Сорбционное увлажнение

Пористые материалы обладают способностью поглощать влагу, содержащуюся в окружающем воздухе. Это явление носит название сорбци-

онного (гигроскопического) увлажнения, которое протекает при отсутствии разности температур воздуха и материала.

Количество сорбционной влаги зависит от вида материала, упругости водяного пара и температуры воздуха.

В материалах с развитой пористой структурой (штукатурка, древесина) сорбционной влаги содержится больше, чем в материалах с более плотной 

-39-

структурой (бетон, кирпич и т.д.). Повышение относительной влажности и понижение температуры воздуха способствуют ее увеличению.

Зависимость между сорбционной влажностью материала и относительной влажностью воздуха определяется экспериментальным путем и изображается в виде изотерм сорбции.

Для этого высушенные образцы материала помещают в эксикаторы с растворами серной кислоты различной концентрации и выдерживают до приобретения или постоянного веса.

Изотермы сорбции показывают, что определенной влажности материала соответствует определенная упругость водяного пара в его порах.

Т.е. для изменения упругости пара в порах материала необходимо изменить его влажность. У любого материала есть удельная пароемкость, т.е. это количество пара в граммах, которое необходимо сообщить 1 кг материала, чтобы повысить упругость пара в его порах на 1 Па. Эта величина не постоянна и зависит от температуры и упругости пара порах. Кроме того, повышение упругости возможно только до предела, которым является максимальная упругость водяного пара, соответствующая данной температуре.

ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ

   Воздухопроницаемостью называется свойство строительных материалов и ограждающих конструкций пропускать сквозь себя поток воздуха. Воздухопроницаемостью считают так же расход воздуха в кг, который проходит через 1 м² ограждения за 1 час G, кг/(м²·ч).

   Воздухопроницаниемчерез ограждения или материалы называют процесс проникновения воздуха сквозь их неплотности. Проникновение воздуха снаружи внутрь помещений называется инфильтрацией, из помещения наружу – эксфильтрацией.

   Различают два вида неплотностей, через которые осуществляется фильтрация воздуха: поры строительных материалов и сквозные щели. Щели образуют стыки стеновых панелей, щели в переплётах окон и в местах прилегания окна к оконной коробке и т.д. Кроме сквозной поперечной фильтрации, при которой воздух проходит через ограждение насквозь в

направлении, перпендикулярном поверхности ограждения, существует ещё два вида фильтрации – продольная и внутренняя [10].

    Воздухопроницаемостью обладают все наружные ограждения, но в рас-чете тепловых потерь обычно учитываются только инфильтрация через окна,

балконные двери и витражи. Нормы плотности остальных ограждающих конструкций исключают возможность сквозной воздухопроницаемости, ощу-тимо влияющей на тепловой баланс помещения.

-40-

    Любая фильтрация воздуха возникает под воздействием перепадов пол-ных давлений воздуха ΔР, Па, с разных сторон ограждения. То есть, потен-циалом переноса воздуха через материалы и ограждения является разность давлений воздуха внутри здания и снаружи. Она объясняется, во-первых, различной плотностью холодного наружного воздуха и теплого внутреннего – гравитационной составляющей и, во-вторых, создающего положительное дополнительное давление в набегающем потоке с наветренной стороны и разрежение с подветренной – ветровой составляющей.

   Известно, что в столбе газа статическое гравитационное давление переменно по высоте. Гравитационное давление Р_гр., Па, в любой точке наружного воздуха на высоте h от поверхности земли, равно

Р_гр.= Р_атм.- ρ_н·g·h,            (77)

где Р_атм- атмосферное давление на уровне условного поля отсчета, Па;

     ρ_н – плотность наружного воздуха, кг/м³;

      g – ускорение свободного падения, м/с.

