Многослойной ограждающей конструкции

При расчете влажностного режима многослойных ограждений, а также для определения возможности образования конденсата внутри ограждения используется графо – аналитический метод, сущность которого заключается в том, что сначала выполняются два схематических разреза многослойной ограждающей конструкции (рис. 4): один в масштабе термических сопротивлений отдельных слоев конструкции (рис. 4а), а второй – в линейном масштабе (рис. 4б).

Рис. 4 Построение графиков распределения температуры, максимальной и действительной упругости водяного пара внутри ограждающих конструкций: а) на схематическом разрезе конструкции, выполненной в масштабе термических сопротивлений: б) – то же, выполненной в линейном масштабе.

 

С левой стороны от первого схематического разреза (рис. 4а) задаются шкалой температур и шкалой парциальных давлений.

Затем на крайних вертикалях схематического разреза (рис. 4а) откладывают расчетные значения температур внутреннего , ºC и наружного , ºC воздуха и соответствующие им значения насыщенного пара и . Полученные точки соединяют между собой: соединяют с , а с .

При выборе температуры наружного воздуха следует иметь в виду, что при расчетах влажностного режима ограждающих конструкциях  принимают равной средней температуре периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами согласно табл. 3 СНиП 23-01-99. Это связано с тем, что процесс диффузии протекают значительно медленнее процессов теплопередачи и для наступления условий влагонасыщения в ограждениях требуется более продолжительное время.

Точки пересечения прямых - и - с вертикальными линиями слоев первого схематического разреза переносят на второй разрез и соединяют их между собой. Ломаные линии ′, ′, ′, ′и ′, ′, ′, ′ представляют собой графики распределения температур и насыщенного пара внутри действительной ограждающей конструкции.

Используя формулу (20) относительной влажности, определяют значения действительной упругости водяного пара е_int и е_ext, Па, которые откладывают на крайних вертикалях первого схематического разреза ограждения и соединяют их прямой . Значение устанавливают по данным _t, ºC, и , % в зависимости от функционального назначения помещения, а - по данным , ºC и , %, равной средней месячной относительной влажности воздуха наиболее холодного месяца. Точки пересечения прямой  с соответствующими вертикальными линиями слоев первого схематического разреза ограждающей конструкции переносят на второй схематический разрез конструкции и соединяют их между собой. Ломаная линия ′, ′, ′, ′ представляет собой график распределения действительной упругости водяного пара внутри ограждающей конструкции.

Для определения зоны возможной конденсации внутри действительной многослойной ограждающей конструкции проводится анализ графиков максимальной ′, ′, ′, ′и действительной ′, ′, ′, ′ упругости водяного пара. Если графики не пересекаются, то внутри ограждающей конструкции отсутствует конденсация влаги. Если они пересекаются, что фактически невозможно, т.к. относительная влажность не может быть более 100 %, то это лишь указывает на возможность конденсации водяного пара внутри конструкции. Чтобы определить зону конденсации необходимо построить касательные линии из точек и к графику максимальной упругости водяного пара. Точки касания определяют границы конденсации водяного пара внутри многослойной ограждающей конструкции (рис. 5).

Рис. 5 Графический метод определения зоны конденсации внутри

ограждающей конструкции

В зоне конденсации влага выпадает в форме конденсационной воды.

Область, располагаемая между внутренней поверхностью ограждения и зоной конденсации, носит название области конденсации. В ней еще без опасности увлажнения идет процесс диффузии водяного пара из помещения. В конце этой области относительная влажность материала ограждения достигает 100 %.

Область от плоскости конденсации до наружной поверхности ограждающей конструкции называется областью испарения. В области испарения материал конструкции находится во влажном состоянии. Через эту область накапливающаяся в плоскости конденсации вода диффузирует наружу и там испаряется. Этот период длится примерно с середины июня до середины сентября.

В летний период времени испарение влаги происходит от плоскости конденсации как в направлении наружу, так и в направлении помещения. Причем испарение вовнутрь всегда больше чем испарение наружу. Это объясняется тем, что материал ограждения в области конденсации менее насыщен влагой, чем в области испарения, поэтому обладает меньшим сопротивлением диффузии.

В зимний период времени продвижение водяного пара через ограждение еще более замедляется, не только за счет сопротивления паропроницанию материала ограждения, но и за счет того, что наружные слои ограждения находятся во влажном состоянии и за счет адгезии между молекулами воды и молекулами строительного материала оказывают дополнительное сопротивление транспортировке влаги наружу. В связи с этим только очень небольшая часть влаги в зимний период времени выводится наружу.

