CC BY
23Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Heat protection of buildings
temperature to avoid critical humidity and interstitial condensation - Calculation metods. Geneva: ISO copyright office. 2012. 47 c.
3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия. 1969. 440 с.
4. Костромин Н.И., Хмелюк К.Д. Теплотехнические испытания и характеристики стен жилых зданий. Киев: Издательство Академии архитектуры Украинской ССР. 1952. 67 с.
5. Перехоженцев А.Г. Теоретические основы и методы расчета температурно-влажностного режима ограждающих конструкций зданий. Волгоград: ВолгГАСА. 2008. 212 с.
6. Франчук А.У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов. М.: Госстрой СССР НИИ Строительной физики. 1969. 143 с.
УДК 699.86
temperature to avoid critical humidity and interstitial condensation - Calculation metods. Geneva: ISO copyright office. 2012. 47 p.
3. Isachenko V.P., Osipova V.A.,Sukomel A.S. Teploperedacha [Heat transfer]. Moscow: Energiya. 1969. 440 p.
4. Kostromin N.I., Khmelyuk K.D. Teplotekhnicheskie ispytaniya i kharakteristiki sten zhilykh zdanii [Thermal testing and characteristics of the walls of residential buildings]. Kiev: Izdatel'stvo akademii arkhitektury Ukrainskoi SSR. 1952. 67 p.
5. Perekhozhentsev A.G. Teoreticheskie osnovy i metody rascheta temperaturno-vlazhnostnogo rezhima ograzhdayushchikh konstruktsii zdanii. Volgograd: VolgGASA. 2008. 212 p.
6. Franchuk A.U. Tablitsy teplotekhnicheskikh pokazatelei stroitel'nykh materialov [Tables of thermal performance of building materials]. Gosstroi SSSR NII Stroitel'noi fiziki. 1969. 143 p.
С.В. КОРНИЕНКО, канд. техн. наук (svkorn2009@yandex.ru)
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1)
Предложения по корректировке СП 50.13330.2012 в части защиты от переувлажнения ограждающих конструкций
В целях совершенствования российской нормативной базы и повышения качества проектирования разработаны предложения по корректировке раздела «Защита от переувлажнения ограждающих конструкций» СП 50.13330.2012. Указанные предложения содержат принципиальные основы оценки влагозащитных свойств ограждающих конструкций по предельно допустимому состоянию увлажнения и гармонизированы с международным стандартом ISO 13788. В отличие от метода оценки влагозащитных свойств ограждающих конструкций, принятого в российских нормах, предлагаемый метод позволяет выполнить анализ динамики влагонакопления в конструкции в годовом цикле. По сравнению с международным стандартом ISO 13788 предложенный метод дает более точную оценку влажностного режима современных многослойных ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты.
Ключевые слова: энергоэффективность, энергосбережение, тепловая защита зданий, ограждающая конструкция; влагозащитные свойства; плоскость конденсации; влагонакопление; метод расчета.
S.V. KORNIYENKO, Candidate of Sciences (Engineering) (svkorn2009@yandex.ru) Volgograd State University ofArchitecture and Civil Engineering (1, Akademicheskaya Street, 400074, Volgograd, Russian Federation)
Suggestions about Correction of SP 50.13330.2012 Concerning Protection of Enclosing Structures Against Overwetting
In order to improve the Russian normative base and quality of designing, suggestions about correction of the section «Protection of Enclosing Structures against Overwetting» of SP 50.13330.2012 have been developed. These suggestions contain the principal bases for estimating moisture-proofing properties of enclosing structures according to the maximum allowable state of wetting, which are harmonized with the international standard ISO 13788. Unlike the method for assessment of water-proofing properties of enclosing structures adopted in Russian standards, the proposed method makes it possible to analyze the dynamics of water accumulation in structures during the annual cycle. In comparison with the international standard ISO 13788, the suggested method more correctly estimates the humidity conditions of modern multi-layered enclosing structures with the enhanced level of heat protection.
