Расчет наружных ограждений  

      на паропроницаемость

 

Наружное ограждение считается удовлетворяющим требованиям паропроницаемости, если оно отвечает условию R_п ³ , где R_п — факти­ческое сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции, м∙ч∙Па/мг, в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации, а  — требуемое сопротивление паропроницанию, м∙ч∙Па/мг, из условия ограничения повышения влагосодержания в материале ограждения за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха [4].

Фактическое сопротивление паропроницанию многослойной ограж­дающей конструкции представляет сумму сопротивлений паро­проницанию составляющих ее слоев от внутренней поверхности до плоскости возможной кон­денсации:

 

                                      ,                                    (31)

 

где δ₁, δ₂,…δ_n и μ₁, μ_2, …, μ_n — соответственно толщины слоев ограждающей конструкции, м, и расчетные коэффициенты паропроницаемости (см. прил. 2), материалов слоев ограждающей конструкции, мг/(м∙ч∙Па), от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации.

Требуемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения повышения влагосодержания в материале ограждения за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха [4] определяется по формуле:

 

                             ,                            (32)                                          

где e_в — упругость водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и влажности этого воздуха; e_н — средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, за период с отрицательными среднемесячными температурами определяемая согласно СНиП [3]; E — парциальное давление насыщенного пара в плоскости «возможной конденсации», Па,  определяется по расчетному распределению парциального давления в рассматриваемой ограждающей конструкции за период эксплуатации с отрицательными среднемесячными температурами; R_п.н. — сопротивление паропроницанию от наружной поверхности до плоскости «возможной конденсации», определяется как сумма сопротивлений паро­проницанию составляющих ее слоев от наружной поверхности ограждения до плоскости возможной кон­денсации, аналогично как и в формуле (31).

Для определения возможности образования конденсата в толще стены, а так же места расположения плоскости возможной конденсации за период с отрицательными среднемесячными температурами, необходимо произвести расчет распределения парциального давления водяного пара и сравнить полученные значения с величинами парциального давления насыщенного пара в каждом сечении конструкции за рассматриваемый период эксплуатации. Парциальное давление водяного пара e_x в каждом сечении определяется по формуле:

 

                               ,                                    (33)                                                         

где е_н — среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за период с отрицательными среднемесячными температурами, Па;  — сумма сопротивлений паропроницанию от внутренней поверхности до рассматриваемого сечения конструкции;  — общее сопротивление паропроницанию, определяется как сумма сопротивлений паро­проницанию всех составляющих ее слоев, аналогично как и в формуле (31).

 

Значения парциального давления насыщенного пара E_x определяются по расчетным значениям температур t_x (см. прил. 8) в каждом сечении конструкции, которые в свою очередь находятся по формуле:

 

                           ,                                        (34)                                                 

где t_в — расчетная температура внутреннего воздуха, °С; t_н — расчетная температура наружного воздуха, °С, периода с отрицательными среднемесячными температурами, определяемая согласно СНиП [3]; R_x, R_о — соответственно сопротивление теплопередаче от внутренней поверхности до рассматриваемого сечения конструкции и общее сопротивление теплопередаче, м²·°С/Вт, рассчитываемые по формуле (4).

Если линии е и Е внутри конструкции пересекаются, то это указывает на возможность конденсации влаги.

Пример 8. Определить, отвечают ли в отношении сопротивления паропроницанию требованиям норм ограждающие конструкции системы несъемной опалубки типа ARXX (рис. 4)  для жилых зданий в г. Волгоград.  

