Конденсация влаги на поверхности и в толще ограждения

В холодный период года температура поверхности ограждающих конструкций, обращенной в отапливаемое помещение, всегда на несколько градусов ниже температуры внутреннего воздуха. Воздух, соприкасающийся с внутренней поверхностью ограждающих конструкций, охлаждается до температуры самой поверхности, и в процессе такого охлаждения может достигнуть точки росы t_d. В этомслучае на поверхности ограждения происходит образование конденсата. Во избежание этого должно выполняться условие: t_si > t_d, где t_{si -} температура внутренней поверхности ограждающей конструкции.

Наиболее вероятно выпадение конденсата на участках поверхности с пониженными температурами: углах наружных стен, местах теплопроводных включений.

Температура внутренних поверхностей наружных ограждений здания, где имеются теплопроводные включения (диафрагмы, сквозные включения цементно-песчаного раствора или бетона, межпанельные стыки, жесткие соединения и гибкие связи в многослойных панелях, оконные обрамления и т.д.), в углах и на оконных откосах не должна быть ниже, чем температура точки росы воздуха внутри здания t_d при расчетной относительной влажности j_int и расчетной температуре внутреннего воздуха t_int.

Предотвратить образование конденсата на внутренней поверхности ограждения возможно с помощью следующих мероприятий:

а) снижения влажности внутреннего воздуха посредством естественной или искусственной вентиляции;

б) повышения температуры внутренней поверхности за счет увеличения сопротивления теплопередаче R_о ограждения или за счет повышения температуры внутреннего воздуха t_int.

Отсутствие конденсации водяных паров на внутренней поверхности не исключает увлажнения ограждения ввиду возможности конденсации водяных паров внутри конструкции при их перемещении от внутренней поверхности ограждающей конструкции к наружной поверхности ограждения.

Процесс диффузии водяного пара через ограждение называется паропроницанием.

Паропроницаемость ограждающей конструкции – это свойство материалов конструкции пропускать влагу под действием разности парциальных давлений водяного пара на ее наружной и внутренней поверхностях.

Законы и характеристики процесса паропроницания аналогичны законам и характеристикам теплопередачи и аналитически выражаются подобными математическими формулами и величинами (раздел 4 пособия).

Так, при стационарном процессе диффузии водяных паров количество водяного пара, проходящего через 1 м² однородного ограждения толщиной δ в единицу времени равно

Р = μ / δ · (е_int - e_ext), (4.58)

где Р – поток водяных паров, мг/(м²·ч);

(е_int – e_ext) - разность парциальных давлений водяного пара внутреннего и наружного воздуха, Па;

δ – толщина стены, м;

μ – коэффициент паропроницаемости материала, мг/(м·ч·Па).

Коэффициент паропроницаемости материала – это величина, равная плотности стационарного потока водяного пара, проходящего через слой материала толщиной в один метр в единицу времени при разности парциального давления на границах слоя в один Паскаль.

Коэффициенты паропроницаемости для материалов рыхлых и с открытыми крупными порами имеют большие значения (например, для пенобетона плотностью r₀ =300 кг/м³ - μ = 0,26 мг/(м·ч·Па)), а для плотных материалов – малые (например, для железобетона плотностью r₀ =2500 кг/м³ - μ = 0,03 мг/(м·ч·Па)). Значения коэффициентов паропроницаемости материалов приведены в [12, приложение Т].

При диффузии водяного пара через слой материала ограждения последний оказывает потоку пара сопротивление, которое называют сопротивлением паропроницанию.

При стационарном потоке водяных паров, диффундирующих через ограждение, сопротивление паропроницанию R_vp, м²·ч·Па/мг, одного конструктивного слоя определяется по формуле

R_vp = d / m, (4.59)

где d — толщина слоя ограждающей конструкции, м;

Сопротивление паропроницанию многослойного ограждения равно сумме сопротивлений паропроницанию отдельных слоев:

R_vp = R_vp1 + R_vp2 + … + R_vpn, (4.60)

где R_vp1, R_vp2, R_vpn – сопротивления паропроницанию отдельных слоев.

С учетом (4.58) поток водяных паров, определяемый по формуле (4.61), может быть представлен в виде

Р = (е_int – e_ext) / R_vp (4.62)

При стационарной диффузии пара через ограждающую конструкцию парциальное давление водяного пара понижается от величины е_int до величины e_ext за счет общего сопротивления ограждения паропроницанию. В случае однородного ограждения изменение парциального давления происходит по линейному закону.

