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*)

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 = {[S0/R0] + {S2/R2] + [S12/(R1+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

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

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