Вопросы накопления влаги в толще ограждающих конструкций зданий в климатических условиях Западной Сибири Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Вестник ТГАСУ № 4, 2014

117

УДК 72:693.9(571.1)

ЗЕНКОВ ИЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВИЧ, магистрант, [email protected]

ГВОЗДЯКОВ ВЛАДИМИР СЕРГЕЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент, [email protected]

Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

вопросы накопления влаги в толще ограждающих конструкций зданий в климатических условиях западной сибири

Проведен сравнительный анализ трех основных конструктивных схем наружных ограждающих конструкций (с наружным утеплением, с утеплителем в толще ограждения, с утеплением изнутри) с двумя видами утеплителя (экструдированным пенополи-стиролом, минераловатным утеплителем) при стационарном тепловом потоке. Целью анализа являлось выявление наиболее неблагоприятной с точки зрения образования конденсата конструкции наружных стен. Установлено, что при данных условиях конденсат может образоваться в толще наружной стены с утеплением изнутри (независимо от вида утеплителя).

Ключевые слова: многослойная ограждающая конструкция; точка росы; конденсат; зона конденсации; паропроницаемость; сопротивление паропрони-цанию; давление водяного пара.

IL'YA A. ZENKOV, Undergraduate Student, [email protected]

VLADIMIR S. GVOZDYAKOV, PhD, A/Professor, Tomsk State University of Architecture and Building, 2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

moisture accumulation

within exterior walls in western siberia

The paper presents the comparative analysis of three main structural layouts of exterior walls (with external and internal heat insulation) using two types of heat insulating material (extruded foam polystyrene, mineral wool) at a continuous heat flux. The purpose of the paper is to define the most unfavorable exterior wall structures in terms of condensing It is shown that condensate can be formed inside the exterior wall having the internal heat insulation irrespectively of the type of heat insulating material.

Keywords: multilayer exterior wall; dew point; condensate; condensation zone; vapor permeability; water-vapor resistance; water vapor pressure.

В современных условиях повсеместного ресурсо- и энергосбережения необходимым условием при новом строительстве и реконструкции является применение в наружных ограждениях утеплителя. Для данной статьи были рассмотрены и проанализированы 2 вида утеплителя (минераловатный утеплитель с = 0,04 Вт/(м-°С) и экструдированный пенополистирол

© И.А. Зенков, В.С. Гвоздяков, 2014

с = 0,032 Вт/(м-°С)) в трех видах конструкций наружных стен (рис. 1-3) при стационарном тепловом потоке. Параметры наружного воздуха приняты согласно СП 131.13330-2012 «Строительная климатология» для г. Томска. Параметры внутренней среды приняты согласно ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» для жилых помещений.

Рис. 1. Конструкция стен с утеплением снаружи минераловатным утеплителем (а), экструдированным пенополистиролом (б)

Рис. 2. Конструкция стен с утеплением в толще минераловатным утеплителем (а), экструдированным пенополистиролом (б)

Рис. 3. Конструкция стен с утеплением внутри минераловатным утеплителем (а), экструдированным пенополистиролом (б)

Рассмотрим толщу ограждающей конструкции при следующих условиях:

и = 21 °С, фв = 50 %, ^ = -39 °С, фв = 79 %, 4.п = -7,9 °С, ¿о.п = 233 сут.

Сопротивление теплопередаче Я0 определяется согласно СП 50-13330-2012 «Тепловая защита зданий» по формуле

Я + Д + К2 + ... + Кп + 0-, (1)

«в «н

где ав - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2-°С); ан - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2-°С); Я1, Я2 ... Яп - термическое сопротивление слоев конструкции, м2-°С /Вт.

Для определения толщины утеплителя условно примем, что сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции Я0 для всех конструкций стен равно 3,5м2-°С /Вт.

График распределения температур по толще ограждающей конструкции, график изменения максимальной упругости водяного пара Е, МПа, линия падения упругости водяного пара е, МПа (пунктирная линия) показаны на рис. 1-3.

Для расчета влажностного режима стен используем графический метод. Так как на рис. 1, 2 линии е и Е не пересекаются, значит, конденсации водяного пара в стене не будет. На рис. 3 линии е и Е пересекаются, следовательно, в стене будет происходить конденсация водяного пара. Для построения действительной линии падения упругости водяного пара при

конденсации влаги в стене проводим из точек еВ и еН касательные прямые к линии Е. Точки пересечения касательных с линией Е и будут «зоной образования конденсата». Основное количество конденсата будет скапливаться на границе между кирпичной стеной и утеплителем.

Для определения количества водяного пара, поступающего к зоне конденсации и уходящего из стены, необходимо определить сопротивление паропроницанию слоев стены [2, 3]. Для стены с минераловатным утеплителем (рис. 3, а):

пароизоляционная пленка.............................................................ЯП1 = 7 м2-ч-Па/мг

минераловатный утеплитель............................ЯП2 = — = 0,115 = 0,38 м2-ч-Па/мг

Н-2 0,3

кирпичная кладка 380 мм....................................ЯП3 = — = 0,38 = 3,45 м2-ч-Па/мг

Н-3 0,11

Тогда сопротивление всей стены [1]

Яо.п. = Яв.п + Яш + Яш + Яш + Ян.п = 10,87 м2-ч-Па/мг, (2)

где ЯВП = 0,027 м2-ч-Па/мг - сопротивление влагообмену у внутренней поверхности ограждения [1]; ЯНП = 0,013 м2-ч-Па/мг - сопротивление влагообмену у наружной поверхности ограждения [1].

