Элементы строительной теплотехники

Оптимальный микроклимат, т.е. оптимальное состояние воздушной среды помещений по параметрам температуры, влажности, скорости движения воздуха и его чистоты, обеспечивается комплексом мер: расположением здания в застройке, его объемно-планировочным решением в соответствии с природно-климатическими условиями строительства, избранной системой искусственной климатизации помещений (отопления, вентиляции, кондиционирования внутреннего воздуха) и выбором наружных ограждающих конструкций, обеспечивающихся необходимую теплозащиту помещений.

Взаимосвязь объемно-планировочных решений с природно-климатическими условиями строительства в типовом проектировании базируется на рекомендованном СНиП II-23-01-99 «Строительная климатология» климатологическом районировании.

Задача выбора наружных ограждающих конструкций решается методами строительной теплотехники, которая базируется на общей теории теплообменных и массообменных процессов. При этом наружные ограждающие конструкции зданий рассматриваются в термодинамическом процессе как открытые системы, которые обмениваются с внешней средой энергией путем теплообмена и веществами путем влага- и воздухообмена.

При проектировании зданий в первую очередь решают следующие теплотехнические задачи:

• обеспечение необходимой теплозащитной способности наружных ограждений;
• обеспечение на внутренней поверхности ограждения температур, незначительно отличающихся от температуры воздуха в помещении, во избежание выпадения на этой поверхности конденсата;
• обеспечение теплоустойчивости ограждения;
• создание осушающего влажностного режима наружных ограждений в эксплуатации;
• ограничение воздухопроницаемости наружных ограждений.

Теплотехнический расчет наружного ограждения в большинстве случаев осуществляется для условий установившегося во времени (стационарного) процесса тепло- и массообмена. Эти условия в целях упрощения расчетов идеализируют природные процессы, в которых вследствие изменчивости параметров наружной среды (температуры и влажности воздуха) обменные процессы нестационарны. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций производится для отапливаемых помещений на зимние условия, когда тепловой поток направлен из помещений в наружную среду. Наружное ограждение рассчитывается как плоская стенка, разделяющая воздушные среды с различной температурой и влажностью, ограниченная параллельными поверхностями, и перпендикулярная тепловому потоку. Ограждение считается однородным, если оно выполнено из одного материала, и слоистым, если состоит из нескольких материалов, расположенных параллельно внешним плоскостям ограждения.

В стационарных условиях теплопередачи количество теплоты в Дж - Q, проходящего через ограждение, составляет:



где τ_в и τ_н — температуры внутренней и наружной (теплой и холодной) поверхности ограждения в °С;
λ — коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/(м·°С);
δ — толщина ограждения, м;
F — площадь ограждения, м²;
Z — время передачи тепла, ч.

Из уравнения (7.1):


При значениях δ, F, Z и (τ_в — τ_н равных единице, λ = Q, т.е. коэффициент теплопроводности материала ограждения равен количеству тепла в Дж, проходящего за 1 ч через 1 м² стенки толщиной в 1 м, выполненной из рассматриваемого материала, при разнице температур на ее поверхностях в 1°С. Значения коэффициентов теплопроводности материалов колеблются в очень широких пределах от 407Вт/(м·°С) у меди до 0,04 Вт/(м·°С) у пенопластов. Различия величин коэффициентов теплопроводности являются следствием различий в структуре материалов и, в первую очередь, их плотности у (кг/м²). Чем она больше, тем выше теплопроводность материала. Чем меньше плотность материала, тем больший объем занимают поры, заполненные малотеплопроводным воздухом, и тем меньше теплопроводность. Помимо пористости на величину теплопроводности материала влияет и его влажность. Чем больше воздуха в порах материала вытесняется водой, имеющей в 25 раз большую теплопроводность, тем выше становится теплопроводность материала. Влагосодержание материалов характеризуется весовой влажностью со и измеряется отношением (в %) количества влаги, содержащейся в увлажненном пористом материале, к массе сухого, высушенного до постоянного веса материала:



где Р_вл и Р_сух — соответственно массы влажного и сухого материала.

