CC BY
24Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 699.82
П.П. ПАСТУШКОВ1, канд. техн. наук, К.И. ЛУШИН2, канд. техн. наук, Н.В. ПАВЛЕНКО3, канд. техн. наук
1 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, Москва, Локомотивный пр., 21)
2 Московский государственный строительный университет (129337, Москва, Ярославское ш., 26) 3 Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46)
Отсутствие проблемы выпадения конденсата на внутренней поверхности стен со скрепленной теплоизоляцией*
Рассмотрены возможные определения бытового выражения «дышащие стены» с точки зрения воздухопроницаемости и сопротивления паропроницанию. Отмечено, что ограждающие конструкции, попадающие под эти определения, не удовлетворяют требованиям СНиП «Тепловая защита зданий». Описаны типы методов расчета влажностного режима. Представлены расчеты нестационарного влажностного режима многослойных конструкций с использованием основных типов эффективных, утеплителей (минеральная вата, формованный пенополистирол, экструдированный пенополистирол) в различных городах России. Продемонстрировано, что влажность на внутренней поверхности стены при использовании в качестве утеплителя минеральной ваты и экструдированного пенополистирола (ХРЗ), не превышает 1%; при использовании формованного пенополистирола - 2%. Результатом работы развенчано бытующее мнение, что при использовании некоторых типов эффективных, утеплителей «стены не дышат» и на внутренней поверхности может выпадать конденсат. Показано, что этого не происходит даже в период наибольшего влагонакопления ни в одной климатической зоне строительства.
Ключевые слова: дышащие стены, влажностный режим, нестационарный метод расчета, эффективные утеплители, конденсат
P.P. PASTUSHKOV1, Candidate of Sciences (Engineering); K.I. LUSHIN2, Candidate of Sciences (Engineering); N.V. PAVLENKO3, Candidate of Sciences (Engineering) 1 Research Institute of Building Physics of RAACS (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow,127238, Russian Federation) 2 Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation) 3 Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (46, Kostyukova Street, Belgorod, 308012, Russian Federation)
Absence of Problem of Condensate Formation on the Inner Surface of Walls with Fastened Heat Insulation
Possibilities to define an everyday expression "breathing walls" from the point of view of air-permeability and resistance to vapor permeability are considered. It is noted that enclosing structures that fall under these definitions do not meet the requirements of SNiP "Heat protection of buildings". The types of methods for calculation of humidity conditions are described. Calculations of non-stationary humidity conditions of multi-layer structures with the use of main types of efficient heat insulating materials (mineral wool, formed foam polystyrene, extruded foam polystyrene) in different cities of Russia are presented. It is demonstrated that the humidity on the inner surface of the wall, when mineral wool and extruded foam polystyrene are used as a heat insulators, does not exceed 1%, when formed foam polystyrene is used - 2%. This work debunks the existing opinion that when some types of efficient heat insulator are used "the walls are not breathing" and the condensate can form on the inner surface. It is shown that this does not happen even in the period of the greatest moisture accumulation in any climatic zone of construction.
Keywords: breathing walls, humidity conditions, non-stationary method of calculation, efficient heat insulators, condensate.
Зачастую в современном строительстве критерий «эта стена будет дышать, а эта не будет» становится определяющим при выборе материалов для ограждающей конструкции здания. Под дышащими понимаются конструкции стен, с одной стороны, обеспечивающие воздухообмен в помещении, а с другой не допускающие влагонакопления внутри и образования конденсата на внутренней поверхности. В работе [1] показано, что чаще всего, когда говорят, что эта стена дышит, тем самым подчеркивая ее положительные качества - это не только не является благом, но и является нарушением действующих строительных норм. Также приведены примеры расчета нескольких типов многослойных конструкций с использованием в качестве утеплителя экструдированного пенополистирола в различных климатических зонах строительства по стационарной ме-
тодике оценки влажностного режима из СП 50.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Данный метод позволяет проверить конструкцию по условиям недопустимости накопления влаги в ней за годовой период эксплуатации и ограничения влаги за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха.
С 30-х гг. XX вв. известны нестационарные методы расчета влажностного режима [2], а в 1984 г. НИИ строительной физики было выпущено «Руководство по расчету влажностного режима ограждающих конструкций зданий». За последние два года силами НИИСФ проведена актуализация данного метода и выпущен новый стандарт (ГОСТ 32494-2013. Межгосударственный стандарт «Здания и сооружения. Метод математического моделирования
* Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (проект № 13-08-90468_Укр_ф_а).