 

 

Рис. 4. Схема ограждающей конструкции системы ARXX с наружной штукатуркой толщиной 30 мм: 1 — гипсокартон (2 слоя) l₁ =  0,19 Вт/(м׺С); m₁=0,075 мг/м×ч×Па; s₁=3,34 Вт/(м׺С); g = 800 кг/м³; 2,4 — пенополистирол l_2,4 = 0,041 Вт/(м׺С); m_2,4 = 0,05 мг/м×ч×Па; s_2,4 = 0,41 Вт/(м׺С); g = 40 кг/м³; 3 — железобетон l₃ = 1,92 Вт/(м׺С); m₃ = 0,03 мг/м×ч×Па; s₃ = =17,98 Вт/(м׺С); g₃ = 2500 кг/м³; 5 — сложный раствор l₅=0,7 Вт/(м׺С); m₅=0,098 мг/м×ч×Па; s₅ = 8,95 Вт/(м׺С); g = 1700 кг/м³

 

 

Требуемое сопротивление теплопередаче для данного климатического региона составляет R_тр = 2,03 м²×ºС/Вт (см. прим. 1). Расчетное сопротивление теплопередаче данной конструкции определяется по формуле (4) и составляет R_о = 3,58 м²×ºС/Вт. Получаем, что рассматриваемая конструкция отвечает теплотехническим требованиям с большим запасом: R_о > R_тр.

Определим фактическое влажностное состояние ограждающей конструкции системы ARXX в г. Волгоград для периода с отрицательными среднемесячными температурами.

 

Порядок расчета

 

Для жилых зданий в г. Волгоград по СНиП [1—3, 5] выписываем средние значения параметров внутреннего и наружного воздуха за период эксплуатации с отрицательными среднемесячными температурами:

параметры внутренней среды (t_в = 20 ºС; j_в = 60 %);

параметры наружной среды (t_н = –5,4 ºС; j_н =85 %).

Максимальную упругость водяных паров внутреннего и наружного воздуха определяем по прил. 8:

 

Е_в=2339 Па;

Е_н=388 Па.

\

Действительная упругость водяных паров в помещении е_в и в наружном воздухе е_н, Па, определяется как

 

;

 

.

 

Для графического построения распределения температур по сечению ограждения расчетные точки расположим на границах составляющих ее слоев и на наружной и внутренней поверхностях ограждения. Расчетные значения температур t_x в каждом сечении конструкции определим по формуле (34), а значения парциального давления насыщенного пара E_x по расчетным значениям температур t_x и по прил. 8:

 

 ºС, E_в=2338 Па;

 

 ºС, E₁=2101 Па;

 

 ºС; E₂=1004 Па;

 

 ºС; E₃=995 Па;

 

 ºС; E₄=408 Па;

 

ºС;

 

E_н=388 Па.

 

Аналогично рассчитываем распределение парциального давления водяного пара е _x в каждом сечении конструкции по формуле (33), для чего, сначала, рассчитываем общее сопротивление паропроницанию  по формуле (31) для всех составляющих ее слоев:

 

 м∙ч∙Па/мг,

тогда

 

    Па;

 

       Па;  

 

       Па;

 

       Па;

                                      

Для определения места расположения плоскости возможной конденсации за период с отрицательными среднемесячными температурами результаты расчетовt_x, Е_х и е _x оформляем графически (см. рис. 5).

 

 

Рис. 5. Температурно-влажностное состояние ограждающей конструкции системы ARXX за период с отрицательными среднемесячными температурами для г. Волгограда

 

 

Таким образом, из рис. 5 видно, что фактическая зона увлажнения захватывает слои 2 и 3 рассматриваемой конструкции, т.е. внутренний слой пенополистирола и бетон, а плоскость «возможной конденсации» будет расположена на наружной поверхности внутреннего утеплителя. Парциальное     давление насыщенного пара в плоскости «возможной конденсации» за     период эксплуатации с отрицательными среднемесячными температурами    E = 1004 Па.   

Для определения требуемого сопротивления паропроницанию  необходимо предварительно найти значение R_п.н. — сопротивление паропроницанию от наружной поверхности до плоскости «возможной конденсации»:

 

 

 м²×ч×Па /мг.

 

Тогда, используя формулу (32), определим требуемое сопротивление паропроницанию за период с отрицательными среднемесячными температурами:

 

 м²×ч×Па /мг.

