ч).

Таблица 6 продолжение

Принято 2980×0.986×1.1=3200 кг/ч

Удельный расход инфильтрации на 1 м² воздухопроницаемых ограждений 3200/2180 = 1.5 кг/(м²×ч).

Примечание. Инфильтрация рассчитана для изолированных помещений А, Б, В и Г; при наличии между ними дверей и проемов следует учесть перетекание воздуха, между ними за счет разности давлений.

Таблица 7

Расчёт по максимальной нормативной воздухопроницаемости

Инфильтрация  кг/ч, с поправкой 51700×1.1@56900 кг/ч. Удельный расход инфильтрации на 1 м² воздухопроницаемых ограждений 51700/17360=3.0 кг/(м²×ч).

Таблица 8

Принято (1108+1065)×0.5×1.1=1195 кг/ч. Удельный расход инфильтрации 3.2 кг/(м²×ч).

Таблица 8 продолжение

Принято (1111+1172)×0.5×1.1=1256 кг/ч.

Таблица 9

Инфильтрация принята 1.1(6022+7547+6161+4743)/4=6730 кг/ч.

Удельный расход инфильтрации 6730/540=12.5 кг/(м²×ч).

Таблица 10

Сводка показателей по примерам

*) дисбаланс -3000 кг/ч

**) дисбаланс +3000 кг/ч

***) вытяжные шахты

****) при балансе 1,69 Bт/(м²×°C)

Рис. 1 к примеру 1

Схема давления воздуха на наружные и внутренние воздухопроницаемые ограждения.

Рис. 2 Корпус сборки автомобилей.

а - план; б - схема здания; в - оконные переплеты; г - зенитный фонарь; 1-12 - окна; 13,14 - зенитные фонари; 15 - ворота.

Рис. 3 к примеру 6

Схема давления воздуха, на воздухопроницаемые ограждения:
а - давления, рассчитанные по верхней отметке окна; б - по оси окна.

Рис. 4 к примеру 5

Схема давления воздуха на воздухопроницаемые ограждения.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 11-3-79**. Строительная теплотехника.

2. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

3. Романовская И. А., Марголин Л. И. Метод расчета, инфильтрации в промышленных и общественных зданиях с применением ЕС ЭВМ. Научно-технический реферативный сборник. Выпуск №1 (151), Москва 1980, Строительство и архитектура. Проектирование отопительно-вентиляционных систем и систем внутреннего водопровода и канализации, серия 21.

4. СН 528-80. Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве.

5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.

6. Разумов Н. Н. " Водоснабжение и санитарная техника". Расчет инфильтрации воздуха в многоэтажных зданиях для любых климатических условий. № 12, 1963 и №1 1964.

7. Максимов Г. Г. Учет воздухопроницаемости зданий при газификации. Л. "Недра", 1968.

8. Временные рекомендации по расчету инфильтрации наружного воздуха в промышленных зданиях. М., ЦНИИПромзданий, 1979.

9. Столер Д. Д. Расчет инфильтрации производственных зданий. В сб. Проектирование отопительно-вентиляционных систем и систем внутреннего водопровода и канализации. (Научно-технический реферативный сборник). Выпуск 7 (45), М., Сантехпроект, 1979.

10. Титов В. П. Инфильтрация воздуха и ее учет в тепловом балансе помещений. Научно-техническая информация, сб. Межотраслевые вопросы строительства, № 8, М., ЦИПИС, 1967.

11. Титов В. II. Воздушный режим промышленных зданий. Водоснабжение и санитарная техника, № 3, М., 1976.

12. Рекомендации по расчету инфильтрации. Научно-техническая информация. серия А3-584, М., Сантехпроект, 1972.

13. Рекомендации по расчету инфильтрации наружного воздуха в одноэтажные производственные здания. Промстройпроект, МИСИ им. В. В. Куйбышева, Москва, октябрь 1981.

14. Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Часть II. Под редакцией И. Г. Староверова. Москва, Стройиздат, 1978.

Приложение 1

Сопротивление воздухопроницанию световых проёмов окон, балконных дверей и фонарей по приложению 10* СНиП 11-3-79**

Примечание

1. Сопротивление воздухопроницанию заполнений световых проемов с металлическими переплетами, а также балконных дверей следует принимать с коэффициентом 0,8.

2. Сопротивление воздухопроницанию окон без открывающихся створок (без притворов с уплотненными фальцами) следует принимать равными 1 м²×ч×Па/кг (независимо от числа и материала переплетов и видов остекления), зенитных фонарей (с уплотненными сопряжениями элементов) 0,5 м²×ч×Па/кг.

Приложение 2

Нормативная воздухопроницаемость G_н кг/м²×ч, воздухопроницаемых ограждающих конструкций производственных зданий и сооружений составлена по табл. 12* СНиП II-3-79**.

Воздухопроницаемость ограждений, указанных в приложении 2, можно рассчитать, например, для окна при DР=Р_н-Р_в=30 Па, при площади окна 2,5м²: G=2,5(30/10)^0,67 или 0,216×2,5×30^0,67=5,2 кг/ч и др.

Приложение 3

Аэродинамические коэффициенты С и коэффициенты К₁ учитывающие изменение давления ветра (по данным СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия")

1. Для плоских сплошных конструкций при направлении ветра перпендикулярно фасаду наветренному С_н=+0,8; заветренному С_з=-0,6.

2. Для зенитных фонарей, расположенных на плоском покрытии С_з=-0,5.

3. Для продольных фонарей аэродинамические коэффициенты принимаются с учетом следующих рекомендаций:

- для здания с одним продольным фонарем без ветроотбойных щитов С_н=+0,7, С_з=-0,6;

- то же, с ветроотбойными щитами С_н = -0,8, С_з = -0,6;

- для здания с тремя продольными фонарями: для первого по направлению ветра фонаря С_н = +0,7, С_з = -0,6, для второго - соответственно -0,5 и -0,5, для третьего -0,5 и -0,6;

- для здания с шедовыми покрытиями при направлении ветра с остекленной стороны шедов: для остекленной поверхности первого шеда по табл.1 в зависимости от наклона стекла a°, для шедов, расположенных на первой трети ширины здания С_ф = -0,6, на второй трети С_ф = -0,5, а на последней трети С_ф = -0,4; при противоположном направлении ветра: для остекленной поверхности шедов первой с наветренной стороны трети ширины С_ф = -0,6, второй С_ф = -0,5, а третьей С_ф = -0,4.

4. Аэродинамические коэффициенты для зенитных фонарей в зависимости от расположения: на наветренном скате покрытия С_н,1 и на заветренном С_н,2 принимаются по табл.1:

Таблица 1

Таблица 1 продолжение

Здесь h₁ - высота здания до карниза; b - протяженность фасада, перпендикулярного направлению ветра; l - ширина здания в направлении ветра.

Знак "плюс" у коэффициентов С соответствует направлению давления на соответствующую поверхность, знак "минус" - от поверхности.

Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

Примечание. При ветре, перпендикулярном торцу здания, для всей поверхности покрытия Се = -0,7.

5. Значение коэффициента К₁ учитывающего изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания и тина местности, определяются по таблице 2:

Таблица 2

Тип местности А - открытые местности побережья морей, озер и водохранилища, пустыни и степи, лесостепи, тундры;

В - городские территории; лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.