Сопротивление воздухопроницаемости

Основополагающие федеральные документы СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и СП 23-101-2000 «Проектирование тепловой защиты зданий» оперируют понятиями воздухопроницаемости и паропроницаемости строительных материалов и конструкций, не выделяя изолирующих элементов из состава ограждающих конструкций.

Таблица 2: Сопротивление воздухопроницанию материалов и конструкций (приложение 9 СНиП II-3-79*)

Материалы и конструкции		Толщина слоя, мм	Rb, м² часПа/кг
Бетон сплошной без швов		100	19620
Газосиликат сплошной без швов		140	21
Кирпичная кладка из сплошного красного кирпича на цементно-песчаном растворе:	толщиной в полкирпича в пустошовку	120	2
	толщиной в полкирпича с расшивкой шва	120	22
	толщиной в кирпич в пустошовку	250	18
Штукатурка цементно-песчаная		15	373
Штукатурка известковая		15	142
Обшивка из обрезных досок, соединенных впритык или в четверть		20-25	0,1
Обшивка из обрезных досок, соединенных в шпунт		20-25	1,5
Обшивка из досок двойная с прокладкой между обшивками строительной бумаги		50	98
Картон строительный		1,3	64
Обои бумажные обычные		—	20
Листы асбоцементные с заделкой швов		6	196
Обшивка из жёстких древесно-волокнистых листов с заделкой швов		10	3,3
Обшивка из гипсовой сухой штукатурки с заделкой швов		10	20
Фанера клееная с заделкой швов		3-4	2940
Пенополистирол ПСБ		50-100	79
Пеностекло сплошное		120	воздухонепроницаемо
Рубероид		1,5	воздухонепроницаем
Толь		1,5	490
Плиты минераловатные жёсткие		50	2
Воздушные прослойки,слои сыпучих материалов (шлака, керамзита, пемзы и т. д.), слои рыхлых и волокнистых материалов (минеральной ваты, соломы, стружки)		любые толщины	0

Воздухопроницаемость Gв (кг/м ² час) по СП 23-101-2000 представляет собой массовый расход воздуха в единицу времени через единицу площади поверхности ограждающей конструкции (слоя ветроизоляции) при разнице (перепаде) давлений воздуха на поверхности конструкции ∆рв (Па): Gв = (1/Rв) ∆рв, где Rв (м² час Па/кг) — сопротивление воздухопроницанию (см. таблицу 2), а обратная величина (1/Rв)(кг/м² час Па) — коэффициент воздухопроницаемости ограждающей конструкции. Воздухопроницаемость характеризует не материал, а слой материала или ограждающую конструкцию (слой изоляции) определённой толщины.

Рис. 17. Принцип измерения воздухопроницаемости строительных конструкций (окон, дверей, стен, материалов). 1 — воздушный насос, 2 — измеритель расхода (ротаметр, диафрагма с дифференциальным манометром и т. п.), 3 — измерительная камера, 4 — измеритель избыточного давления воздуха, 5 — изучаемая 5 конструкция, герметично пристыкованная к N измерительной камере.

Напомним, что давление (перепад давления) 1 атм составляет 100 000Па (0,1 МПа). Перепады давления ∆рв на стене бани за счёт меньшей плотности горячего воздуха в бане ƿδ по сравнению с плотностью внешнего холодного воздуха ƿ0 равны Н(ƿ0 — ƿδ) и в бане высотой Н=3 м составят до 10Па. Перепады давления на стенах бани за счёт ветрового напора ƿ0V ² составят 1Па при скорости ветра V = 1 м/сек (штиль) и 100Па при скорости ветра V = 10 м/сек.

Введенная таким образом воздухопроницаемость представляет собой ветропроницаемость (продуваемость), способность пропускать массы движущегося воздуха.

Как видно из таблицы 2, воздухопроницаемость очень сильно зависит от качества строительных работ: укладка кирпича с заполнением швов (расшивкой) приводит к снижению воздухопроницаемости кладки в 10 раз по сравнению со случаем укладки кирпича обычным способом — в пустошовку. Воздух при этом в основном проходит вовсе не через кирпич, а через неплотности шва (каналы, пустоты, щели, трещины).