Keywords: energy efficiency, energy saving, heat protection of buildings, enclosing structure, water-proofing properties, plane of condensation, water accumulation, calculation method.
Важным аспектом безопасности зданий и сооружений является защита от переувлажнения ограждающих конструкций [1, 2]. Влагозащита оказывает существенное влияние на микроклимат помещений, теплозащитные характеристики и долговечность ограждающих конструкций [3-7]. Современные требования по защите от переувлажнения
7'2015 ^^^^^^^^^^^^^
ограждающих конструкций содержатся в СНиП 23-02-2003 и СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». В этих нормативных документах оценка влажностного режима ограждающих конструкций производится по предельно допустимому состоянию увлажнения исходя из двух условий — недопустимости систематического накопления влаги за годовой пери- 31
Тепловая защита зданий
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Возможные варианты расположения плоскости конденсации влаги в ограждении
-Л-
рй
А
¡-и
а
-V б
-Л-
Рг
Л-
&
р* 1 яГ1
в г
Рис. 2. Схема потоков влаги в плоскости конденсации для определения приращения влаги в конструкции за месяц
од эксплуатации и ограничения приращения влаги за период влагонакопления. При этом отсутствует возможность оценки влагонакопления в ограждающих конструкциях по месяцам, т. е. в годовом цикле. Оценка влагозащитных свойств конструкции производится на основе определения плоскости максимального увлажнения (плоскости возможной конденсации). Однако алгоритм определения указанной плоскости согласно действующим нормативным документам применим только к простым конструкциям. Для ограждений с мультизональной конденсацией влаги, широко применяемых в строительной практике, этот алгоритм дает противоречивые результаты [8]. Актуальность разработки методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций возрастает в связи с тем, что с 1 июля 2015 г. СНиП 23-02-2003 исключен из перечня нормативных документов для обязательного применения, а из СП 50.13330.2012 (п. 8) исключен метод расчета защиты от переувлажнения ограждающих конструкций. Для обязательного применения остаются в силе только нормативные требования по влагозащите ограждений.
В статье сформулированы предложения по корректировке раздела «Защита от переувлажнения ограждающих конструкций» СП 50.13330.2012, которые применимы для многослойных ограждающих конструкций с одномерным влагопереносом по механизму диффузии водяного пара при стационарных граничных условиях. Предлагается метод оценки влагонакопления в ограждающих конструкциях в годовом цикле на основе определения плоскостей кон-
денсации влаги в ограждении в наиболее холодный месяц года с последующим анализом динамики влагонакопления в плоскостях конденсации по месяцам в течение года.
Определение плоскости конденсации влаги в ограждении
Определение плоскости конденсации влаги в ограждении производится с целью выявления опасного с точки зрения влажностного режима сечения конструкции.
Условие конденсации влаги в ограждающей конструкции имеет следующий вид:
Р>Рм,
(1)
где р — парциальное давление водяного пара в конструкции; рш — давление насыщенного водяного пара.
Условие (1) определяет зону конденсации влаги в ограждении. Если ограждающая конструкция имеет более одной зоны конденсации, то она называется конструкцией с муль-тизональной конденсацией влаги.
Плоскость конденсации влаги — сечение ограждающей конструкции в зоне конденсации, в котором отклонение р отр достигает максимального значения.
Зоны конденсации влаги в ограждении определяются на основе профилей парциального давления водяного пара и давления насыщенного водяного пара согласно [8].
Для каждой зоны конденсации влаги определяется функция
(2)
Расчет плоскости конденсации в г-й зоне конденсации производится численным методом на основе табулирования функции Ф,.(х). Для этого г-я зона конденсации разбивается на N. равных отрезков. Число N. зависит от заданной точности вычислений. Вычисляются значения функции Ф,(х) в указанных точках разбиения. Определяется плоскость конденсации влаги в г-й зоне конденсации как сечение, в котором функция Ф,(х) принимает максимальное значение.
