Научный подход к теме «дышащих стен»
Научный подход к теме «дышащих стен»
Выражение «дышащие стены», которое так часто сейчас используют многие производители строительных материалов, рекламируя свою продукцию, можно трактовать с точки зрения двух различных характеристик ограждающих конструкций. Во-первых, с точки зрения воздухопроницаемости — тогда под «дышащими» предполагаются стены, обеспечивающие воздухообмен в помещении, а во-вторых, с точки зрения сопротивления паропроницанию — тогда подразумевается отсутствие влагонакопления внутри и отсутствие конденсата на поверхности ограждающей конструкции.
Настоящая статья посвящена анализу данных определений «дышащих стен» в части удовлетворения требованиям действующего СНиП «Тепловая защита зданий» [1].
Рассмотрим вначале трактовку с точки зрения воздухопроницаемости. Первые исследования в этой области были проведены немецким ученым врачем-гигиенистом Максом фон Петтенкофером (1818–1901). Данные исследования включали многочисленные эксперименты над конструкциями с учетом влияния человека на атмосферу внутри помещения. Результатом стало создание научных основ вентиляции и установление норм по воздухообмену в помещении. В дальнейшем русский ученый Р. Е. Брилинг развил данные наработки, а результаты его исследований вошли в СНиП «Тепловая защита зданий» в раздел «Воздухопроницаемость ограждающих конструкций».
По современным нормам одному человеку в помещении необходимо 60 м3 воздуха в час. Согласно табл. 9 раздела 9 СНиП «Тепловая защита зданий» [1] через 1 м2 наружной стены в расчетных условиях может проходить не более 0,5 кг воздуха в час, т. е. учитывая плотность воздуха при нормальных условиях (≈1,2 кг/м3), получается примерно 0,4 м3 воздуха через 1 м2 стены. Таким образом, ни одна ограждающая конструкция, удовлетворяющая требованиям СНиП, не может обеспечить достаточного воздухообмена в помещении.
Подобный вывод, касающийся воздухопроницаемости конструкции, возможно сделать и без сложных вычислений. Однако при анализе конструкций с точки зрения сопротивления паропроницанию не обойтись без специальных методик.
С 30-х годов XX века известны нестационарные методы расчета влажностного режима ограждающих конструкций зданий, а в 1984 году НИИ Строительной физики выпустил Руководство по такому расчету [2]. Защите от переувлажнения конструкций посвящен восьмой раздел СНиП «Тепловая защита зданий» [1]. В него включена наиболее точная методика расчета влажностного режима в стационарных условиях. Таким образом, имеется возможность рассчитать любую ограждающую конструкцию при разных условиях эксплуатации с точки зрения сопротивления паропроницанию и убедиться в достаточности влагоудаления из помещения, а не ограничиваться рассуждениями.
В последнее время в околостроительных кругах часто говориться о том, что стены с утеплителем из экструдированного пенополистирола «не дышат» (здесь как раз и предполагается отсутствие должного влагоудаления из помещения). Поэтому вторая часть настоящей статьи посвящена расчету защиты от переувлажнения основных вариантов конструкций стен с применением утеплителя из экструдированного пенополистирола «Пеноплэкс Стена» и удовлетворению требований СНиП «Тепловая защита зданий» в основных климатических зонах строительства России.
Типовые ограждающие конструкции с применением плит из экструдированного пенополистирола представлены на рис. 1– 3. Составы стен с толщинами слоев и теплотехническими характеристиками материалов сведены, соответственно, в табл. 1–3. Теплотехнические показатели взяты из Приложения Т к актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 [1], а также по данным экспериментов, проведенных в НИИСФ РААСН. В табл. 4 вынесены толщины утеплителя в различных городах строительства для удовлетворения требований СНиП в части теплозащиты.
