Влажностный режим ограждающих конструкций

Виды влаги, влияющие на влажностный режим ограждающих конструкций и помещений, следующие:

  • • осадки (дождь, снег, лсд, град);
  • • грунтовая влага (вода не под давлением, проникающая сбоку через стену подвала и поднимающаяся по капиллярам, а также вода под давлением, проникающая сбоку и снизу через пол подвала);
  • • водяной пар (конденсация водяного пара на поверхности ограждающих конструкций и внутри ограждающих конструкций);
  • • "построечная влага", т.е. влага, содержащаяся, например, в бетоне при его укладке.

Повышение влагосодержания материала ограждений снижает теплозащитные качества ограждающих конструкций и их долговечность из-за замерзания и оттаивания влаги в порах материала при изменениях температуры.

Влага может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком и газообразном. Их последовательность соответствует последовательности перехода из одного состояния в другое и не может быть изменена.

Твердое тело плавится при нагревании. Растворы имеют более низкую температуру замерзания и более высокую температуру кипения, чем вода. На рис. 15.8 приведена диаграмма энергетического баланса при изменении агрегатного состояния воды.

Диаграмма энергетического баланса при изменении агрегатных состояний воды

Рис. 15.8. Диаграмма энергетического баланса при изменении агрегатных состояний воды

Защита от увлажнения конструкций за счет осадков осуществляется ограждающими конструкциями кровли и стен. При этом большое значение имеет правильное и качественное решение водостоков с крыши.

Защита от грунтовой влаги осуществляется правильной и качественной гидроизоляцией фундаментов и стен подвала.

От "построечной влаги" защищаются с помощью правильного выбора технологии производства работ. Все эти виды защиты являются конструктивными и технологическими мероприятиями, рассматриваемыми в соответствующем разделе курса "Физика среды" и в курсе "Технология строительного производства".

В воздухе всегда содержится некоторое количество влаги. Она образуется за счет дыхания людей, приготовления пищи, использования душа, ванны, сушки белья, а также за счет комнатных растений. Испарение тем больше, чем выше температура воздуха и воды (молекулы более подвижны, теплый воздух их легче воспринимает и держит), чем сильнее ветер (сильный ветер отрывает молекулы с поверхности и уносит, освобождая место для отрыва новых молекул), чем больше поверхность испарения, чем меньше атмосферное давление. В зависимости от температуры воздух может накапливать большее или меньшее количество молекул воды. На рис. 15.9 приведен график максимального содержания влаги в воздухе (в г/м3) в зависимости от температуры. Это абсолютная влажность воздуха Р. При расчетах влажностного режима ограждений абсолютную влажность выражают величиной парциального давления (давление водяного пара, или его упругость е, мм рт.ст., или Н/м2, или Па). Это часть общего давления паровоздушной смеси, вызываемая наличием пара в воздухе.

График максимального содержания влаги в воздухе в зависимости от температуры

Рис. 15.9. График максимального содержания влаги в воздухе в зависимости от температуры

При постоянной температуре воздуха t и постоянном барометрическом давлении давление водяного пара е может расти до определенного предела Е. Чем больше t, тем больше Е. Степень насыщения воздуха влагой определяется его относительной влажностью:

При относительной влажности, стремящейся к 100%, парциальное давление е стремится к максимальному значению Е. То же происходит при понижении температуры воздуха, т.е. ф стремится к 100%. Когда е = Е и ф = 100%, то температура, при которой имеет место такая влажность, называется точкой росы (τρ). Если охлаждать воздух ниже τ„, то из него будет выделяться влага (конденсат).

В табл. 15.5 и 15.6 приведены значения упругости насыщенного водяного пара (максимально возможные ее значения) при данной температуре воздуха.

Таблица 15.5

Упругость насыщенного водяного пара Е, Па, для температур от 0 до 30°С с шагом 0,1°С (над водой)