На величину весовой влажности влияют климатические условия, расположение материала в различных слоях ограждения, и влажностный режим эксплуатируемого помещения. Из опыта строительства и исследований известны средние значения весовой влажности материала в сухих и нормальных условиях эксплуатации и значения λ для соответствующих значений со. В связи с тем, что начальное влаго соде ржание материалов и конструкций оказывает большое влияние на эксплуатационные качества ограждений, ГОСТы на материалы и конструкции регламентируют предельно допустимые его величины, проектное решение предусматривает взаимное расположение слоев конструкций, исключающее накопление в их толще конденсата, а нормативы изготовления изделий предусматривают способы сокращения их технологического переувлажнения при формовании.

Определение сопротивления теплопередаче ограждения

При определении теплозащитной способности наружных ограждений практический интерес представляет не теплопроводность составляющих ее слоев, а обратная ей величина R — термическое сопротивление, которое соответственно для однослойных и слоистных конструкций составляет:


При переходе тепла через наружное ограждение изменяется температура в материале ограждения и на его поверхностях и одновременно понижается температура воздуха в прилежащих к ограждению зонах (рис. 7.1). Такое падение температуры свидетельствует о наличии дополнительных термических сопротивлений переходу тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения и от наружной поверхности ограждения к наружному воздуху. Эти сопротивления теплоотдаче обозначают R_в и R_н.

Иногда в теплотехнических расчетах используют обратные величины — коэффициенты теплоотдачи внутренних и наружных поверхностей конструкций - α_в и α_н равные:



При теплотехнических расчетах наружных ограждающих конструкциях отапливаемых зданий. Их величины принимают: α_в = 8,7 Вт/(м·°С) и α_н = 23 Вт/(м·°С), соответственно общие величины сопротивления теплопередаче одно- и многослойного ограждений составят:


В ряде случаев для повышения сопротивления теплопередаче в конструкциях предусматривают воздушные прослойки. Экспериментально установленное термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек R_в.п. при их толщине от 10 до 150 мм составляет 0,13-0,18 м² °С/Вт для вертикальных и горизонтальных (при потоке тепла снизу вверх), а для горизонтальных прослоек при потоке тепла сверху вниз - 0,14-0,24 м² °С/Вт. В связи с тем что теплопередача в прослойках осуществляется преимущественно за счет конвекции и излучения, термическое сопротивление прослоек во много раз ниже термического сопротивления неподвижного воздуха. Влияние воздушных прослоек учитывается при определении общего сопротивления ограждения теплопередаче Д0 введением слагаемого R_в.п.. Для повышения эффективности прослойки вдвое применяют облицовку более теплой ограждающей поверхности отражающими материалами (например, алюминиевой фольгой), которая уменьшает передачу тепла излучением.


Определение требуемого сопротивления теплопередаче ограждения. Величина сопротивления теплопередаче запроектированной конструкции должна быть не менее величины требуемого по климатическим и гигиеническим условиям сопротивления R_о^mp Величина R_о^mp определяется из следующего условия. При установившемся потоке тепла величина входящего в ограждение потока равна величине выходящего. Поток тепла, проходящий через единицу площади внутренней поверхности за единицу времени, составляет:


где t_B — температура внутреннего воздуха; а τ_B — температура внутренней поверхности ограждения, и равен потоку тепла через ограждение в целом:


где t_H - температура наружного воздуха.

Из этого равенства следует, что:


Минимальная величина требуемого сопротивления теплопередаче также зависит от расположения наружной поверхности ограждения по отношению к внешней среде, что учитывается коэффициентом n в формуле (7.9), которая принимает вид:



Коэффициенты п имеют следующие значения: n=1 для наружных стен, чердачных перекрытий (с кровлей из штучных материалов) и совмещенных крыш; 0,9 — для чердачных (с кровлей из рулонных материалов) перекрытий; 0,75 - для перекрытий над холодным и подвалами со световыми проемами.

В формулу (7,10) входит величина нормируемого температурного перепада у внутренней поверхности ограждения Δt" = t_в - τ_в, определяющая тепловой комфорт помещения. В наиболее холодные зимние дни она должна составлять для наружных стен жилых домов, школ, больниц не болеет 4 °С, административных — 4,5 производственных - от 7 до 12°С, для покрытий соответственно 3; 4 и 6-12°С, а для перекрытий над проездами - 2-2,5°С.