Методы определения сопротивления воздухопроницанию по ГОСТ 25891-83, ГОСТ 31167-2003, ГОСТ 26602.2-99 предусматривают непосредственное измерение расходов воздуха через материал или конструкцию при различных перепадах давления воздуха (до 700 Па). На специальных стендах с помощью насоса-воздуходувки 1 нагнетается воздух в измерительную камеру 3, к которой герметично пристыковывается изучаемая конструкция 5, например, окно заводского изготовления (рис. 17). По зависимости расхода воздуха Gв по ротаметру 2 от избыточного давления в камере ∆ƿв строят кривую воздухопроницаемости конструкции (рис. 18).

Рис. 18. Зависимость массового потока воздуха (скорости фильтрации, массового расхода) через воздухопроницаемую строительную конструкцию от перепада давления воздуха на поверхностях конструкции. 1 — прямая для ламинарных вязкостных потоков воздуха (через пористые стены без щелей), 2 — кривая для турбулентных инерционных потоков воздуха через конструкции со щелями (окна, двери) или отверстиями (продухами).

В случае воздухопроницаемости стен с многочисленными мелкими каналами, щелями, порами воздух движется через стену в вязком режиме ламинарно (без турбулентностей, завихрений), вследствие чего зависимость Gв от ∆рв имеет линейный вид Gв = (1/Rв) ∆pв. При наличии крупных щелей воздух движется в инерционных режимах (турбулентных), при которых силы вязкости не существенны. Зависимость Gв от ∆рв в инерционных режимах имеет степенной вид Gв = (1/Rв) ∆рв0,5. Реально же в случае окон и дверей наблюдается переходный режим Gв = (1/R1) ∆pвn, где показатель степени n в СНиП 23-02-2003 условно принят равным 2/3 (0,66). Иными словами, при больших напорах ветра окна начинают «запираться» (также, например, как и дымовые трубы при большой скорости истечения дымовых газов), и всё большую роль начинает играть продуваемость стен (см. рис. 18).

Изучение таблицы 2 показывает, что обычные дощатые стены (без прослоек бумаги, пергамина или фольги), засыпанные стружкой (соломой, минеральной ватой, шлаком, керамзитом) с сопротивлением воздухопроницанию на уровне 0,1 м² час Па/кг и менее никак не могут защитить от ветра. Даже при штиле при скоростях набегающих воздушных потоков 1 м/сек скорость продува через такие стены хоть и снижается до 0,1-1 см/сек, но тем не менее и это создаёт кратность воздухообмена в бане свыше 3-10 раз в час, что при слабой печи обуславливает полное выхолаживание бани. Кирпичные кладки в пустовку, дощатые стены в шпунт, плотные минерал- ватные плиты с сопротивлением воздухопроницанию на уровне 2м² час Па/кг способны защитить от потоков ветра 1м/сек (в смысле предотвращения избыточной кратности воздухообмена в бане), но оказываются недостаточно герметичными для порывов ветра 10 м/сек. А вот строительные конструкции с сопротивлением возухопроницанию 20 м²час Па/кг и более уже вполне приемлемы для бань и с точки зрения воздухообмена, и с точки зрения конвективных теплопотерь, но тем не менее не гарантируют малости конвективного переноса водяных паров и увлажнения стен.

В связи с этим возникает необходимость сочетания материалов с разной степенью воздухопроницания. Суммарное сопротивление воздухопроницанию многослойной конструкции подсчитывается очень легко: суммированием сопротивлений воздухопроницанию всех слоев R = ΣRi. Действительно, если массовый поток воздуха через все слои один и тот же G = ∆pi/Ri, то сумма перепадов давления на каждом слое равна перепаду давления на всей многослойной конструкции в целом ∆р = Σpi = ΣGRi = GΣRi = GR. Именно поэтому понятие «сопротивление» очень удобно для анализа последовательных (в пространстве и во времени) явлений, не только в части воздухопроницания, но и теплопередачи и даже электропередачи в электрических сетях. Так, например, если легкопродуваемую прослойку стружек насыпать на строительный картон, то суммарное сопротивление воздухопроницанию такой конструкции 64 м² час Па/кг будет определяться исключительно сопротивлением воздухопроницанию строительного картона.

