Влажностный режим ограждающих конструкций (стр. 4 )

Линия фактической упругости е является прямой и строится по значениям внутренней и наружной упругости водяного пара ев и ен, которые зависят от соответствующих температур и относительных влажностей воздуха. Значения максимальных упругостей Е в разных точках ограждения зависят от значений температур в этих точках, и, вследствие того, что зависимость Е от t является экспоненциальной, линия Е является кривой. Значения Е можно найти по соответствующим таблицам в зависимости от температуры и атмосферного давления. Сами же температуры можно определять либо по формуле, либо по графику в зависимости от термических сопротивлений.

Если линии е и Е пересекаются, то необходимо построить линию действительного изменения упругости водяного пара в ограждении (так как значение е в действительности никак не может быть более Е, то есть φ не бывает более 100%), для чего из точек ев и ен следует провести касательные к линии максимальной упругости. Между точками касания будет находиться зона возможной конденсации, то есть та часть ограждения, в которой будет конденсироваться водяной пар.

Проведение касательных вызывается следующими соображениями. Если в конструкции нет внутренних источников паровыделения, то количество водяного пара, приходящего к некоторой точке конструкции должно быть не меньше, чем количество пара, уходящего от нее, то есть значение m1, соответствующее тангенсу угла наклона линии е к горизонтали справа, должно быть не меньше значения m2, соответствующее тангенсу угла наклона линии е к горизонтали слева. Это единственно возможно в случае касания линии е линии Е. Таким образом, зона конденсации находится не между точками а и b, а между точками с и d.

Следует иметь в виду, что в теплое время года линия Е полностью располагается выше линии е. С понижением наружной температуры линии Е и е сближаются и соприкасаются в некоторой плоскости, на которой появятся капли росы. С дальнейшим понижением температуры плоскость, расширяясь, превращается в зону. Поэтому для дальнейших расчетов целесообразно выделить в ограждении плоскость, на которой и будет происходить конденсация – так называемую плоскость возможной конденсации. Располагаться она будет в том месте, где линия Е максимально провисает под линией е. Также ее можно найти по точке пересечения касательных.

В кирпичных стенах в зимнее время влажность материала оказывается максимальной в середине стены и понижается к ее внутренней и наружной поверхностям. Если в конструкции имеется теплоизоляционный слой, то плоскость конденсации располагается на его наружной границе (наиболее резкое падение температур). Если же между теплоизолятором и наружным слоем имеется воздушная прослойка, то конденсация будет происходить на стыке наружного слоя с воздухом.

Количество влаги, конденсирующейся в ограждении, зависит от его конструкции и теплотехнических свойств материалов. Кроме того, большое влияние оказывают температура и влажность внутреннего и наружного воздуха. С повышением влажности внутреннего воздуха резко возрастает количество конденсата в ограждении. Температура внутреннего воздуха имеет двоякое влияние: при сохранении постоянной относительной влажности воздуха при повышении его температуры количество конденсата возрастает, что вызвано повышением абсолютной влажности воздуха; при постоянной абсолютной влажности воздуха с ростом температуры количество конденсата уменьшается. С понижением температуры наружного воздуха количество конденсата в ограждении увеличивается. Относительная влажность наружного воздуха в зимнее время влияния на влажностный режим ограждения почти не оказывает ввиду малых значений максимальных упругостей водяного пара Е при низких температурах.

Необходимо заметить, что графический метод расчета влажностного режима конструкции проводится по стационарным условиям, то есть является ориентировочным и не отражает действительной картины изменения влажности материала в ограждении вследствие того, что процессы диффузии водяного пара протекают медленно. Поэтому, если по расчету получается, что в ограждении происходит конденсация пара, то это еще не значит, что в действительности она обязательно будет, особенно в массивных ограждениях, так как для наступления конденсации пара требуется некоторое количество времени. При этом если по расчету получается, что конденсации влаги быть не должно, то ограждение действительно будет гарантировано от выпадения росы в его толще.

Для получения реальной картины влажностного режима ограждения необходимо делать расчет по нестационарным условиям влагопередачи. Однако расчет по стационарным условиям является простым и может дать достаточно точный ответ на два вопроса:

1)  каков будет годовой баланс влаги в ограждении, то есть, будет ли в нем происходить систематическое накопление влаги из года в год, или вся влага, сконденсировавшаяся в зимний период, успевает испариться из ограждения в течение летнего периода;

2)  не произойдет ли переувлажнение материала, на поверхности которого будет конденсироваться влага.

