Определение плоскости возможной конденсации для

Определение плоскости возможной конденсации для многослойных строительных
ограждающих конструкций
http://www.zodchiy.ru/s-info/archive/03.06/
В статье рассматривается инженерная методика определения плоскости возможной конденсации в
многослойных строительных ограждающих конструкциях, базирующаяся на использовании ранее
опубликованного авторами метода безразмерных характеристик*.
Приводится пример расчета влажностного режима наружной стены с применением внутреннего
утепления напыляемым пенополиуретаном.
В настоящее время в связи с реализацией программы энергосбережения в строительстве широко
используются строительные ограждающие конструкции с применением современных эффективных
теплоизоляционных материалов. Для предупреждения переувлажнения материалов наружных
ограждающих конструкций рекомендуется располагать слои с большим сопротивлением паропроницанию
с внутренней стороны. Поэтому для внутреннего утепления наружных стен следует применять
теплоизоляционные материалы, имеющие низкое значение коэффициента паропроницаемости. К ним
относятся напыляемые пенополиуретаны и экструдированные пенополистиролы (пеноплэкс, URSA «XPS»
и т.д.).
Во избежание применения в строительстве ограждающих конструкций, допускающих накопление в них
влаги в период эксплуатации, следует выполнять расчет требуемого сопротивления паропроницанию в
пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации.
Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» плоскость возможной конденсации в
однослойной ограждающей конструкции располагается на расстоянии, равном 2/3 толщины конструкции,
а в многослойной конструкции совпадает с наружной поверхностью утеплителя. При этом не приводится
методика ее определения, в связи с этим возникает вопрос об универсальности приведенных выше
рекомендаций.
В работе Ю.С. Вытчикова и И.Г. Белякова «Исследование влажностного режима строительных
ограждающих конструкций с помощью метода безразмерных характеристик» (Известия вузов
«Строительство», 1998, N 3) рассматривается методика определения плоскости возможной конденсации.
Она базируется на использовании метода безразмерных характеристик. В плоскости возможной
конденсации разность между упругостью водяного пара в конструкции е и упругостью насыщенного
водяного пара Е достигает максимального значения в пределах толщины рассматриваемого слоя в
ограждении.
В безразмерных координатах указанное выше условие запишется в виде:
,
(1)
где:
X - безразмерное сопротивление теплопередаче;
Y - безразмерное сопротивление паропроницанию;
- сопротивление теплопередаче ограждения до рассматриваемого сечения х,
(м2 оC)/Вт;
R0 - сопротивление теплопередаче ограждения, (м2 оC)/Вт;
Rn0 - полное сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции, (м2 ч  Па)/мг;
- значение безразмерного сопротивления паропроницанию для состояния полного
насыщения влажного воздуха водяным паром;
;
eв, ен - упругость внутреннего и наружного воздуха соответственно, Па;
tв, tн - температура внутреннего и наружного воздуха соответственно, оС.
После преобразований формула (1) принимает вид трансцендентного уравнения относительно
безразмерной координаты Xi.
, (2)
где:
- коэффициент теплопроводности слоя ограждения, Вт/(м оС);
- коэффициент паропроницаемости слоя ограждения, мг/(м ч Па).
Уравнение (2) решается численным методом с помощью ЭВМ. Подпрограмма нахождения плоскости
возможной конденсации входит в состав программного комплекса «Диффузия 2005» (Ю.С. Вытчиков,
И.Г. Беляков «Программа расчета влажностного режима строительных ограждающих конструкций»,
«Диффузия 2005», Федеральное агентство по образованию «Отраслевой фонд алгоритмов и программ».
Свидетельство об отраслевой регистрации разработки N 4981, 04.07.2005).
Укажем более простой способ решения уравнения (2), используя значение температуры в плоскости
возможной конденсации, определяемое по формуле:
, (3)
где:
- термическое сопротивление теплоотдаче, (м2 оС/Вт;
- сумма термических сопротивлений между внутренней поверхностью и плоскостью возможной
конденсации, (м2 оС)/Вт.
Формула (3) с учетом выражения для безразмерного сопротивления теплопередаче примет вид:
.