Количество водяного пара, поступающего к зоне конденсации в стене с минераловатным утеплителем (рис. 3, а) [1]:

„ еВ -1260 1368-1260 .. 2 „ .

Р= —-=-= 15,13 мг/(м2-ч-Па), (3)

1 ЯП1 + ЯП2 7 + 0,137

52 0,042 2 „ . где ЯП 2 = — = —-= 0,137 м-ч-Па/мг.

^2 0,3

Количество водяного пара, уходящего из стены от левой границы зоны конденсации в стене с минераловатным утеплителем (рис. 3, а) [1]:

„ 711 - еН 711 -11,1 „„„

Р2 = Н = 7 = 302,4 мг/(м2-ч-Па), (4)

ЯП 3 2,51

53 0,276 2 51 2 П , где Яш = — =-= 2,51 м -ч-Па/мг.

1^3 0,11

Так как Р\ < Р2, то можно сделать вывод, что конденсат свободно покидает толщу стены, не успевая накопить критическое количество водяного пара.

Для стены с экструдированным пенополистиролом (рис. 3, б):

Я 5, 0,092 11 5 2 П ,

пенополистирол..................................................ЯП1 = — =-= 11,5 м -ч-Па/мг

0,008

кирпичная кладка 380 мм....................................ЯП2 = — = 0,38 = 3,45 м2-ч-Па/мг

Н-2 0,11

Тогда сопротивление всей стены

Яо.п. = Яв.п + Яп1 + Яп2 + Ян.п = 14,99 м2-ч-Па/мг, (5)

где ЛВ.П, RH.n - то же, что и в формуле (2).

Количество водяного пара, поступающего к зоне конденсации в стене с экструдированным пенополистиролом (рис. 3, б) [1]:

л еВ -1100 1368 -1100 „„ „ „ 2 „ ч

Р1 = —-=-= 23,3 мг/(м2-ч-Па). (6)

Rrn 11,5

Количество водяного пара, уходящего из стены от левой границы зоны конденсации в стене с экструдированным пенополистиролом (рис. 3, б) [1]:

D 810-еН 810-11,1 2 „ ч

Р2 =-;—Н =-— = 318,3 мг/(м-ч-Па),

R!n2 2,51

R 52 0,276 2 П , где Rn2 = —^ =-= 2,51 м -ч-Па/мг.

| 0,11

И так же, как и в предыдущем варианте, P1 < P2. Отсюда можно сделать вывод, что конденсат свободно покидает толщу стены, не успевая накопить критическое количество водяного пара. Однако стоит заметить, что, как и в предыдущем варианте, зона накопления конденсата находится в зоне с отрицательными температурами, что может привести к образованию наледи, но говорить об этом стоит только после проведения подобного расчета при нестационарном тепловом потоке и при более глубоком анализе.

Проанализировав различные конструкции стен с разными утеплителями, можно сделать вывод, что самым неблагоприятным с точки зрения образования конденсата в толще стены является конструкция стены с утеплением изнутри независимо от вида утеплителя. Обусловлено это отрицательными температурами в толще стены вплоть до плоскости утеплителя.

Библиографический список

1. Фокин, К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / под. ред. Ю.А. Табунщикова, В.Г. Гагарина // изд. 5-е, пересмотр. - М. : АВОК-ПРЕСС, 2006. - 256 с.

2. Куприянов, В.Н. Паропроницаемость и проктирование ограждающих конструкций / В.Н. Куприянов, И.Ш. Сафин // Academia. Архитектура и строительство. - 2010. -№ 3. - С. 385-390.

3. Куприянов, В.Н. К вопросу о паропроницаемости ограждающих конструкций / В.Н. Куприянов, И.Ш. Сафин, А.Г. Хабибулина // Academia. Архитектура и строительство. - 2009. - № 5. - С. 504-507.

References

1. Fokin K.F. Stroitel'naya teplotekhnika ograzhdayushchikh chastei zdanii [Construction heat engineering of exterior walls of buildings]. Editors Yu.A. Tabunshchikov, V.G. Gagarin. Moscow : ABOK Association Publ., 2006. 256 p. (rus)

2. Kuprijanov V.N., Safin I.Sh. Paropronicaemost' i proektirovanie ograzhdajushhih konstrukcij [Vapor permeability and design of protecting designs]. Academia. Architecture and construction. 2010. No. 3. Pp. 385-390. (rus)

3. Kuprijanov V.N., Safin I.Sh., Habibulina A.G. K voprosu o paropronicaemosti ograzhdajushhih konstrukcij [Towards vapor permeability of exterior wall design]. Academia. Architecture and construction. 2009. No. 5. Pp. 504-507. (rus)