Исследование температурно - влажностного состояния ограждающих конструкций здания

 

• Принимаем коэффициент теплотехнической неоднородности конструкции r = 0,95, тогда R_req/r = 2,68/0,95 = 2,82 м2×°С/Вт и требуемая толщина утеплителя

= 0,065×(2,82 – 0,11 – 0,06 – 0,31– 0,04) = 0,141 м.

• Принимаем толщину утеплителя d₃ = 0,15 м = 150 мм (кратно 30 мм), и добавляем в табл. 3.1.

Выводы:

• По сопротивлению теплопередаче конструкция соответствует нормам, так как приведённое сопротивление теплопередаче R₀r  выше требуемого значения R_req:

R₀r = 2,83×0,95 = 2,69 > R_req = 2,68   м²×°С/Вт.

3.2. Определение значений температур и давления насыщенного пара по толщине конструкции

• Определяем значения температур и давления насыщенного водяного пара на поверхности и в толще конструкции для четырёх периодов года (табл. 3.3); изображаем графики распределения температур (рис. 3.2) и давления насыщенного пара (рис. 3.3) по толщине конструкции.

Таблица 3.3

Распределение температуры и максимальной упругости  водяного пара по сечению конструкции

Обозначения		ti, °С по периодам года				Ei, Па по периодам года
		осенний	зимний	весенний	летний	осенний	зимний	весенний	летний
tint		20	20	20	20	2337	2337	2337	2337
tint		19,2	18,8	19,2	19,8	2230	2173	2223	2306
t1	Е1	18,8	18,2	18,8	19,7	2175	2092	2166	2290
t2	Е2	15,0	12,3	14,7	18,6	1707	1435	1674	2138
t3	Е3	11,2	6,5	10,7	17,5	1330	966	1283	1996
t4	Е4	7,4	0,6	6,6	16,4	1028	637	975	1862
t5	Е5	3,5	-5,3	2,5	15,3	788	391	733	1736
text		1,5	-8,5	0,4	14,7	680	298	627	1671
text		1,2	-8,9	0,05	14,6	666	286	613	1662

 

3.3. Проверка  возможности конденсации влаги  внутри конструкции

• Оцениваем возможность конденсации влаги внутри конструкции (табл. 3.4 и рис. 3.3,а).

Таблица 3.4

Оценка  возможности конденсации влаги  внутри конструкции

Обозначение упругости в.п.	еi, Па по периодам года				Ei – еi, Па по периодам года
	осенний	зимний	весенний	летний	осенний	зимний	весенний	летний
еint	1286	1286	1286	1286	944	887	937	1020
е1	1242	1222	1237	1281	933	871	929	1008
е2	1224	1196	1217	1280	483	239	457	859
е3	1207	1170	1198	1278	123	-205	86	718
е4	1189	1145	1178	1276	-161	-508	-203	586
е5	1171	1119	1158	1274	-384	-728	-425	462
еext	572	245	491	1212	108	53	136	459

 

Выводы

• Расчёт показывает, что конденсация влаги возможна в осенний, зимний и весенний период, однако, в отличие от предыдущей конструкции, в большем количестве.
• Плоскость конденсации находится на наружной грани утеплителя.
• Зона конденсации занимает ….     {указать, где расположена зона конденсации}.
• В зимний период температура t₅ < 0, поэтому там будет образовываться слой наледи.

3.4. Расчёт влажностного режима конструкции по годовому балансу влаги

• Определяем сопротивления  паропроницанию для случая расположения плоскости конденсации на наружной поверхности утеплителя:

R_vp,int = R_vp,1 + R_vp,2 = 0,17 + 0,27 = 0,44 м²×ч×Па/мг,

R_vp,ext = R_vp,3 = 2,27  м²×ч×Па/мг

• Для каждого периода года определяем количество влаги, подходящей к зоне конденсации, а также уходящей от неё, считая, что конденсация происходит только в плоскости конденсации.

В осенний период:  Е_k,1 = Е₅ =788 Па.

• Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:

• Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:

• Вывод: в осенний период в стену попадает в 12,1 раза больше влаги, чем может выйти наружу (P_int/ P_ext = 1656/137 = 12,10).
• Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:

.

В зимний период:  Е_k,2 = Е₅ =391 Па.

• Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:

• Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:

• Вывод: в зимний период в стену попадает в 32 раза больше влаги, чем может выйти наружу (P_int/ P_ext = 4460/140 = 31,93).
• Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:

.

В весенний период:  Е_k,3  = Е₅ = 733 Па.

• Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:

• Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:

• Вывод: в весенний период в стену попадает примерно в 12 раз больше влаги, чем может выйти наружу (P_int/ P_ext = 1837/154 = 11,95).
• Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:

• Общее количество конденсата в стене

P_w = P_w1 + P_w2 + P_w3 = 1519 + 4320 + 1684 = 7523  г/м².

Проверка условия  непревышения допустимой массовой влажности материала

• Допустимое количество влаги, которое может поглотить 1м² теплоизоляционного слоя, остаётся тем же, что и в предыдущем расчёте: DP = 450 г/м².

Вывод:

• Общее количество конденсата в стене превышает допустимый предел его увлажнения: P_w = 7523 г/м² > DP = 450 г/м², то есть условие ограничения накопления влаги не выполняется. Необходима установка дополнительных слоёв пароизоляции.

Проверка условия  недопустимости накопления влаги в  конструкции за годовой период эксплуатации

• Максимальная упругость  водяного пара в плоскости конденсации  в летний период: Е_k,4 = Е₅ = 1736 Па.
• Движение водяного пара при высыхании будет идти в направлении уменьшения парциального давления водяного пара:

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

• Вывод: высыхание будет происходить в обоих направлениях.
• Влажностный режим конструкции в период испарения показан на рис. 3.3,б.
• 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 не будет удалена из конструкции, так как P = 4567 г/м² > P_w = 7523 г/м². Условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации не выполняется. Через несколько лет эксплуатации стена промокнет.
• В сторону помещения испаряется почти в 4,5 раза больше влаги, чем в сторону наружной поверхности (P_int/P_ext = 3736/832 = 4,49).

3.5. 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 (из табл. 1.1).
• Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле

E = (E_k1×z₁ + E_k2×z₂ + E_k3×z₃+ E_k4×z₄)/12 = (788×2 + 391×3 + 733×2 + 1736×5)/12 = 1074 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 меньше нормируемого сопротивления :   R_vp,int = 0,44  м²×ч×Па/мг < = 1,58 м²×ч×Па/мг;
• Вывод: требование СНиП [2] по недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации не выполнено.

Проверка условия  непревышения допустимой массовой влажности материала

• Проверку не проводим, так  как не выполнено условие недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации.

3.6. Определение  необходимой толщины пароизоляции

• Определяем коэффициент, показывающий во сколько раз надо увеличить сопротивление на пути движения влаги к зоне конденсации R_vp,int :

для выполнения условия ограничения накопления влаги:

 раз,

для выполнения условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации:

 раз.

• Требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции

ΔR_vp ³ R_vp,int (m – 1) = 0,44 × 8,04 = 3,50  м²×ч×Па/мг.

• Дополнительно найдём требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции из условия недопустимости конденсации влаги в зимний период:

м²×ч×Па/мг.

Выводы:

• Для выполнения нормативного условия ограничения накопления влаги в утеплителе за период конденсации необходимо установить дополнительный слой пароизоляции из полиэтиленовой плёнки толщиной 0,16 мм, для которого по таблице прил.  Ш СП [3]

R_vp = 7,3 м²×ч×Па/мг > ΔR_vp = 3,50  м²×ч×Па/мг

• Добиться отсутствия конденсации влаги в зимний период можно, установив два слоя полиэтиленовой плёнки, тогда общее сопротивление паропроницанию 

R_vp = 2×7,3 = 14,6 м²×ч×Па/мг > ΔR_vp = 13,47  м²×ч×Па/мг.

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

Определение затухания температурных колебаний

• Вычисляем коэффициент теплоусвоения  наружной поверхности слоёв:

для внутренней облицовки из гипсокартона тепловая инерция D₁ = 0,22 < 1, поэтому

Вт/(м²×°С);

для утеплителя Y₂ = s₂ = 0,71 Вт/(м²×°С), так как D₂ = 1,64 > 1;

для кирпичной  кладки Y₃ = s₃ = 10,12 Вт/(м²×°С), так как D₃ = 3,12 > 1.

• Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Y_ext = Y₃ = 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 (из п. 2.7).