Величина е_х в произвольном сечении х ограждающей конструкции (например, на границах конструктивных слоев) определяется по формуле

e_х = е_int – (е_int – e_ext) / R_vp · ∑ R_{vp x}, (4.63)

где е_int и e_ext - парциальные давления водяного пара внутреннего и наружного воздуха;

R_vpx – сумма сопротивлений паропроницанию слоев конструкции, расположенных между внутренней поверхностью и рассматриваемым сечением.

Характер распределения парциального давления водяного пара по сечению многослойной стены можно определить графическим способом. Для этого следует многослойное ограждение привести к виду однородного, изобразив его в масштабе сопротивлений паропроницанию. Отложив на внутренней и наружной поверхностях стены значения парциальных давлений е_int и e_ext и соединив эти точки прямой линией, получаем график распределения давления водяного пара по сечению многослойной стены (рисунок 4.16).

Возможность образования конденсации влаги внутри ограждающей конструкции проверим графическим методом, заключающимся в следующем:

1. На разрезе ограждения, изображенного в масштабе сопротивлений паропроницанию, строится график изменения фактического парциального давления водяного пара е в толще ограждающей конструкции (прямая линия).

2. На том же чертеже строится график давления насыщенного водяного пара Е, соответствующий распределению температур в толще конструкции. Если линии е и Е не пересекаются (рис.4.17а), конденсация водяного пара в толще ограждающей конструкции отсутствует, т.к. в любой плоскости внутри ограждения давление водяного пара ниже насыщенного, при котором возникает конденсация.

В случае пересечения или касания графиков е и Е (рис.4.17б,в) в ограждении возможна конденсация влаги.

 

Рисунок 4.16 – График распределения парциального давления водяных

паров в ограждающей конструкции

3. Для графического определения границ возможной зоны конденсации из концов прямой е_int e_ext проводятся касательные к графику Е. Точки касания определяют возможную зону или плоскость конденсации.

 

Плоскость конденсации получается при совпадении точек касания в точке Е_к' (рис.4.17б).

Зона конденсации получается при совпадении точек касания в точках Е_к' и Е_к'' (рис.4.17в).

 

Рисунок 4.17 – График изменения давления в многослойной стене:

а – отсутствие конденсации; б – возможность образования плоскости

конденсации; в – возможность образования зоны конденсации.

Внутри ограждающей конструкции легко установить плоскость или зону, в которой конденсация влаги наиболее вероятна и происходит раньше, чем в других сечениях. В слоистых конструкциях отапливаемых зданий таким опасным сечением будет плоскость примыкания пористых материалов к более плотным слоям, расположенным в наружной части конструкции. В однородных ограждениях плоскость вероятной конденсации располагается примерно на расстоянии 2/3 толщины от внутренней поверхности конструкции. Расположение плоскости вероятной конденсации влаги в ограждающих конструкциях отапливаемых зданий показано на рис. 4.18 а,б,в,г.

 

Рисунок 4.18 – Схемы расположения плоскости вероятной конденсации в наружных ограждающих конструкциях: а – однородная стена; б – стена, утепленная с внутренней стороны; в – то же с наружной стороны; г – покрытие.

В слоистых ограждающих конструкциях порядок расположения слоев из пористых и плотных материалов очень важен для предупреждения конденсации влаги внутри конструкции. Если внутренняя часть ограждающей конструкции выполнена из пористого материала, а наружная – из плотного, то на границе раздела этих материалов может возникнуть конденсация влаги (рис.4.19б). Использование же для внутренней части конструкции плотных малопроницаемых материалов, а для наружной – более пористых предохраняет ограждающую конструкцию от возможного увлажнения (4.19а).

 

 

Рисунок 4.19 – Оценка влажностного состояния ограждений при различном

расположении конструктивных слоев

а – стена с внутренним конструктивным слоем из плотного материала: 1 – плотный конструктивный слой; 2 – утеплитель; 3 – наружная фактура;

б – стена с наружным плотным конструктивным слоем: 1 – внутренняя фактура; 2 – утеплитель; 3 – плотный конструктивный слой.

При плотном наружном конструктивном слое (рисунок 4.19 б) графики е и Е пересекаются. Проведенные из точек e_int и e_ext касательные к графику Е фиксируют плоскость конденсации на границе керамзитобетон-железобетон.

При расположении слоя железобетона с внутренней стороны (рисунок 4.19а) влага не конденсируется. Такое расположение слоев, кроме того, повышает теплоустойчивость ограждающей конструкции в летнее время.