Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Экспресс-оценка влагозащиты стен

С. В. Корниенко, д. т. н., и.о. завкафедрой «Архитектура зданий и сооружений», профессор кафедры «Урбанистика и теория архитектуры» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»

Аннотация. Показано, что совершенствование методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций открывает широкие возможности создания энергоэффективных, экологически безопасных и экономичных наружных ограждений, формирующих комфортную среду в помещениях зданий. Выполнен экспресс-анализ влагозащитных свойств многослойной стеновой конструкции с лицевым кирпичным слоем для влажной климатической зоны. Расчет произведен для двух вариантов конструктивного исполнения ограждения: с невентилируемой и вентилируемой воздушной прослойкой. Анализ годового баланса влаги показывает, что систематического влагонакопления в конструкции с невентилируемой воздушной прослойкой в течение года не происходит, однако в период влагонакопления отмечается прирост влаги в конструкции. Устройство вентилируемой воздушной прослойки полностью исключает влагонакопление, что позволяет улучшить влажностный режим наружной стены.

Ключевые слова: здание, ограждающая конструкция, влагонакопление, влагозащита, комфорт, энергосбережение

Защита от влаги — актуальная проблема строительства и архитектуры [1–5]. Переувлажнение строительных ограждающих конструкций приводит к ухудшению их эксплуатационных свойств. Прежде всего снижаются теплозащитные свойства, что объясняется ростом теплопроводности строительных материалов с увеличением влажности. Накопление влаги на внутренней поверхности теплозащитной оболочки здания приводит к ухудшению микроклимата в помещениях, что связано с ростом плесневых грибов, являющихся источником аллергических заболеваний. Кроме того, влажные строительные материалы в составе ограждающей конструкции быстро разрушаются от коррозии, недостаточной морозостойкости и влагостойкости, биологических процессов, тем самым снижая долговечность конструкций. Поэтому при проектировании зданий необходимо предусматривать мероприятия и разрабатывать конструктивные решения, предотвращающие чрезмерное увеличение влажности [6–10].

Рис. 1. Влага в ограждающих конструкциях

Различают следующие виды влаги в ограждающих конструкциях: строительную, грунтовую, метеорологическую (атмосферную), эксплуатационную, гигроскопическую (сорбционную) и конденсационную (рис. 1). Наибольшую опасность для ограждающих конструкций в процессе их эксплуатации представляет конденсационное увлажнение. Оно возникает при термической конденсации водяного пара на внутренней поверхности или в толще конструкции.

Требования по защите от переувлажнения ограждающих конструкций содержатся в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Оценку влагозащитных свойств конструкции производят по предельно допустимому состоянию увлажнения на основе определения плоскости максимального увлажнения, относительно которой, используя уравнения баланса влаги, выполняют проверку необходимости устройства дополнительной пароизоляции в конструкции.

В СП 345.1325800.2017 «Здания жилые и общественные. Правила проектирования тепловой защиты» предложен упрощенный способ определения плоскости максимального увлажнения. Координату плоскости максимального увлажнения определяют по температуре в этой плоскости в зависимости от климатического и конструкционного факторов. Разделение факторов на климатический, зависящий от параметров микроклимата помещения и наружного климата, и конструкционный, зависящий от теплофизических свойств материалов и теплотехнических свойств ограждающей конструкции, повышает качество проектирования зданий. Однако недостаточная ясность алгоритма нахождения плоскости максимального увлажнения в конструкции сдерживает широкое применение этого метода на практике [11, 12].

Главным недостатком указанных выше норм является отсутствие возможности оценки влагонакопления в ограждающих конструкциях по месяцам в годовом цикле, что затрудняет детальный анализ влажности [13, 14].

В целях совершенствования российской нормативной базы и повышения качества проектирования зданий авторским коллективом [15] разработаны предложения по корректировке раздела «Защита от переувлажнения ограждающих конструкций» СП 50.13330.2012. Указанные предложения содержат принципиальные основы оценки влагозащитных свойств ограждающих конструкций по предельно допустимому состоянию увлажнения в годовом цикле и гармонизированы с международным стандартом ISO 13788 Hygrothermal performance of building components and building elements — Internal surface temperature to avoid critical surface humidity and interstitial condensation — Calculation methods. В отличие от метода расчета влагозащитных свойств, принятого в российских нормах, предлагаемый экспресс-метод позволяет выполнить анализ динамики влагонакопления в конструкции в годовом цикле. По сравнению с международным стандартом ISO 13788 этот метод дает более точную оценку влажностного режима современных многослойных ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты.