°С

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0

611

615

620

624

629

633

639

643

648

652

1

657

661

667

671

676

681

687

691

696

701

2

705

711

716

721

727

732

737

743

748

753

3

759

764

769

775

780

785

791

796

803

808

4

813

819

825

831

836

843

848

855

860

867

5

872

879

885

891

897

904

909

916

923

929

6

93

941

948

956

961

968

975

981

988

995

7

1001

1009

1016

1023

1029

1037

1044

1051

1059

1065

8

1072

1080

1088

1095

1103

1109

1117

1125

1132

1140

9

1148

1156

1164

1172

1180

1188

1196

1204

1212

1220

10

1228

1236

1244

1253

1261

1369

1279

1287

1285

1304

11

1312

1321

1331

1339

1348

1355

1365

1375

1384

1323

12

1403

1412

1421

1431

1440

1449

1459

1468

1479

1488

13

1497

1508

1517

1527

1537

1547

1557

1568

1577

1588

14

1599

1609

1619

1629

1640

1651

1661

1672

1683

1695

15

1703

1716

1727

1739

1749

1761

1772

1784

1795

1807

16

1817

1829

1841

1853

1865

1877

1889

1901

1913

1925

17

1937

1949

1962

1974

1986

2000

2012

2025

2037

2050

18

2064

2077

2089

2102

2115

2129

2142

2156

2169

2182

19

2197

2210

2225

2238

2252

2266

2281

2294

2309

2324

20

2338

2352

2366

2381

2396

2412

2426

2441

2456

2471

21

2488

2502

2517

2533

2542

2564

2580

2596

2612

2628

22

2644

2660

2676

2691

2709

2725

2742

2758

2776

2792

23

2809

2826

2842

2860

2877

2894

2913

2930

2948

2965

24

2984

3001

3020

3038

3056

3074

3093

3112

3130

3149

25

3168

3186

3205

3224

3244

3262

3282

3301

3321

3341

26

3363

3381

3401

3421

3441

3461

3481

3502

3523

3544

27

3367

3586

3608

2628

3649

3672

3692

3714

3796

3758

.28

3782

3801

3824

3846

3869

3890

3913

3937

3960

3982

29

4005

4029

4052

4076

4100

4122

4146

4170

4194

4218

30

4246

4268

4292

4317

4341

4366

4390

4416

4441

4468

Таблица 15.6

Упругость насыщенного водяного пара Е, Па, для температур от 0 до -41 °С с шагом 0,1°С (над льдом)