Рис. 1. Конструкция наружной стены здания №1 (газобетон — «Пеноплэкс Стена» — тонкослойная штукатурка)
Табл. 1. Состав стены (конструкция №1)
|
Состав стены изнутри наружу |
Толщина слоя, δ, м |
Плотность, ρ0, кг/м3 |
Коэффициент теплопроводности |
Коэффициент паропроницаемости, µ, мг/(м·ч·Па) |
|
|
при условиях эксплуа-тации А, λА, Вт/м·оС |
при условиях эксплуа-тации Б, λ Б, Вт/м·оС |
||||
|
Газобетон D400 |
0,3 |
400 |
0,14 |
0,15 |
0,23 |
|
«Пеноплэкс Стена» |
см. табл. 4 |
30 |
0,031 |
0,032 |
0,008 |
|
Цементно-песчаная штукатурка |
0,007 |
1 800 |
0,76 |
0,93 |
0,09 |
Рис. 2. Конструкция наружной стены здания №2 (кирпич — «Пеноплэкс Стена» — тонкослойная штукатурка)
Табл. 2. Состав стены (конструкция №2)
|
Состав стены изнутри наружу |
Толщина слоя, δ, м |
Плотность, ρ0, кг/м3 |
Коэффициент теплопроводности |
Коэффициент паропроницаемости, µ, мг/(м·ч·Па) |
|
|
при условиях эксплуа-тации А, λА, Вт/м·оС |
при условиях эксплуа-тации Б, λБ, Вт/м·оС |
||||
|
Кирпич пустотелый |
0,25 |
1 200 |
0,47 |
0,52 |
0,17 |
|
Цементно-песчаная штукатурка |
0,01 |
1 800 |
0,76 |
0,93 |
0,09 |
|
Кирпич пустотелый |
0,12 |
1 200 |
0,47 |
0,52 |
0,17 |
|
«Пеноплэкс Стена» |
см. табл. 4 |
30 |
0,031 |
0,032 |
0,008 |
|
Цементно-песчаная штукатурка |
0,007 |
1 800 |
0,76 |
0,93 |
0,09 |
Рис. 3. Конструкция наружной стены здания №3 (кирпич — «Пеноплэкс Стена» — защитно-декоративная кладка)
Табл. 3. Состав стены (конструкция №3)
|
Состав стены изнутри наружу |
Толщина слоя, δ, м |
Плотность, ρ0, кг/м3 |
Коэффициент теплопроводности |
Коэффициент паропроницаемости, µ, мг/(м·ч·Па) |
|
|
при условиях эксплуа-тации А, λА, Вт/м·оС |
при условиях эксплуа-тации Б, λБ, Вт/м·оС |
||||
|
Кирпич пустотелый |
0,25 |
1 200 |
0,47 |
0,52 |
0,17 |
|
Цементно-песчаная штукатурка |
0,01 |
1 800 |
0,76 |
0,93 |
0,09 |
|
Кирпич пустотелый |
0,12 |
1 200 |
0,47 |
0,52 |
0,17 |
|
«Пеноплэкс Стена» |
см. табл. 4 |
30 |
0,031 |
0,032 |
0,008 |
|
Кирпич пустотелый |
0,12 |
1 200 |
0,47 |
0,52 |
0,17 |
Табл. 4. Толщина слоя утеплителя (δут, м) в различных городах строительства
|
Вариант конструк-ции |
Санкт-Петербург |
Москва |
Краснодар |
Екатеринбург |
Новосибирск |
Владивосток |
|
№1 |
0,04 |
0,04 |
0,02 |
0,05 |
0,05 |
0,04 |
|
№2 |
0,08 |
0,08 |
0,06 |
0,09 |
0,1 |
0,08 |
|
№3 |
0,08 |
0,08 |
0,05 |
0,09 |
0,09 |
0,08 |
В табл. 5 сведены все необходимые для расчета по методике из раздела 8 «Защита от переувлажнения ограждающих конструкций» актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 [1] климатические параметры различных городов строительства в России, взятые из СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» [3]. Влажностный режим внутри помещения для всех вариантов принят нормальным, отсюда следует выбор условий эксплуатации в зависимости от зоны влажности строительства согласно табл. 2 СНиП 23-02-2003 [1].
