Проверка первого условия паропроницаемости

С учетом полученных численных значений Е=1395,5 Пa; е_int=1169 Па; е_ext = 741,7 Па ; _. = 4,649 м²×ч×Па/мг величина требуемого сопротивления паропроницанию стены (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) по условию недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации составит

= ×4,649 = - 1,61 м²×ч×Па/мг.

Знак “минус” свидетельствуют о том, что для выполнения условия ненакопления влаги за годовой период эксплуатации дополнительного сопротивления паропроницанию не требуется. Следовательно, предлагаемая конструкция удовлетворяет первому условию паропроница-емости.

Проверка второго условия паропроницаемости

1. По данным табл. 5 рассчитаем среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха , Па, за период влагонакопления с отрицательными среднемесячными температурами, как

.

2. Определим среднюю температуру наружного воздуха за период с отрицательными температурами

.

3. Рассчитаем среднюю температуру стены в плоскости возможной конденсации за период с отрицательными температурами

.

4. Парциальное давление насыщенного водяного пара при =2,32°С составляет Е_о = 722,2 Па . Полученное значение Е_о определяет упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации при средней температуре наружного воздуха за период влагонакопления.

5. С учетом полученных численных значений рассчитаем показатель интенсивности отведения парового потока от плоскости возможной конденсации в окружающую среду

=0,0024 %×кг/м² ,

где z_о – продолжительность периода влагонакопления, составляющая для Саратова 151 сут.

6. Требуемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения накопления влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха рассчитаем по формуле

R = 3,69 м²×ч×Па/мг

где _w – плотность материала увлажняемого слоя, 100 кг/м³ ;

d_w – толщина увлажняемого слоя, принимаемая для многослойных конструкций равной толщине утеплителя, ( в данном случае d_w = 0,05м);

Dw_ – предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя за период влагонакопления, принятое, согласно [12], для минераловатных плит Dw_ср = 3%.

7. Фактическое значение сопротивления паропроницанию участка стены от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации составляет R_п-в.= 4,765 – 4,649 = 0,116 м²×ч×Па/мг. Таким образом, можно констатировать, что

R_p.= 0,116 < R = 3,69 м²×ч×Па/мг.

Следовательно, предлагаемая конструкция не удовлетворяет второму условию паропроницаемости.

Для выполнения этого условия необходимо со стороны внутренней поверхности ввести в ограждающую конструкцию дополнительный пароизоляционный слой с фактическим сопротивлением паропроницанию, не меньшим

R = R – R_p = 3,69 – 0,116 = 3,57 м²×ч×Па/мг.

8. Расчетные сопротивления паропроницанию некоторых листовых материалов приведены в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Сопротивление паропроницанию листовых материалов и тонких слоев пароизоляции по данным [13]

Материал	Толщина слоя, мм	RП.И , м2×ч×Па/мг
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка)	10	0,12
2. Листы асбестоцементные	6	0,3
3. Пергамин кровельный	0,4	0,33
4. Окраска горячим битумом за 2 раза	4	0,48
5. Окраска масляная за 2 раза с предварительной шпаклевкой и грунтовкой	-	0,64
6. Рубероид	1,5	1,1
7. Полиэтиленовая пленка	0,16	7,3

С учетом данных этой таблицы понимаем, что для выполнения условия ограничения влаги в данной ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха следует по всей внутренней поверхности стены предусмотреть укладку полиэтиленовой пленки с облицовкой поверхности листами сухой штукатурки.

Данное мероприятие позволит достичь фактического значения сопротивления паропроницанию участка стены от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации R =7,3+0,116 = 7,416 м²×ч×Па/мг, что больше требуемого, равного R = 3,57 м²×ч×Па/мг. При этом количество влаги, конденсирующейся внутри данной ограждающей конструкции, существенно уменьшится и расчетное увлажнение слоя теплоизоляционного материала за период влагонакопления не превысит нормативной величины.

Лекция 6. ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ ОГРАЖДЕНИЙ

Важным фактором, влияющим на формирование внутреннего микроклимата зданий и определяющим инфильтрационную составляющую теплообмена помещений с окружающей средой, является воздухопроницаемость ограждающих конструкций. Естественными силами, вызывающими движение воздуха в зданиях и способствующими проникновению воздушных потоков через ограждающие конструкции, являются гравитационное и ветровое давление.

Гравитационное давление внутри зданий возникает под действием тепловыделений от различных источников или систем отопления. Тепловыделения нагревают внутренний воздух, заставляя его расширяться. Плотность нагретого воздуха уменьшается по сравнению с плотностью воздуха в окружающей среде. Возникает подьемная сила, которая по закону Архимеда перемещает нагретый воздух в верхнюю зону помещения. В результате, под потолком возникает избыточное давление, а на уровне пола разрежение. Таким образом, в верхней части здания под действием избыточного давления возникает эксфильтрация внутреннего воздуха, который через открытые проемы, а в случае их отсутствия, через неплотности и поры в ограждающих конструкциях, выходит в окружающую среду. В нижней части здания происходит обратный процесс – инфильтрации наружного воздуха внутрь помещения.

