Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

О методах расчета влажностного состояния ограждающих конструкций зданий

On the methods of calculation of humidity conditions of building envelopes

V. A. Lichman, Candidate of Physics and Mathematics, Head of Energy Conservation and Energy Efficiency Department of GBU «Moststroyrazvitiye»

Keywords: terms and definitions, partial pressure of saturated water vapor, «overinsulation» effect, calculation methods

The issues of buildings’ energy efficiency improvement re closely tied with humidity and temperature conditions of the external envelope constructions.  Moisture transfer is a complex process, and the mechanisms of its studies remain relevant.  Dozens of HAM (heat, air and moisture) models have been developed up to date, that are based on simultaneous solution of unsteady-state equations of the flow, mass balance and energy, that describe the use of energy resources by a building.  However the regulatory documents usually use simplified calculation methods based on generally accepted buildings.  We will formulate certain comments on the method of calculation of humidity conditions of buildings’ external envelope constructions adopted in SP 50.13330.2012 «Thermal protection of buildings».

Описание:

Вопросы повышения энергоэффективности зданий тесно связаны с влажностным и температурным состоянием наружных ограждающих конструкций. Перенос влаги – сложный процесс, механизмы изучения которого не теряют актуальности. На сегодняшний день разработаны десятки гидротермальных моделей (в английском варианте известных как HAM (heat, air and moisture) models), основанных на совместном решении нестационарных уравнений потока, баланса массы и энергии и описывающих потребление зданием энергетических ресурсов. Однако в нормативных документах принято использовать упрощенные методы расчета, основанные на общепризнанных знаниях. Сформулируем некоторые замечания о методе расчета влажностного состояния наружных ограждающих конструкций зданий, принятом в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

О методах расчета влажностного состояния ограждающих конструкций зданий

Вопросы повышения энергоэффективности зданий тесно связаны с влажностным и температурным состоянием наружных ограждающих конструкций. Перенос влаги – сложный процесс, механизмы изучения которого не теряют актуальности. На сегодняшний день разработаны десятки гидротермальных моделей (в английском варианте известных как HAM (heat, air and moisture) models), основанных на совместном решении нестационарных уравнений потока, баланса массы и энергии и описывающих потребление зданием энергетических ресурсов. Однако в нормативных документах принято использовать упрощенные методы расчета, основанные на общепризнанных знаниях. Сформулируем некоторые замечания о методе расчета влажностного состояния наружных ограждающих конструкций зданий, принятом в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» (далее – СП 50.13330).

О методах расчета влажностного состояния ограждающих конструкций зданий

При использовании метода расчета влажностного состояния ограждающих конструкций зданий, предлагаемого в СП 50.13330, могут возникнуть некоторые сложности. Проанализируем некоторые положения данного документа.

  • Начнем с названия раздела 8 «Защита от переувлажнения ограждающей конструкции». Это название никак не согласуется с определением, данным в пункте Б.29 раздела «Термины и определения» (Приложение Б): «Защита от переувлажнения ограждающей конструкции – мероприятия, обеспечивающие влажностное состояние ограждающей конструкции, при котором влажность материалов ее составляющих не превышает нормируемых значений». Однако в разделе 8 можно найти методы, но нет перечня мероприятий.
  • В СП 50.13330 вместо принятого в классической литературе термина «плоскость возможной конденсации» [1, 2] введен новый термин – «плоскость максимального увлажнения». Однако определения нового термина в разделе «Термины и определения» (Приложение Б) почему-то нет. Нет и обоснования замены принятой терминологии.
  • В п. 8.5 CП 50.13330 указано, что «плоскость максимального увлажнения определяется для периода с отрицательными среднемесячными температурами», однако формула (8.8): Ррасч = 1,84 × 1011 × exp(–5330/(273 + τ)), рекомендуемая для вычисления парциального давления насыщенного водяного пара, дает большую погрешность в диапазоне отрицательных температур. Так, погрешность рекомендуемой формулы (8.8) относительно экспериментальных значений парциального давления насыщенного водяного пара err = (РэкспРрасч)/Рэксп × 100 % в области отрицательных температур монотонно возрастает с понижением температуры, достигая 80 % при –40 °C (рис. 1), что, конечно, недопустимо для ее применения.
  • Для сравнения: на рис. 1 приведены результаты расчетов относительной погрешности формулы Ррасч = 610,5 × exp(–(21,875 × τ)/(265 + τ)), рекомендованной для расчетов в [3]. Относительная погрешность этой формулы не превышает 2 %.
  • Рекомендуемая формула (8.8) лежит в основе вычисления комплекса fi(tм,у) – формула (8.7) и, соответственно, метода определения координаты плоскости максимального увлажнения.
Относительная погрешность

Рисунок 1.

Относительная погрешность err = ( РэкспРрасч)/Рэксп × 100 % вычисления парциального давления насыщенного водяного пара по формулам, рекомендуемым в CП 50.13330 [3] и ISO 13788 [4]

Нужно отметить, что в отличие от классического стационарного метода К. Ф. Фокина [2] предлагаемый метод физически не нагляден, поэтому, очевидно, позволил авторам открыть новый «эффект» [4].

