Влияние микроклимата на наружные ограждения

Когда идешь по любой улице города, то в глаза бросаются дефекты на стенах зданий. Тут от карниза (пояска, сандрика, цоколя и т. п.) отвалилась штукатурка, а здесь растрескавшиеся или даже выпавшие кирпичи. Есть пример, когда вместе с громадной сосулькой от стены северо-западного корпуса Преображенского женского монастыря отвалилась глыба кладки размером 2×2,5×0,5 м. Во многих жилых помещениях стены изнутри покрыты плесенью, углы серые, а зимой бывают покрыты инеем. Это происходит как в новых, так и старых кирпичных и панельных зданиях. Чаще всего виноваты в этих дефектах: проектировщики, не учитывающие воздействия различных видов влаги на ограждающие конструкции; строители, применяющие недолговечные материалы и выполняющие работы с браком; эксплуатационщики, вовремя не проводящие текущие и плановые ремонты и не обеспечивающие нормативный температурно-влажностный режим в помещениях.

Конденсационная влага образуется на стенах или в стене (особенно многослойной) практически сразу, как только температура и влажность воздуха в помещении в холодный период года выйдут на нормативные значения в худшую сторону. При нормальном температурно-влажностном режиме в помещениях конденсационная влага появляется в неграмотно запроектированных многослойных стенах и если стены (даже однородные) увлажнились за счет другого вида влаги (грунтовой и т. п.).

С увеличением влажности наружных стен зданий, в процессе их эксплуатации, почти пропорционально увеличивается диффузия водяного пара через стены и его конденсация внутри стен. А также резко снижается воздухопроницаемость стен. т. е. возможность их просушивания.

На внутренней поверхности ограждения влага из воздуха будет конденсироваться, когда температура поверхности окажется ниже точки росы внутреннего воздуха. Влага, конденсирующаяся на внутренней поверхности ограждения, будет впитываться материалом ограждения, постепенно повышая его влажность; кроме того, увлажнение внутренней поверхности ограждения делает антисанитарным состояние помещения. Явление конденсации влаги обнаруживается прежде всего в тех местах ограждения, в которых температура является минимальной: в наружных углах стен, в карнизных узлах, у стыков панелей, а также в нижней части стен первых этажей при недостаточном утеплении цоколя. С повышением влажности строительных материалов повышается и их теплопроводность, т. е. при прочих равных условиях сырые ограждения будут иметь пониженные теплозащитные качества сравнительно с такими же, но сухими ограждениями.

Влажный строительный материал неприемлем и с гигиенической точки зрения, так как является благоприятной средой для развития в нем плесеней и прочих биологических процессов. Развитие этих процессов в частях ограждения, расположенных в непосредственной близости от его внутренней поверхности, делает состояние ограждаемого помещения антисанитарным. Повышенная влажность ограждений может оказать влияние также и на повышение влажности воздуха в помещении. По данным гигиенистов, сырость в жилых помещениях может быть причиной ряда заболеваний. Плесневые грибки, образующиеся на сырых поверхностях наружных ограждений, быстро распространяются на предметы и пищевые продукты, что может привести к их порче и пищевым отравлениям.

Нормальный влажностный режим ограждения имеет также и большое техническое значение, поскольку он обуславливает долговечность ограждения. Известно, что морозостойкость материалов связана со степенью их влажности: чем больше влажность материала, тем менее он будет морозостойким. Обычный глиняный обожженный кирпич, являющийся долговечным материалом в стенах, имеющих нормальную влажность, разрушается в сравнительно короткое время в наружных частях мокрых стен, подверженных попеременному замерзанию и оттаиванию. Отслаивание наружных штукатурок и облицовок стен мокрых помещений также происходит из-за их неблагоприятного влажностного режима, при котором влага, скопившаяся под штукатуркой или облицовкой, замерзая, расширяется в объеме и отрывает штукатурку или облицовку. Применение в наружных ограждениях, подверженных увлажнению, недостаточно влагостойких материалов может быть также причиной их преждевременного износа. Невлагостойкими являются материалы, теряющие при увлажнении механическую прочность или изменяющие форму и объем. Например, гипс при высокой влажности обнаруживает свойства ползучести, облицовка из гипсовых плит при увлажнении теряет свою прочность и может разрушиться. Обычная клееная фанера при увлажнении расслаивается; многие материалы подвергаются набуханию и т. д. Поэтому в наружных ограждениях применение материалов ограничивается степенью их влагостойкости.