Кроме гравитационного давления на процессы инфильтрации и эксфильтрации воздуха через ограждающие конструкции оказывает существенное влияние ветровое давление. При обдувании здания ветром с наветренной стороны возникает избыточное давление а с подветренной – разрежение. Таким образом, через все ограждающие конструкции, обращенные в сторону, с которой дует ветер, происходит инфильтрация наружного воздуха внутрь помещения, а через конструкции, обращенные на противоположную сторону, происходит эксфильтрация внутреннего воздуха наружу.

При совместном действии теплового и ветрового факторов интенсивность и направление движения воздушного потока через ограждающие конструкции будет определяться суммой гравитационной и ветровой составляющих избыточного давления. Величина этой суммы в разных зонах здания может быть различной не только по абсолютному значению, но и по знаку, определяющему направление движения.

Кроме разности давлений, возникающей по разные стороны ограждения, на интенсивность процессов инфильтрации и эксфильтрации оказывает влияние вид материалов, из которых изготовлена конструкция. Более плотные и тяжелые строительные материалы оказывают большее сопротивление воздухопроницанию по сравнению с легкими пористыми.

В технических расчетах для оценки воздухопроницаемости конструкций используют коэффициент воздухопроницаемости j, кг/(м²×ч×Па), или обратную ему величину, которая обозначается символом R_inf , м²×ч×Па / кг, и называется сопротивлением воздухопроницанию

. (1.75)

Коэффициент воздухопроницаемости численно равен массовому количеству воздуха, проходящему через 1 м² ограждения ( или через 1 м длины щели, стыка ) за 1 час при разности давлений в 1 Па.

По умолчанию оба этих понятия предполагают линейную зависимость между расходом воздуха G, кг/ч×м², проходящим через ограждающую конструкцию, и перепадом давлений DР, Па

G = j×DР . (1.76)

Однако экспериментально установлено, что фактические зависимости расхода воздуха от перепада давлений для большинства конструктивных элементов здания имеют нелинейный характер [1], и с достаточной точностью могут быть аппроксимированы единой функцией:

, (1.77)

где s – коэффициент пропорциональности, называемый воздухопроводи-мостью конструкции и имеющий размерность, кг/м²×ч×Па ;

n – показатель режима фильтрации, зависящий от вида ограждающей конструкции.

Для массива ограждений и стыков панелей n = 1; для заполнения окон, балконных дверей, фонарей и других светопрозрачных конструкций n = 2/3; для открытых проемов, фрамуг, вентиляционных отверстий и воздуховодов n = 0,5.

Сравнивая фактическую зависимость (1.77) с принятой по определению линейной зависимостью (1.76), понимаем, что, для адекватного отображения количественных закономерностей физических процессов инфильтрации и эксфильтрации, значения коэффициента воздухопроницаемости j в формуле (1.76) не могут быть постоянными, зависящими только от вида материала, как l и m. В общем случае ( при n ¹ 1 ) значения j должны изменяться еще и в зависимости от изменения перепада давлений. Только в частном случае при n = 1 коэффициенты воздухопроницаемости и воздухопроводимости равны между собой. Поэтому для определения требуемого сопротивления воздухопроницанию, , м²×ч×Па /кг, стен и других массивных ограждений ( n = 1 ), согласно [12], используется следующая формула, учитывающая линейный характер зависимости расхода воздуха от DР,

, (1.78)

где G_n – нормативная воздухопроницаемость конструкции, кг/м²×ч, установленная [12];

Dp – средняя по зданию разность давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждения, Па, определяемая по формуле

, (1.79)

где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

H – высота здания от поверхности земли до карниза, м;

r_int ; r_ext – плотности внутреннего и наружного воздуха, кг/м³;

v – расчетная скорость ветра, м/с.

Для определения требуемого сопротивления воздухопроницанию заполнений световых проемов ( окон, фонарей, балконных дверей ), то есть при n = 2/3 , согласно тому же СНиПу [12], используется формула, учитывающая нелинейный характер зависимости воздухопроницаемости данных конструкций от перепада давлений

, (1.80)

где Dp_о – разность давлений при которой экспериментально определялось сопротивление воздухопроницанию заполнения световых проемов (10 Па).

Фактические сопротивления водухопроницанию слоев из различных материалов, , м²×ч×Па /кг, приводятся в [12]. Сопротивление воздухо-проницанию многослойной ограждающей конструкции рассчитывается, как сумма сопротивлений всех слоев

= , (1.81)

где i и m – номер и общее количество слоев в ограждении.

