Исследование температурно - влажностного состояния ограждающих конструкций здания

• Полная величина затухания расчётной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в исследуемой ограждающей конструкции:

v = v₁×v₂×v₃×v_ext = 1,38×15,63×4,87×1,58 = 166,30.

Выводы:

• На внутренней поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 166 раз меньше, чем у наружного воздуха. Теплоустойчивость конструкции высокая.
• На наружной поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 1,58 раза меньше, чем у наружного воздуха.
• Наибольшее затухание температурных колебаний происходит в слое утеплителя. Объясняется это тем, что за ним расположен слой гипсокартона, имеющий достаточно большой коэффициент теплоусвоения (Y₁ = 6,26).
• На втором месте по затуханию слой с наибольшей тепловой инерцией (кирпичная кладка).

Определение запаздывания температурных колебаний

• Находим положение слоя резких колебаний:

для внутреннего слоя штукатурки D₁ = 0,22 < 1,

для утеплителя D₂ = 1,64 > 1.

Вывод: граница слоя резких колебаний находится во втором слое (n = 2).

• При n = 2 определяем коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения сразу как коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности первого слоя Y_int = Y₁:

  Вт/(м²×°С).

Вывод: наличие под слоем гипсокартона слоя утеплителя понизило коэффициент теплоусвоения его поверхности на 60% по сравнению с теплоусвоением его материала: (3,66 – 1,45)/3,66 = 0,60.

• Запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции по сравнению с колебаниями наружной температуры (сдвиг фаз колебаний) в часах определяется по формуле (здесь величины arctg берутся в градусах):

 ч.

Проверка: ориентировочно    x = 2,7D – 0,4 = 2,7×4,98 – 0,4 = 13 ч.

Выводы:

• При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на юг, в 12 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (12 + 12) – 24 = 0 часов ночи.
• При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на запад, в 17 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (17 + 12) – 24 = = 5 часов утра.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА СТЕНЫ С ВОЗДУШНОЙ ПРОСЛОЙКОЙ

4.1. Состав конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов

• Расчётная схема стены  показана на рис. 4.1, состав конструкции и теплотехнические характеристики слоёв приведены в табл. 4.1.
• Для конструкций с вентилируемой воздушной прослойкой в качестве утеплителя разрешается использовать только негорючие материалы (минераловатные плиты).
• Коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции (стены) остаются те же: a_int = 8,7 Вт/(м²×°С),   a_ext = 23 Вт/(м²×°С).
• Расчётные коэффициенты для наружного экрана принимаем по данным производителя применяемой фасадной системы (прил. 2). Будем проводить два варианта расчёта на паропроницание: с учётом и без учёта паропроницаемости швов экрана.

Таблица 4.1

Состав  конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов

№ слоя	Материал  (поз. в табл. СП [3])	Плот-ность r0, кг/м3	Толщина слоя d, м	Расчётные коэффициенты при условиях эксплуатации Б (по прил. Д.1 СП [3])
				тепло-проводности l, Вт/(м×°С)	тепло-усвоения s, Вт/(м2×°С)	паропро-ницаемости m, мг/(м×ч×Па)
1	внутренняя  штукатурка из цем.-песч. раствора (227)	1800	0,02	0,93	11,09	0,09
2	кладка  из кирпича глиняного обыкновенного (206)	1800	0,25	0,81	10,12	0,11
3	плиты минераловатные (48)	100	х	0,065	0,71	0,56
4	воздушная прослойка	-	0,05	-	0	-
5	наружный  экран – керамогранит	2800	0,01	3,49	25,04	0,52 (0,008)*

* – без учёта паропроницаемости швов экрана

 

• Термические сопротивления, тепловая инерция и сопротивление  паропроницанию слоёв (предварительно – без утеплителя) приведены в табл. 4.2.

 

Таблица 4.2

Теплотехнические  характеристики слоёв конструкции

№ слоя	Слои, материалы (поз. в табл. СП [3])	Термическое сопротивление Ri = di/li, м2×°С/Вт	Тепловая  инерция Di = Risi	Сопротивление паропроницанию Rvp,i = di/mi, м2×ч×Па/мг
-	Внутренний пограничный слой	1/8,7 = 0,11	-	-
1	Внутренняя штукатурка из цем.-песч. раствора (227)	0,02	0,24	0,22
2	Кладка из кирпича глиняного  обыкновенного (206)	0,31	3,12	2,27
3	Плиты минераловатные (48)	2,31	1,64	0,27
4	Воздушная прослойка	0,14	0,00	0,00
5	Наружный экран – керамогранит	0,003	0,07	0,02 (1,25)*
-	Наружный пограничный слой	1/23 = 0,04
	Итого (S)	2,94	5,07	2,78 (4,01)*

* – без учёта паропроницаемости швов экрана

 

• Термическое сопротивление  замкнутой воздушной прослойки  принимается по таблице 7 СП [3].
• 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 – 0,02 – 0,31 – 0,14 – 0,04) = 0,143 м.