При расчете ограждения необходимо обеспечить на его внутренней поверхности такую температуру, которая была бы не ниже точки росы для данной влажности воздуха. При этом нельзя ограничиваться только определением температуры на глади стены, а необходимо учитывать понижение этой температуры в отдельных местах, так называемых «мостиках холода».

Зимой иногда наблюдается конденсация влаги и на наружной поверхности ограждения. Это бывает при резком повышении температуры наружного воздуха после сильных морозов. При этом температура наружной поверхности ограждения оказывается ниже температуры окружающего воздуха, влага из воздуха, конденсируясь на поверхности ограждения и замерзая, образует налет инея. Особенно резко это явление обнаруживается на стенах неотапливаемых зданий и на отдельно стоящих массивах (памятники, мосты, колонны и т. д.). По мере повышения температуры поверхности это явление постепенно исчезает.

Общие понятия. Из ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» следует:

1. В помещениях жилых и общественных зданий следует обеспечивать оптимальные или допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне. Обслуживаемая зона помещения (зона обитания) – пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 м и 2,0 м над уровнем пола, на расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и отопительных приборов.

2. Требуемые параметры микроклимата: оптимальные, допустимые или их сочетания – следует устанавливать в нормативных документах в зависимости от назначения помещения и периода года. Например: В СНиП 2.04.05‑91* «Жилые здания», в СНиП 2.08.02‑89* «Общественные здания» и др.

3. Параметры, характеризующие микроклимат помещений:^

-  температура воздуха;

-  скорость движения воздуха;

-  относительная влажность воздуха;

-  результирующая температура помещения;

-  локальная асимметрия результирующей температуры.

4. При обеспечении показателей микроклимата в различных точках обслуживаемой зоны допускается:

– перепад температуры воздуха не более 2 С для оптимальных показателей и 3 С – для допустимых;

– изменение относительной влажности воздуха – не более 7 % для оптимальных показателей и 15 % – для допустимых.

Теоретические предпосылки.

Температура воздуха – степень его нагретости, выражается в градусах. Воздух всегда содержит некоторое количество влаги в виде водяного пара, что и обусловливает его влажность. Количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м³ воздуха, выражает его абсолютную влажность и обозначается буквой  г/м³. Таким образом, абсолютная влажность воздуха дает непосредственное представление о количестве влаги, содержащейся в 1 м³ воздуха.

Для расчетов, связанных с конденсацией влаги, удобнее пользоваться величиной парциального давления водяного пара, обычно называемой упругостью водяного пара и измеряемой в миллиметрах ртутного столба. Фактически это та часть атмосферного давления, которая приходится на водяной пар в воздухе. Чем больше будет абсолютная влажность воздуха, тем больше и упругость содержащегося в нем водяного пара при той же температуре.

При определенной температуре и барометрическом давлении упругость водяного пара имеет предельное значение, сверх которого она не может повышаться. Это предельное значение называется давлением насыщенного водяного пара или максимальной упругостью водяного пара и обозначается буквой мм рт. ст. Чем выше будет температура воздуха, тем больше будет значение , т. е. тем больше предельное количество влаги может содержаться невидимо в воздухе. Значения величин для температур воздуха от –2 до +26 С при барометрическом давлении В = 755 мм рт. ст. даны в Приложении В.

Упругость водяного пара в воздухе, так же как и его абсолютная влажность, не дает представления о степени насыщения воздуха влагой, если при этом не указана его температура. Например, если дано е = 10,5 мм рт. ст., то при температуре воздуха +23 С и барометрическом давлении В = 755 мм, это составит только половину возможной максимальной его упругости (Е = 21,07 мм по таблице Приложения В).