     Ветровое давление Р_ветр., Па, в зависимости от направления ветра на разных поверхностях здания будет различным, что в расчетах учитывается аэродинамическим коэффициентом С, показывающим какую долю от динамического давления ветра составляет статическое давление на наветренном, боковых и подветренном фасадах. Избыточное ветровое статическое давление на здание пропорционально динамическому давлению ветра ρ_н·v²/2 при его скорости v, м/с.

     Скорости ветра измеряются на метеостанциях на высоте 10 метров от земли на открытой местности. В застройке и по высоте скорость ветра изменяется. Для учета изменения скорости ветра в различных типах местности и на разной высоте применяется коэффициент  k_дин.. Принимаются следующие типы местности:

     А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

     В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 метров;

     С - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 метров.

     Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h – при высоте сооружения h до 60 метров и 2км – при большей высоте.

     В соответствии с вышесказанным ветровое давление на каждом фасаде равно

Р_ветр=(ρ_н·v²/2)·c· k_дин,         (78)

     где с- аэродинамический коэффициент на расчетном фасаде;

      k_дин- коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимаемый по[11.]

-41-

    По СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» для большинства зданий величина аэродинамического коэффициента на наветренной стороне равна с_н=0,8, а на заветренной – с_з= -0,6.

    Так как гравитационное и ветровое давления независимы друг от друга, для нахождения полного давления наружного воздуха Р_нар на здание их складывают:

     Р_нар = Р_гр + Р_ветр = Р_атм – ρ_н ·g·h + (ρ_н·v²/2)·c·k_дин        (79)

    За условный ноль давления Р_усл, Па, принимается абсолютное давление на подветренной стороне здания на уровне наиболее удалённого от поверхности земли элемента здания, через который возможно движение воздуха ( вытяжная шахта на кровле).

 Р_усл= Р_атм- ρ_н ·g·Н + (ρ_н·v²/2)·c_з·k_дин            (80)

    где с_з- аэродинамический коэффициент, соответствующий подветренной стороне здания;

          Н – высота здания или высота над землей верхнего элемента, через который возможно движение воздуха, м.           

     Тогда полное избыточное давление Р_н, Па, формирующееся в наружном воздухе в точке на высоте h здания, определяется по формуле:

Р_н=Р_нар- Р_усл= ρ_н ·g·(Н-h) + (ρ_н·v²/2)·(c -c_з)·k_дин         (81)

В каждом помещении создается своё полное избыточное внутреннее давление Р_в, которое складывается из давления, сформированного различным давлением на фасадах здания и гравитационного давления Р_гр.в, Па. Так как в здании температура воздуха всех помещений приблизительно одинакова, внутреннее гравитационное давление зависит только от высоты центра помещения h:

Р_гр.в= ρ_в ·g·(Н-h),                  (82)

  где ρ_в- плотность внутреннего воздуха, кг/м³.

  Определение внутренних давлений в помещениях является задачей полного расчета воздушного режима здания, который довольно трудоёмок. Но для упрощения расчёта внутреннее давление Р_в принято приравнивать к давлению в лестничной клетке. Разность наружного и внутреннего давлений по разные стороны ограждения на наветренном фасаде на любой высоте h равна:

ΔР = g·(Н-h)(ρ_н–ρ_в) + (ρ_н·v²/2)·(c -c_з)·k_дин –Р_в      (83)

   Существует упрощённый метод расчёта внутреннего давления в здании. справедливый для зданий с равномерно распределёнными окнами на фасадах,

-42-

когда за условно постоянное внутреннее давление в здании принимается полу-

сумма ветрового и максимального гравитационного давления по выражению

Р_в= (H/2)(ρ_н-ρ_в)·g+(ρ_н·v²/2)(с-с_з)·k_дин /2    (84)

     Разность давлений ΔР для окон одного фасада разных этажей будет отличаться только величиной гравитационного давления (первое слагаемое), зависящего от разности (H –h) отметок верхней точки здания, принятой за ноль отсчёта, и центра рассматриваемого окна.