4.2 Проверка на возможность конденсации влаги в толще наружного ограждения

В холодный период действительная упругость водяных паров внутреннего воздуха е_в, Па, чаще всего больше соответствующей упругости наружного воздуха е_в, Па. В этом случае водяной пар из помещения, диффундируя через наружные ограждения, может встретить слои, поверхность которых имеет температуру τ_р, С. В результате возникает зона конденсации влаги в толще ограждения, что крайне нежелательно. В связи с этим необходимо осуществлять проверочные расчеты на возможность конденсации влаги в толще принятых наружных ограждений.

Вначале рассматриваемую конструкцию условно разделяют на несколько вертикальных слоев и находят аналитическим методом, как распределяется температура на границе каждого слоя в толще ограждения τ_xi, C, при температуре наружного воздуха t_н, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки t_хп(0,92), (рисунок 8).

, (40)

где R_xi – суммарное термическое сопротивление теплопередаче, начиная от внутреннего воздуха до данного сечения в толще ограждения, (м²·°С)/Вт.

t_в, t_н, n, – то же, что в уравнении (36).

Рисунок 8 – Графики изменения τ_х, Е_х, е_х в толще ограждения

Результаты расчета τ_xi, оформляют графически, для чего в масштабе температур τ_x (рисунок 8) откладывают соответствующие вычисленные значения температур t_x на границах слоев, отложенные также в масштабе δ_х, м.

Распределение температуры τ_x на границах каждого слоя показано прямой 1 (рисунок 8).

Затем вычисляют значения максимально возможной упругости водяных паров Е_х, Па, по известным температурам τ_x, определенным по уравнению (40) на границах слоев в толще наружного ограждения (таблица 16). Характер изменения Е_х показан кривой 2 (рисунок 8).

Используя термодинамическую аналогию, следует значения действительной упругости водяных паров на границах отдельных слоев е_х, Па, определять по формуле:

, (41)

где – суммарное сопротивление паропроницанию слоев ограждений, считая от внутреннего воздуха доi-гo сечения, включая и сопротивление влагообмену у внутренней поверхности , (м²·ч·Па)/мг;

– общее сопротивление паропроницанию всей конструкции ограждения, (м²·ч·Па)/мг, определяемое по формуле (42);

е_в, е_н – значения действительной упругости водяных паров соответственно в наружном и внутреннем воздухе, Па, находятся по (44) и (45).

Общее сопротивление паропроницанию всей окружающей конструкции , (м²·ч·Па)/мг, вычисляют по формуле:

, (42)

где ,– сопротивление паропроницанию соответственно наружной (= 0,0133) и внутренней (=0,0266)поверхностей, (м²·ч·Па)/мг;

, ,– значения сопротивлений паропроницанию отдельных слоев ограждения, (м²·ч·Па)/мг, определяемых по формуле:

, (43)

здесь δ_х – толщина отдельного слоя ограждающей конструкции, м;

μ_х – расчетный коэффициент паропроницаемости материала слоя ограждения, мг/(м²·ч·Па), (приложение А, таблица А.2) или таблица 5.

Действительная упругость водяных паров в помещениим t_в и в наружном воздухе е_н, Па, определяется как

; (44)

, (45)

где φ_в – то же, что в уравнении (39);

φ_н – относительная влажность наружного воздуха при средней температуре наиболее холодного месяца, % [9, приложение 3, гр.14];

Е_в – максимально-возможная упругость водяных паров, Па, при расчетной температуре внутреннего воздуха t_в,С (таблица 16);

Е_н – то же, при расчетной температуре наиболее холодной пятидневки t_хп(0,92), (таблица 16).

Изменение действительной упругости водяных паров е_х в толще ограждения показано кривой 3 (рисунок 8). Графики изменения Е_х и е_х строятся в одном масштабе. Полученные линии являются линиями падения действительных значений е и Е и максимальной упругости водяных паров в толще ограждения. Для ограждений из однородных материалов изменение значений упругости водяных паров е происходит по прямолинейной зависимости с понижением от е_в до е_н.

В результате анализа тепловлажностного режима ограждения могут встретиться два следующих случая: отсутствие конденсации (рисунок 9, а) и наличие конденсации (рисунок 9, б).

Если линии Е и е не пересекаются, значит, конденсации водяного пара в толще ограждения нет (рисунок 9а); пересечение этих линий (рисунок 9, б) свидетельствует о возможности конденсации водяного пара.