Указанная процедура повторяется для каждой зоны конденсации влаги в конструкции.
При расчете ограждающей конструкции на конденсацию влаги возможны следующие варианты: в конструкции нет плоскости конденсации (рис. 1, а); в конструкции имеется одна плоскость конденсации (рис. 1, б); в конструкции более одной плоскости конденсации (рис. 1, в).
В отличие от других способов определения плоскости конденсации влаги в ограждении указанный метод нагляден и доступен для широкого круга проектировщиков. Приведенный алгоритм расчета может быть использован для оценки влаго-накопления в ограждающей конструкции в годовом цикле.
Расчет влагонакопления в ограждающей конструкции в годовом цикле
Расчет влагонакопления в ограждающей конструкции в годовом цикле производится с целью оценки годового баланса влаги в следующей последовательности.
1. Определяются плоскости конденсации влаги в ограждающей конструкции в наиболее холодный месяц года согласно приведенному выше алгоритму расчета.
2. Производится оценка влажностного режима ограждающей конструкции по месяцам в годовом цикле в плоскостях конденсации влаги, определенных в п. 1.
Научно-технический и производственный журнал
Heat protection of buildings
Если в ограждении плоскости конденсации влаги отсутствуют, то влагонакопления в течение года не происходит. В противном случае для каждого месяца года на основании баланса влаги находится количество влаги, накапливаемой в каждой плоскости конденсации.
За начало расчета может быть принят любой месяц года. Пронумеруем плоскости конденсации в направлении от внутреннего воздуха к наружному; г - номер плоскости конденсации. По температуре в плоскости конденсации, определенной на основании t¡nt и ^ для данного месяца, определяется давление насыщенного водяного пара в этой плоскости [8].
Плотность потока влаги g¡inp, входящего в плоскость конденсации, определяется следующим образом.
2.1. Если нет плоскости конденсации, предшествующей данной, т. е. рассматриваемая плоскость является первой (рис. 2, а), то:
„inp _ Pint Pi
Si
Ш
(3)
к
к
шл
(4)
-К+Ъ—'
где Я/ — сопротивление влагообмену у внутренней поверхности ограждения [8]; 6.., ц. — соответственно толщина и паропроницаемость слоев, лежащих в границах от внутренней поверхности до г-й плоскости конденсации.
2.2. При наличии плоскости конденсации, предшествующей данной (рис. 2, б):
sat sat
inp Pi-1 ~Pi 8i '
(5)
где р - давление насыщенного водяного пара в ( г-1)-й плоскости конденсации; Я'-1- - сопротивление паропрони-цанию в границах от ( г-1)-й до г-й плоскости конденсации, определяемое по формуле:
ки=1р-> (6)
J ъ
где 6., ц. — соответственно толщина и паропроницаемость слоев, лежащих в границах от ( г-1)-й до г-й плоскости конденсации.
Плотность потока влаги g¡oat, выходящего из плоскости конденсации, определяется следующим образом.
2.3. Если нет плоскости конденсации, следующей за данной, т. е. рассматриваемая плоскость является последней (рис. 2, в), то:
sat _
rout _ Pj Pext
Si =
к
i,ext
(7)
J
(8)
где 6., ц. - соответственно толщина и паропроницаемость слоев, лежащих в границах от -й плоскости конденсации до наружного воздуха; Я*е — сопротивление влагообмену у наружной поверхности ограждения [8].
2.4. При наличии плоскости конденсации, следующей за данной (рис. 2, г):
sat sat
out Pi Pi+l
ai
к
1,1+1
(9)
где р.м- среднемесячное парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха; р5.ш - давление насыщенного водяного пара в г-й плоскости конденсации; Я^-' - сопротивление паропроницанию в границах от внутреннего воздуха до -й плоскости конденсации.
