Измерение утечки воздуха в опытных домах

Измерения, проведенные в 1951 г.

Исследование было выполнено по заказу теплотехнической лаборатории. Целью его было выяснение количественного обмена воздуха в зимних условиях. В опытных домах, в которых не было никаких вентиляционных отверстий, держали все окна и двери закрытыми.

Для определения утечек воздуха зимой 1951 г. применялся исключительно так называемый метод остаточною вещества, который во многих странах считают наиболее подходящим. В качестве остаточного вещества был использован газообразный водород, который пускали и комнату и количестве около 0,2%. За снижением концентрации водорода наблюдали при помощи специально сконструированного для этой цели прибора — мостика с нагретым проводом (катарометра). Когда поступающий в комнату воздух постоянно и полностью перемешивается с комнатным воздухом таким образом, что концентрация водорода повсюду в комнате одинакова, водород исчезает со скоростью ?c/?t=v/V·C.

После упрощения этого выражения получим

Отклонение 5 стрелки гальванометра прямо пропорционально содержанию водорода С. Таким образом,

Для исключения возможных случайных ошибок была вычерчена прямая по данному уравнению, наиболее близко соответствующая полученным значениям К.

В связи с опытами воздухообмена проводили необходимые метеорологические наблюдения, т. е. определяли температуру наружного воздуха, а также скорость и направление ветра. Кроме того, записывали температуру воздуха в комнате, причем стремились поддерживать ее постоянно равной 20° С.

Измерения утечки воздуха, проведенные ранней весной 1952 г.

Измерения в опытных домах I, II, IV и VI являлись продолжением исследований предыдущего года и были также заказаны теплотехнической лабораторией. Целью их было получить дополнительные данные о количестве воздуха, протекающего через ограждающие конструкции указанных домов. Так как большинство из этих домов по своим формам и размерам аналогично, то можно сравнивать роли разных конструкций и строительных материалов. Ясно, что на количество протекающего воздуха влияют также переменные факторы, например влажность конструкций и др. Кроме того, трудно организовать опыты в условиях, при которых силы, влияющие на утечку воздуха, были бы одинаковы. Поэтому результаты будут в любом случае лишь приближенными. В опытных домах окна и двери были закрыты и в них не было никаких вентиляционных отверстий.

На первой стадии выясняли данные о прохождении воздуха через щели дверей и окон. Из опытного дома высасывали воздух компрессором, и количество воздуха, вышедшее в единицу времени, измерялось по принципу Вентури. Образовавшееся в комнате пониженное давление измерялось при открытых и при уплотненных щелях. Разница между количествами воздуха в этих опытах при одинаковой разности давлений равнялась количеству воздуха, прошедшего через щели. Результаты (табл. 33 и 34) по различным домам колеблются в значительных пределах. Количество воздуха, проходящего через щели, было вообще больше, чем указано в бюллетене Государственного технического научно-исследовательского института № 68 в качестве максимального. Согласно этому бюллетеню нормальная утечка воздуха через щели окон не должна превышать 4 м³/м²·час при разности давлений 0,4 мм водного столба, т. е., если выразить ее в тех же единицах, что и данные в таблице (в м³/м²·час при температуре 20° С и при данном давлении воздуха), составляет около 4,3 м³/м²·час. Утечка воздуха через двери на единицу длины щелей чаще всего было больше, чем через окна.

В Германии проводились соответствующие исследования на макетах. На основании этих исследований пришли к различным выводам о влиянии длины пути прохождения воздуха на фильтрующую способность щелей. Длинный путь, т. е. толстые окна или двери, создают лучшие возможности для образования такой линии соприкосновения, которая уже сама создает полную плотность (Н. Reicher, К. Fraass, Е. Settell).

С другой стороны, при толстых дверях и оконных переплетах щели могут быть шире и это снижает плотность (I. S. Cammerer).

Во второй стадии опытов двумя различными методами изучались сами ограждающие конструкции. В опыте высасывания воздуха измеряли среднюю разность давления, соответствующую удаляемым количествам воздуха. По кривым, вычерченным на основании этих данных, можно в некоторой степени, судить, происходит ли утечка воздуха через местные неплотности или распределяется более равномерно.

Другим методом был уже упомянутый ранее «метод остаточного вещества», причем применялись два различных газа, а именно: водород и углекислый газ. Предполагая, что между этими остаточными веществами существует диффузионное соотношение, обусловленное размерами молекул, можно подсчитать вероятный окончательный коэффициент обмена воздуха.

В опытах, проведенных методом высасывания, для стенок домов I, II и IV получили гораздо меньшие коэффициенты сопротивления, чем для одного строительного картона, хотя во всех этих зданиях именно он применялся для уплотнения (табл. 35 и 36). Таким образом, большинство воздушных потоков проходит через, места стыкования картона. Наименьшее среднее сопротивление было найдено у конструкций дома II. Очевидно, в этом здании воздух имеет гораздо лучшую возможность проникнуть к местам стыкования картона по воздушной прослойке, чем в домах с засыпкой. Вышеприведенные таблицы свидетельствуют о том, что опытный дом VI был самым плотным из всех.

Методом остаточного вещества было получено приблизительное количественное выражение обмена воздуха. Согласно эксперименту опытные дома разместились но плотности в том же порядке, как при опытах по высасыванию (табл. 37). Нулевая разность давлений наружного и внутреннего воздуха, вызванная разностью температур, располагалась на середине высоты комнаты.

