Законы фильтрации воздуха в строительных материалах и конструк­циях в настоящее время изучены недостаточно. Экспериментальные данные позволяют сделать заключение, что в большинстве стеновых строительных материалов, мелкопористых утеплителей и уплотняющих прокладок в окнах, а также в волосных трещинах стыковых соединений наблюдается ламинарный режим фильтрации, подчиняющийся закону Дарси. Для этого режима в строительной технике получили распростра­нение формулы вида

Др = «л/, (XVII. 1)

Где Др— разность давлений с двух сторон ограждения или образца материала; Sji -— экспериментальный коэффициент, численно равный перепаду давлений при /==1; j — расход воздуха, кг/(ч • м2).

В крупнопористых материалах и щелях наблюдается турбулентный режим фильтрации воздуха. В этом случае взаимосвязь расхода филь­трующегося воздуха с разностью давлений такова:

Др = St /2. (XVII.2)

Чаще всего ламинарный и турбулентный режимы фильтрации на­блюдаются одновременно. Такой режим фильтрации называется сме­шанным и описывается уравнениями

Ар = Sen/" или Др = 5л/+5т/2> (XVII.3)

Где scm, 5л и sT — экспериментальные коэффициенты; п — показатель степени, опреде­ляемый также экспериментально.

Вторая из этих формул применяется для расчета расхода воздуха, фильтрующегося через неплотности ОКОН. Величины S и /ок при этом ус­ловно относятся к Гм2 площади окна, хотя фильтрация происходит че­рез щели. Для инженерных расчетов можно пользоваться формулой

= * ок4> (XVII.4)

Где SoK=sT+sfl//cp — коэффициент пропорциональности [здесь /ср — расход воз­духа, кг/(ч-м2), при среднем значении Др].

В расчете воздушного режима здания при определении давлений и теплопотерь от инфильтрации учитывается проникание воздуха лишь через окна и двери, так как воздухопроницаемость стен и стыков огра­ничена строительными нормами и незначительна.

Характеристики сопротивления воздухопроницанию. Коэффициент пропорциональности в формуле (XVII.4) называется удельной харак­теристикой сопротивления воздухдпроницанию окна. Значения этой ха­рактеристики приведены в справочной литературе [51]. Расход воздуха Giк, проникающего через окно площадью F0к, равен:

Сок = Л>К /ок или G0K = (Др/5ок)1/2, (XVII. 5)

Где 50к — характеристика сопротивления воздухонроницанию окна, Па-ч^кг2, рав­ная s0k/FqK.

Величины s0K и SOK зависят от температуры воздуха, фильтрующе­гося через окно, поэтому при расчете вводится поправка на температу­ру воздуха.

Характеристику сопротивления воздухопроницанию дверей, откры­тых проемов и шахт можно определить, используя известные характе­ристики: — сумму коэффициентов местных сопротивлений, р—коэф­фициент расхода отверстия, пі и z — потери давления по длине и в ме­стных сопротивлениях шахт.

Например, для закрытой двери перепад давлений можно выразить следующим образом:

2

OV,,,

Ap = Zt~Y = SASGlB. (XVII.6)

Следовательно, характеристика сопротивления воздухопроницанию двери при длине притвора /щ, толщине щели притвора бщ равна:

5ДВ = £ £/(26- 106р/щ 6щ). (XVII.7)

По аналогичной формуле вычисляется характеристика сопротивле­ния воздухопроницанию окон промышленных зданий и ворот.

Значение суммы коэффициентов местных сопротивлений принима­ют в зависимости от конфигурации притвора и числа последовательно расположенных створок (для одинарных дверей и окон — 4, для двой­ных —8)

Для открытого проема при коэффициенте расхода рПр и площади Fnp характеристика сопротивления воздухопроницанию равна:

5пр = 1/(26. loV*p vij. (XVII.8)

Для вытяжной шахты с естественным побуждением движения воз­духа при расчетном расходе Gp, высоте hm и расчетных потерях давле­ния (і^риАл+гОд характеристика сопротивления воздухопроницанию равна:

(XVII. 9)

Если воздух проходит последовательно через ряд сопротивлений Sj, S2, ..., Snt то их можно условно заменить одним — приведенным со­противлением, равным

5прив= S St. (XVII. 10)

1=1

При параллельном расположении сопротивлений Si, S2, ..., Sn мож­но рассчитать эквивалентное сопротивление, заменяющее их:

5экв = 1/[Е (l/s;/2)]2. (XVII.11)

I=l

В общем случае в помещении могут быть самые разнообразные ог­раждения (закрытые окна, двери, ворота) и проемы (открытые окна и двери, шахты, азрационные отверстия и т. д.). В дальнейшем все ограж­дения и проемы, через которые проходит воздух, будем называть отвер­стиями.