В то же время из воздуха помещения в ограждающую конструкцию снова и снова поступает поток влаги, которая накапливается внутри ограждения.

Этот процесс называется периодом влагонакопления и длится примерно с середины ноября до середины января.

В тех случаях, когда в ограждении происходит конденсация влаги, необходимо учитывать, будет ли влага накапливаться систематически(из года в год) или она будет испаряться в течение весеннего и летнего периодов. С этой целью проводится расчет по определению количества влаги, которое будет конденсироваться в ограждении за период конденсации, и количества водного пара, уходящего из зоны конденсации. Затем устанавливается баланс влаги в ограждении путем сравнения испаряющейся и конденсирующейся влаги за соответствующие периоды года.

Количество водяного пара, поступающего к зоне конденсации за зимний период, определяется по формуле

                                                                 (25)

где - - действительная упругость водяного пара на внутренней поверхности пара на внутренней поверхности ограждения, Па,

- максимальная упругость водяного пара на границе зоны конденсации, обращенной к внутренней поверхности ограждения, Па,

- сумма сопротивлений паропроницанию части ограждения, расположенной между внутренней поверхностью ограждения и зоной конденсации, м^{2 .} ч Па/мг.

- продолжительность периода конденсации за зимний период года, ч.

Количество водяного пара, диффузирующего из зоны конденсации за зимний период года, определяется по формуле

                                                       (26)

где - максимальная упругость водяного пара на границе зоны конденсации, обращенной к наружной поверхности ограждения, Па;

- действующая упругость водяного пара наружного воздуха за зимний период, Па;

- сумма сопротивления паропроницанию части ограждения, расположенной между зоной конденсации и наружной поверхностью ограждения, м^{2 .} ч Па/мг.

Согласно СНиП 23-02-203 плотность возможной конденсации в однослойных ограждающих конструкциях располагается на расстоянии, равном 2/3 толщины конструкции от ее внутренней поверхности, а в многослойных конструкциях совпадает с наружной поверхностью утепления.

Количество конденсата , г/м², остающегося в ограждении за зимний период, определяется как разность  и , т.е.

                                                                             (27)

Далее определяется количество конденсата, испаряющегося из ограждающей конструкции в весенне-осенний и летний периоды года, когда не происходит накопление конденсационной влаги в ограждении.

Расчет производится в следующем порядке:

а) на границах зоны конденсации определяют величины максимальной упругости водяного пара, соответствующие новым температурам в этих плоскостях;

б) по формуле (25) рассчитывают количество водяного пара, поступающего от внутреннего воздуха в область возможной конденсации за весенне-осенний и летний период года;

г) по формуле (26) вычисляют количество пара, уходящего из ограждения соответственно за весенне-осенний и летний периоды года;

г) по формуле (27) находят количество влаги испаряющейся из ограждающей конструкции, соответственно за весенне-осенний и летний периоды года;

д) устанавливают баланс влаги в ограждении путем сравнения сумм величин испаряющейся влаги () и сумм величин конденсирующейся влаги () за соответствующе периоды года.

Если количество испаряющейся влаги будет выше, чем конденсирующейся, то накопления конденсата в ограждении не будет. В противном случае ограждающая конструкция является неудовлетворительной в отношении влажного состояния. В ней возможно систематическое (из года в год) накопление влаги и ее следует заменить на другую и провести новый расчет.

При выполнении расчета необходимо руководствоваться следующими положениями:

1. Расчетную температуру наружного воздуха , ⁰С, для зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов следует выбирать по табл. 3 *СНиП 23-01-99 «Строительная климаталогия», для конкретного места строительства;                                                                                                                                     

2. К зимнему периоду относятся месяцы со средней температурой наружного воздуха ниже минус 5 ⁰С; к весенне-осеннему периоду - со средними температурными воздуха от минус 5 ⁰С до плюс 5 ⁰С и к летнему периоду – со средними температурами наружного воздуха плюс 5 ⁰С.

3. В качестве расчетной относительной влажности наружного воздуха для зимнего периода следует принимать среднюю месячную относительную влажность воздуха наиболее холодного месяца; для весенне-осеннего периода - среднюю месячную относительную влажность воздуха в 15 ч наиболее холодного месяца, согласно данным табл. 3 *СНиП 23-01-99, а для летнего периода – среднюю месячную относительную влажность наружного воздуха наиболее теплого месяца согласно табл. 2 СНиП 23-01-99.

4. Расчетные значения температуры и относительной влажности внутреннего воздуха для весенне-осеннего и зимнего периодов принимают согласно табл. 10,

Таблица 10