В работе [4] при рассмотрении многослойной конструкции (см. табл.) отмечается, что «при достижении толщины утеплителя 37 см плоскость максимального увлажнения смещается в основание конструкции и остается там при дальнейшем увеличении толщины, таким образом, проявляется эффект "переутепления" конструкции». Далее следует текст: «В Европе активно ведется строительство домов типа "passive house", имеющих толщину утеплителя из минераловатных плит 40–50 см. Естественно, такого рода технологии необходимо адаптировать под суровые климатические условия России. Поэтому при проектировании обязательны грамотные и обоснованные расчеты защиты от переувлажнения ограждающих конструкций».

Однако остановимся подробнее на открытии данного эффекта «переутепления» и выполним тестовые расчеты многослойной конструкции, рассматриваемой авторами: штукатурка, газобетон D400, минеральная вата (см. табл.).

Расчетные температуры: внутреннего воздуха tв = 20 °C; наружного воздуха для Москвы tн,отр = –4,6 °C; на внутренней поверхности конструкции τ0 = 19,2 °C.

Парциальные давления: внутреннего воздуха eв = 1 286 Па, наружного воздуха e0,н = 345 Па.

Условное сопротивление теплопередаче R0,усл = 11,1 м2•К/Вт, общее сопротивление паропроницанию R0,п = 3,9 м2•ч•Па/мг.

Значения температуры на границах слоев τi,°C, значения комплекса fi и значения температуры tм,у, °C, в плоскости максимального увлажнения приведены в таблице.

Таблица
Исходные данные и результаты расчетов
Наименование
слоя
d, м λ,
Вт/м•К
μ,
мг/м•ч•Па
τi,
°С
tм,у,
°С
fi
1 штукатурка 0,02 0,93 0,09 19,7 41,8 4,7
2 газобетон 0,3 0,15 0,13 15,3 17,6 42,4
3 минвата 0,4 0,045 0,32 -4,46 -15,3 347,7
4 штукатурка 0,01 0,93 0,09 -4,48 41,8 4,7

Действительно, как следует из таблицы, для второго слоя tм,у = 17,6 °C, что указывает на наличие в газобетоне плоскости максимального увлажнения. Однако расчеты, выполненные в рамках стационарной модели К. Ф. Фокина [2], опровергают наличие плоскости максимального увлажнения и выявленного авторами эффекта «переутепления» конструкции (рис. 2).

Результаты расчетов парциального давления насыщения

Рисунок 2.

Результаты расчетов парциального давления насыщения

Открытие ложного эффекта обусловлено некорректностью используемого метода? Но в п. 8.5 CП 50.13330 указано: «Если при расчете обнаружилось две плоскости с tм,у в конструкции, то за плоскость максимального увлажнения принимается плоскость, расположенная в слое утеплителя». Все это вызывает только вопросы. В отличие от классического стационарного метода К. Ф. Фокина, предлагаемый авторами метод физически не нагляден, неудобен и нуждается в корректировке.

  • Заметим, что в CП 50.13330 расчетная температура для определения влажностного режима конструкции принята равной температуре периода с отрицательными среднемесячными температурами, для Москвы это tн.отр = –4,6 °C. К примеру, расчетная температура для определения влажностного режима в Германии принята равной –10 °C, а для расчетов используется стационарный метод, аналогичный методу К. Ф. Фокина [2].
  • Предлагаемые в разделе 8 методы не могут быть полноценно использованы, поскольку в таблице 10 «Значения предельно допустимого приращения влажности в материале Δw» отсутствуют данные о современных теплоизоляционных материалах типа экструдированного пенополистирола, пенополиуретана, пеностекла и др. То же самое можно отметить и для расчетных теплотехнических показателей, приведенных в Приложении Т. Эти таблицы нуждаются в корректировке и дополнении новыми экспериментальными данными.
  • В п. 8.4 CП 50.13330 указывается, что «для защиты от переувлажнения навесных фасадных систем с вентилируемой воздушной прослойкой необходимо дополнительно выполнить проверку на "невыпадение конденсата" в вентилируемой воздушной прослойке в соответствии с расчетом, представленным в Приложении Л». Однако нужно отметить, что Приложение Л составлено крайне небрежно. Ко многим обозначениям, приведенным в Приложении Л, не указаны размерности (к примеру, в формуле Л.14). Но главное, расчет влажностного режима наружных стен с НФС с вентилируемой воздушной прослойкой по методике, изложенной в Приложении Л, требует применения программы нестационарного влажностного режима для определения величины потока водяного пара из конструкции в воздушную прослойку qпв, мг/(ч•м2) в наиболее холодный месяц.

Если обобщить сказанное, напрашивается вывод, что изложенная в СП 50.13330 методика сводится к тому, что если специалисту нужно по ней выполнить расчет, то самостоятельно сделать это не получится – необходимо будет обратиться к разработчику данного СП.

Литература

  1. CП 23-101–2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
  2. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей здания. М: АВОК-ПРЕСС, 2006.
  3. EN ISO 13788:2007. Hygrothermal performance of building components and building elements – Internal surface temperature to avoid critical surface humidity and interstitial condensation – Calculation methods.
  4. Гагарин В. Г., Зубарев К. П., Козлов В. В. Определение зоны наибольшего увлажнения в стенах с фасадными теплоизоляционными композиционными системами с наружными штукатурными слоями // Вестник ТГАСУ. 2016. № 1.
купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №4'2018

PDF pdf версия


Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте
KSB