, (4)
Преобразуем трансцендентное уравнение (2) путем введения в качестве искомой величины температуры
в плоскости возможной конденсации, определяемой по формуле (4). Тогда получим:
, (5)
где F(tki) - комплекс, зависящий только от температуры в плоскости возможной конденсации, оС2/Па.
.
.
Для определения значения температуры tki рекомендуется использовать таблицу 1.
Таблица 1
tki, оC
-30
-29
-28
-27
-26
-25
-24
-23
F(tki), оС2/Па
1117
1020,2
920,5
856,5
773,7
706,7
651,4
589,2
tki, оC
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
Значения комплекса F(tki)
F(tki), оС2/Па
tki, оC
F(tki), оС2/Па
350,0
-4
123,2
320,5
-3
114,1
296,0
-2
105,9
272,3
-1
98,1
249,9
0
91,16
231,2
1
85,5
213,6
2
80,2
196,5
3
75,3
tki, оC
9
10
11
12
13
14
15
16
F(tki), оС2/Па
52,3
49,2
46,5
43,84
41,4
39,1
36,95
34,93
-22
538,8
-9
181,4
4
70,8
17
-21
497,0
-8
167,7
5
66,6
18
-20
453,0
-7
155,2
6
62,8
19
-19
416,7
-6
143,4
7
59,0
20
-18
380,2
-5
132,7
8
55,6
Расчет по нахождению плоскости возможной конденсации следует выполнить в следующей
последовательности.
1. Определяется сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
33,05
31,3
29,6
28,03
, (м2 оС)/Вт.
2. Находится сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции
, (м2 ч Па)/мг.
3. Согласно ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»
принимаются значения температуры tв и относительной влажности
внутреннего воздуха в помещении.
4. Определяется значение упругости внутреннего воздуха ев по формуле
,
(6)
где Ев - упругость насыщенного водяного пара при температуре tв, Па.
5. Согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» находятся значения температуры tн и
упругости ен наружного воздуха для наиболее холодного месяца.
6. По формуле (5) определяются значения комплекса F(tki) для всех слоев рассматриваемой
ограждающей конструкции.
7. С помощью таблицы 1 находятся значения температуры в плоскости возможной конденсации.
8. С помощью уравнения (3) определяется координата плоскости возможной конденсации для каждого
слоя ограждающей конструкции. В том случае, если значение координаты выходит существенно за
пределы слоя, расчет по накоплению влаги в данном слое не выполняется. При незначительном отличии
температуры от tki за плоскость возможной конденсации принимается наружная поверхность
рассматриваемого слоя.
9. После определения плоскости возможной конденсации выполняется расчет накопления влаги как за
годовой период эксплуатации здания, так и за период с отрицательными температурами, руководствуясь
методикой, изложенной в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
В качестве примера рассмотрим определение плоскости максимального увлажнения для наружной
стены, утепленной изнутри напыляемым пенополиуретаном.
1-й слой - известково-песчаный раствор
2-й слой - пеноплиуретан марки «Изолан 105-3»
3-й слой - силикатный кирпич
Регион строительства - г. Самара.
Определяем координаты плоскостей возможной конденсации:
В первом слое плоскость возможной конденсации отсутствует.
Во втором слое за плоскость возможной конденсации принимаем наружную поверхность утеплителя.
В третьем слое плоскость возможной конденсации отсутствует.
Следовательно, расчет по определению накопления влаги следует производить по наружной поверхности пенополиуретана.
Определяем температуру в зоне конденсации для трех периодов года, используя формулу (2):
а) зимний период
б) переходный период
в) летний период
Следовательно, накопление влаги за годовой период эксплуатации не происходит.
Определяем также требуемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения накопления
влаги за период с отрицательными температурами
Результаты расчетов влажностного режима наружной стены показали, что фактическое сопротивление
паропроницанию значительно превышает требуемое значение.
Ю. ВЫТЧИКОВ, зав. кафедрой гидравлики и теплотехники Самарского государственного
архитектурно-строительного университета
* «Строй-инфо» N 24'1999, N 24'2004.