Для соблюдения нормативов по обеспечению требуемого воздушного режима зданий выполняется расчет воздухопроницаемости ограждающих конструкций. Целью расчета является сравнение требуемых показателей воздухопроницаемости с фактическими - и обоснование необходимых мероприятий по доведению воздухопроницаемости каждого элемента здания до нормативных значений. Основное условие расчета: фактическое сопротивление должно быть не меньшим требуемого,

 . (1.82)

Особенностью расчета воздухопроницаемости светопрозрачных ограждающих конструкций является то, что оконные блоки и балконные двери в жилых и общественных зданиях следует выбирать согласно классификации воздухопроницаемости притворов по ГОСТ 26602.2-99 “Блоки оконные и дверные. Методы определения воздухо- и водопроницаемости”: для 3-этажных зданий и выше – не ниже класса Б; для 2-этажных зданий и ниже – в пределах классов В-Д.

На рис.1.7. показаны нормативные кривые, определяющие границы классов оконных блоков по объемной воздухопроницаемости Q₁, м³/(чм²), в зависимости от перепада давлений р, Па, по ГОСТ 26602.2-99.

Рис. 1.7. Границы классов окон по воздухопроницаемости

На этот график в качестве примера нанесены точки фактической воздухопроницаемости оконных блоков с двойным остеклением в деревянных раздельных переплетах и двойным уплотнением притворов, полученные в результате сертификационных испытаний. Согласно сертификату, воздухопроницаемость данных оконных блоков при р = 10 Па составляет: - объемная Q₁ = 4,22 м³/(чм²); - массовая G_у = 5,06 кг/(чм²), а показатель режима фильтрации n = 0,64. Из графика рис. 1.7 видно, что испытанный блок соответствует классу Г и может использоваться в жилых, общественных и административных зданиях до 2 этажей.

Расчет воздухопроницаемости ограждающих конструкций выполняется следующим образом:

1. Определяется средний перепад давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждений по формуле (79).

2. Для каждой ограждающей конструкции из СНиПа [12] выбирается нормативное значение воздухопроницаемости G_n.

3. Определяется требуемое значение сопротивления воздухопроницанию ограждающей конструкции по формулам (1.78) или (1.80).

4. По соответствующим таблицам [13] определяются фактические сопротивления воздухопроницанию отдельных слоев или всей конструкции в целом. Для многослойных конструкций результирующее сопротивление находится по формуле (1.81).

5. В случае выполнения условия (1.82) расчет заканчивается и делается вывод о выполнении требований к воздухопроницаемости. При невыполнении данного условия в конструкцию добавляют дополнительные слои или уплотнители, увеличивающие сопротивление воздухопроницанию, до тех пор, пока условие (1.82) не начнет выполняться.

6. Определяются расчетные значения разности давлений внутреннего и наружного воздуха для светопрозрачных ограждающих конструкций (окон) первого и последующего этажей по формуле

, (1.83)

где h_i – расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон, балконных дверей или других проемов;

р_int – избыточное (условно-постоянное) внутреннее давление воздуха в здании определяющееся по балансу притока и вытяжки, Па;

c_е.п и c_е.р - аэродинамические коэффициенты с наветренной и подветренной стороны здания ( для вертикальных поверхностей c_е.п= 0,8; c_е.р = –0,6 согласно СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” с изм. 1993 г. );

k₁ – коэффициент изменения скоростного давления ветра по высоте здания, принимаемый по табл. 1.8.

Таблица 1.8

Значения коэффициента k₁ в зависимости от высоты зданий

по данным СНиП 2.01.07-85 с изм. 1993 г.

Тип местности	Значения k1 при Н, м, равной
	£ 5	10	20	40
Открытая, не защищенная от ветра (А)	0,75	1,0	1,25	1,5
В пределах городской черты (В)	0,5	0,65	0,85	1,1

6. Определяется фактическое значение удельного воздушного потока, G , кг/м²ч, инфильтрирующегося через единицу площади ограждений:

- для стен, покрытий, перекрытий

G = , (1.84)

- для заполнений световых проемов

G = . (1.85)

7. Определяется общий расход воздуха, G_inf, кг/ч, инфильтрирующегося в помещение через все, имеющиеся в нем, ограждающие конструкции, как

G_inf = . (1.86)

Пример 1. Проверим выполнение требований по воздухопроницаемости для кирпичной наружной стены двухэтажного административного здания толщиной d_к = 0,51м, оштукатуренной изнутри цементно-песчаным раствором d_ш = 0,015м при следующих исходных данных: высота здания Н=7 м; t_int= 18°С; t_ext= - 27°С; расчетная скорость ветра v = 5 м/c. Здание расположено на открытой местности, не защищенной от ветра.