Решения этих вопросов вполне достаточно для оценки влажностного режима конструкций в процессе проектирования зданий. При этом необходимо ограничить массу влаги, которая может дойти до плоскости конденсации в период влагонакопления, значением массы влаги, которая может уходить из конструкции в теплый период года. Для этого необходимо проверить, достаточно ли внутренние слои конструкции противостоят прохождению через них водяного пара, то есть, будет ли сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции больше минимального значения, необходимого для задерживания избыточного водяного пара.

При ненакоплении влаги в толще конструкции из года в год должно соблюдаться условие, согласно которому масса приходящей к плоскости конденсации влаги должна равняться массе влаги, уходящей от плоскости конденсации:

Mприход = Mуход, то есть, и

.

Из этой формулы можно вывести уравнение для определения минимально допустимого (то есть требуемого) сопротивления паропроницанию, которое должна иметь внутренняя часть конструкции для того, чтобы годовой баланс влаги в ограждении был равен нулю:

[м2·ч·Па/мг].

Так как время диффузии пара θ равно одному году, то и значения упругостей являются среднегодовыми. Исключение составляет величина ев, которая является постоянной, так как зависит от температуры и относительной влажности внутреннего воздуха (, где Ев - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре tв).

Епвк = E – парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле: , где

E1, E2, E3 – парциальное давление водяного пара, принимаемое по температуре в плоскости возможной конденсации, устанавливаемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов. Данные периоды определяются согласно следующим указаниям:

а) к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 °С;

б) к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5 °С;

в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами воздуха выше плюс 5 °С;

z1, z2, z3 – продолжительность, в месяцах, зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов года (z1+z2+z3=12), определяемая по [2, табл. 3*];

ен = енг – среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период, определяемое по [2, табл. 5а*];

Rпн – фактическое сопротивление паропроницанию наружных слоев конструкции (от плоскости конденсации до наружной поверхности ограждения).

При выводе второго требуемого сопротивления паропроницанию внутренних слоев конструкции нужно отталкиваться от того, что каждый материал имеет предельное значение влагонасыщения, достигая которое материал начинает резко терять свои теплотехнические свойства. Чтобы этого избежать, необходимо ограничить увлажнение материала предельно допустимым массовым приращением влаги (). При этом необходимо отметить, что переувлажнение материала возможно только в период накопления влаги в конструкции. К такому периоду относятся дни со средней температурой воздуха, меньшей нуля.

Максимальное значение массы влаги, которую может «безболезненно» впитать в себя некий материал, .

Здесь – масса влаги, приходящей к плоскости конденсации в период влагонакопления, ;

– масса влаги, уходящей от плоскости конденсации в период влагонакопления, .

Тогда .

С другой стороны, , где

γ – плотность материала увлажняемого слоя;

δ – толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции.

Значит , а

.

Таким образом,

.

Так как расчет увлажнения материала ведется для периода влагонакопления, то и упругости водяных паров рассчитываются именно для этого периода. При этом достаточно определять среднемесячные упругости водяного пара.

Так, Епвк = Ео – упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации для периода с отрицательными среднемесячными температурами;

ен = ено – средняя упругость водяного пара наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами, определяемая по [2, табл. 5а*];

θ = zо – продолжительность периода влагонакопления, принимаемая в сутках по [2, табл.]

Значения для большинства строительных материалов дается в % в [1, табл. 12]

Таким образом, минимально допустимое сопротивление паропроницанию, которое должна иметь внутренняя часть конструкции для того, чтобы материал, на котором возможна конденсация влаги, не увлажнялся более предельного значения, может быть определено как

[м2·ч·Па/мг].

Необходимо обратить внимание на то, что для соблюдения размерности необходимо плотность материала переводить в мг/м3 (то есть домножать значение γ в кг/м3 на 106), переводить из процентов в доли единиц (то есть делить значение ω на 100%), а время подставлять в часах (то есть значение zо, определенное в сутках, умножать на 24).