Для устранения конденсации водяных паров, необходимо располагать более плотные и теплопроводные слои у внутренней поверхности ограждения, в результате чего повысится температура в толще ограждения, а, следовательно, и значение Е (рисунок 10). В качестве таких слоев целесообразно применять пароизоляцию из битума, керамическую притку, цементную затирку и т.п. Избежать конденсации в толще ограждения удается не всегда, и тогда приходится ориентироваться на естественную и искусственную просушку ограждений в теплый период, за счет инфильтрации и вентиляции.

При наличии зоны конденсации необходимо определить ее границы, для чего из точек е_в и е_н проводится касательная к линии Е (рисунок 9, б). Между точками касания С и D и находится граница зоны конденсации.

а	б

а – при отсутствии конденсации; б – при наличии конденсации

Рисунок 9 – Распределение Е и е в толще ограждения

Рисунок 10 – Графики изменения τ_х, Е_х, е_х в толще ограждения

Важно определить в этой зоне величину повышения весовой влажности материала при конденсации в толще ограждения Δw_i, %, и сравнить ее с нормативным значением Δw_ср, % , определяемым по (таблице 17):

, (46)

где γ_ув – объемная масса материала увлажненного слоя, кг/м³, принимаемая по [8, приложение 3*];

δ_ув(С-D) – толщина увлажненного слоя ограждения, м;

ΔG – количество конденсата в килограммах, прошедшего за час через 1 м² сечения ограждения, г/м², определяемое по уравнению (47).

Таблица 17 – Нормативное значение повышения весовой влажности материала Δw_ср

Материал ограждающей конструкции	Предельно допустимое приращение влаги в материале Δwср, %
Глиняный кирпич	1,5
Силикатный кирпич	2,0
Легкие бетоны (керамзитобетон, шунгизитобетон, перлитбетон, пемзобетон и др.)	5,0
Ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон и др.)	6,0
Минеральные плиты и маты	25,0
Теплоизоляционные засыпки из керамзита, шунгизита, шлака	3,0
Тяжелые бетоны	2,0

Количество конденсата ΔG, г/м², за период z, сут., определяем по уравнению:

, (47)

где  z – продолжительностьпериода влагонакопления, сут., принимаемая равной периоду с отрицательными среднемесячными температурами [10,таблица 1] или [9, таблица 1, гр.27];

G_C, G_D – количество водяного пара в миллиграммах, прошедшего за один час через 1 м² сечения ограждения соответственно до и после зоны конденсации, мг/(м²·ч), определяемое по формулам:

; (48)

, (49)

где δ_(в-С) – толщина слоя ограждения до зоны конденсации, м;

δ_(D-H) – то же, после зоны конденсации, м (рисунок 9, б);

μ_х – то же, что в формуле (43), м (рисунок 9, б) или таблица 5;

е_в, е_н – то же, что в формулах (44) и (45);

, – то же, что в формуле (42);

е_С, е_D – находятся по графику (рисунок 10).

В многослойных ограждающих конструкциях, если зона конденсации находится только в одном слое, проверка осуществляется только для данного слоя.

Если зона конденсации захватывает несколько слоев, то проверку на допустимую весовую влажность осуществляют для всех слоев, при этом расчетное количество конденсата в х-м слое ΔG_х, %, определяют по следующей формуле:

, (50)

где b_зк – ширина всей зоны конденсации по толщине ограждения, м;

b_зкi – ширина зоны конденсации в i-м слое, м;

ΔG – то же, что в уравнении (47).

Если при сравнении выполняется условие Δw_i < Δw_ср, то принятое ограждение отвечает требования влажностного режима, в противном случае необходимо предусмотреть меры (см. выше), предупреждающие накопление влаги в толще ограждения.

Пример 10. Проверка на возможность конденсации влаги в толще ограждения (стены)

Исходные данные.

1. Ограждающая конструкция жилого здания, состоящая из трех слоев (см. пример 1): керамзитобетона на керамзитовом песке γ₁=1000 кг/м³ толщиной δ₁ = 0,12 м; слоя утеплителя из пенополистирола γ_ут = = 40 кг/м³, δ_ут = 0,1 м; керамзитобетона на керамзитовом песке γ₃ = = 1000 кг/м³ толщиной δ₃ = 0,08 м.

2. Район строительства − г. Пенза.

3. Влажностный режим помещения − нормальный.

4. Зона влажности − сухая.

5. Условия эксплуатации − А.

6. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов:

t_хп(0,92) = -29 С, (приложение А, таблица А.1); t_в = 20С (таблица 1);

φ_в = 50 % (таблица 1); α_в = 8,7 Вт/(м²·С) (таблица 8);

R_в = 1/α_в = 1/8,7 = 0,115 Вт/(м²·°С); = 3,23 (м²·°С)/Вт;

Е_в = 2339 Па (таблица 16); Е_н = 41 Па (таблица 16);

φ_н = 85 % [1, прил. 3, гр.14]; n = 1 (таблица 6);

λ₁ = λ₃ = 0,33 Вт/(м·°С); λ_ут = 0,041 Вт/(м·°С) (приложение А,

таблица А2);

μ₁ = μ₃ = 0,14 мг/(м·ч·Па); μ_ут = 0,05 мг/(м·ч·Па) (приложение А, таблица А2);

= 0,0133 (м²·ч·Па)/мг; = 0,0266 (м²·ч·Па)/мг;

Z = 154 сут. [9,таблица, гр.27]; Δw_ср = 8 % (таблица 17).

Порядок расчета.

1. Вычерчиваем на миллиметровой бумаге оси координат.

По оси абсцисс откладываем последовательно толщины слоев конструкции ограждения (масштаб: в 1 см − 0,1 м), а по оси ординат в едином масштабе − максимально возможную упругость водяных паров Е_х, Па, и действительную упругость водяных паров е_х, Па (масштаб: в 1 см − 200 Па) (рисунок 10).

2. Находим распределение температуры в толще ограждения τ_х на границах каждого слоя и сечения при t_хп(0,92) по формуле (40):

– на поверхности 1:

С;

– на поверхности 2:

С;

– на поверхности 3:

°С;

– на поверхности 4:

°С;

– на поверхности 5:

°С;

– на поверхности 6:

°С;

– на поверхности 7:

°С;

– на поверхности 8:

°С;

– на поверхности 9:

°С;

– на поверхности 10:

°С.

Результаты расчета τ_х, С оформляем графически (рисунок 10).

3. Вычисляем максимальные значения упругости водяных паров на границах слоев Е_х по известным значениям температуры:

при τ₁ = 18,26 С Е₁ = 2103 Па;

при τ₂ = 16,42 С Е₂ = 1865 Па;

при τ₃ = 14,56 С Е₃ = 1661 Па;

при τ₄ = 5,33 С Е₅ = 891 Па;

при τ₅ = -3,92 С Е₅ = 449 Па;

при τ₆ = -13,17 С Е₆ = 195 Па;

при τ₇ = -22,42 С Е₇ = 81 Па;

при τ₈ = -24,26 С Е₈ = 68 Па;

при τ₉ = -26,10 С Е₉ = 56 Па;

при τ₉ = -27,94 С Е₉ = 45 Па.

Результаты расчета Е_х оформляем графически (рисунок 10).

4. Определяем упругость водяных паров в помещении е_в и в наружном воздухе е_н по формулам (44) и (45):

Па;

Па.

5. Вычисляем общее сопротивление паропроницанию всей конструкции ограждения по формуле (42):

=

=(м²·ч·Па)/мг.

6. Рассчитываем действительное значение упругости водяных паров на границах отдельных слоев е_х по выражению (41):

– на поверхности 1:

Па;

– на поверхности 2:

Па;

– на поверхности 3:

Па;

– на поверхности 4:

Па;

– на поверхности 5:

Па;

– на поверхности 6:

Па;

– на поверхности 7:

Па;

– на поверхности 8:

Па;

– на поверхности 9:

– на поверхности 10:

Результаты расчета оформляем графически (рисунок 10).

7. Вычисляем количество пара, прошедшего слои ограждения δ_(в-С) и δ_(D-H), м, до G_С и после G_D зоны конденсации по формулам (48) и (49):

мг/(м²·ч);

мг/(м²·ч).

8. Определяем количество конденсата ΔG, г/м², за период z, сут., по уравнению (47):

г/м²·сут.

9. Так как зона конденсации захватывает два слоя: слой керамзитобетона δ₁ =0,014 м и слой пенополистирола δ₂ =0,018 м, то проверку на допустимую весовую влажность осуществляют для каждого из этих слоев по формуле (50):

– для слоя керамзитобетона:

г/(м²·ч);

– для слоя пенополистирола:

г/(м²·ч).

10. Находим повышение весовой влажности при конденсации водяных паров в толще ограждения w_i, по выражению (46):

– для слоя керамзитобетона:

%,

Δw_кер<Δw_ср (0,15 < 0,5 ), что соответствует норме;

– для слоя пенополистирола:

%,

Δw_пен<Δw_ср (3,75 < 25), что соответствует норме.