* The work was carried out at partial financial support of the RFFI (project № 13-08-90468_Ukr_f_a).
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Structural calculations
Таблица 1
Конструкция стены
Состав стены изнутри наружу Толщина слоя, б, м Плотность, р0, кг/м3 Коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации А и Б, X, Вт/м°С Коэффициент паропроницаемости, мг/(мчПа)
A Б
Штукатурка по газобетону 0,02 1550 0,76 0,93 0,05
Газобетон 0400 0,3 450 0,14 0,15 0,135
а - Минеральная вата 0,15 145 0,04 0,042 0,51
б - Пенополистирол 0,1 20 0,04 0,45 0,05
в - экструдированный пенополистирол ХРБ 0,05 30 0,031 0,032 0,008
Наружный штукатурный слой 0,01 1550 0,76 0,93 0,09
температурно-влажностного режима ограждающих конструкций»), содержащий математическую модель нестационарного влажностного режима ограждающих конструкций зданий. Используя описанную в этом нормативном документе математическую модель, возможно провести численные расчеты с заданием нестационарных условий эксплуатации ограждающих конструкций и как результат, получить рас-
Штукатурка
И*
Alt
( № 4.1 НС и 4.1 л! и (! с ¿и ы
а) н1чио фнры! конструкции л, м
Рис. 1. Распределение влажности внутри конструкции с минеральной ватой
»Г» О/Л 9,1
fi) H14UQ мгусп
Рис. 2. Распределение влажности внутри конструкции с пенополистиролом щщшлн
* «1 «if Э1 ЫЧ1ЛГ (npi.u
t) «К 4-1 КООЦДММ** и
О tM *1
Рис. 3. Распределение влажности внутри конструкции с XPS
пределение влажности внутри конструкции в любой момент времени после начала эксплуатации. По найденному распределению влагостойкости можно количественно оценить влажность на внутренней поверхности стены, т. е. проверить риск выпадения конденсата внутри помещения, а это один из тех факторов, который приписывается недышащим стенам [3].
Настоящая статья посвящена описанию расчетов нестационарного влажностного режима многослойных ограждающих конструкций с использованием основных типов эффективных утеплителей в различных городах строительства России. Исследованы стены из газобетона марки 0400 с фасадной системой со скрепленной теплоизоляцией (СФТК) с наружным тонким штукатурным слоем [4]. В табл. 1 сведены составы исследуемых конструкций изнутри наружу. В качестве вариантов используемого материала утеплителя рассмотрены: а - минеральная вата; б -формованный пенополистирол; в - экс-трудированный пенополистирол (ХРБ).
При расчетах принималось, что температура (+20оС) и влажность (55%) в помещении остаются постоянными в течение года. Температура и относительная влажность воздуха снаружи изменяется. В табл. 2 и 3 представлены данные из СП 131.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», рассчитанные на начало месяца, для различных городов строительства. Эти данные нужны для задания граничных условий при численных расчетах.
На рис. 1-3 представлены графики распределения влажности внутри конструкций в различных городах строительства. Результаты приведены на начало февраля и начало августа, соответственно после трех лет эксплуатации здания. Месяцы выбраны из условия наибольшего и наименьшего влагона-копления внутри слоя утеплителя.
Анализ представленных графиков позволяет сделать вывод, что влаж-
Г»кИ1»том
XPS
SsJ
м У X,
4
i г
«I «л м
(} MWt iirytn
62014
43
Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 2
Температура на начало месяца
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Москва -8,75 -9,7 -6,75 0,05 8,15 13,95 17,05 17,2 13,5 7,5 1,2 -4,6
Санкт-Петербург -6,4 -7,8 -5,85 -0,4 6,45 12,4 16,4 16,9 13,45 7,9 2,3 -2,65
Владивосток -11,15 -11,45 -6,1 1,2 7,35 11,85 16,15 19,75 18,9 13,25 4,7 -4,75
Краснодар -0,25 -1,1 1,85 7,8 14,15 18,85 22 23 20,15 14,5 8,5 3,35
Екатеринбург -14,3 -14,55 -10,25 -2,1 6,35 12,55 16,15 16,05 12,05 5,2 -2,8 -9,95
Новосибирск -17,65 -18,05 -13,7 -4,3 5,9 13,5 17,85 17,4 12,95 6 -3,65 -12,85
Таблица 3
Относительная влажность воздуха на начало месяца
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Москва 84,5 82,5 79,5 72 62 58,5 61 65,5 70,5 75,5 80 83,5
Санкт-Петербург 87 85 81 75,5 69,5 67 69,5 74 79 82,5 85,5 87,5
Владивосток 63,5 64 65,5 68 73 82,5 90 90 83 73 65 62,5
Краснодар 84,5 83,5 79,5 72,5 67,5 66,5 65 63,5 65,5 72 79 83
Екатеринбург 80,5 78 73,5 67,5 61 59 64 70 73,5 76 78 80
Новосибирск 81 79 78 74 64,5 62,5 69 74 76 76,5 79,5 82
ность на внутренней поверхности стены, при использовании в качестве утеплителя минеральной ваты и экструдированного пенополистирола (XPS), не превышает 1%; при использовании формованного пенополистирола - 2%.