Табл. 5. Климатические параметры различных городов строительства
|
Город |
Санкт-Петрбург |
Москва |
Краснодар
|
Екатерин-бург |
Ново-сибирск |
Влади-восток |
|
Зона влажности |
влажная |
норм. |
сухая |
сухая |
сухая |
влажная |
|
Условия эксплуатации |
Б |
Б |
А |
А |
А |
Б |
|
Среднее парциаль-ное давление водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, ен,отр, Па |
402 |
364 |
510 |
240 |
206 |
270 |
|
Среднее парциаль-ное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период, ен, Па |
780 |
770 |
1 060 |
630 |
660 |
880 |
|
Средняя темпера-тура наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами, tн, отр, оС |
–5,1 |
–6,5 |
–1,2 |
–10,8 |
–12,4 |
–7,7 |
|
Средняя темпера-тура наружного воздуха для зимнего периода, t1, оС |
–6,87 |
–8,9 |
– |
–11,18 |
–14,38 |
–10,7 |
|
Средняя темпера-тура наружного воздуха для осенне-весеннего периода, t2, оС |
0,95 |
0,62 |
0,8 |
1,95 |
1,7 |
0,7 |
|
Средняя темпера-тура наружного воздуха для летнего периода, t3, оС |
13,9 |
14,6 |
16,2 |
13,28 |
14,38 |
14,95 |
|
Продолжительность периода влаго-накопления, z0, сут. |
139 |
151 |
49 |
168 |
178 |
132 |
Табл. 5 две — НА ВЫБОР (какая удобней для верстки)
Табл. 5. Климатические параметры различных городов строительства
|
Город |
Зона влажности |
Условия эксплуатации |
Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, ен, отр, Па |
Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период, ен, Па |
Средняя температура наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами, tн, отр, оС |
Средняя температура наружного воздуха для зимнего периода месяцев, t1, оС |
Средняя температура наружного воздуха для осенне-весеннего периода месяцев, t2, оС |
Средняя температура наружного воздуха для летнего периода месяцев, t3, оС |
Продолжительность периода влагонакопления, z0, сут. |
|
Санкт-Петрбург |
влажная |
Б |
402 |
780 |
-5,1 |
-6,87 |
0,95 |
13,9 |
139 |
|
Москва |
нормаль-ная |
Б |
364 |
770 |
-6,5 |
-8,9 |
0,62 |
14,6 |
151 |
|
Красно-дар |
сухая |
А |
510 |
1060 |
-1,2 |
- |
0,8 |
16,2 |
49 |
|
Екате-ринбург |
сухая |
А |
240 |
630 |
-10,8 |
-11,18 |
1,95 |
13,28 |
168 |
|
Новоси-бирск |
сухая |
А |
206 |
660 |
-12,4 |
-14,38 |
1,7 |
14,38 |
178 |
|
Владиво-сток |
влажная |
Б |
270 |
880 |
-7,7 |
-10,7 |
0,7 |
14,95 |
132 |
Нормирование защиты от переувлажнения ограждающих конструкций в актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 [1] заключается в условии, что сопротивление паропроницанию Rп, м2чПа/мг в пределах от внутренней поверхности до плоскости максимального увлажнения должно быть не менее наибольшего из требуемых значений: требуемого сопротивления паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации либо требуемого сопротивления паропроницанию из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха. Промежуточными операциями при расчете нормируемых показателей являются расчет координаты плоскости максимального увлажнения в конструкции, xм.у. (считается от внутренней поверхности стены), температуры в этой плоскости при температуре наружного воздуха равной средней температуре периода с отрицательными температурами, tм.у., условного сопротивления теплопередаче конструкции, , м2·оС/Вт. Все эти показатели сведены для трех вариантов конструкций, описанных выше, и различных городов строительства, соответственно, в табл. 6– 8.
Табл. 6. Результаты расчетов для конструкции №1
|
Город |
Условное сопротивление теплопередаче, , м2·оС/Вт |
Координата плоскости макс. увлажн., xм.у., м |
Температура в плоскости макс. увлажн., tм.у., оС |
Сопротивление паропроница-нию от внутр. поверх. до плоскости макс. увлажн., Rп, м2чПа/мг |
Требуемое сопротивл. паропрониц., м2чПа/мг |
|
|
Санкт-Петрбург |
3,42 |
0,3 |
4,46 |
1,3 |
–0,39 |
0,07 |
|
Москва
|
3,42 |
0,3 |
3,54 |
1,3 |
–0,38 |
0,07 |
|
Краснодар
|
3,42 |
0,3 |
6,71 |
1,3 |
–3,34 |
0,01 |
|
Екатерин-бург |
3,92 |
0,3 |
2,28 |
1,3 |
0,25 |
0,01 |
|
Новоси-бирск |
3,42 |
0,3 |
1,35 |
1,3 |
0,34 |
0,09 |
|
Владиво-сток |
3,42 |
0,3 |
3,81 |
1,3 |
–1,5 |
0,06 |
Плоскость максимального увлажнения для первого варианта конструкции находится между слоем газобетона и утеплителя. Отрицательные значения означают, что в конструкции не происходит накопления влаги за годовой период эксплуатации. Как видно из табл. 6 для всех городов строительства выполнено условие, когда сопротивление паропроницанию больше требуемых значений, следовательно, конструкция №1 удовлетворяет требованиям СНиП в части защиты от переувлажнения.