Расчет влажностного режима ограждающих конструкций выполняют в следующей последовательности.

1. По профилям парциального давления водяного пара и давления насыщенного водяного пара определяют плоскость конденсации влаги в ограждающей конструкции в наиболее холодный месяц года.
2. По разности удельных потоков влаги — приходящего к плоскости конденсации и уходящего от нее — определяют приращение количества влаги в плоскости конденсации в течение каждого месяца. Положительное приращение означает накопление влаги в конструкции, отрицательное приращение — испарение влаги из конструкции.
3. Путем суммирования локальных приращений влаги определяют количество влаги, накопленной в ограждении с начала расчета.
4. По годовому балансу влаги оценивают влажностный режим и влагозащитные свойства ограждения.

Экспресс-анализ влагозащитных свойств ограждающих конструкций в годовом цикле эксплуатации является приближенным, но вместе с тем позволяет ответить на два принципиальных вопроса:

1. Будет ли в ограждении накапливаться влага? Отсутствие плоскости конденсации в конструкции в наиболее холодный месяц года гарантированно указывает на отсутствие влагонакопления в течение всего года.
2. Возможно ли переувлажнение материалов конструкции. Переувлажнение материалов конструкции отсутствует в том случае, если максимальное количество влаги в плоскости конденсации в период влагонакопления не превышает требуемых значений.

Ответы на указанные вопросы позволяют обоснованно выбрать конструктивное решение с требуемыми влагозащитными свойствами.

Ниже выполнен анализ влагозащитных свойств ограждающих конструкций, широко применяемых в практике гражданского строительства.

Объектом исследования является многослойная наружная стеновая конструкция с лицевым кирпичным слоем. С целью оценки влияния конструктивного решения наружных стен на их влажностный режим расчет выполнен для двух вариантов конструктивного исполнения ограждения:

• с невентилируемой воздушной прослойкой (вариант 1);
• с вентилируемой воздушной прослойкой (вариант 2).

Указанные варианты конструктивного решения наружных стен приведены на рис. 2.

Рис. 2. Расчетные схемы наружной стены (а — по варианту 1; б — по варианту 2): 1 — внутренняя штукатурка; 2 — внутренний слой кирпичной кладки; 3 — теплоизоляция; 4 — воздушная прослойка; 5 — лицевой кирпичный слой

Расчет выполнен для жилого помещения, влажностный режим помещения — нормальный.

Климатический пункт — Санкт-Петербург, влажная зона (рис. 3).

Расчетные условия эксплуатации ограждающей конструкции — Б.

Расчетная оценка влажностного режима основана на определении максимального количества влаги в зоне конденсации в годовом цикле. Подробное описание конструкций приведено в [15].

Рис. 3. Годовой ход температуры (а) и относительной влажности (б) наружного воздуха в г. Санкт-Петербурге (трехчасовые фактические значения [16])

На основе имеющихся климатических данных (рис. 3) определены среднемесячные значения параметров, использованные в расчете.

Исходными данными для расчета являются:

• параметры наружного климата (среднемесячные значения температуры и относительной влажности наружного воздуха);
• параметры микроклимата в помещении (среднемесячные значения температуры и относительной влажности внутреннего воздуха);
• теплотехнические показатели материалов ограждающей конструкции;
• граничные условия.

Параметры наружного климата и микроклимата в помещении приведены в табл. 1.

Таблица 1. Параметры наружного климата и микроклимата в помещении

Расчетные теплотехнические характеристики материалов ограждающей конструкции приведены в табл. 2.

Таблица 2. Расчетные теплотехнические характеристики материалов слоев

Граничные условия включают в себя сопротивления тепло- и влагообмену у внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции [15].

За начало расчета принят октябрь.

Результаты расчета показывают, что в конструкции с невентилируемой воздушной прослойкой образуется плоскость конденсации влаги в наиболее холодный месяц года. Плоскость конденсации влаги расположена на стыке невентилируемого воздушного зазора и наружного слоя кирпичной кладки. Координата этой плоскости x = 0,43 м.

Результаты расчета влажностного режима наружной стены в годовом цикле приведены на рис. 4.