Определение расхода воздуха через отверстия. У любого верти­кального отверстия избыточное давление снаружи, а следовательно, и разность давлений изменяются по высоте. Однако во многих случаях таким распределением давления по высоте можно пренебречь, опреде­ляя расход воздуха по разности давлений на уровне центра отверстия. Такие отверстия условно можно назвать низкими. К их числу относятся аэрационные проемы, двери и окна (в многоэтажных или высоких зда­ниях). Расход воздуха, кг/ч, через низкие отверстия равен:

Сотв = ± (ІРн ~Ро|)7г/5отв • (XVII. 12)

Знак плюс означает приток воздуха через отверстие и соответствует по­ложительной разности давлений, т. е. Ръ>Ро', знак минус — вытяжку при Pu<PO.

Для определения расхода воздуха через высокое отверстие рассмот­рим наиболее простой случай (рис. XVII.1,а), когда эпюра давления снаружи по высоте отверстия имеет форму треугольника с основанием HApg, a p0<.HApg. Очевидно, что эпюра разности давлений рп—р0 (рис. XVII. 1,6) будет иметь знак плюс для нижней части отверстия при

Рис XVI 1.1. Схемы эпюр дав­ления к определению расхода через «вьісокоеі отверстие

А)

А — эпюры давления снаружи и внутри здания; б — эпюра разности давлений с двух сторои ограждения

/			Л •С:
/ Ь&ії	1		-V rth
У

Н№j, гРо

Й>/гэ и знак минус для верхней части отверстия при h<chB. Следова­тельно, в нижней/части отверстия воздух будет входить в помещение (инфильтрация, или приток), а в верхней — выходить (эксфильтрация, или вытяжка). Поэтому для высоких отверстий в отличие от низких сле­дует различать три различных расхода воздуха: инфильтрацию (или приток) GH, эксфильтрацию (или вытяжку) G3 и суммарный расход воз­духа Gs, равный сумме <3И и G3 с учетом их знаков.

Расход воздуха через элементарную площадь отверстия dF—y^dh, равен:

DG = (^—j h dh, (XVII. 13)

Где s — удельная характеристика сопротивления воздухопроницанию данного от­верстия.

Интегрируя выражение (XVII.13) в пределах и O^/i^

Получим значения инфильтранионного и эксфильтранионного рас­ходов, отнесенных к 1 м2 площади отверстия:

Н

Эти формулы и все последующие выражения можно значительно упростить, если ввести понятие единицы расхода через отверстие и от­носительные (см. с. 281) давления.

За единицу расхода удобно принять расход инфильтрационного воздуха, отнесенный к 1 м2 площади окна для помещения с двусторон­ним остеклением при ун~0. При этом единица расхода

/др = °'47 (нок APg/s)Va (XVII. 16)

Зависит лишь от конструктивных особенностей отверстия и значения гравитационных сил.

Относительные давления, выраженные в единицах HApg, равны:

Рн = РН/(ЯЛР^); ро = Ро/(ядрг); р = р/(ядр§). (xvii. 17)

Соответствующие расходы воздуха через высокие отверстия можно определить так:

= /Др Ва F; Сэ = /Др Вэ F; Gs = /Др F, (XVII. 18)

Где Ва, Вэ и 5S — коэффициенты, показывающие, сколько единиц расхода состав­ляют в данном случае инфильтрация (приток), эксфильтрация (вытяжка) и суммарный расход через отверстие.

Для общего случая, когда эпюра давления снаруж^ по _высоте от­верстия имеет форму трапеции с верхним основанием р, а р0 — любая величина, эти коэффициенты определяются по формулам:

При р>р0

£и = [(1 ~ Ро + рГ2 ~ (р ~РоГ2] ; Вэ = 0; BS=BH; (XVII. 19)

При +р>ро>р

В„ = (1 ~ Ро + р)3/2 УЪ Вэ=- (р0 - ~р)3/* УТ; в2 = ВИ + вэ; (XVII. 20)

При 1+р<ро

= в9=[(^-р-іу/.-(р0-р)'/.]уТ; BS = B9. (XVII.21)

Пример XVII.1. Определить расходы воздуха (инфильтрующегося и эксфильтру - ющегося) через окно высотой 8 м с удельной характеристикой сопротивления воздухо­проницанию s = 0,0137 Па-ч^/кг2. Длина окна 1 = 100 м, *„=— 35° С, *„ = 20° С, ро—9 Па, р=0.

Решени. е. 1. Држ0,005М=0,005(20+35) =0,275 кг/м3.

2. Единица расхода по формуле (XVII.16)

/др-°>47 (8-0,275-9,8/0,0137)v*= 18,6 кг/(ч-м2).

3. Относительные давления по формулам (XVII. 17):

Ро = 9/(8-0,275-9,8) - 0,4; р = 0.

4. Следовательно, коэффициенты находим по формулам (XVII.20):

Вя = (1 — 0,4)3/* У 2 = 0,66; Вэ =— (0,4)7* V~2 = — 0,356; В^ = 0,66 — 0,356 = 0,304. 5. Искомые расходы воздуха находим по формулам (XVII.18): GH — 18,6.0,66-100-8 = 9800 кг/ч;

18,6 (—0,356)100-8 =— 5300 кг/ч; G2= 18,6-0,304-100-8 — 4500 кг/ч.