Исследование температурно - влажностного состояния ограждающих конструкций здания

Е_k,4 > e_int = 1286 Па,    Е_k,4 > e_ext,4 = 1212 Па.

• Вывод: высыхание будет происходить в обоих направлениях.
• Количество влаги, удаляемой в сторону помещения:

• Количество влаги, удаляемой  по направлению к наружной стороне  стены:

• Количество влаги, удаляемой  из стены за летний период:

.

Выводы:

• Вся накопившаяся влага за летний период будет удалена из конструкции, так как P = 2158 г/м² > P_w = 724 г/м². Условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации выполняется.
• В сторону наружной поверхности испаряется почти в три раза больше влаги, чем в сторону помещения (P_ext/P_int = 1616/542 = 2,98).

2.5. Нормативный расчёт на паропроницаемость

Проверка условия  недопустимости накопления влаги в  конструкции за годовой период эксплуатации

• Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период: e_ext = 7,7 гПа = 770 Па (по табл. 5а СНиП [1]).
• Среднее парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации

E = (E_k1×z₁ + E_k2×z₂ + E_k3×z₃+ E_k4×z₄)/12 = (728×2 + 338×3 + 674×2 + 1700×5)/12 = 1026 Па.

• Нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации:

 м²×ч×Па/мг.

• Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации R_vp,int больше нормируемого сопротивления :   R_vp,int = 2,76  м²×ч×Па/мг > = 1,11 м²×ч×Па/мг;
• Вывод: требование СНиП [2] по недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации выполнено.

Проверка условия  непревышения допустимой массовой влажности материала

• В отличие от нормативной  методики, где продолжительность периода влагонакопления принята равной периоду с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха, принимаем продолжительность периода влагонакопления по данным предыдущих расчётов (осенний, зимний и весенний периоды): z₀ = 7 мес. = 7×30 = 210 сут.
• Среднее парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации за период влагонакопления:

E₀ = (E_k1×z₁ + E_k2×z₂ + E_k3×z₃)/z₀ = (728×2 + 338×3 + 674×2)/7 = 545 Па.

• Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за период влагонакопления:

е_0,ext = (e_ext,1×z₁ + e_ext,2×z₂ + e_ext,3×z₃)/z₀ = (572×2 + 245×3 + 491×2)/7 = 409 Па.

• Коэффициент (здесь и далее z₀ в сутках):

.

• Нормируемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения накопления влаги в ограждающей конструкции период конденсации:

 м²×ч×Па/мг.

где Dw_av – предельно допустимое приращение расчётного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя (утеплителя) за период влагонакопления; для минераловатных плит Dw_av = 3% (то же, что в п. 2.4);

r – плотность теплоизоляционного слоя; r = 100 кг/м³ (из табл. 2.1);

d –  толщина теплоизоляционного слоя; d = 0,15 м.

• Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации R_vp,int меньше нормируемого сопротивления :   R_vp,int = 2,76  м²×ч×Па/мг < = 3,46 м²×ч×Па/мг;
• Вывод: требование СНиП [2] по ограничению накопления влаги в ограждающей конструкции за период конденсации не выполнено, требуется установка дополнительной пароизоляции.

2.6. Определение необходимой толщины пароизоляции

• Слой пароизоляции предназначается для увеличения сопротивления паропроницанию R_vp,int так, чтобы выполнялось и условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации, и условие ограничения накопления влаги за период конденсации.
• В нашем случае не выполняется условие ограничения накопления влаги. Определяем коэффициент, показывающий во сколько раз надо увеличить сопротивление на пути движения влаги к зоне конденсации R_vp,int , чтобы выполнялось условие ограничения накопления влаги:

 раз,

Здесь суммирование проводится по тем периодам, когда  происходит конденсация влаги в  конструкции.

• Требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции:

ΔR_vp ³ R_vp,int (m – 1) = 2,76 × 0,26 = 0,70  м²×ч×Па/мг.

• Найдём также требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции из условия недопустимости конденсации влаги в зимний период:

м²×ч×Па/мг.

• В качестве пароизоляции применяются тонкие листовые и рулонные материалы, обладающие малой паропроницаемостью. Пароизоляция устанавливается не глубже внутренней поверхности увлажняемого слоя (утеплителя) и не глубже той плоскости, температура которой равна точке росы внутреннего воздуха. Вид (материал) дополнительной пароизоляции выбираем по таблице прил.  Ш СП [3].

Выводы:

• Для выполнения нормативного условия ограничения накопления влаги в утеплителе за период конденсации достаточно установить дополнительный слой пароизоляции из одного слоя рубероида толщиной 1,5 мм, для которого

R_vp = 1,1 м²×ч×Па/мг > ΔR_vp = 0,70  м²×ч×Па/мг

• Добиться отсутствия конденсации влаги в зимний период можно, установив кроме слоя рубероида ещё и слой полиэтиленовой плёнки, тогда общее сопротивление паропроницанию  R_vp = 1,1 + 7,3 = 8,4 м²×ч×Па/мг > ΔR_vp = 8,35  м²×ч×Па/мг.

2.7. Определение затухания и запаздывания колебаний температуры на внутренней поверхности стены

Определение затухания температурных колебаний

• Для определения затухания  температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции  при суточных колебаниях температуры  наружного воздуха необходимо найти коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности слоёв ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь Y_i (методика приведена в прил. 1). Определение коэффициентов теплоусвоения Y_i начинаем с первого слоя, считая от внутренней поверхности ограждающей конструкции.
• Для слоя штукатурки тепловая инерция D₁ = 0,24 < 1, поэтому:

Вт/(м²×°С).

• Для кирпичной кладки тепловая инерция D₂ = 3,12 > 1, поэтому Y₂ = s₂ = 10,12 Вт/(м²×°С);
• Для утеплителя тепловая инерция D₃ = 1,64 > 1, поэтому Y₃ = s₃ = 0,71 Вт/(м²×°С).
• Для наружного облицовочного слоя из кирпичной кладки тепловая инерция D₄ = 1,50 > 1, поэтому Y₄ = s₄ = 10,12 Вт/(м²×°С).
• Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Y_ext = Y₄ = 10,12 Вт/(м²×°С).
• Определяем затухание колебаний в отдельных слоях:

.

.

.

.

• Величина затухания при переходе волны от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения:

,

где a_ext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (стены) для летнего периода:

 Вт/(м²×°С),

здесь v – минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, принимаемая не менее 1 м/с; для Москвы v = 0 (по табл. 2* СНиП [1]), поэтому принимаем v = 1 м/с.

• Полная величина затухания расчётной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в исследуемой ограждающей конструкции:

v = v₁×v₂×v₃×v₄×v_ext = 1,08×8,80×24,32×1,46×1,58 = 533,18.

Выводы:

• На внутренней поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 533 раза меньше, чем у наружного воздуха. Теплоустойчивость конструкции высокая.
• На наружной поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 1,58 раза меньше, чем у наружного воздуха.
• Наибольшее затухание температурных колебаний происходит в слое утеплителя. Объясняется это тем, что за ним расположен несущий слой (кирпичная кладка), имеющая большой коэффициент теплоусвоения (s₂ = 10,12).
• На втором месте по затуханию слой с наибольшей тепловой инерцией (кирпичная кладка).
• В наружной кирпичной кладке затухание невелико, что объясняется влиянием расположенного за ней утеплителя, имеющего малый коэффициент теплоусвоения (s₃ = 0,71).

Определение запаздывания температурных колебаний

• Для определения запаздывания температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции  необходимо найти коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения при направлении тепловой волны изнутри наружу Y_int (методика приведена в прил. 1). Расчёт начинаем со слоя, в котором проходит граница «слоя резких колебаний» температуры, определяемого из условия SD = 1.
• Определяем положение слоя резких колебаний:

для внутреннего слоя штукатурки D₁ = 0,24 < 1,

для кирпичной кладки D₂ = 3,12 > 1, следовательно, будет D₁ + D₂ > 1.

Вывод: граница слоя резких колебаний находится во втором слое (n = 2).

• При n = 2 определяем коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения сразу как коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности первого слоя Y_int = Y₁:

  Вт/(м²×°С).

Вывод: наличие под слоем штукатурки кирпичной стены понизило коэффициент теплоусвоения его поверхности на 5% по сравнению с теплоусвоением его материала: (11,09 – 10,46)/11,09 = 0,05.

• Запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции по сравнению с колебаниями наружной температуры (сдвиг фаз колебаний) в часах определяется по формуле (здесь величины arctg берутся в градусах):

 ч.

Проверка: ориентировочно    x = 2,7D – 0,4 = 2,7×6,50 – 0,4 = 17,15 ч.

Выводы:

• При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на юг, в 12 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (12 + 17) – 24 = 5 часов утра.
• При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на запад, в 17 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (17 + 17) – 24 = = 10 часов утра.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА  СТЕНЫ, УТЕПЛЁННОЙ ИЗНУТРИ

3.1. Состав конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов

• Расчётная схема стены  показана на рис. 3.1, состав конструкции и теплотехнические характеристики слоёв приведены в табл. 3.1.
• Коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции (стены) остаются те же: a_int = 8,7 Вт/(м²×°С),  a_ext = 23 Вт/(м²×°С).

Таблица 3.1

Состав  конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов

№ слоя	Материал  (поз. в табл. СП [3])	Плот-ность r0, кг/м3	Толщина слоя d, м	Расчётные коэффициенты при условиях эксплуатации Б (по прил. Д.1 СП [3])
				тепло-проводности l, Вт/(м×°С)	тепло-усвоения s, Вт/(м2×°С)	паропро-ницаемости m, мг/(м×ч×Па)
1	внутренняя облицовка –гипсокартон (92)	800	0,0125	0,21	3,66	0,075
2	плиты минераловатные (48)	100	х	0,065	0,71	0,56
3	кладка  из кирпича глиняного обыкновенного (206)	1800	0,25	0,81	10,12	0,11

 

• Термические сопротивления, тепловая инерция и сопротивление  паропроницанию слоёв (предварительно – без утеплителя) приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Теплотехнические  характеристики слоёв конструкции

№ слоя	Слои, материалы (поз. в табл. СП [3])	Термическое сопротивление Ri = di/li, м2×°С/Вт	Тепловая  инерция Di = Risi	Сопротивление паропроницанию Rvp,i = di/mi, м2×ч×Па/мг
-	Внутренний пограничный слой	1/8,7 = 0,11	-	-
1	Внутренняя облицовка из гипсокартона (92)	0,06	0,22	0,17
2	Плиты минераловатные (48)	2,31	1,64	0,27
3	Кладка из кирпича глиняного  обыкновенного (206)	0,31	3,12	2,27
-	Наружный пограничный слой	1/23 = 0,04	-	-
	Итого (S)	2,83	4,98	2,71