73. Сопротивление паропроницанию ограждения.

74. Графический метод расчета влажностного режима ограждения при стационарных условиях диффузии водяного пара. Расчет на конденсацию влаги в ограждении делается графически следующим образом. В ограждении строится линия падения температуры (линия τ(тау) ). По температурной линии строится линия изменения максимальной упругости водяного пара в ограждении (линия Е). Затем строится линия падения упругости водяного пара (линия е). Если линии Е и е не пересекаются, то это указывает на отсутствие конденсации водяного пара в ограждении, так как при этом в любой плоскости ограждения действительная упругость водяного пара оказывается ниже максимальной упругости, что исключает возможность конденсации водяного пара. Если же линии Е и е пересекаются, то это значит, что в ограждении возможна конденсация водяного пара. При этом для построения линии действительного изменения упругости водяного пара в ограждении из точек на поверхностях ограждения, соответствующих е_в и е_н проводятся касательные к линии максимальной упругости водяного пара. Между точками касания будет находиться зона конденсации, т. е. та часть ограждения, в которой будет конденсироваться водяной пар. Количество конденсата в ограждении определяется по разности количеств водяного пара, притекающего к зоне конденсации и уходящего от нее.

75. Определение границ зоны возможной конденсации в однородном ограждении. Для построения линии действительного изменения упругости водяного пара в ограждении из точек на поверхностях ограждения, соответствующих е_в и е_н проводятся касательные к линии максимальной упругости водяного пара. Между точками касания будет находиться зона конденсации, т. е. та часть ограждения, в которой будет конденсироваться водяной пар.

76. Определение количества конденсации в ограждении по разности количеств водяного пара. 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: M_приход = M_уход, то есть , и .

77. Нормирование паропроницаемости ограждений. 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 е_в, которая является постоянной, так как зависит от температуры и относительной влажности внутреннего воздуха ( , где Е_в - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре t_в). Е_пвк = 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*]; е_н = е_нг – среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период, определяемое по [2, табл. 5а*]; R_пн – 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, Е_пвк = Е_о – упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации для периода с отрицательными среднемесячными температурами; е_н = е_но – средняя упругость водяного пара наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами, определяемая по [2, табл. 5а*]; θ = z_о – 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 z_о, 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 R_пв. 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.

78. Почему в качестве расчетной температуры наружного воздуха в расчете влажностного режима ограждения принимают среднюю температуру наиболее холодного месяца? Для расчетов влажностного режима наружных ограждений на увлажнение их парообразной влагой необходимо знать температуры и влажности внутреннего и наружного воздуха. Температура и влажность внутреннего воздуха принимаются те же, что и для расчетов конденсации на внутренней поверхности ограждения. Температура наружного воздуха берется более высокой по сравнению с расчетной температурой для теплотехнических расчетов, так как процессы диффузии водяного пара протекают значительно медленнее процессов теплопередачи и для наступления стационарных условий диффузии требуется более продолжительное время. Поэтому при расчетах влажностного режима по стационарным условиям обычно принимается средняя месячная температура наиболее холодного месяца. Относительная влажность наружного воздуха берется также равной средней влажности наиболее холодного месяца.

79. Рациональный порядок расположения слоев в многослойном ограждении с точки зрения обеспечения оптимального влажностного режима. 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.

80. Вывести формулу для расчета требуемого сопротивления паропроницанию внутренних слоев ограждения из условия недопустимости накопления влаги из года в год. 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: M_приход = M_уход, 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].

34. Сопротивления теплоотдаче у внутренней и наружной поверхности ограждения. Сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче часто объединяют общим названием сопротивлений теплообмена у внутренней и наружной поверхностей. Несмотря на то, что их численные значения малы по сравнению с сопротивлением теплопередаче (например, для стен Rв = 0,115, Rн=0,043 м2К/Вт), но они сопоставимы с термическими сопротивлениями материальных слоев (так, сопротивление 15-ти миллиметрового слоя сухой штукатурки приблизительно равно 0,08 м2К/Вт, а сопротивление глиняного кирпича составляет порядка 0,16 - 0,22 м2К/Вт). Для определения термического сопротивления ограждения необходимо знать коэффициенты теплопроводности материалов, составляющих ограждение, а также размеры слоев. R не зависит от порядка расположения слоев, но другие теплотехнические показатели ограждения (теплоустойчивость, распределение температуры в ограждении и его влажностный режим) зависят, поэтому принято нумеровать слои многослойного ограждения, и нумерация ведется последовательно от внутренней поверхности ограждения к наружной. Пользуясь уравнением сопротивления теплопередаче ограждения можно определить толщину одного из его слоев (чаще всего утеплителя – материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности), при котором ограждение будет иметь заданную (требуемую) величину сопротивления теплопередаче . Тогда требуемое сопротивление утеплителя можно вычислить как , где – сумма термических сопротивлений слоев с известными толщинами, а минимальную толщину утеплителя – так: . Для дальнейших расчетов толщину утеплителя необходимо округлять в большую сторону кратно унифицированным (заводским) значениям толщины того или иного материала. Например, толщину кирпича – кратно половине его длины (60 мм), толщину бетонных слоев – кратно 50 мм, а толщину слоев из иных материалов – кратно 20 или 50 мм в зависимости от шага, с которым они изготавливаются на заводах.

50. Эффективность воздушной прослойки с точки зрения теплопередачи выше в перекрытии пола первого этажа над холодным подвалом, в чердачном перекрытии или в наружной стенке? Почему? В подвальном перекрытии теплоотдача выше, так как термическое сопротивление ниже, чем в потолке и стене, так как в конвекции Q=(r1-r2)*λ/δ; а в перекрытии подвала λ=0, конвекция не происходит, так как тёплый воздух находится на верхней части перекрытия и Q₀=Q1 + Q3, так как Q2=0.