Чтобы выразить степень насыщения воздуха влагой, вводится понятие его относительной влажности. Относительная влажность воздуха выражается в процентах как отношение действительной упругости водяного пара в воздухе к максимальной упругости его , соответствующей данной температуре. Следовательно, имеем:

(1)

Если температура воздуха данной влажности повысится, то его относительная влажность понизится, так как величина упругости водяного пара [см. формулу 1] останется без изменения, а значение максимальной упругости водяного пара увеличится с повышением температуры. Наоборот, при охлаждении воздуха по мере понижения его температуры будет увеличиваться его относительная влажность вследствие уменьшения величины . При некоторой температуре станет равно , относительная влажность воздуха будет , т. е. воздух достигнет полного насыщения водяным паром. Эта температура носит название точки росы для данной влажности воздуха и обозначается . Таким образом, точка росы есть та температура, при которой воздух данной влажности достигает полного насыщения водяным паром. Если продолжать охлаждение воздуха ниже точки росы, то упругость водяного пара, содержащегося в нем, будет понижаться соответственно значениям для данной температуры и излишнее количество влаги будет конденсироваться, т. е. превращаться в капельно-жидкое состояние.

Явление конденсации наблюдается в природе в виде образования туманов около рек в летнее время; когда с заходом солнца воздух охлаждается, его относительная влажность повышается, а температура воздуха падает ниже точки росы. С восходом солнца по мере согревания воздуха понижается его относительная влажность: капельки влаги, образующие туман, постепенно испаряются, и туман рассеивается. В зимнее время образование туманов связано или с понижением температуры воздуха, или с поступлением масс теплого влажного воздуха, который, охлаждаясь при смешивании с холодным воздухом, конденсирует влагу, образуя туман.

Точка росы имеет большое значение для оценки влажностного режима помещений и наружных ограждений, и ее приходится определять по данной влажности воздуха.

ПРИМЕР 1: Определить точку росы для воздуха, имеющего температуру 18 С при относительной влажности его   = 70 %.

По таблице Приложения В находим, что при 18 С Е = 15,48 мм рт. ст. Так как относительная влажность воздуха  = 70 %, то действительная упругость водяного пара е будет составлять только 70 % от Е, т. е. е = 15,48 × 0,7 = 10,84 мм. Та температура, для которой 10,84 мм будет соответствовать максимальной упругости водяного пара, и будет точкой росы _р.

По той же таблице находим, что при Е = 10,87 мм температура 12,5 С, следовательно, эта температура и есть точка росы для данной влажности воздуха, т. е. _р = 12,5 С.

Известно, что температура внутренней поверхности стены _в ниже на 4‑6 С (в углах _у на 6‑10 С) температуры воздуха помещения. Тогда при _в = 18 С – 6 С = 12 С, возможен конденсат влаги на стене и особенно в углах.

В случае аварии отопительной системы в помещении в зимнее время температура отопительных приборов (радиаторов) и стен начнет понижаться и соприкасающийся с ними воздух будет со временем конденсировать водяной пар на поверхности стен и радиатора в виде капель, образуя налет росы. Отсюда и название «точка росы», т. е. граница, с которой начинается конденсация влаги из воздуха. Аналогичное явление наблюдается, если внести в теплую комнату холодный предмет (например, коньки или очки), поверхность предмета покрывается налетом росы, причем это явление продолжается до тех пор, пока температура поверхности не станет равной температуре точки росы в помещении.

Наряду с параметрами воздушной среды важнейшей характеристикой микроклимата является равномерность распределения температуры и влажности. Неравномерное распределение температуры и влажности воздуха в помещении определяется особенностями работы отопительно-вентиляционных систем, естественным воздухообменом, воздухопроницаемостью и теплозащитными качествами наружных ограждений. Нормами допускаются ограниченные перепады температур и относительной влажности в различных точках обслуживаемой зоны (см. раздел «Общие понятия» п. 4).