Сопротивление паропроницанию я™-' определяется по формуле: д
где р++1ш — давление насыщенного водяного пара в ( г+1)-й плоскости конденсации; Я''+1 — сопротивление паропроницанию в границах от г-й до ( г+1)-й плоскости конденсации.
3. Приращение влаги Ag., кг/м2, в г-й плоскости конденсации в текущем месяце определяется по разности плотности потока влаги, входящего в эту плоскость и выходящего из нее:
=24-10-6Упр-8ГК (10)
где гт — число суток в данном месяце.
При Д^ > 0 в г-й плоскости конденсации происходит накопление влаги, при Д^ < 0 — сушка.
4. Определяется количество влаги О,, кг/м2, накопленной в ограждении с начала расчета для каждой плоскости конденсации. На начало расчета количество влаги, накопленной в -й плоскости конденсации, принимается равным нулю. Количество влаги, накопленной в г-й плоскости конденсации за период с начала расчета до текущего месяца включительно, определяется по формуле:
Gt=Gt+&gi,
(11)
где рех/ - среднемесячное парциальное давление водяного пара наружного воздуха; - сопротивление паропрони-цанию в границах от -й плоскости конденсации до наружного воздуха, определяемое по формуле:
где О* - количество влаги, накопленной в г-й плоскости конденсации за предыдущие месяцы с начала расчета.
Если значение О,, определенное по формуле (11), для какого-либо месяца года окажется меньше нуля, то для этого месяца принимается О. = 0.
Разработанные алгоритмы расчета (1)-(2) и (3)-(11) удобны для реализации в компьютерных программах.
Оценка результатов расчета
По результатам расчета влажностного режима ограждающих конструкций в годовом цикле выполняется оценка соответствия влагозащитных характеристик ограждения нормативным требованиям п. 8 «Защита от переувлажнения ограждающих конструкций» СП 50.13330.2012 исходя из двух условий:
а) недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации;
б) ограничения влаги в ограждающей конструкции за период влагонакопления.
При оценке результатов расчета возможны варианты, представленные ниже.
1. Плоскости конденсации отсутствуют в наиболее холодный месяц года. В этом случае делается вывод, что конденсации влаги в ограждающей конструкции не происходит. Конструкция отвечает нормативным требованиям по защите от переувлажнения.
7'2015
33
Тепловая защита зданий
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
2. Конденсация влаги происходит в одной или нескольких плоскостях конденсации, но влагонакопление в каждой плоскости конденсации к концу расчета в годовом цикле отсутствует. Это означает, что систематического влагонако-пления в ограждающей конструкции за годовой период не происходит, конструкция отвечает условию A.
Если максимальное количество влаги в каждой плоскости конденсации не превышает 200 г/м2 (требование международного стандарта ISO 13788), то переувлажнения ограждающей конструкции в период влагонакопления не происходит, конструкция отвечает условию B. В этом случае ограждающая конструкция отвечает нормативным требованиям по защите от переувлажнения.
Если максимальное количество влаги в какой-либо плоскости конденсации превышает 200 г/м2, то конструкция не отвечает условию B. В этом случае существует риск ухудшения теплозащитных свойств и деградации строительных материалов, примыкающих к плоскости конденсации, связанный с просачиванием воды. Ограждающая конструкция не отвечает нормативным требованиям по защите от переувлажнения.
3. К концу расчета в годовом цикле имеет место вла-гонакопление в какой-либо плоскости конденсации. В этом случае в ограждающей конструкции происходит системати-
Список литературы
1. Фокин К.Ф. Расчет влажностного режима наружных ограждений. М.-Л.: ЦНИПС, 1935. 23 с.
2. Куприянов В.Н., Сафин И.Ш. Паропроницаемость и проектирование ограждающих конструкций // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 385-390.