 

Фактическое сопротивление паропроницанию ограж­дающей конструкции представляет сумму сопротивлений паро­проницанию составляющих ее слоев (см. формулу (31)) от внутренней поверхности до плоскости возможной кон­денсации:

 

 м²×ч×Па /мг.

 

Таким образом, ограждающая конструкция системы ARXX для г. Волгограда не отвечает требованиям норм на паропроницание, т.к. фактическая плоскость конденсации смещается к внутренней поверхности стены и сопротивление паропроницанию ограждения (в пределах от внутренней поверхности до плоскости «возможной конденсации») меньше требуемой величины R_п<  (1,62 < 4,1).

Для устранения конденсации водяных паров необходимо располагать более плотные и теплопроводные слои у внутренней поверхности ограждения, а менее плотные у наружной поверхности, в результате чего повысится температура в толще ограждения, а следовательно и значение парциального давления насыщенного пара Е (см. рис. 5). Для наружных ограждающих конструкций помещений с влажным и мокрым режимами не следует применять пустотелые камни, ячеистые бетоны, силикатный кирпич и газопеносиликаты, фибролит и другие материалы на древесноволокнистой основе, а также другие невлагостойкие и небиостойкие материалы. Наружные и внутренние стены следует предохранять от грунтовой влаги устройством гидроизоляции. Избежать конденсации в толще удается не всегда и тогда приходится ориентироваться не естественную и искусственную просушку ограждений в теплый период за счет инфильтрации и вентиляции.

5.	Проверка внутренней поверхности наружных    ограждений на возможность конденсации влаги

При резких понижениях температуры возможен процесс конденсации влаги из внутреннего воздуха на внутренней поверхности наружного ограждения. Для устранения такой конденсации влаги необходимо добиваться, чтобы температура на внутренней поверхности τ_вп, превышала температуру точки росы τ_р, на 2—3 °С, т.е. должно соблюдаться условие τ_вп>τ_р.  

Значение температурынавнут­ренней поверхности ограждения τ_вп, без учета теплопроводных включений, определяется по формуле (34). За расчетную температуру наружного воздуха, в данном случае, принимается температура наиболее холодной пятидневки  (t_н = t_н.х.п) населенного пункта проектирования с обеспеченностью 0,92 по СНиП [2]. Температура точки росы τ_р определяется по приложению 8 при заданной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха помещения.

Пример 9. Определитьвозможность конденсации влаги из внутреннего воздуха на внутренней поверхности трехслойных стеновых железо­бетонных панелей, утепленных пенополистиролом, для жилых зданий в г. Волгоград. Условия эксплуатации те же, что и в прим. 1. Конструкция стены представлена на рис. 1.

 

Порядок расчета

 

Значения исходных параметров климата и расчетных характеристик принимаем из прим. 1: t_н= t_н.х.п = –25 °С, t_в=20 °С, φ_в=60 %, R_о=3,163 м²·°С/Вт, R_в=0,115 м²·°С/Вт.                                                                                                   

1. Определяем температуру внутренней поверхности τ_вп без учета теплопроводных включений по формуле (34):

 

°С.

 

2. По прил. 8 внутренней температуре t_в=20 °С соответствует значение максимальной упругости водяных паров Е_в=2338 Па. Действительная упругость водяных паров при относительной влажности φ_в=60 % составляет е_в=1403 Па (см. прим. 8). Температура точки росы τ_р для данного состояния воздуха, определяется по формуле:

 

 °С.

                                                                                                   

Таким образом, конденсация влаги на внутренней поверхности ограждения происходить не будет, так как выпол­няется условие τ_вп>τ_р, т.е. 18,36 > 11,92.

Для борьбы с конденсацией влаги на внутренней поверхности, помимо увеличения термического сопротивления, может быть предусмотрена вентиляция помещения, а также обдувка и обогрев этих поверхностей.