Паропроницаемость материалов ограждающих конструкций

Для обеспечения предусмотренных нормами теплозащитных и санитарно-гигиенических параметров ограждающих конструкций необходимо путем расчета установить возможные изменения их влажностного состояния при эксплуатации зданий и предусмотреть мероприятия по предупреждению увлажнения ограждений выше допустимого предела.

Согласно [12] рекомендуется осуществлять проверку влажностного режима ограждающих конструкций исходя из двух условий:

– недопустимости накопления влаги в ограждении за годовой период эксплуатации;

– ограничения накопления влаги в ограждающей конструкции за период влагонакопления.

На практике, для проведения такой проверки следует определить сопротивление паропроницанию внутренней части ограждающей конструкции (от внутренней поверхности до плоскости конденсации) - R ⁱ_vp . Эта величина определяет поток водяных паров, подходящих к плоскости конденсации: чем больше R ⁱ_vp , тем меньше поток.

В соответствии с требованиями [12] это сопротивление паропроницанию должно быть не меньше нормативных значений, определяемых двумя условиями, приведенными выше.

Получим выражения для требуемых значений сопротивления паропроницанию и .

1. Расчет влажностного состояния из условия недопустимости накопления влаги в ограждении за годовой период эксплуатации.

Рассмотрим ограждающую конструкцию с расположением утепляющего слоя с внутренней стороны. Плоскость вероятной конденсации находится на границе утеплителя и плотного наружного слоя ограждения. Пусть e_int и e_ext – парциальные давления водяного пара внутреннего и наружного воздуха, а Е – парциальное давление водяного пара в плоскости вероятной конденсации, среднее за годовой период.

Предполагаем процесс диффузии водяных паров через ограждающую конструкцию стационарным. Тогда поток водяных паров, перемещающихся от внутренней поверхности ограждения к плоскости вероятной конденсации будет равен

Р_i = (e_int - Е) / R ⁱ_vp , (4.64)

где R ⁱ_vp - сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между внутренней поверхностью и плоскостью вероятной конденсации.

Поток водяных паров, перемещающихся от плоскости вероятной конденсации наружу равен

Р_е = (e _ext - Е) / (4.65)

где - сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между плоскостью вероятной конденсации и наружной поверхностью ограждения.

Чтобы в течение годового периода не происходило систематического накопления влаги в ограждающей конструкции, необходимо выполнение условия: Р_i = Р_е .

Приравнивая правые части уравнений (4.64) и (4.65), находим требуемое сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между внутренней поверхностью и плоскостью вероятной конденсации

, (4.66)

– нормируемое сопротивление паропроницанию, м²·ч·Па/мг (из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации).

Давление насыщенного водяного пара в плоскости вероятной конденсации среднее за годовой период эксплуатации Е определяется по формуле:

, (4.67)

где Е₁, Е₂, Е₃ - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, принимаемое по температуре в плоскости возможной конденсации, устанавливаемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов; определяются по средним температурам соответствующих периодов года;

z₁, z₂, z₃ — продолжительность в месяцах зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов года; определяются по [11, таблица 5.1] с учетом следующих условий:

– к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 °С;

–к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5 °С;

– к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами воздуха выше плюс 5 °С.

Продолжительность периодов z₁, z₂, z₃ и их средняя температура определяются по [11, таблица 5.1] , а значения температур в плоскости возможной конденсации t_к, соответствующие этим периодам, по формуле

t_к = t_int - ( t_int - t_i ) · (1/a_int + ∑R) / R_o , (4.68)

где t_int - расчетная температура внутреннего воздуха °С;

t_i - расчетная температура наружного воздуха i-го периода, °С, принимаемая равной средней температуре соответствующего периода;

a_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/м²·⁰С;

SR — термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации.

R_o — сопротивление теплопередаче ограждения, м²·°С/Вт.