При этом СНиП [1] дает готовую формулу (17), в которой значения различных величин имеют те же размерности, что и в таблицах СНиПов [1] и [2]:

,

где .

Определенные по представленным формулам сопротивления паропроницанию внутренних слоев конструкции необходимо сравнить с располагаемым сопротивлением Rпв. Если располагаемое сопротивление окажется больше, чем оба требуемых, то конструкция соответствует требованиям норм по паропроницанию. В противном случае необходимо принимать меры либо по увеличению фактического сопротивления, либо по уменьшению требуемых значений сопротивлений.

Основным конструктивным мероприятием для обеспечения ограждения от конденсации в нем влаги или уменьшения ее количества является рациональное расположение в ограждении слоев различных материалов. При грамотном проектировании конструкций необходимо, чтобы плотные, теплопроводные и малопроницаемые слои располагались у внутренней поверхности ограждения, а пористые, малотеплопроводные и более паропроницаемые слои – у наружной его поверхности. При таком расположении слоев в ограждении падение упругости водяного пара будет наибольшим в начале ограждения, а падение температуры, наоборот, в конце ограждения, что не только уменьшит возможность конденсации влаги в толще ограждения, но и создаст условия, предохраняющие конструкцию от сорбционного увлажнения.

Если по техническим или конструктивным соображениям такое расположение материалов в ограждении невозможно, то для обеспечения его от внутренней конденсации применяют пароизоляционные слои, обладающие очень малой паропроницаемостью. Применение паронерпроницаемых стекла и металла для этой цели нерационально – стекла вследствие его хрупкости, а металла вследствие подверженности коррозии. Очень небольшую паропроницаемость имеют битумные мастики, лаки, смолы, масляная покраска, а также разного рода изоляционные бумаги (рубероид, пергамин, толь). Слои из таких материалов оказывают значительное сопротивление потоку водяного пара, проходящему через ограждение, уменьшают его количество и тем самым меняют характер падения упругости водяного пара в ограждении. Сопротивления паропроницанию пароизоляционных слоев, применяемых в наружных ограждениях, можно определить по табл.

Пароизоляционный слой должен располагаться первым в направлении потока водяного пара, то есть оптимально - на внутренней поверхности наружного ограждения или за внутренним фактурным слоем. Главное, чтобы он был расположен не глубже той плоскости, температура которой равна точке росы внутреннего воздуха (иначе пар из внутреннего воздуха может конденсироваться на данной плоскости), и в любом случае до утепляющего слоя. При этом пароизолятор может и не устранять конденсацию пара в толще ограждения, но его основное предназначение – снижать количество конденсата до допустимых значений. Кроме этого, сокращается период, в течение которого в стене происходит конденсация.

Если пароизоляционный слой располагать на наружной поверхности ограждения, то влажностный режим его заметно ухудшается, так как при неизменности количества пара, поступающего в ограждение, снижается количество пара, уходящего из него в летний период. Иногда применяют конструкции с двумя пароизоляционными слоями – наружным и внутренним. Делается это для того, чтобы снизить приток пара изнутри помещения и защитить наружные слои от атмосферной влаги. В этом случае наружный пароизолятор может препятствовать уходу из конструкции строительной влаги, что заметно увеличивает влажность материалов ограждения.

При утеплении окон на зимний период нужно следить за тем, чтобы утеплялись только внутренние переплеты, так как они в этом случае являются пароизолятором по сравнению с неутепленными наружными переплетами, что гарантирует наружное остекление от конденсации на нем влаги. В наружных стальных переплетах витрин магазинов специально для этой цели делаются отверстия, обеспечивающие вентиляцию витрин наружным воздухом и понижающие температуру внутренней поверхности стекол.

Важно следить также за отделкой наружной поверхности и при реконструкции зданий. Например, если менять наружный фактурный слой с более пористого, на менее пористый (известковую штукатурку на цементную), то данные материалы значительно лучше предохраняют стену от атмосферных воздействий, но при этом влажностный режим ограждения может резко ухудшаться, так как более плотные слои, имея меньшую паропроницаемость, препятствуют выходу водяного пара из конструкции в летнее время. Это, в свою очередь, может быть причиной увлажнения материалов конструкции и понижения теплотехнических свойств стены и может приводить к намоканию ее внутренней поверхности.