Расчетные параметры внутреннего воздуха t_взданиях и помещениях определяются нормами проектирования и составляют для жилых комнат 18-20°С в зависимости от климатического района строительства, для рабочих помещений административных зданий 18°, больничных палат, библиотек 20°, основных помещений детских садов и яслей 21-23°, спортивных залов 15°, торговых залов продовольственных магазинов 12°С и т.д.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается в зависимости от характеристики тепловой инерции ограждения:

• для наружных стен и покрытий большой инерционности, а также для перекрытий над подвалами и подпольями - в качестве расчетной принимают среднюю для наиболее холодной пятидневки t_н5;
• для ограждений малой инерционности - среднюю наиболее холодных суток t_н1;
• для ограждений средней инерционности - среднюю из этих величин (t_н1+t_н5)/2;
• для безынерционных - абсолютную минимальную.

Температуры наружного воздуха для различных географических пунктов, установленные по многолетним метеорологическим наблюдениям, приведены в СНиП 2301-99 «Строительная климатология».

Тепловая инерция - способность конструкции к сохранению или медленному изменению температур в ее толще. Характеристика тепловой инерции D определяется по формуле:


где R₁, R₂ — сопротивление теплопередаче слоев ограждения (по 7.3), a s₁, s₂ — коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоев за период в 24 ч принимают по прил. 3 СНиП 11-3-79* «Строительная теплотехника».

Конструкция ограждения соответственно расчетным значениям D считается безынерционной при D<1,5, малой инерционности при D>1,5, но меньше 4, средней - при 41.

Величина сопротивления теплопередаче проектируемого ограждения должна быть равной или превышать требуемую по (7.10) R_o^np > R_o^mp.

Значения R_o^mp представляют собой минимально необходимые по гигиеническим требованиям величины, а именно - исключение выпадения конденсата на внутренней поверхности стены или покрытия.

Однако современная практика проектирования наружных ограждающих конструкций подчиняется не толко гигиеническим но и более жестким требованиям энергосбережения. Необходимость экономии энергоресурсов на отопление зданий в течение многих десятилетий его эксплуатации требует существенного повышения стоимости наружных ограждающих конструкций за счет радикального повышения их сопротивления теплопередаче (в три и более раз по сравнению с гигиенически необходимым).

Учет этого обстоятельства, продиктован принятым в 1996 г. Законом РФ «Об энергосбережениях» и отражен в СНиП 11-3-79* где определение приведенного сопротивления наружных ограждающих конструкций {R"0P) ставится в зависимость от эмпе-рической характеристики ГОСП- градусо-сутки отопительного периода, которую определяют по формуле 7.12:

где t_в - то же, что в формуле (7.10);
t_от.пер. - средняя температура, °C, отопительного периода;
Z_от.пер. - продолжительность, сут., периода со средней температурой воздуха ниже или равной 8°С.

Величины t_от.пер. и Z_от.пер. - принимают по табл. 1 СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

В соответствии с местом строительства, назначением зданий и помещений для каждого из видов наружных ограждающих конструкций (стен, окон, покрытий и пр.) и в соответствии с рассчитанной величиной ГОСП величина R_o^np (м²·°С/Вт) принимаются по табл. 7.1.

Для малоэтажных (до 3-х этажей включительно) зданий со стенами из мелкоштучных материалов, а также для реконструируемых и капитально ремонтируемых зданий независимо от их этажности R_o^np при проектировании принимают по табл. 7.2.

Соответственно данным табл. 7.1 и 7.2 становится очевидным, что нормируемые ими величины приведенного сопротивления теплопередаче в подавляющем большинстве районов РФ делают экономически и технически приемлимыми только многослойные конструкции наружных ограждений, включающие прослойки с очень малой теплопроводностью в пределах от 0,04 до 0,10 Вт/м °С.

Для многослойных конструкций в зависимости от их решения (с теплопроводными включениями или без них) проектная величина сопротивления теплопередаче (для стационарных условий) определяется различно. Для конструкции с последовательно расположенными однородными слоями как сумму термически сопротивлений отдельных слоев плюс сопротивления теплоотдаче по формуле 7.7. Для конструкций термически неоднородных (с теплопроводными включениями) предварительно определяют R_а и R_б - приведенное термическое сопротивление участков неоднородных и однородных.