3. Орлович Р.Б., Горшков А.С., Зимин С.С. Применение камней с высокой пустотностью в облицовочном слое многослойных стен // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 8. С. 14-23.
4. Korniyenko S. Thermal Comfort and Energy Performance Assessment for Residential Building in Temperate Continental Climate (2015) Applied Mechanics and Materials, 725-726, pp. 1375-1380.
5. Корниенко С.В. Тестирование метода расчета температурно-влажностного режима ограждающих конструкций на результатах натурных измерений параметров микроклимата помещений // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 2 (28). С. 18-23.
6. Litavcova E., Korjenic A., Korjenic S., Pavlus M., Sarhadov I., Seman J., Bednar T. Diffusion of moisture into building materials: A model for moisture transport (2014) Energy and Buildings, 68, pp. 558-561.
7. Liu X., Chen Y., Ge H., Fazio P., Chen G. Numerical investigation for thermal performance of exterior walls of residential buildings with moisture transfer in hot summer and cold winter zone of China (2015) Energy and Buildings, 93, pp. 259-268.
8. Корниенко С. В. О применимости методики СП 50.13330.2012 к расчету влажностного режима ограждающих конструкций с мультизональной конденсацией влаги // Строительство и реконструкция. 2014. № 5 (55). С. 29-37.
ческое влагонакопление за годовой период. Конструкция не отвечает условию A нормативных требований по защите от переувлажнения.
Заключение
По результатам проведенных исследований сформулированы следующие выводы.
1. В целях совершенствования российской нормативной базы и повышения качества проектирования разработаны предложения по корректировке раздела «Защита от переувлажнения ограждающих конструкций» СП 50.13330.2012. Указанные предложения содержат принципиальные основы оценки влагозащитных свойств ограждающих конструкций по предельно допустимому состоянию увлажнения и гармонизированы с международным стандартом ISO 13788.
2. В отличие от метода оценки влагозащитных свойств ограждающих конструкций, принятого в российских нормах, предлагаемый метод позволяет выполнить анализ динамики влагонакопления в конструкции в годовом цикле. По сравнению с международным стандартом ISO 13788 этот метод дает более точную оценку влажностного режима современных многослойных ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты.
References
1. Fokin K.F. Raschet vlazhnostnogo rezhima naruzhnykh ograzhdenii [Calculation of moisture conditions of building components]. Moscow-Leningrad: TsNIPS. 1935. 23 p.
2. Kupriyanov V.N., Safin I.Sh. Vapor permeability and building components design. Academia. Arkhitektura i stroitelstvo. 2010. No. 3, pp. 385-390. (In Russian).
3. Orlovich R.B., Gorshkov A.S., Zimin S.S. Application of stones with high hollowness in a facing layer of multilayered walls. Inzhenerno-stroitelnyi zhurnal. 2013. No. 8, pp. 1423. (In Russian).
4. Korniyenko S. Thermal Comfort and Energy Performance Assessment for Residential Building in Temperate Continental Climate (2015) Applied Mechanics and Materials, 725-726, pp. 1375-1380.
5. Kornienko S.V. Testing of the calculation method of heat and moisture conditions of building components on results of field study of indoor parameters. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2012. No. 2 (28), pp. 18-23. (In Russian).
6. Litavcova E., Korjenic A., Korjenic S., Pavlus M., Sarhadov I., Seman J., Bednar T. Diffusion of moisture into building materials: A model for moisture transport (2014) Energy and Buildings, 68, pp. 558-561.
7. Liu X., Chen Y., Ge H., Fazio P., Chen G. Numerical investigation for thermal performance of exterior walls of residential buildings with moisture transfer in hot summer and cold winter zone of China (2015) Energy and Buildings, 93, pp. 259-268.
8. Kornienko S.V. About applicability of SP 50.13330.2012 (Russian Standard) to calculation of moisture conditions of the building components with multizone moisture condensation. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya. 2014. No. 5 (55), pp. 29-37. (In Russian).