В то же время ясно, что если картон будет иметь щели в местах нахлеста или разрывы (проткнутые отверстия), то сопротивление воздухопроницанию резко уменьшится. Этот способ монтажа соответствует иному предельному способу взаимной укладки воздухопроницаемых слоев — уже не последовательному, а параллельному (рис. 19). В этом случае более удобными для расчетов являются коэффициенты воздухопроницаемости (1/Rв). Так, воздухопроницаемость стены будет равна G = S0G0+S2G2+S12G12, где Si — относительные площади зон с разными воздухопроницаемостями, то есть G = { + {S2/R2] + } ∆p. Видно, что если сопротивление воздухопроницанию R0 сквозного отверстия очень мало (близко к нулю), то суммарный поток воздуха будет очень велик даже при тщательной ветрозащите других участков, то при очень больших R2, S2 и S12. Однако воздух в сквозном отверстии движется вовсе не «свободно» (то есть не с бесконечно большой скоростью) из-за наличия гидродинамического и вязкостного сопротивлений отверстия, а также (что бывает чрезвычайно существенно) из-за конечной скорости фильтрации через противоположную стену 3. Чтобы образовать сильную струю через открытое приточное отверстие (сквозняк), необходимо сделать вытяжное отверстие и в противоположной стене.

Рис. 19. Сочетание ветрозащитного и теплоизоляционного материалов со сквозными отверстиями (продухами, окнами). 1 — ветрозащитный материал, 2 — теплозащитный материал, Vo — набегающий поток воздуха, «свободно» проходящий через сквозное отверстие, но замедленно фильтрующийся через зоны, прикрытые теплозащитным материалом G2 или одновременно ветрозащитным и теплозащитным материалами G12. Величина реального воздушного потока GB определяется также воздухопроницаемостью стены 3.

В заключение отметим, что обычные деревенские бревенчатые стены бань, конопаченые мхом, имеют сопротивление воздухопроницанию на уровне (1-10) м²час Па/кг, причём воздух в основном просачивается через швы конопатки, а не через древесину. Воздухопроницаемость таких стен при перепаде давления ∆рв = 10 Па составляет (1-10) кг/м²час, а при порывах ветра 10 м/сек (∆рв =100) — до (10-100)кг/м²час. Это может превысить необходимый уровень вентиляции бань даже по санитарно-гигиеническим требованиям, соответствующим нахождению в бане большого количества людей. Во всяком случае такие стены имеют воздухопроницаемость, намного превышающую современный допустимый уровень по теплозащите СНиП 23-02-2003. Тщательная конопатка паклей (лучше с последующей пропиткой олифой), а также заделка швов современными эластичными силиконовыми герметиками может снизить воздухопроницаемость на порядок (в 10 раз). Значительно более эффективная ветрозащита стен может быть достигнута обивкой картоном (под вагонкой) или оштукатуриванием. Необходимый уровень воздухопроницаемости стен паровых бань в первую очередь определяется требованием осушения стен за счет консервирующей вентиляции.

Реальные окна и двери также могут внести значительный вклад в баланс воздухообмена. Ориентировочные величины воздухопроницаемости закрытых окон и дверей приведены в таблице 3.

Таблица 3: Нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций заводского изготовления по СНиП 23-02-2003

Ограждающие конструкции		Воздухопроницаемость кг/м² час, не более
Наружные стены и перекрытия в жилых, общественных, административных и бытовых помещениях		0,5
Входные двери в квартиры		1,5
Входные двери в жилые, общественные и бытовые здания		7,0
Окна и балконные двери жилых, общественных и бытовых зданий и помещений:	в деревянных переплетах	6,0
	в пластмассовых или алюминиевых переплетах	5,0

Таблица 4: Нормируемые теплотехнические показатели строительных материалов и изделий (СП23-101-2000)

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

Воздухопроницаемость – это характеристика ограждающих конструкций зданий и сооружений, которая обозначает способность материала пропускать воздух за счет разницы давления и температуры на улице и в помещении.

От этого показателя зависит комфорт проживания в доме, эффективность работы вентиляции, отопления и кондиционирования.

Недостаточный воздухообмен через ограждающие конструкции приводит к накоплению влаги и неправильной работе вентиляции, чрезмерный воздухообмен влечет за собой появление сквозняков и непродуктивные потери тепловой энергии.

Далее вы узнаете:

• Воздухопроницаемость как показатель энергоэффективности
• Как проверить уровень воздухопроницаемости и кратности воздухообмена
• Класс воздухопроницаемости
• Воздухопроницаемость различных строительных материалов
• Как понизить воздухопроницаемость ограждающих конструкций

Воздухопроницаемость • Поиск утечек тепла • Замеры • Консультация

Воздухопроницаемость как показатель энергоэффективности

Для постройки многоэтажных и частных жилых домов все чаще используются новые стеновые материалы и утеплители с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Но при выборе подходящего материала большинство застройщиков ориентируется на их стоимость с целью увеличения рентабельности работы и теплопроводность, от которой зависит тепло зимой.

