ОСНОВЫ РАСЧЕТА ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Основы расчета влажностного режима ограждающих конструкций

Калинина Алина Игоревна,

старший преподаватель кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, alina27.03@mail.ru

Плаксина Елена Владимировна

старший преподаватель кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, elena.plaksina2013@yandex.ru

Долбилова Марина Александровна

старший преподаватель кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, kirnova.ma@gmail.com

Постановка задачи: Провести проверку конденсации влаги в помещении здания с повышенной влажностью в городе Воронеж. По полученным результатам построить и провести анализ графика. Рассмотреть схемы для уменьшения влияния мостиков холода и повышения температуры внутренней поверхности в зоне теплопроводных включений. Проверить величину фактического сопротивления ограждающих конструкций на паро-проницание.

Результаты: По результатам исследования построили график зависимостей температуры точки росы и температуры внутренней поверхности покрытия от температуры внутреннего воздуха, провели анализ и выявили, что если температура наружной поверхности опуститься ниже указанной, то на поверхности ограждения могут конденсироваться содержащиеся в воздухе водяные пары, что является недопустимым. Выводы: Схема теплопроводного включения конструкции не обеспечивается из-за того, что температура внутренней поверхности ограждающей конструкции вблизи металлических теплопроводных включений равна 22оС, что превышает норму. По проведенным расчетам выявили, что сопротивление паро-проницанию R„,м2 ч Па/мг, ограждающей конструкции ^п1н 5,47 м2 ч Па/мг^п2н =5,43 м2 ч Па/мг) не превышает нормируемого сопротивления R„гeq=2,3 м2 ч Па/мг поэтому условие работ ограждающих конструкций выполняются . Ключевые слова: конденсат, ограждающие конструкции, влага, паропроницание, температура, кровля.

Введение. Одним из главных факторов возникновения химического и механического разрушения строительных конструкций, является образование пара в жидкой форме. Это явление называется конденсатом. Причины его образования могут быть следующими:

1. температура воздуха уменьшается до температуры точки росы и ниже;

2. влажность воздуха в помещении увеличивается до максимальных значений, возможных для данной температуры;

Исходными данными для проведения проверки на конденсацию влаги и для расчета ограждающих конструкций на паропроницаемость для зданий и сооружений, являются параметры наружного воздуха, принимаемые по [1] и параметры внутреннего воздуха.

Для Воронежской области, в соответствии с [1] параметры наружного воздуха сведены в таблицу 1

Таблица 1

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ^ро,°С, -3,1

Средняя продолжительность отопительного периода z, сут 196

Минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, м/с 3,3

Зона влажности территории сухая

Расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, Ы, °С -26

Температура, относительная влажность и температура точки росы внутреннего воздуха помещений плавательных бассейнов, предусматриваемые действующими нормами [2, 3], представлены в таблице 2.

1. Проверка на конденсацию влаги. Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции в зоне теплопроводных включений (швеллеров) должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха, предусматриваемые действующими нормами [2, 3], принимаемой согласно таблице 2.

Таблица 2

X X

о

го А с.

Температура воздуха внутри здания tв, °С Относительная влажность внутри здания Ф в, % Температура точки росы td, °С

26-27 67-68 20-21

X

го т

о

дающей конструкции для теплопроводных включений допускается определять по формуле [5]:

Дусл пусл

^в-^-и^в-шд, ■ Ь 0 Ив) / ^ «в,

(1)

где п - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения ограждения по отношению к наружному воздуху [4, табл. 6];

ю

2 О

м

Температуру внутренней поверхности гв, °С, ограж

сч

0 сч

01

о ш 00 X

<

00 о

X X

tв - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С,

^ - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С,

ав=8,7 Вт/м2 оС - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций,

^усл

0 = 4,23 м2°С/Вт - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, соответственно в местах теплопроводных включений и вне этих мест, значения принимаем из расчетов проведенных в предыдущей статье [14]

ц и £ - коэффициенты, принимаемые соответственно таблицам 7 и 8 [5].

Схема теплопроводного включения представлена на рисунке 1.

IV

шщ

т:

Рисунок 1 - Схема теплопроводного включения

Температуру внутренней поверхности ограждающей конструкции вблизи металлических теплопроводных включений определяем по формуле (1):

Т в= 26-1(26+26) (1 + 0,05 *4,23* 8,7) /4,23*8,7= 22оС 22о С > 20оС

Предлагаем для уменьшения влияния мостиков холода и повышения температуры внутренней поверхности в зоне теплопроводных включений следующую схему (Рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема предлагаемой конструкции теплопроводного включения

х в оС Ъ, °С

Рисунок 3- Графики зависимостей температуры точки росы и температуры внутренней поверхности покрытия от температуры внутреннего воздуха

Результаты изменения температуры точки росы при временном увеличении влажности или понижении температуры воздуха представлены на рисунке 3.

При определенной влажности воздуха на поверхности ограждающей конструкции могут скапливаться содержащиеся в воздухе водяные пары, вследствие понижения значения ниже границы обозначенной на рис.3.температуры наружной поверхности. Это явление является недопустимым и опасным в процессе эксплуатации конструкции.

2. Сопротивление паропроницанию ограждающих конструкций. Сопротивление паро-проницанию Рп, м2 ч Па/мг, ограждающей конструкции должно быть не менее наибольшего из следующих нормируемых сопротивлений паропроницанию [4,13]:

1. нормируемого сопротивления паропроницанию Рп1н, м2 ч Па/мг (из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации), определяемого по формуле

Рп1н = (ев - Е)Рпе/(Е - ен); (2)

2. нормируемого сопротивления паропроницанию 1Рп2н, м2 ч Па/мг (из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха), определяемого по формуле

0,0024г0(ев -Е0)

Рп2н = рА а^, (3)

где ев - парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха, определяемое по формуле

ев = (фв/100)Ев (4)

где Ев- парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре tв;

фв- относительная влажность внутреннего воздуха,

%;

Рпе - сопротивление паропроницанию, м2чПа/мг, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации;

ен - среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период, определяемое по [1, таблице 5а*];

zo - продолжительность, сут, периода влагонакопле-ния, принимаемой равной периоду с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха по [1];

Ео - парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации, определяемое при средней температуре наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами;

pw - плотность материала увлажняемого слоя, кг/м3;

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

Aw - предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, %, за период влагонакопления zо, принимаемое для пенополистирола 25%;

Е - парциальное давление водяного пара, Па, в плос-

кости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле

Е = (Е-|^1 + Е2^2 + Е3^3)/12, (5)

где Е1, Е2, Е3 - парциальное давление водяного пара, Па, принимаемое по температуре в плоскости возможной конденсации, устанавливаемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, ве-сенне-осеннего и летнего периодов;

Z1, Z2, zз - продолжительность, мес, зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов года, определяемая по [1,таблице 3*] с учетом следующих условий:

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

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

в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами воздуха выше плюс 5°С;

Л - коэффициент, определяемый по формуле Л = 0,0024 (Ео - ео^о^, (6)

где е0н - среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, определяемыми согласно [1].

Значения температуры в плоскости возможной конденсации следует определять по формуле

т=1в-[(1в4н)^0]^в+Ш), (7)

где ^ - расчетные температуры соответственно внутреннего и наружного воздуха (среднесезонная или средняя за период влагонакопления), °С;

Rо - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2-°С/ Вт;

Rв=1/ai, где ш =8,7 Вт/(м2-°С);

ZR -сумма термических сопротивлений слоев конструкции, расположенных между внутренней поверхностью и плоскостью возможной конденсации, м2-°С/ Вт.

Сопротивление паропроницанию Rп, м2 ч Па/мг, однослойной или отдельного слоя многослойной ограждающей конструкции следует определять по формуле

Ц , (8) где 5 - толщина слоя ограждающей конструкции, м; ц -расчетный коэффициент паропроницаемости материала слоя ограждающей конструкции, мг/(м ч Па), принимаемый по [5].

Сопротивление паропроницанию Rп, м2-ч-Па/мг, чердачного перекрытия или части конструкции вентилируемого покрытия, расположенной между внутренней поверхностью покрытия и воздушной прослойкой, в зданиях со скатами кровли шириной до 24 м должно быть не менее нормируемого сопротивления паропроницанию Rпгeq, м2-ч-Па/мг, определяемого по формуле Rпгeq = 0,0012 (ев- е0н), (9)

где ев, е0н - то же, что и в формулах (3) и (7). Для Воронежа Z1=3, Z2=2, zз=7. Средняя температура наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов равны ^р1=-8,5оС, ^р2=-2,15оС Ър3=13,79оС. Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период eн =790 Па, продолжительность периода влагонакопления zо=134 суток.

Парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха ев, Па, определяем по формуле (4)

ев = (67/100)3363=2253,21 Па

Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции определяем по формуле (8). Rпе=0,05/0,035=1,42 м2 ч Па/мг Значения температуры в плоскости возможной конденсации определяем по формуле (7) и=26-[(26+8,5)/4,23]4,18=-8,1оС Т2=26-[(26+2,15)/4,23]4,18=-1,8оС Т3=26-[(26-13,79)/4,23]4,18=13,93оС то=26-[(26+5,98)/4,23]4,18=-5,6оС Парциальное давление водяного пара определяем и принимаем по нормам: Е1=310Па, Е2=527Па, Е3=1588Па, Ео=381 Па.

Парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяем по формуле (5)

Е = (310-3 + 527-2 + 1588-7)/12=1091,67 Па Сопротивление паропроницанию Rп, м2чПа/мг, ограждающей конструкции из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации определяем по формуле (2)

Rп1н = (2253,21 - 1091,67)1,42/(1091,66 - 790)=5,47 м2 ч Па/мг

Сопротивление паропроницанию Rп, м2чПа/мг, ограждающей конструкции из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха определяем по формуле (3) Л = 0,0024 (381 - 333)134/1,42=10,87

._, н 0,0024 134 (2253,21-381) ,- .„, 2 ,-, ,

Rп2н =--1-;-—5,43 м2 ч Па/мг

25 0,16-25+10,87

Rпгeq =0,012 (2253,21-333)=2,3 м2 ч Па/мг 5,47 м2 ч Па/мг > 2,3м2 ч Па/мг Условие сопротивления ограждающих конструкций паропроницанию выполняется.

Выводы. Конденсат ускоряет и вызывает процессы коррозии в металлических конструкциях. Деревянные конструкции деформируются и разрушаются от лишней влаги, а каменные, кирпичные и бетонные конструкции теряют свою несущую способность при промерзании и оттаивании. На влажных поверхностях появляются грибы, мох, лишайники, а воздух в помещении становится неблагоприятным для здоровья человека.

Схема теплопроводного включения конструкции не обеспечивает нормативные характеристики, а именно, температура внутренней поверхности ограждающей конструкции вблизи металлических теплопроводных включений равна 22оС, что превышает норму 2ооС,. Поэтому м предлагаем рассмотреть для уменьшения влияния мостиков холода и повышения температуры внутренней поверхности в зоне теплопроводных включений вторую схему ,которая указана на рисунке 2.

По результатам исследования построили график зависимостей температуры точки росы и температуры внутренней поверхности покрытия от температуры внутреннего воздуха, провели анализ и выявили, что если температура наружной поверхности опуститься ниже указанной, то на поверхности ограждения могут конденсироваться содержащиеся в воздухе водяные пары, что недопустимо

По проведенным расчетам выявили, что сопротивление паропроницанию Rп,м2 ч Па/мг, ограждающей конструкции ^п1н=5,47 м2чПа/мг^п2н =5,43 м2 ч Па/мг) не превышает нормируемого сопротивления Rпгeq=2,3 м2 ч

X X

о

го А

с.

X

го т

о

ю

2 О

м

CS

0

CS

01

Па/мг .вследствие этого условие работ ограждающих конструкций выполняются .

Для защиты от увлажнения теплоизоляционного слоя (утеплителя) в покрытиях зданий с влажным или мокрым режимом, следует предусматривать пароизоля-цию (ниже теплоизоляционного слоя). Ее следует учитывать при определении сопротивления паропроницанию покрытия в соответствии с нормативной документацией.

Литература

1. СНиП 23-01-99* Строительная климатология. -М.: Госстрой России, 2003.

2. Справочное пособие к СНиП 2.08.02-89. Проектирование бассейнов

3. СанПиН 2.1.2.1188-03 Плавательные бассейны. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды.- М.-Минздрав России. 2003

4. СНиП 23-02-2003- Тепловая защита зданий. -М.: Госстрой России, 2004.

5. СНиП II-3-79** Строительная теплотехника-М.: Минстрой России,1995.

6. СНиП II-26-76. кровли.- М.: Госстроя СССР, 1978.

7. Сп к СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника». Расчет и проектирование ограждающих конструкций зданий.- М.: Стройиздат 1990

8. Плаксина Е.В. Характерные особенности систем обеспечения параметров микроклимата в спортивно-оздоровительных помещениях /Е.В. Плаксина // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения- 2014.-№ 4-2 (17). С. 43-48.

9. Aristov L.V. Sport and sports facilities / L.V. Aristov // M: Publishing house "SportAkadem" 2013

10. http://www.mir-klimata.info/archive/special_project/metodika_rascheta_i/

11. Packer YD Improving the microclimate of residential and public buildings / Y.D. Packer // State Publishing House of Literature on Construction and Architecture Ukrainian SSR 1964.

12. Калинина А.И. Обоснование использования методов вентиляции в бассейне/А.И. Калинина, А.Д. Глотова, Д.В.Ермоленко, // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации.- 2020.-№ 4 (21). С. 12-16.

13. Калинина А.И. Формирование микроклимата в бассейнах с учетом характеристик ограждающих кон-струкций/А.И. Калинина //Инновации и Инвестиции.-2019.-№ 3. С. 213-217.

14. Калинина А.И. Особенности формирования микроклимата в помещениях с повышенной влажностью, с учетом теплотехнических характеристик ограждающих конструкций/А.И. Калинина, А.Р. Макаров, Е.С. Аралов //Инновации и Инвестиции.- 2021.-№ 3. С. 256-259.

Fundamentals of calculating the humidity regime of enclosing structures

JEL classification: L61, L74, R53_

Kalinina1A.I., PlaksinaE.V. Dolbilova M.A.

Voronezh State Technical Universitet

Statement of the problem: Check the condensation of moisture in the premises of a building with high humidity in the city of Voronezh. Based on the results obtained, build and analyze the graph. Consider schemes for reducing the influence of cold bridges and increasing the temperature of the inner surface in the zone of heat-conducting inclusions. Check the value of the actual resistance of the enclosing structures to vapor permeability.

Results: According to the results of the study, a graph of the dependences of the dew point temperature and the temperature of the inner surface of the coating on the temperature of the inner air was constructed, an analysis was carried out and it was revealed that if the temperature of the outer surface falls below the specified one, then the water vapor contained in the air can condense on the surface of the fence, which is unacceptable.

Conclusions: The scheme of heat-conducting inclusion of the structure is not provided due to the fact that the temperature of the inner surface of the enclosing structure near the metal heat-conducting inclusions is 22oC, which exceeds the norm. According to the calculations ,it was found that the vapor permeability resistance Rp, m2 h Pa/mg, of the enclosing structure (Rpih =6.11 m2 h Pa/mg, Rp2h =5.82 m2 h Pa/mg) does not exceed the normalized resistance Rpreq=2.46 m2 h Pa/mg ,so the condition of the enclosing structures is met .

Keywords: condensate, enclosing structures, moisture, vapor permeability, temperature, roof.

References

1. SNiP 23-01-99 * Construction climatology. - M.: Gosstroy of Russia, 2003.

2. Reference guide to SNiP 2.08.02-89. Pool design

3. SanPiN 2.1.2.1188-03 Swimming pools. Hygienic requirements for the device, operation and water quality.- M.-Ministry of Health of Russia. 2003

4. SNiP 23-02-2003-Thermal protection of buildings. - Moscow: Gosstroy of Russia, 2004.

5. SNiP II-3-79**. Construction heat engineering-Moscow: Minstroy of Russia,1995.

6. SNiP II-26-76. roofs. - Moscow: Gosstroya SSSR, 1978.

7. SP to SNiP II-3-79** "Construction heat engineering". Calculation and design of enclosing structures of buildings. - M.: Stroyizdat 1990

8. Plaksina E. V. Characteristic features of systems for providing microclimate parameters in sports and health facilities /E. V. Plaksina / / Nauchnyj zhurnal. Engineering systems and structures- 2014.-№ 4-2 (17). Pp. 43-48.Aristov L. V. Sport and sports facilities / L. V. Aristov / / M: Publishing house "SportAkadem" 2013

9. http://www.mir-klimata.info/archive/special_project/metodika_rascheta_i/

10. Packer YD Improving the microclimate of residential and public buildings / Y.D. Packer // State Publishing House of Literature on Construction and Architecture Ukrainian SSR 1964.

11. Kalinina A. I. Substantiation of the use of ventilation methods in the pool/A. I. Kalinina, A.D. Glotova, D. V. Ermolenko, / / Town planning. Infrastructure. Communications.- 2020.-№ 4 (21). Pp. 12-16.

12. Kalinina A. I. Formation of microclimate in swimming pools taking into account the characteristics of enclosing structures/A. I. Kalinina //Innovation and Investment.- 2019. - No. 3. pp. 213-217.

13. Kalinina A. I. Features of the formation of microclimate in rooms with high humidity, taking into account the thermal characteristics of enclosing structures/A. I. Kalinina, A. R. Makarov, E. S. Aralov //Innovation and Investment.- 2021. - No. 3. pp. 256-259.

О Ш

m x

<

m о x

X