Итак, расчетное сопротивление паропроницанию R ⁱ_vp должно быть не менее нормируемого сопротивления паропроницанию :

R ⁱ_vp ≥ (4.69)

2. Расчет влажностного режима из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период влагонакопления.

Допустимым верхним пределом влагосодержания конструкции является полное сорбционное насыщение материала.

Количество влаги, которое может поглотить 1м² материала до своего полного сорбционного увлажнения, мг/м², может быть выражено из (5.7):

∆m = ∆w · Ƥ_c / 100%,

где ∆w – предельно допустимое приращение относительной массовой влажности в материале, %;

m_c - масса 1м² сухого материала, мг/м², определяется по формуле:

m_c = r_w · d_w · 10⁶ , (4.70)

где r_w -плотность материала увлажняемого слоя, кг/м³, принимаемая равной r₀;

d_w-толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции, м,принимаемая равной 2/3 толщины однородной (однослойной) стены или толщине теплоизоляционного слоя (утеплителя) многослойной ограждающей конструкции;

10⁶ -коэффициент перевода из кг в мг.

Используя выражения (4.66), представим ∆Ƥ, в виде

∆m = 10⁴ · r_w · d_w · ∆w, (4.71)

Степень увлажнения материала внутри ограждающей конструкции, достигаемая в течение периода влагонакопления, зависит от количества водяных паров, проникающих путем диффузии в опасную зону конструкции и определяется как разность между потоком, поступающим в ограждение Р_i и удаляющимся от него Р_е и будет равно ∆m:

(Р_i - Р_е ) · z_о · 24 = ∆m, (4.72)

где z_о - продолжительность периода влагонакопления, принимаемая равной периоду с отрицательными среднесуточными температурами наружного воздуха, сутки;

24 - количество часов в сутках.

Поток водяных паров, мг/м²·ч, направленный от внутренней поверхности ограждения к плоскости вероятной конденсации будет иметь вид

Р_i = (e_int - Е_о) / R ⁱ_{vp ,} (4.73)

а поток водяных паров, перемещающихся от плоскости вероятной конденсации наружу, будет равен

Р_е = ( Е_о - ) / , (4.74)

где Е_о – парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации, определяемое при средней температуре наружного воздуха за период месяцев с отрицательными среднемесячными температурами;

– среднее значение парциального давления водяного пара наружного воздуха за период с отрицательными среднемесячными температурами, определяемыми согласно [11].

Используя выражения (4.67) – (4.70), получаем требуемое сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между внутренней поверхностью и плоскостью вероятной конденсации

, (4.75)

где – нормируемое сопротивление паропроницанию, м²·ч·Па/мг (из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха);

h – коэффициент, определяемый по формуле

, (4.76)

гдеDw_av -предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, %, за период влагонакопления z₀, принимаемое по таблице 4.10.

Итак, расчетное сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции R ⁱ_vp должно быть не менее нормируемого сопротивления паропроницанию

R ⁱ_vp ≥ (4.77)

Таблица 4.10 – Предельно допустимые значения коэффициента Dw_av

Материал ограждающей конструкции	Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале Dwav, %
1. Кладка из глиняного кирпича и керамических блоков	1,5
2. Кладка из силикатного кирпича	2,0
3. Легкие бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, шугизитобетон, перлитобетон, шлакопемзобетон)
4. Ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон, газосиликат и др.)
5. Пеногазостекло	1,5
6. Фибролит и арболит цементные	7,5
7. Минераловатные плиты и маты
8. Пенополистирол и пенополиуретан
9. Фенольно-резольный пенопласт
10. Теплоизоляционные засыпки из керамзита, шунгизита, шлака
11. Тяжелый бетон, цементно-песчаный раствор

Вывод: расчетное сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции Rⁱ_vp должно быть не менее наибольшего из нормируемых сопротивлений паропроницанию , , т. е. должны выполняться условия (4.65) и (4.73).

Если одно из условий или оба условия не выполняются, то ограждающая конструкция нуждается в применении дополнительного слоя пароизоляции.