• Принимаем толщину утеплителя d₃ = 0,15 м = 150 мм (кратно 30 мм), и добавляем в табл. 4.2.

Выводы:

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

R₀r = 2,94×0,95 = 2,80 > R_req = 2,68   м²×°С/Вт.

4.2. 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. 4.3); изображаем графики распределения температур (рис. 4.2) и давления насыщенного пара (рис. 4.3) по толщине конструкции.

 

 

 

 

Таблица 4.3

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	Еint	19,3	18,9	19,2	19,8	2233	2179	2227	2307
t1	Е1	19,1	18,7	19,1	19,7	2214	2151	2207	2301
t2	Е2	17,2	15,6	17,0	19,2	1957	1775	1935	2222
t3	Е3	13,5	10,0	13,1	18,1	1544	1225	1505	2080
t4	Е4	9,8	4,3	9,1	17,1	1210	830	1160	1945
t5	Е5	6,1	-1,4	5,2	16,0	941	545	887	1819
t6	Е6	2,4	-7,1	1,3	14,9	726	336	672	1699
t7	Е7	1,5	-8,4	0,4	14,7	681	298	627	1672
text	Еext	1,5	-8,5	0,3	14,7	680	297	626	1671
text		1,2	-8,9	0,05	14,6	666	286	613	1662

 

4.3. Проверка возможности конденсации влаги внутри конструкции

• Оценим возможность конденсации  влаги внутри конструкции с учётом паропроницаемости швов экрана (табл. 4.4, рис. 4.3,а).

Вывод:

• При отсутствии вентиляции прослойки конденсации влаги не происходит благодаря низкому сопротивлению паропроницанию экрана, обусловленного зазорами.

Таблица 4.4

Оценка  возможности конденсации влаги  внутри конструкции с учётом паропроницаемости швов экрана

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	947	893	941	1021
е1	1229	1203	1223	1280	985	948	984	1021
е2	646	352	573	1220	1311	1423	1362	1002
е3	629	327	554	1218	916	898	950	862
е4	611	302	535	1216	599	528	625	729
е5	594	277	516	1214	347	268	371	604
е6	577	252	497	1213	149	84	175	487
е7	560	227	478	1211	121	71	150	461
еext	572	245	491	1212	108	53	135	459

 

• Проверим возможность  конденсации влаги без учёта  паропроницаемости швов экрана (рис. 4.3,б, табл. 4.5).

Вывод

• Расчёт без учёта паропроницаемости швов экрана показывает, что при отсутствии вентиляции прослойки происходит конденсация влаги на наружной поверхности утеплителя и внутренней стороне экрана в осенний, зимний и весенний период.

 

 

 

 

 

Таблица 4.5

Оценка  возможности конденсации влаги  внутри конструкции без учёта паропроницаемости швов экрана

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	947	893	941	1021
е1	1246	1228	1242	1282	968	922	965	1020
е2	842	639	792	1240	1114	1137	1143	982
е3	830	621	779	1239	714	604	726	841
е4	818	604	765	1238	392	226	395	708
е5	806	586	752	1236	135	-41	135	582
е6	794	569	739	1235	-68	-233	-67	464
е7	783	552	726	1234	-102	-254	-98	438
еext	572	245	491	1212	108	53	135	459

 

4.4. Расчёт влажностного режима конструкции по годовому балансу влаги

• Расчёт проводим без учёта  паропроницания швов экрана.
• Определяем сопротивления паропроницанию для случая расположения плоскости конденсации на наружной поверхности утеплителя:

R_vp,int = R_vp,1 + R_vp,2 + R_vp,3 = 0,22 + 2,27 + 0,27 = 2,76 м²×ч×Па/мг  (как в п. 2.4),

R_vp,ext = R_vp,5 = 1,25  м²×ч×Па/мг

• Для каждого периода года определяем количество влаги, подходящей к зоне конденсации, а также уходящей от неё. В качестве зоны конденсации будем считать воздушную прослойку.

В осенний период:  Е_k,1' = Е₆ =726 Па, Е_k,1'' = Е₇ =681 Па.

• Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:

• Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:

• Вывод: в осенний период в стену попадает в 2,3 раза больше влаги, чем может выйти наружу (P_int/ P_ext = 293/126 = 2,33).
• Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:

.

В зимний период:  Е_k,2' = Е₆ =336 Па, Е_k,2'' = Е₇ =298 Па.

• Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:

• Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:

• Вывод: в зимний период в стену попадает в 8 раз больше влаги, чем может выйти наружу (P_int/ P_ext = 745/93 = 8,05).
• Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:

.

В весенний период:  Е_k,3' = Е₆ =672 Па, Е_k,3'' = Е₇ =627 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 2 раза больше влаги, чем может выйти наружу (P_int/ P_ext = 321/157 = 2,04).
• Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:

• Общее количество конденсата в стене

P_w = P_w1 + P_w2 + P_w3 = 167 + 652 + 164 = 983  г/м².