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

10,5

11

11,5

-41

12

12,1

12,2

12,3

12,4

12,5

12,6

12,7

12,8

12,9

-40

13

13,3

13,6

13,9

14,2

14,5

14,8

15,1

15,4

15,7

-39

16

16,1

16,2

16,3

16,4

16,5

16,6

16,7

16,8

16,9

-38

17

17,3

17,6

17,9

18,2

18,5

18,8

19,1

19,4

19,7

-37

20

20,1

20,2

20,3

20,4

20,5

20,6

20,7

20,8

20,9

-36

21

21,3

21,6

21,9

22,2

22,5

22,8

23,1

23,4

23,7

-35

24

24,3

24,6

24,9

25,2

25,5

25,8

26,1

26,4

26,7

-34

27

27,2

27,4

27,6

27,8

28

28,2

28,4

28,6

28,8

-33

29

29,4

29,8

30,2

30,6

31

31,4

31,8

32,2

32,6

-32

33

33,4

33,8

34,2

34,6

35

35,4

35,8

36,2

36,6

-31

37

37,4

37,8

38,2

38,6

39

39,4

39,8

40,2

40,6

-30

41

41,4

41,8

42,2

42,6

43

43,4

43,8

44,2

44,6

-29

45

45,6

46,2

46,8

47,4

48

48,6

49,2

49,8

50,4

-28

51

51,5

52

52,5

53

53,5

54

54,5

55

55,5

-27

56

56,7

57,4

58,1

58,8

59,5

60.2

60,9

61,6

62,3

-26

63

63,6

64,2

64,8

65,4

66

66,6

67,2

67,8

68,4

-25

69

69,8

70,6

71,4

72,2

73

73,8

74,6

75,4

76,2

-24

77

77,8

78,6

79,4

80,2

81

81,8

82,6

83,4

84,2

-23

85

85,8

86,6

87,4

88,2

89

89,8

90,6

91,4

92,2

-22

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

-21

103

104

105

106

107

108

109

ПО

111

112

-20

113

114,2

115,4

116,6

117,8

119

120,2

121,4

122,6

123,8

-19

125

126,2

127,4

128,6

129,8

131

132,2

133,4

135,6

136,6

-18

137

138,4

139,8

141,2

142,6

144

145,4

146,8

148,2

149,6

-17

151

152,4

154,8

156,2

157,6

159

160,4

161,8

163,2

164,6

-16

165

166,6

168,2

169,8

171,4

173

174,6

176,2

177,8

179,4

-15

181

182,8

184,6

186,4

188,2

190

191,8

193,6

195,4

197,2

-14

199

200,8

202,6

204,4

206,2

208

209,8

211,6

213,4

215,2

-13

217

219

221

223

225

227

229

231

233

235

-12

237

239,3

241,6

243,9

246,2

248,5

250,8

253,1

255,4

257,7

-11

260

262,4

264,8

267,2

269,6

272

274,4

276,8

279,2

281,6

-10

284

286,5

289

291,5

294

296,5

299

301,5

304

306,5

-9

309

310,2

311,4

312,6

313,8

315

316,2

317,4

318,6

319,8

-8

321

322,6

324,2

325,8

327,4

329

330,6

332,2

333,8

335,4

-7

337

343,4

349,8

356,2

362,6

369

375,4

381,8

388,2

394,6

-6

401

406

411

416

421

426

431

436

441

446

-5

451

453,5

456

458,5

461

463,5

466

468,5

471

473,5

-4

476

480,1

484,2

488,3

492,4

496,5

500,6

504,7

508,8

512,9

-3

517

521,6

526,2

530,8

535,4

540

544,6

549,2

553,8

558,4

-2

563

567,8

572,6

577,4

582,2

587

591,8

596,6

601,4

606,2

-1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

°С

Основным условием для ограждающих конструкций является то, чтобы температура на их внутренней поверхности τΒ была бы выше точки росы τρ:

(15.5)

Для определения возможности конденсации водяного пара на внутренней поверхности стены необходимы следующие исходные данные:

  • • характеристики внутреннего и наружного климата (температура воздуха внутри помещения tΒ, относительная влажность внутри помещения φв, наружная температура воздуха tH, обычно она принимается равной средней температуре самых холодных суток);
  • • коэффициенты теплопроводности λi; слоев конструкции и их толщины δi.

Порядок расчета следующий.

  • 1. Определяем фактическое общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R0 так, как это мы делали при определении фактического сопротивления теплопередаче конструкции.
  • 2. Определяем τΒ по формуле

  • 3. По табл. 5.5 и 5.6 определяем значение Ев, соответствующее tB.
  • 4. Определяем фактическое давление водяного пара в воздухе внутри помещения по формуле

Температура, для которой ев = Е, будет точкой росы τρ.

  • 5. Находим τр по той же таблице для значения ев = Е.
  • 6. Проверяем условие (15.5).

Давление пара в воздухе в жилом помещении при нормируемой относительной влажности φ = 55% и tΒ = +20°С составляет е = 1286 Па. Зимой при обычной относительной влажности наружного воздуха для Москвы φΗ = 80% и tH = –10°С е = 225,3 Па, т.е. примерно в шесть раз меньше. Поэтому пар устремляется изнутри наружу и проходит (диффундирует) через поры материала ограждения. При этом там, где температура внутри ограждения становится ниже точки росы (при том парциальном давлении, которое имеет место в данном сечении конструкции), пар начинает сгущаться и конденсируется. При этом материал увлажняется, теряет свои теплозащитные качества.

В рационально спроектированных ограждающих конструкциях наблюдается так называемое установившееся содержание влаги, которое приближается к воздушно-сухому состоянию материалов и незначительно меняется в разные сезоны года. Изменение влажностного состояния ограждения в эксплуатируемых зданиях происходит вследствие смещения равновесия между испарением влаги, способствующем сушке, и сорбционным и конденсационным увлажнением материалов в ограждении. Сорбционное увлажнение происходит за счет поглощения материалом водяного пара из воздуха, которое различно для смачиваемых, несмачиваемых материалов и материалов с промежуточными свойствами. Наибольшее сорбционное увлажнение характеризуется влагосодержанием материала:

(15.6)

Оно составляет у древесины 30–35%, у ячеистых бетонов 10–15%, у легких бетонов 5–6%, у хорошо обожженного кирпича 0,5–5%, у асфальта, битумов 0,2–2%.

Конденсационное увлажнение может происходить на поверхности и в толще ограждения за счет диффузии водяного пара.

Диффузия водяного пара – проникание водяного пара через материал ограждения из помещения наружу, т.е. из среды с бо́льшим парциальным давлением в среду с меньшим. Она зависит от давления и от коэффициентов паропроницания материалов слоев μ. Коэффициент паропроницания материала – это количество пара в миллиграммах, диффундирующего через 1 м2 плоского слоя толщиной 1 м при разности парциальных давлений 1 Па. Эти коэффициенты приводятся в СНиПе П-3.79* и в действующем Своде правил СП 23-101-2000 "Проектирование тепловой защиты зданий". Коэффициент паропроницания измеряется в мгДПа • м2 • ч). По аналогии с сопротивлением теплопередаче сопротивление конструкции паропроницанию определяется по формуле

Общее сопротивление паронроницапию

(15.7)

Здесь Rвп и Rнп сопротивления влагообмену на внутренней и наружной поверхностях конструкции. Эти значения можно определить по общей приближенной формуле

где К = 0,134 при размерности (Па • м2 • ч)/мг; φκ и φΜ – относительная влажность воздуха внутри помещения и снаружи, %. Из формулы (15.6) следует, что поток водяного пара встречает меньшее сопротивление, проходя через увлажненные поверхности.