Для определения R_а плоскостями, параллельными направлению теплового потока, конструкцию условно рассекают на участки однородные (однослойные) и неоднородные и определяют R_а по формуле 7.13:

где F₁, F₂, F_n - площади отдельных участков конструкции, м²;
R₁, R₂, R_n - термическое сопротивление этих участков определяемое для однородных по формуле 7.3, а для неоднородных - по формуле 7.3, а.

Затем плоскостями, перпендикулярным направлению теплового потока конструкция условно разрезается на слои, из которых одни могут быть однородными, другие - неоднородными. Термическое сопротивление однородных определяется по формуле 7.3, а, неоднородных - по формуле 7.13, а термическое сопротивление конструкции - как их сумма.

Приведенное термическое сопротивление такой конструкции в целом определяют по формуле 7.14.

Все приведенные выше формулы относятся к определению сопротивления теплопередаче глухой части наружных стен. В то же время 25-30% теплового потока в зимнее время уходит через светопрозрачные ограждения (окна, витражи и пр.), сопротивление теплопередаче конструкций которых меньше в 7-10 раз, чем сопротивление глухой части стены. Наряду с этим возникают дополнительные теплопотери за счет инфильтрации холодного воздуха через неплотности притворов и балконных дверей.

Поэтому в таблицах 7.1 и 7.2 приведены повышенные требования к сопротивлению теплопередаче не только глухой части наружных ограждающих конструкций, но и светопрозрачных конструкций (окон, балконных дверей, световых фонарей). В практике проектирования и строительной индустрии осуществляется широкий переход на применение окон с раздельными или раздельно-спаренными переплетами с двойным или тройным остеклением (стеклопакетами и листовым стеклом) в деревянных, ПВХ или алюминиевых переплетах.

Широко применявшиеся в течение последних десятилетий конструкции окон с двухрядным остеклением в спаренных переплетах могут быть применены только в районах с характеристикой ГСОП не более 2000. Новые конструкции окон обеспечивают повышение сопротивление теплопередаче на 50-100% по сравнению с окнами с двойным остеклением в спаренных переплетах.

Распределение температур в толще ограждения

Помимо определения общего, требуемого и экономически целесообразного сопротивления теплопередаче при проектировании ограждения необходимо установить распределение температур по сечению ограждения. При стационарном потоке тепла температуру в любой точке сечения ограждения находят по аналогии с определением температуры на внутренней поверхности ограждения τ_в, которую вычисляют, преобразуя уравнение (7.9):

Исходя из равенства потоков тепла, проходящего через слой ограждения любой толщины х, граничащий с помещением, и через все ограждение,

откуда

- термическое сопротивление слоев толщиной х, примыкающих к помещению.

 
Рис. 7.2. Примеры распределения температур в наружных стенах >

Изменение температуры в каждом слое ограждения происходит по линейному закону, но с различным углом наклона, соответствующим термическому сопротивлению слоя. Таким образом, график распределения температуры в слоистом ограждении получает характер ломаной линии, отрезки которой, проходящие через слои с более высоким термическим сопротивлением, имеют больший угол наклона к горизонту (рис.7.2).

Температура внутренней поверхности в местах более теплопроводных включений определяется по формуле:

где R₀' - сопротивление теплопередаче участка ограждения с теплопроводным включением;
R₀^усл - то же, без теплопроводного включения;
η - коэффициент, принимаемый по табл. 7.3 в зависимости от отношения ширины включения а к полной толщине ограждения δ.

Теплоустойчивость ограждения

Теплоустойчивость ограждения - способность сохранять при колебаниях величин теплового потока относительное постоянство температур на поверхности ограждения, обращенной в помещение.

Расчетный контроль теплоустойчивости ограждений осуществляется для конструкций наружных стен (при D<4) и покрытий (при D<5) и является обязательным при проектировании гражданских зданий для южных районов со среднемесячной температурой июля более 20°С в целях предупреждения радиационного перегрева помещений (тепловое воздействие прямого солнечного облучения).

Расчетом контролируется амплитуда колебаний температуры на внутренней поверхности ограждения A_τв, которая должна быть не более требуемой A_τв^mp, определяемой по формуле:

где t_н - среднемесячная температура наружного воздуха в июле.