Сравнивая результаты опытов (табл. 37), проведенных методом высасывания и методом остаточного вещества, можно сделать следующие выводы.

Дом I. Коэффициент обмена воздуха, полученный в результате применения метода остаточного вещества, близок к тому, который можно получить на основании результатов опыта по высасыванию, если предположить, что у всех ограждающих конструкций одинаковый коэффициент фильтрации воздуха, т. е. плотность различных конструкций, ограждающих комнату, примерно одинакова.

Дом II. Коэффициент обмена воздуха еще меньше, чем он был бы в том случае, если бы пол и потолок были полностью герметичны, а плотность стен была бы худшей на их средней высоте, по значительно лучше у верхнего и нижнего перекрытий.

Дом IV. Коэффициент обмена воздуха соответствует случаю, когда коэффициент прохождения воздуха одинаков у всей стенной поверхности при герметичности потолка и пола. Плотность была бы, таким образом, значительно лучше у верхнего и нижнего перекрытий, чем у стены.

Интересным оказался опыт со скоростью диффузии через стенки газов, примененных в качестве остаточных веществ. Скорость диффузии, как видно, не имела ничего общего со скоростью пропуска воздуха.

Для сравнения приводим соответствующие данные для строительного картона: при разности давлений 0,5 мм вод. ст. среднее проникновение воздуха составляет 0,26 м³/м²·час; при разности давления 1 мм вод. ст. — 0,49 м³/м²·час.

Выводы из норвежского исследования плотности стен при действии ветра

Ниже приводятся отрывки из издания Строительного научно-исследовательского института Норвегии «Lette treveggers vindt-thet», IIans Cranum Sven D. Svendsen, Annanias Fveit. Oslo, 1954.

«Ветер оказывает сильное влияние на тепловые потери здания. В отношении каркасных деревянных зданий наибольшее значение имеет воздух, проникающий через стены или в слой теплоизоляции, так же как ненужная вентиляция через двери и окна, дымоходы и др. Здесь рассматривается в основном проникновение воздуха в стену и через нее.

Для исследования проникновения воздуха через стену применялись опытные стены (185x185 см). Опыты производились при повышенном давлении как с наружной, так и с внутренней стороны стены так же, как и при обстоятельствах, когда воздух имеет различные возможности проходить параллельно стене.

Внутренняя обшивка волокнистыми плитами с уплотнением в месте стыков проклеенной лентой весьма хорошо препятствует проникновению воздуха, особенно, если плиты покрашены масляной краской или покрыты обоями. Слои досок, строительная бумага с открытыми стыками, волокнистые плиты без обработки швов и обычные теплоизоляционные материалы не имеют практически никакого уплотняющего значения. Плотность стены обеспечивается лучше всего при помощи таких слоев строительной бумаги, у которых стыки сделаны внахлестку, причем находятся под сжатием. Плотность таких слоев бумаг колеблется сильно в зависимости от того, какое давление имеется в стыке.

При использовании широкой бумаги стыков меньше и благодаря этому плотность больше, чем при применении узкой бумаги; кроме того, тонкая и гибкая бумага прилегает эффективнее, чем толстая и жесткая. Пористая волокнистая плита хорошо прижимает стыки бумаги друг к другу при условии, если используется достаточное количество гвоздей. Слои досок прижимают стыки тем лучше, чем ровнее их поверхность, обращенная к бумаге. Насколько один лист бумаги перекрывает другой в стыках, не имеет значения, лишь бы ширина накладки превышала некоторый минимум. Ширина накладки не должна быть меньше ширины стойки. Стыки в ус неудовлетворительны даже при эффективном сжатии. При удовлетворительном прижатии склеивание стыков не увеличивает плотности. Вне швов бумага не должна быть поврежденной, хотя умеренное количество отверстий от гвоздей существенно не увеличивает утечки воздуха.

В современных легких каркасных наружных стенах, у которых наружная обшивка прикрепляется к наружной стороне стоек, внешний слой бумаги прикрепляется открытыми соединениями внахлестку. При порывистом ветре холодный воздух проникает до самой глубины стены. Опыты показывают, что внутри стены могут возникнуть значительные потоки воздуха и теплоизоляционные свойства стены резко снижаются. Известны случаи, когда на внутренней поверхности стены образовался иней, хотя коэффициент теплопроводности стены К=0,3.

Плотность стены, очевидно, снижается со временем, что вызывается усадкой древесины. Возможно также, что произведенные опыты не соответствуют истинным явлениям, происходящим в стене. Есть основание предполагать, что истинные утечки больше, чем те, которые измерялись в этих опытах. Однако результаты этих опытов можно использовать как хорошую основу для сравнения различных методов строительства».

Измерение коэффициента ? особо пористой плиты раумалевю

Па основании кривых тепловых потерь для домов II-а и II-6 можно определить коэффициент ? плит раумалевю, так как в доме II-б имеющиеся в стенах плиты раумалевю на 3 см толще, чем в доме II-а, в то время как остальные ограждающие конструкции одинаковы.

Если t_к—t_и=20°С, то Q_II-а — Q_II-б=110 ккал/час. Площадь стен F=4:0,5 м².

Через пол и потолок после ремонта проходит то же количество тепла, что и до ремонта. Поэтому разница заключается в количестве тепла, проходящем через стены.

На основании расчетов, приведенных выше, получаем среднее значение ?=0,042 ккал/м²·часград.

Так как доля стоек в стене составляет 10%, то окончательное значение ? для плит раумалевю:

В лабораторных исследованиях получено то же значение (0,036—0,038).