По аналогии с прохождением теплового потока через конструкцию площадью 1 м2 в течение 1 ч количество пара, проходящего через такую конструкцию, определяется по формуле

(15.8)

где ев, ен и ех давление водяного пара во внутреннем, наружном воздухе и на границе какого-либо сечения или слоя конструкции, считая от ее внутренней поверхности; Roп и Rпx сопротивления паропроницанию, общее и в сечении х, считая от внутренней поверхности конструкции.

Из формулы (15.8) следует

(15.9)

Аналогично, температура в каком либо сечении х ограждающей конструкции равна

(15.10)

Оценку влажностного состояния ограждающей конструкции при установившемся потоке диффузии водяного пара удобно проводить графически по методу О. Е. Власова и К. Ф. Фокина (рис. 15.10).

1. На схематическом разрезе ограждающей конструкции строится линия распределения температур в ее слоях. Температура наружного воздуха зависит от задачи, которая ставится в расчете. Например, для определения положения плоскости конденсации водяного пара при расчете количества влаги, скоденсировавшейся в толще конструкции за период влагонакопления, это может быть средняя наружная температура за этот период. Для Москвы – это ноябрь – март. Значения температур в толще конструкции могут быть рассчитаны по формуле (15.10) или определены графически.

Распределение величин фактической и максимальной упругости водяного пара в толще конструкции при средних значениях температуры и влажности за период влагонакопления в г. Москве (tH = -6,5°; φн = 82%)

Рис. 15.10. Распределение величин фактической и максимальной упругости водяного пара в толще конструкции при средних значениях температуры и влажности за период влагонакопления в г. Москве (tH = -6,5°; φн = 82%):

  • 1 – внутренняя цементно-песчаная (ц/п) штукатурка (λ = 0,93; 0,09); 2 – кирпич глиняный обыкновенный (λ = 0,81; 0,11); 3 – минеральная вата (λ = 0,07; 0,56); 4 – кирпич облицовочный (λ = 0,81; 0,1)
  • 2. В соответствии со значениями вычисленных температур строится линия величин парциального давления насыщенного водяного пара Е, которые определяются по табл. 5.5, 5.6.
  • 3. По формуле (15.9) вычисляются значения парциальных давлений е в характерных сечениях конструкции (па границах слоев), и строится линия, показывающая фактическое падение парциального давления в толще конструкции.

Если внутри конструкции не происходит пересечения линий Е и е, то это означает, что при данных условиях температуры и влажности внутри и снаружи помещения конденсация влаги не происходит, т.е. фактические значения давления водяного пара не превышают максимальных значений. При пересечении линий Е и е внутри ограждающей конструкции возможна конденсация влаги при данных условиях. Через точку пересечения линий Е и е проходит плоскость конденсации, отделяющая зону сухого материала от зоны увлажненного материала. При установившемся потоке диффузии водяного пара можно рассчитать его количество, которое превратится в воду за период конденсации. По формуле (15.7) при продолжительности периода конденсации zκ масса сконденсировавшейся за этот период влаги (GK) равна

где ев – парциальное давление внутри помещения, Па; ек – давление водяного пара в плоскости конденсации, Па; Rпк – сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции от внутренней поверхности до плоскости конденсации, включая Rвп; zκ – продолжительность периода конденсации, ч, берется за ноябрь – март.

За летний период (период высыхания) количество испарившейся вовнутрь помещения и наружу влаги из конструкции (Gи) может быть определено по формуле

Здесь Е – давление насыщенного водяного пара при средней температуре периода высыхания, определятся по табл. 5.5, 5.6; ев – расчетная влажность в помещении, Па, при φ = 55% и tB = tcp периода высыхания; ен то же снаружи, Па, при средней температуре за период высыхания и tн, равной tcp периода высыхания. tcp периода высыхания берется за май – сентябрь.