 
Рис. 7.3. Схема затухания температурных колебаний в толще конструкции >

Большие колебания температуры на облучаемой наружной поверхности ограждающей конструкции уменьшаются, затухают в ее толще (рис. 7.3.)

Величина амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности A_τв зависит от величин затуханий расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха v в толще ограждения, которые определяют по следующим формулам:

где ρ - коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхностью, который для материалов наружных стен колеблется от 0,7 до 0,3;
I_макс и I_ср - максимальное и среднее суточное значение суммарной солнечной радиации на поверхность ограждения за июль. Для наружных стен расчетной является поверхность, ориентированная на запад;
А_tn - максимальная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха в июле;
е = 2,718 - основание натуральных логарифмов;
Y₁, Y₂, Y_n - коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности отдельных слоев ограждающих конструкций, которые при D слоя >1 равны коэффициенту теплоусвоения материала слоя з, а при характеристике тепловой инерции слоя D < 1 определяются расчетом, начиная от первого (от внутренней поверхности слоя по формуле 7.21, а для последующих слоев - по формуле 7.22):

где Y_i-1 - коэффициент теплоусвоения наружной поверхности предыдущего слоя.

В результате расчетной проверки теплоустойчивости наружного ограждения может оказаться, что его сечение, назначенное по результатам расчета сопротивления теплопередаче на зимние условия, должно быть увеличено по требованиям защиты от перегрева. Такое мероприятие допустимо в случаях, когда по расчету на теплоустойчивость необходимо увеличение толщины теплоизоляционного слоя не более чем в 1,5 раза.

В остальных случаях необходимо прибегнуть к переработке конструкции, избрав более экономичный вариант, либо применив конструктивные способы снижения перегрева конструкций и помещений. Такими способами могут служить замена бесчердачных крыш чердачными вентилируемыми, устройство солнезащитных экранов над покрытием, вентилируемых воздушных прослоек в наружных стенах, устройство полов первого этажа по фунту, а не по перекрытию и др.

Сопротивление ограждающих конструкций воздухопроницанию

Под влиянием разности (Δр) общих давлений по обе стороны офаждения, вызванной тепловым напором или ветром, через офаждающие конструкции происходит фильтрация воздуха. Для обеспечения благоприятного температурного режима помещений особенно нежелательна фильтрация наружного воздуха через офаждение в зимнее время - инфильтрация.

Сопротивление проектируемого многослойного наружного офаждения воздухопроницанию R_н, м²·ч·Па/кг должно быть не меньше требуемого R_н^mp. Первое определяется как сумма сопротивлений слоев ограждения:

а второе - прямо пропорционально расчетной разности давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций Ар к обратно пропорционально нормативной воздухопроницаемости ограждений G^H (кг/(м²·ч)):

где G^H для наружных стен, перекрытий и покрытий гражданских зданий составляет 0,5, для наружных стен отапливаемых производственных зданий — 1, для окон и балконных дверей в деревянных переплетах — 6,0, а в пластмассовых и алюминиевых — 5,0 и т.д. по СНиП II-3-79*.

Разность давлений Δр определяется по формуле:

где H - высота здания, м;
v - максимальная из средних по румбам за январь скорость ветра, м/с;
γ_н и γ_в - удельный вес наружного и внутреннего воздуха, определяемые по формуле:

где t - температура воздуха наиболее холодной пятидневки для определения уп и расчетная температура внутреннего воздуха для определения γ_в.

В наибольшей степени подвержены инфильтрации конструкции окон и балконных дверей. Их сопротивление воздухопроницанию должно быть не менее:

где Δр - то же, что в формуле 7.24, а Δр_o=10 Па.

Влажностный режим наружного ограждения

Повышение влагосодержания материала ограждений снижает теплозащитные свойства конструкций и их долговечность из-за разрушения переувлажненного материала при многочисленных циклах замораживания и оттаивания. В связи с этим предельное начальное влагосодержание конструкций ограничивается нормами проектирования. В процессе эксплуатации конструкций при высыхании в результате воздухообменных процессов с внутренней и наружной сторон ограждения и солнечной радиации начальное влагосодержание уменьшается. В то же время влагосодержание конструкций может возрастать под воздействием атмосферной влаги в виде дождя, мокрого снега, инея; грунтовой влаги, поднимающейся по капиллярам материала при отсутствии или плохом выполнении гидроизоляции между подземными и наземными конструкциями; конденсационной влаги.

Каждое из названных воздействий может вызвать переувлажнение конструкций в эксплуатации, но наиболее часто конденсационное переувлажнение ограждений вызывается влагой, содержащейся в воздухе помещения.

Абсолютная влажность воздуха измеряется количеством влаги в единице объема воздуха в г/м³. В теплотехнических расчетах пользуются величиной относительной влажности воздуха:

где E — предельная величина парциального давления водяного пара в Па при полном насыщении воздуха водяным паром при заданной температуре;
е — парциальное давление водяного пара в помещении.

 
Рис. 7.4. Распределение изотерм >

Величина φ имеет большое гигиеническое значение, так как влияет на интенсивность испарения влаги кожными покровами человека. По этому показателю различают сухой (φ<50%), нормальный (φ=50-60%), влажный (φ=61-75%) или мокрый (φ>75%) режим помещений. Величина ф влияет на влагосодержание материала ограждения, на процессы конденсации влаги в толще и на поверхности ограждения. Температура воздуха, соответствующая его полному насыщению водяным паром (φ=100%), называется точкой росы τ_р. При дальнейшем ее понижении избыток влаги конденсируется и в капельно-жидком виде оседает на ограждении. Во избежание этого при назначении теплозащитной способности стен обычно исходят из условия τ_в>τ_р, что получило отражение в определении R_н^mp по формуле 7.10, однако, и при соблюдении этого условия может возникнуть опасность выпадения конденсата на участках ограждения с увеличенными теплопотерями — в наружных углах и в местах теплопроводных включений (сквозных железобетонных ребер, стоек каркаса и др.). Наличие элементов неоднородности в ограждении вызывает искривления теплового потока и неравномерность распределения температур (температурного поля) в толще ограждения (рис. 7.4). Расчет температур на внутренней поверхности и в толще ограждений при этом осуществляется на основе дифференциального уравнения Лапласа:

где τ - температура в точке конструкции с координатами х и у, определенная расчетом температурных полей.

Если расчет выявляет, что температура на поверхности участков с теплопроводными включениями ниже τ_р производится дополнительное утепление этих участков или изменяется сечение конструкции ограждения в целом.

 
Рис. 7.5. Корректировка теплотехнических качеств наружных стен >

В угловых участках наружных стен это может быть достигнуто увеличением внутренней зоны тепловосприятия устройством утепляющего скоса, либо установкой наружной утепляющей пилястры, при сборных (панельных) конструкциях наружных стен углы дополнительно утепляют введением в стыки утепляющих вкладышей из теплоэффективных материалов. Привлекают в этих целях и элементы инженерных систем размещая в зоне углов наружных стен стояки отопления (открытыми или забетонированными во внутреннем слое стены (рис.7.5, А)

В местах сквозных теплопроводных включений по полю стены повышению τ_в и равномерности распределения τ_в в этой зоне способствует повышение теплоинерцион-ности внутреннего слоя стены (рис. 7.5, Б).

Конденсационное увлажнение в толще ограждения происходит при диффузии водяного пара из помещения наружу, из среды с большим парциальным давлением пара в среду с меньшим. В связи с этим диффузию водяного пара через материал ограждения называют его паропроницанием, а соответствующее качество материала измеряют коэффициентом паропроницания μ, характеризующимся количеством пара в мг, который диффундирует через слой площадью 1 м² и толщиной 1 м за 1 ч. Коэффициент паропроницания д измеряется в мг/(м·Ч·Па). Чем выше рыхлость и пористость материала, тем больше значение μ. Величина, обратная μ, называется сопротивлением паропроницанию, R_n, м²·Ч·Па/мг.

Общее сопротивление паропроницанию слоистой ограждающей конструкции определяется по формуле:

где R_в.п. и R_н.п., - сопротивление влагообмену на внутренней и наружной поверхности ограждения.

В процессе диффузии водяного пара через ограждение его упругость падает от величины е_в - упругость водяного пара внутреннего воздуха (Па) до е_н за счет сопротивления ограждения паропроницанию. По аналогии с определением температуры в любой точке х по сечению ограждения упругость пара в этой точке е_х вычисляют по формуле:

- сумма сопротивлении паропроницанию слоев, расположенных между внутренней поверхностью ограждения и рассматриваемым сечением. Формула 7.31 применима при отсутствии в конструкции зоны конденсации.

В процессе проектирования сопротивление конструкции паропроницанию R_n, из условия недопущения накопления в ней конденсации влаги должно быть не менее наибольшей из величин требуемых сопротивлений R_n1^mp и R_n2^mp, определяемых по формулам 7.32 и 7.33:

а) R_n1^mp - из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации:

б) R_n2^mp - из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными температурами наружного воздуха:

где R_n1 - сопротивление паропроницанию, м²·ч·Па/мг, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации;
е_н - средняя упругость водяного пара наружного воздуха за годовой период в районе строительства (по СНиП 23-01-99);
z₀ - продолжительность в сутках периода влагонакопления, принимаемая равной периоду с отрицательными температурами наружного воздуха (по СНиП 23-01-99);
Е₀ - упругость водяного пара, Па, в зоне возможной конденсации за период с отрицательными температурами;
γ_w - плотность материала увлажняемого слоя, кг/м³;
δ_w - толщина увлажняемого слоя, м, ограждающей конструкции, принимаемая равной 2/3 толщины однослойной конструкции или толщине утеплителя слоистой;
Δw_cp - предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, %, за период влагонакопления - z₀.
Упругость водяного пара Е, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации определяется по формуле 7.34.

где Е₁, Е₂, Е₃ и z₁, z₂, z₃ - упругости водяного пара, Па, наружного воздуха, а z₁, z₂, z₃ продолжительность, мес., соответственно зимнего, весенне-осеннего и зимнего периода. При этом к осенне-весеннему периоду относят месяцы с температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5°С.

где е_n.o. - средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами по СНиП 23-01-99.

 
Рис. 7.6. Распределение температур и давлений водяного пара >

Возможность формирования в наружной ограждающей конструкции зоны конденсации и ее границы при проектировании весьма наглядно устанавливается графоаналитическим методом путем построения на чертеже сечения наружной ограждающей конструкции трех графиков расчетно установленных величин распределения по сечению ограждения послойно - для слоистого ограждения или в сечениях с одним шагом по толщине конструкции - для однослойных). Это графики температур τ на границах слоев (или шагов), E - упругости насыщенного водяного пара, е - парциального давления водяного пара на границах слоев (рис.7.6).

Как видно из рис. 7.6 в однослойных конструкциях и конструкциях с утеплителем с наружной стороны ограждения график парциальное давление водяного пара (е) расположен по всем слоям существенно ниже расположения графика Е (предельного насыщения), что указывает на отсутствие зоны конденсации в конструкции.

В конструкции с плотным слоем с наружной стороны парциальное давление е особенно на границе плотного и пористого слоев выше насыщенного, что показывает пересечение графиков е и Е и свидетельствует о формировании зоны конденсации водяного пара в толще ограждающей конструкции. Граница зоны конденсации располагаются между точками E₁ и Е₂ пересечение линии Е касательными, проведенными из точек е_в.п и е_н.п на поверхностях конструкции.

Приведенный графоаналитический метод, также как и формулы 7.33 и 7.34 относятся к стационарным условиям работы конструкции.

Учет нестационарности осуществляют при сложных условиях работы конструкции (например, при влажном внутреннем режиме помещения), расчетом по соответствующим компьютерным программам.

Для помещений с сухим и нормальным режимом эксплуатации в процессе проектирования прибегают к конструктивным мерам улучшения влажностного состояния конструкций. Например, в стенах двухслойной конструкции применяют решения только с размещением плотного слоя с внутренней стороны, а его сопротивление паропро-ницанию принимают не менее 12 Па, в трехслойных стенах назначают сопротивление паропроницанию внутреннего слоя, превышающим R_n наружного в 1,2 раза и т.п.

Источник: «Архитектура: Учебник», Т. Г. Маклакова, С. М. Нанасова, В. Г. Шарапенко, А. Е. Балакина. 2004