Научный подход к теме «дышащих стен»

0
27
Выражение «дышащие стены», которое так часто сейчас используют многие производители строительных материалов, рекламируя свою продукцию, возможно 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 данных трудов 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 таблицы 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 выпустило 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, 2, 3. Составы стен с толщинами слоев и теплотехническими характеристиками материалов сведены соответственно в табл. 1, 2 и 3. Теплотехнические показатели взяты из Приложения Т актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 [1], а так же по данным экспериментов, проведенных в НИИСФ РААСН. Отдельно 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 при условиях эксплуатации А,
λА, Вт/м·0С

Коэффициент теплопровод. при условиях эксплуатации Б,
λБ, Вт/м·0С

Коэффициент
паропроницае-мости,
µ, мг/(м·ч·Па)

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

1800

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 при условиях эксплуатации А,
λА, Вт/м·0С

Коэффициент теплопровод. при условиях эксплуатации Б,
λБ, Вт/м·0С

Коэффициент
паропроницае-мости,
µ, мг/(м·ч·Па)

Кирпич пустотелый

0,25

1200

0,47

0,52

0,17

Цементно-песчаная штукатурка

0,01

1800

0,76

0,93

0,09

Кирпич пустотелый

0,12

1200

0,47

0,52

0,17

Пеноплэкс СТЕНА

см. табл. 4

30

0,031

0,032

0,008

Цементно-песчаная штукатурка

0,007

1800

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 при условиях эксплуатации А,
λА, Вт/м·0С

Коэффициент теплопровод. при условиях эксплуатации Б,
λБ, Вт/м·0С

Коэффициент
паропроницае-мости,
µ, мг/(м·ч·Па)

Кирпич пустотелый

0,25

1200

0,47

0,52

0,17

Цементно-песчаная штукатурка

0,01

1800

0,76

0,93

0,09

Кирпич пустотелый

0,12

1200

0,47

0,52

0,17

Пеноплэкс СТЕНА

см. табл. 4

30

0,031

0,032

0,008

Кирпич пустотелый

0,12

1200

0,47

0,52

0,17



Табл. 4. Толщина слоя утеплителя, δут, м,
в различных городах строительства

Вариант конструкции

Санкт-Петербург

Москва

Краснодар

Екатеринбург

Новосибирск

Владивосток

Конструкция №1

0,04

0,04

0,02

0,05

0,05

0,04

Конструкция №2

0,08

0,08

0,06

0,09

0,1

0,08

Конструкция №3

0,08

0,08

0,05

0,09

0,09

0,08



В табл. 5 сведены все необходимые для расчета по методике из восьмого раздела «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

Зона влажности

Условия эксплуатации

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицатель
ными среднемесячными температура
ми,
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

Нормальная

Б

364

770

-6,5

-8,9

0,62

14,6

151

Краснодар

Сухая

А

510

1060

-1,2

0,8

16,2

49

Екатерин-бург

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, м2×ч×Па/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, 7 и 8.

Табл. 6. Результаты расчетов для конструкции №1.

Город

Условное сопротивление теплопередаче, , м2·оС/Вт

Координата плоскости максимального увлажнения, xм.у., м

Температура в плоскости макс. увлажн., tм.у., 0С

Сопротивление паропроницанию от внутр. поверх. до плоскости макс. увлажн., Rп, м2×ч×Па/мг

Требуемое сопротивление паропроницанию,
, м2×ч×Па/мг

Требуемое сопротивление паропроницанию,
, м2×ч×Па/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, что 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 максимального увлажнения, xм.у., м

Температура в плоскости макс. увлажн., tм.у., 0С

Сопротивление паропроницанию от внутр. поверх. до плоскости макс. увлажн., Rп, м2×ч×Па/мг

Требуемое сопротивление паропроницанию,
, м2×ч×Па/мг

Требуемое сопротивление паропроницанию,
, м2×ч×Па/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 максимального увлажнения, xм.у., м

Температура в плоскости макс. увлажн., tм.у., 0С

Сопротивление паропроницанию от внутр. поверх. до плоскости макс. увлажн., Rп, м2×ч×Па/мг

Требуемое сопротивление паропроницанию,
, м2×ч×Па/мг

Требуемое сопротивление паропроницанию,
, м2×ч×Па/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 г. Краснодар 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 так же 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.

Список использованных источников

  • Свод Правил СП 50.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
  • Руководство по расчету влажностного режима ограждающих конструкций зданий. — М., 1984. — 168с.
  • Строительные нормы и правила. СНиП 23-01—99* «Строительная климатология».

Автор: П.П. ПАСТУШКОВ
НИИСФ РАССН