Если за летний период из конструкции будет испаряться столько же или больше влаги, чем будет конденсироваться за зимний период, то конструкция будет постепенно высыхать или находиться в состоянии равновесной влажности, т.е. не будет разрушаться и терять свои теплозащитные качества. Основное условие этого – Gк < Gи.

Такое определение количества сконденсировавшейся и испарившейся влаги является приближенным, так как основано на допущении стационарности температурно-влажностного режима. Имеются и другие допущения. Однако данное может служить основанием для анализа влажностного состояния ограждающих конструкций.

Для проверки следует пользоваться методикой сравнения сопротивления паропроницанию ограждающих конструкций (в пределах от внутренней поверхности до плоскости конденсации). Оно должно быть не менее наибольшего из двух требуемых значений из условий недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период и ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными наружными температурами. Эти величины определяются по методике, подробно изложенной в СНиП и СП.

Внутри однородных ограждающих конструкций обычно не бывает конденсации водяного пара. Конденсация в конструкциях этого вида возможна лишь при повышенной влажности воздуха в помещении и при очень плотном наружном отделочном слое, препятствующем диффузии пара из ограждения в атмосферу. В сложных конструкциях большое значение имеет расположение слоев.

На рис. 15.11 показано влияние расположения слоев конструкции на положение плоскости конденсации. Так, в случае (а) утеплитель расположен с внешней стороны конструкции. Плотный внутренний слой имеет большое сопротивление паропроницанию. Поэтому при диффузии пара через плотный слой давление пара падает. В то же время температура плотного слоя, защищенного снаружи утеплителем, будет еще достаточно высокая и не упадет ниже точки росы. Более пористый материал утеплителя, расположенный снаружи, имеет малое сопротивление паропроницанию. Следовательно, конденсация в конструкции либо не происходит, либо происходит вблизи его наружной границы. Если наружный слой паропроницаем, то пар, не успевая конденсироваться, будет выдавливаться из конструкции следующими порциями пара, поступающими из помещения. Конструкция остается сухой в течение годового цикла. Если наружный штукатурный слой будет паронепроницаемым, то давление водяного пара оторвет штукатурку. Поэтому наружная штукатурка должна быть пористой. Для предотвращения проникновения косых дождей штукатурку окрашивают специальными фасадными водоотталкивающими красками.

Распределение величин фактической и максимальной упругости водяного пара в толще конструкции при средних значениях температуры и влажности за период влагонакопления в г. Москве (tΗ = -6,5°; <φср = 82%)

Рис. 15.11. Распределение величин фактической и максимальной упругости водяного пара в толще конструкции при средних значениях температуры и влажности за период влагонакопления в г. Москве (tΗ = -6,5°; <φср = 82%):

а – утеплитель ближе к наружной грани конструкции (состав стены согласно рис. 5.10); б – утеплитель ближе к внутренней грани конструкции; 1 – два гипсокартонных листа (ГКЛ) (δ = 0,04; λ=0,21 μ=0,075); 2 – минеральная вата (δ = 0,15; λ=0,07 μ=0,56); 3 кирпич глиняный обыкновенный (δ = 0,64; λ=0,81 μ=0,11); 4 – штукатурка (δ = 0,04; λ=0,81 μ=0,12)

В случае (б) утеплитель расположен с внутренней стороны. Он обладает малым сопротивлением паропроницанию, поэтому парциальное давление на границе между утеплителем и плотным слоем ограждения будет высоким, а температура в этом сечении будет значительно ниже точки росы. Плоскость конденсации располагается в утеплителе, который будет намокать и терять свои теплозащитные качества. Для того чтобы пар не проникал в утеплитель, под отделочным слоем необходимо располагать пароизоляцию.

Полностью не пропускают водяной пар только металлическая фольга и полиэтиленовая пленка. Битумные кровельные рулонные материалы в один-два слоя хотя и уменьшают парциальное давление внутри конструкции, но полностью не препятствуют попаданию водяного пара в утеплитель. Поэтому применять, например, рубероид в качестве пароизоляции в совмещенных невентилируемых покрытиях категорически не рекомендуется. В противном случае утеплитель через несколько лет наполнится сконденсировавшейся влагой и на потолке появятся протечки. Вода будет замерзать и разрушит кровлю. Ни о каких теплозащитных качествах такого покрытия говорить не приходится.

Таким образом, расположение плотных массивных слоев с наружной стороны конструкции приводит к ее намоканию и разрушению. Устройство пароизоляции с внутренней стороны утеплителя может сохранить конструкцию сухой, но не ликвидирует других ее недостатков (понижения тепловой инерции и мостиков холода).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >