Научный подход к теме «дышащих стен»

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