Таким образом, с помощью численных расчетов и сравнения фасадных конструкций с применением основных типов эффективных утеплителей в различных городах строительства РФ развенчано бытующее мнение, что при использовании некоторых типов эффективных утеплителей «стены не дышат» и на внутренней поверхности может выпадать конденсат. Как показано в работе, этого не проис-
Список литературы
1. Пастушков П.П. Научный подход к теме «дышащих стен» // Кровельные и изоляционные материалы. 2013. № 4. С. 13-14.
2. Фокин К.Ф. Расчет последовательного увлажнения материалов в наружных ограждениях. В кн.: Вопросы строительной физики в проектировании. М. Л.: Стройиздат, 1941. С. 2-18.
3. Mingottia N., Chenvidyakarna T., Woodsb A.W. The fluid mechanics of the natural ventilation of a narrow-cavity double-skin facade // Building and Environment. 2011. Vol. 46. P. 807-823.
4. Künzel H.M., Künzel H., Sedelbauer K. «Hydro thermal beanspruchungund lebensdauervon wärme damm verbundsy stemen» // Bauphysik. 2006. Bd. 28. H. 3.
5. Гагарин В.Г. Теплофизические проблемы современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 297-305.
6. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Методика определения суммарного сопротивления паропроницанию наружных отделочных слоев фасадных теплоизоляционных композиционных систем с наружными штукатурными слоями // Вестник МГСУ. 2012. № 11. С. 140-143.
7. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Количественная оценка энергоэффективности энергосберегающих мероприятий // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 7-9.
ходит даже в период наибольшего влагонакопления ни в одной климатической зоне строительства.
Полученные выводы говорят не об отсутствии тепло-физических проблем при использовании эффективных утеплителей [5, 6], а о спекулятивном характере использования бытового выражения «дышащие стены» и полном отсутствии в нем инженерного смысла. Значительно более важной проблемой, связанной с использованием теплоизоляционных материалов, является определение эксплуатационной влажности и установления влияния ее значения на показатели энергоэффективности [7].
References
1. Pastushkov P.P. Scientific approach to the topic of «breathing walls». Krovel'nye i izoljacionnye materialy. 2013. No. 4, pp. 13-14. (In Russian).
2. Fokin K.F. Calculation consistent dampening materials in outdoor enclosures. In book: Voprosy stroitel'noj fiziki v proektirovanii [Issues in the design of building physics]. Moscow-Leningrad: Strojizdat, 1941, pp. 2-18.
3. Mingottia N., Chenvidyakarna T., Woodsb A.W. The fluid mechanics of the natural ventilation of a narrow-cavity double-skin facade. Building and Environment. 2011. Vol. 46, pp. 807-823.
4. Kjunzel H.M., Kjunzel H., Sedelbauer K. Hydro thermal beanspruchungund lebensdauervon heat dam composite systems. Bauphysik. 2006. Vol. 28, p. 3.
5. Gagarin V.G. Thermophysical problems of modern wall enclosures multistory buildings. Academia. Arhitektura i stroitel'stvo. 2009. No. 5, pp. 297-305. (In Russian).
6. Gagarin V.G., Pastushkov P.P. Methods of determining the total water vapor resistance of the outer layers of finishing facade insulation composite systems with outer layers of plaster. VestnikMGSU. 2012. No. 11, pp. 140-143. (In Russian).
7. Gagarin V.G., Pastushkov P.P. Quantitative evaluation of energy saving measures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No 6, pp. 7-9. (In Russian).