А воздухопроницаемость отходит на второй, если не на третий план.

Такие упущения на этапе проектирования и возведения объекта влекут за собой значительные расходы при эксплуатации дома зимой, ухудшают микроклимат внутри, а также могут стать причиной аварийной ситуации с непредсказуемыми последствиями.

Особенно важна воздухопроницаемость для энергоэффективности постройки.

Чтобы создать внутри комфортный микроклимат, нужно не только хорошее отопление, но и вентиляция с кондиционированием, поэтому при расчете воздухообмена нужно обязательно учитывать количество воздуха, который проходит сквозь ограждающие конструкции.

Не предусмотренные конструкцией здания воздушные потоки, которые попадают внутрь через щели в окнах и дверях, дефекты стен и кровли, приводят к следующим негативным последствиям:

• увеличению износа несущих и ограждающих элементов;
• снижению комфорта нахождения внутри комнат;
• эксфильтрациям воздуха из-за ветрового и теплового напоров.

Слишком большой воздухообмен через ограждающие конструкции приводит к тому, что система вентиляции и кондиционирования работает не так, как предусмотрено проектировщиком.

Это приводит к «выветриванию» тепла в холодный период.

Как проверить уровень воздухопроницаемости и кратности воздухообмена

Степень воздухопроницаемости строительных материалов, а также способы ее измерения регламентированы в действующих государственных стандартах.

Норматив зависит от нескольких параметров:

• размеров здания;
• герметичности ограждающих конструкций и других элементов;
• температуры внутри помещений и на улице;
• ветровой нагрузки.

Если воздухопроницаемость стен слишком большая или слишком маленькая, в помещении нарушается режим влажности, микроклимат, находиться в помещении становится не комфортно.

На поверхностях конденсируется влага, что влечет за собой появление плесени, грибка и болезнетворных микроорганизмов.

Порядок проверки воздухопроницаемости описан в ГОСТ 31167-2009 «Методы определения воздухопроницаемости ограждающих конструкций в натурных условиях».

Для измерения внутри помещения создается повышенное или пониженное воздушное давление (для этого используется аэродверь), после чего производятся замеры следующих показателей:

• объем прокачиваемого вентилятором воздуха;
• давление внутри и снаружи;
• давление на кожухе вентилятора.

По результатам полученных первичных данных выполняется расчет производных параметров:

• среднее значение давлений внутри и снаружи помещения;
• объемный расход воздуха;
• корректировка объема с учетом атмосферных условий;
• зависимость объемного расхода от погодных условий;
• массовый расход воздуха;
• средняя воздухопроницаемость ограждений.

Класс воздухопроницаемости

В зависимости от уровня воздухопроницаемости ограждающих конструкций определяется класс воздухопроницаемости объекта.

Норматив зависит от назначения здания и его технических характеристик.

Всего существует 6 разных вариантов:

• умеренная, высокая и очень высокая – при получении таких результатов необходимо принимать меры, чтобы уменьшить количество воздуха, проникающего сквозь ограждающие конструкции;
• низкая и очень низкая – следует обеспечить дополнительный приток воздуха через стены, окна или с помощью вентиляционной системы;
• нормальная – означает, что воздухопроницаемость находится на необходимом уровне.

Недостаточная воздухопроницаемость приводит к резкому увеличению влажности, слишком сильная – к низкой эффективности работы системы отопления.

Далее следует таблица с классами воздухопроницаемости ограждающих конструкций зданий.

Кратность воздухообмена при ∆p = 50 Па (n50, ч-1)	Наименование класса
n50 < 1	Очень низкая
1 ≤ n50 < 2	Низкая
2 ≤ n50 < 4	Нормальная
4 ≤ n50 < 6	Умеренная
6 ≤ n50 < 10	Высокая
10 ≤ n50	Очень высокая

Воздухопроницаемость различных строительных материалов

Определение понятия воздухопроницаемость стройматериалов и используемые в строительстве нормы закреплены в СНиП 23-02-20003 и СП 23-101-2000.

В них речь идет о проницаемости материалов стен, при этом отдельно пароизоляционный и теплоизолирующий слой не выделяются из понятия «ограждающая конструкция».

Воздухопроницаемость материалов:

Материалы		Толщина ограждающей конструкции	Воздухопроницаемость
Монолитная бетонная стена		100	19620
Силикатный кирпич		140	21
Керамический кирпич	0,5 кирпича с пустым швом	120	2
	0,5 кирпича с расшивкой	120	22
	1 кирпич с пустым швом	250	18
Оштукатуривание цементным раствором		15	373
Оштукатуривание известковым раствором		15	142
Доска с соединением торец в торец		20-25	0,1
Доска с соединением с помощью пазов и гребней		20-25	1,5
Доска с дополнительной изоляцией из бумаги		50	98
Картонная прослойка		1,3	64
Обои на основе бумаги		—	20
Листы асбестоцементные с заделкой швов		6	196
ДВП-плиты с шпаклеванием щелей		10	3,3
Гипсовые плиты с шпаклеванием щелей		10	20
Фанерные плиты с шпаклеванием щелей		3-4	2940
Пенопласт		50-100	79
Стекло		120
Рубероид		1,5
Волокнистые базальтовые плиты		50	2

Приведенная таблица наглядно показывает, что воздухопроницаемость зависит не только от материала, но и от способа его монтажа и качества выполняемых работ.

Как понизить воздухопроницаемость ограждающих конструкций

Например, если кирпич кладется с последующим заполнением швов кладочным раствором, воздухопроницаемость конструкции уменьшается на порядок.

Связано это с тем, что основная инфильтрация воздуха проходит не через сам материал, а через промежутки между отдельными блоками.

Еще один важный момент – размер и конфигурация щелей, которые пропускают ветер через ограждающую конструкцию.

Этот процесс может быть наглядно продемонстрирован при определении воздухопроницаемости в специальных камерах с использованием мощных насосов.

Существует такая зависимость:

1. Если конструкция имеет пористую структуру без сквозных щелей, количество проходящего воздуха изменяется линейно в зависимости от разности давлений и силы ветра. В этом случае воздушные потоки ламинарные, что не приводит к «запиранию» щелей;
2. Если конструкция имеет неоднородную структуру с большими щелями (например, стена с окном или дверью либо со специальными вентиляционными отверстиями – продухами), по мере увеличения разностей давления и силы ветра воздухопроницаемость падает и график приобретает форму кривой. Явление имеет ту же природу, что и «запирание» дыма в дымоходе при слишком большой ветровой нагрузке.

Учитывая особенности некоторых материалов, не все могут самостоятельно защитить от ветра, даже если сам стройматериал имеет низкую воздухопроницаемость.

Например, если стены дома строятся из досок, а в качестве утеплителя используется солома, минеральная вата или керамзит, постройка будет слишком проницаемой для воздуха и в ней нельзя сформировать комфортный микроклимат независимо от эффективности воздухообмена.

Если построить из досок дом без дополнительных утеплений, кратность воздухообмена без использования вентиляции будет превышать норму, что недопустимо.

Сквозняки приведут к выхолаживанию жилых помещений.

Применение кирпича с заполнением швов, монтаж дощатых стен с помощью гребней и пазов, а также плотный утеплитель из минерального волокна значительно снижают воздухопроницаемость по сравнению с предыдущим вариантом.

Однако и в этом случае при увеличении скорости ветра ограждающие конструкции теряют свою эффективность и становятся негерметичными для быстрых воздушных потоков.

Именно из-за этого при строительстве используются сочетания различных стройматериалов с разной воздухопроницаемостью.

Чтобы подсчитать суммарный показатель конструкции из нескольких слоев, необходимо просто сложить их характеристики.

8(499)490-60-60

Например, если при строительстве использовать дополнительный слой из строительного картона, степень воздухопроницаемости стен значительно сократится.

Разумеется, если при этом будут соблюдены технологии монтажа и не нарушена целостность материала.

Например, ветрозащитная прослойка из картона или специального полимера будет неэффективной, если при установке не предусмотреть нахлест отдельных полотен или листов друг на друга, либо если при монтаже будут проделаны сквозные дыры в пленке.

Воздухопроницаемость – важный показатель качества ограждающих конструкций, которому не всегда уделяется достаточно внимания.

Чтобы повысить энергоэффективность и комфортность, необходимо обязательно учитывать степень инфильтрации воздуха сквозь используемые материалы и комбинировать их для достижения наивысших показателей.

Дополнительные ресурсы и материалы

Далее следует список материалов на тему воздухопроницаемости и кратности воздухообмена:

• отчеты,
• статьи,
• информация,
• законы,
• примеры,
• расчеты.