Табл. 7. Результаты расчетов для конструкции №2
|
Город |
Условное сопротивление теплопередаче, , м2·оС/Вт |
Координата плоскости макс. увлажн., xм.у., м |
Температура в плоскости макс. увлажн., tм.у., оС |
Сопротивление паропроница-нию от внутр. поверх. до плоскости макс. увлажн., Rп, м2чПа/мг |
Требуемое сопротивл. паропрониц., м2чПа/мг |
|
|
Санкт-Петрбург |
3,39 |
0,451 |
–2,73 |
11,21 |
1,05 |
4,39 |
|
Москва
|
3,39 |
0,44 |
–1,29 |
9,79 |
0,97 |
5,48 |
|
Краснодар
|
2,9 |
0,447 |
–0,88 |
9,86 |
– |
– |
|
Екатерин-бург |
3,87 |
0,432 |
–2,29 |
8,78 |
1,24 |
5,73 |
|
Новоси-бирск |
4,19 |
0,428 |
–1,88 |
8,23 |
0,48 |
6,19 |
|
Владиво-сток |
3,39 |
0,4 |
–1,38 |
9,4 |
0,27 |
3,79 |
Табл. 8. Результаты расчетов для конструкции №3
|
Город |
Условное сопротивление теплопередаче, , м2·оС/Вт |
Координата плоскости макс. увлажн., xм.у., м |
Температура в плоскости макс. увлажн., tм.у., оС |
Сопротивление паропроница-нию от внутр. поверх. до плоскости макс. увлажн., Rп, м2чПа/мг |
Требуемое сопротивл. паропрониц., м2чПа/мг |
|
|
Санкт-Петрбург |
3,61 |
0,459 |
–2,94 |
12,14 |
0,82 |
3,95 |
|
Москва
|
3,61 |
0,449 |
–2,12 |
10,96 |
0,99 |
5,13 |
|
Краснодар
|
2,83 |
0,55 |
–0,87 |
9,24 |
– |
– |
|
Екатерин-бург |
4,12 |
0,449 |
–2,12 |
10,96 |
1,8 |
4,9 |
|
Новоси-бирск |
4,12 |
0,45 |
–2,26 |
11,04 |
1,89 |
4,83 |
|
Владиво-сток |
3,39 |
0,443 |
–1,6 |
10,2 |
0,31 |
3,77 |
В Краснодаре плоскостью максимального увлажнения в конструкции, согласно расчетам для вариантов №2 и №3, является внешняя стена, следовательно, внутри конструкции не происходит влагонакопления.
Таким образом, по анализу результатов расчетов, конструкции №2 и №3 тоже удовлетворяют требованиям СНиП 23-02-2003 [1] в отношении сопротивления паропроницанию во всех рассмотренных городах строительства.
Из результатов проведенных исследований вытекает и общий вывод о том, что бытующее мнение об отсутствии «дыхания» у ограждающих конструкций с использованием в качестве утеплителя экструдированного пенополистирола является лишь рекламной уловкой, не обоснованной какими-либо научными изысканиями. Рассмотренные в статье типовые конструкции стен с таким утеплителем удовлетворяют требованиям СНиП «Тепловая защита зданий» в основных районах строительства России.
П. П. ПАСТУШКОВ, НИИСФ РАССН
Литература
1. Свод правил СП 50.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий"».
2. Руководство по расчету влажностного режима ограждающих конструкций зданий. — М.,1984 г.
3. Строительные нормы и правила СНиП 23-01-99* «Строительная климатология».
| Автор: П. П. ПАСТУШКОВ Дата: 20.06.2013 Журнал Стройпрофиль 108 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |