Расчет ограждающей конструкции на возможную конденсацию водяных паров в толще ограждения

 

Цель расчета – определение парциального давления водяного пара в толще ограждения и наличия возможной зоны конденсации в нем вследствие паропроницания. В этом расчете наружными условиями являются: средние значения температуры наружного воздуха t_н и парциального давления водяного пара в нем е_н за самый холодный месяц.

Расчет обычно выполняют графоаналитическим методом, разработанным в СССР О.Е.Власовым и К.Ф.Фокиным. Метод заключается в том, что на разрезе ограждения строятся линии распределения температур внутри конструкции, а также линии действительных и максимальных (насыщающих) парциальных давлений (упругостей) водяного пара. По взаимному расположению линий парциальных давлений (действительных и насыщающих) судят о возможности конденсации водяного пара в массиве ограждения.

 

Порядок расчета парциальных давлений следующий:

1) Определяют температуры на границах слоев ограждения по формуле

 

(6.3)

,

 

где tx - температура в каком-либо сечении ограждения, °С; tв – температура внутреннего воздуха помещения, °С; t_н – температура наружного воздуха, принимается средняя температура самого холодного месяца года (по прил.7). Это объясняется замедленностью протекания процесса паропроницания, который не успевает реагировать на кратковременные понижения температур наружного воздуха; R_o – термическое сопротивление ограждения, м²·К/Вт, определяют по формуле (4.1) в теплотехническом расчете; R_в – термическое сопротивление теплоотдачи на внутренней поверхности ограждения, м²·К/Вт; – сумма термических сопротивлений слоев от внутренней поверхности конструкции до рассматриваемого сечения.

Например, для ограждающей конструкции, состоящей из трех слоев (рис. 6.1), температура на внутренней поверхности равна

 

(6.4)

;

 

температура на границе первого и второго слоёв

 

(6.5)

;

температура на границе второго и третьего слоёв

 

(6.6)

;

 

температура на наружной поверхности ограждения

 

(6.7)

,

 

где ; ; (см. разд. 4).

 

 

Рис 6.1 Схема многослойной наружной стены

 

2) По полученным значениям температур определяют насыщающие парциальные давления Е на границах слоев ограждения с помощью прил. 9.

Для трехслойного ограждения: Е_в.п. при температуре t_вп; Е₁ – при t₁ E₂ – при t₂; Е_нп – соответственно при t_нп.

3) Значения действительных парциальных давлений водяного пара е_х на границах слоев ограждения рассчитывают по уравнению баланса

 

(6.8)

,

 

откуда

 

(6.9)

,

 

где е_х – парциальное давление водяного пара в каком-либо сечении х, Па.

Порядок расчета парциальных давлений (упругости) водяного пара на границах слоев ограждения по формуле (6.9) следующий:

4) е_в – парциальное давление (упругость) водяного пара во внутреннем воздухе, определяют по формуле, Па,

 

(6.10)

,

 

где – относительная влажность внутреннего воздуха, %; Е_в – насыщающее парциальное давление водяного пара при температуре воздуха внутри помещения t_в (принимается по прил. 9), Па;

5) е_н – парциальное давление (упругость) водяного пара в
наружном воздухе (принимают по исходным данным прил. 7 для
самого холодного месяца), Па;

6) R_п – общее сопротивление паропроницанию ограждения, (м²·ч·Па)/мг, представляет сумму сопротивлений паропроницанию у внутренней R_пв, наружной R_пн поверхностей и сопротивлений всех слоев ограждения . Из-за пренебрежительно малых значений в инженерных расчетах величины R_пв и R_пн не учитывают и тогда

 

(6.11)

,

 

где – сопротивление паропроницанию i -го слоя ограждения, (м²·ч·Па)/мг; n - число слоев в конструкции. Например, для трехслойного ограждения (см. рис. 6.1)

 

(6.12)

,

 

где – толщины слоёв; - коэффициенты паропроницаемости слоёв конструкции;

7) R_пх – сумма сопротивлений паропроницанию от внутренней поверхности ограждения до рассматриваемого сечения, (м2·ч·Па)/мг. Таким образом, поскольку пренебрегают сопротивлением паропроницанию у внутренней и наружной поверхностях ограж­дающей конструкции, считают, что е_вп=е_в и е_н.п.=е_н, а парциальное давление водяного пара в сечениях I-I и II-II (см. рис. 6.1) определяют по формуле (6.9):

 

(6.13)

и

(6.14)

.

 

По полученным значениям температур t_i, насыщающих парциальных давлений Е_i и действительных парциальных давлений е_i на разрезе стены строят линии изменения распределения этих величин по толщине ограждения. По оси абсцисс откладывают величины сопротивления паропроницанию слоев, а по оси ординат – значения парциальных давлений и температур (рис. 6.2).

Если линия е лежит ниже линии насыщающих парциальных давлений Е, то диффундирующий водяной пар конденсироваться в толще конструкции не будет. Пересечение этих линий указывает на возможность конденсации. Сечения, в которых значения , являются зоной возможной конденсации.

Данный метод расчета определяет только конечные, термодинамически возможные состояния, характерные для завершающих стадий процесса, но не рассматривает течение этого процесса во времени. Конденсация водяного пара может и не наступить, поскольку для стабилизации процесса увлажнения продолжительность холодного периода окажется недостаточной.

 

 

Рис. 6.2 Эпюры распределения фактических и максимальных упругостей водяного пара и температур в наружной стене

 

 

6.3. Расчет сопротивления паропроницанию ограждающей конструкции из условия недопустимости
накопления влаги в ограждении

Цель расчета – определение сопротивления паропроницанию ограждения R_пх от внутренней поверхности конструкции до плоскости возможной конденсации; сравнение полученной величины R_пх с требуемым сопротивлением , найденным из условия недопустимости накопления влаги в ограждении за годовой период эксплуатации. Плоскость возможной конденсации в однослойной (однородной) ограждающей конструкции следует принимать на расстоянии , равном 2/3 толщины конструкции от ее внутренней поверхности (рис.6.3, а); в многослойной конструкции эта плоскость совпадает с наружной поверхностью утеплителя (рис.6.3, б). Определив положение плоскости возможной конденсации в ограждении, вычисляют величину сопротивления паропроницанию R_пх от внутренней поверхности до этой плоскости. Например, для трехслойного ограждения

	(6.15)

.

 

Требуемое сопротивление определяют по уравнению

 

(6.16)

.

 

 

Рис 6.3. Расположение плоскости возможной
конденсации в наружном ограждении

 

Порядок расчёта следующий:

1) R_пн – сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации X-X (м²·ч·Па)/мг. Для конструкции, показанной на рис.(6.2)

 

(6.17)

;

 

2) е_в – парциальное давление (упругость) водяного пара во внутреннем воздухе (см.разд.6.2, п.4), Па;

3) е_н – среднее парциальное давление водяного пара наружного
воздуха за годовой период, Па

 

(6.18)

,

 

где е_н (I), е_н (II)…, е_н (XII) принимают по исходным данным прил. 7;

4) Е_х – насыщающее парциальное давление (максимальная упругость) водяного пара в плоскости возможной конденсации
(рис. 6.3, б) за годовой период эксплуатации, определяют по формуле

 

(6.19)

.

 

Порядок расчета Е_х следующий:

5) Е^з_х – среднее насыщающее парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации за зимний период. К зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха < –5 С°. Значение Е^з_х определяют по прил. 9в зависимости от температуры в этой же плоскости Х-Х за зимний период . Расчет выполняют по уравнению

 

(6.20)

,

 

где величины t_в, R₀, R_в, R₁ и R₂ определены в теплотехническом расчете (см. разд. 4); – средняя температура наружного воздуха за зимний период, которую вычисляют по формуле

 

(6.21)

,

 

где – сумма среднемесячных температур, значения которых < –5 °С (по исходным данным прил. 7); Z₁ - число месяцев зимнего периода, т.е. с температурами <–5 °С;

6) –насыщающее парциальное давление в плоскости возможной конденсации Х-Х за весенне-осенний период.

К весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха –5°С < <+5°С. Величину определяют по прил. 9 в зависимости от температуры , вычисляемой по уравнению

 

(6.22)

,

 

где t_в, R₀, R_в, R₁ и R₂ – см. раздел 4; (i) – средняя температура наружного воздуха за весенне-осенний период, определяют по формуле

 

(6.23)

,

 

где – сумма среднемесячных температур в интервале от –5°С до +5°С (по исходным данным прил. 7); Z₂ – число месяцев весенне-осеннего периода;

7) – среднее насыщающее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за летний период. К летнему периоду отно­сятся месяцы с температурой наружного воздуха >+5°С.

Аналогично расчетам в пп. 5 и 6, определяют в зависимости от температуры , вычисляемой по выражению

 

(6.24)

,

 

где t_в, R₀, R_в, R₁ и R₂ – см. раздел 4, а значение t ^н_л равно

 

(6.25)

,

 

где – сумма среднемесячных температур, значение ко­торых больше +5°С; Z₃ – число месяцев летнего периода.

Подставляя полученные значения , , в формулу (6.19), определяют Е_х, а затем по уравнению (6.16) величину сопротивления . Полученная величина требуемого сопротивления паропроницанию сравнивается со значением сопротивления R_пх определенного по формуле (6.15).

Если , то влага, накопившаяся в ограждении за холодный период года, не успевает испариться из него за тёплый период, т.е. годовой баланс влаги в ограждении положителен. Влага, ежегодно накапливаясь в ограждении, приводит к прогрессирующему из года в год увлажнению ограждения.

Если , то влага, накопившаяся в ограждении за холодный период года, успевает испариться из него к концу теплого периода, т.е годовой баланс влаги в ограждении отрицателен или равен нулю, и накопления влаги за годовой период не происходит.