Рис. 4. Влажностный режим наружной стены с невентилируемой воздушной прослойкой в годовом цикле

Анализ полученных результатов показывает, что в период с ноября по март в конструкции с невентилируемой воздушной прослойкой происходит влагонакопление. Максимальное приращение влаги в конструкции за месяц отмечается в январе (0,05 кг/м²), максимальное количество влаги с начала расчета — в марте (0,151 кг/м²). Анализ годового баланса влаги показывает, что систематического влагонакопления в конструкции в течение года не происходит. Однако в период влагонакопления отмечается прирост влаги в конструкции.

В конструкции наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой конденсация влаги в наиболее холодный месяц года отсутствует. Влагонакопление в течение года также отсутствует. Таким образом, устройство вентилируемой воздушной прослойки позволяет улучшить влажностный режим наружной стены.

Заключение

Выполнен экспресс-анализ влагозащитных свойств многослойной стеновой конструкции с лицевым кирпичным слоем для влажной климатической зоны. Расчет влагонакопления в годовом цикле произведен для двух вариантов конструктивного исполнения ограждения: с невентилируемой и вентилируемой воздушной прослойкой. Анализ годового баланса влаги показывает, что систематического влагонакопления в конструкции с невентилируемой воздушной прослойкой в течение года не происходит, однако в период влагонакопления отмечается прирост влаги в конструкции. Устройство вентилируемой воздушной прослойки полностью исключает влагонакопление, что позволяет улучшить влажностный режим наружной стены.

Литература

1. Ананьев А. И. Долговечность наружных стен зданий, облицованных керамическими материалами // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2019. № 5. С. 52–57.

2. Гагарин В. Г., Козлов В. В., Зубарев К. П. Анализ расположения зоны наибольшего увлажнения в ограждающих конструкциях с различной толщиной теплоизоляционного слоя // Жилищное строительство. 2016. № 6. С. 8–12.

3. Корниенко С. В., Ватин Н. И., Горшков А. С., Ольшевский В. Я., Пестряков И. И. Эксплуатационная влажность автоклавного газобетона в стеновых конструкциях // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2018. № 8 (71). С. 22–40.

4. Chung W. J., Lim J. -H. Cooling operation guidelines of thermally activated building system considering the condensation risk in hot and humid climate // Energy and Buildings. 2019. No. 193. Pp. 226–239.

5. Мусорина Т. А., Наумова Е. А., Шонина Е. В., Петриченко М. Р., Куколев М. И. Теплотехнические свойства энергоэффективного материала на основе растительной добавки (сухой борщевик) // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 12. С. 1555–1571.

6. Bondi P., Stefanizzi P. Hygro-thermal performance of hollow bricks and current standards // Energy and Buildings. 2001. No. 33 (7). Pp. 731–736.

7. Pavlík Z., Černý R. Experimental assessment of hygrothermal performance of an interior thermal insulation system using a laboratory technique simulating on-site conditions // Energy and Buildings. 2008. No. 40 (5). Pp. 673–678.

8. Корниенко С. В., Ватин Н. И., Горшков А. С. Оценка влажностного режима стен с фасадными теплоизоляционными композиционными системами // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 6 (45). С. 34–54.

9. Arslan O., Kose R. Thermoeconomic optimization of insulation thickness considering condensed vapor in buildings // Energy and Buildings. 2006. No. 38 (12). Pp. 1400–1408.

10. Немова Д. В., Ватин Н. И., Петриченко М. Р., Корниенко С. В., Горшков А. С. Воздушный режим трехслойной стеновой конструкции // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 6 (45). С. 102–114.

11. Куприянов В. Н. Совершенствование метода расчета по защите от переувлажнения ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2017. № 5. С. 38–43.

12. Перехоженцев А. Г. О необходимости корректировки СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2017. № 8. С. 54–57.

13. Корниенко С. В. Предложения по корректировке СП 50.13330.2012 в части защиты от переувлажнения ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2015. № 7. С. 31–34.

14. Sovetnikov D. O., Baranova D. V., Borodinecs A., Korniyenko S. V. Technical problems in churches in different climatic conditions // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2018. № 1 (64). С. 20–35.

15. Корниенко С. В., Ватин Н. И., Петриченко М. Р., Горшков А. С. Оценка влажностного режима многослойной стеновой конструкции в годовом цикле // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. № 6. С. 19–33.

16. Погода и климат [сайт]. URL: http:// http://pogodaiklimat.ru (дата обращения: 16.01.2020).

Скачать PDF версию статьи «Экспресс-оценка влагозащиты стен»