Коэффициент паропроницаемости строительных материалов. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций
Воздухопроницаемость – это способность материалов пропускать воздух. Необходимым условием для прохождения воздуха через материал является наличие перепада давления воздуха (DР ) по обеим сторонам пробы материала. Чем выше величина перепада давления, тем интенсивнее процесс прохождения воздуха через материал. При небольших скоростях прохождения воздуха через материалы зависимость скорости движения воздуха от величины перепада давления имеет линейный характер и выражается уравнением Д’Арси:
Такая зависимость имеет место при небольших величинах или при плотной структуре текстильного полотна. С увеличением скорости движения воздуха через материалы может наблюдаться отклонение от линейного характера зависимости скорости от перепада давления. В этой связи для материалов бытового назначения, предназначенных для изготовления одежды, в соответствии со стандартом (ГОСТ 12088–77) воздухопроницаемость оценивается при перепаде давления = 49 Па (5 мм вод. столба), что соответствует условиям эксплуатации одежды в климатических условиях средней полосы России, где скорость ветра составляет не более 8–10 м/с.
Общепринятой характеристикой воздухопроницаемости является коэффициент воздухопроницаемости , дм 3 /(м 2 ∙ с):
, (58)
где – объем воздуха, дм 3 , проходящий через рабочую часть пробы материала, площадь которой , м 2 , за время , равное 1 с, при перепаде давления .
При использовании м 3 в качестве единицы измерения объема воздуха, проходящего через пробу материала, получаемое значение коэффициента воздухопроницаемости (м 3 /(м 2 ×с)) численно равно скорости движения воздуха через материал (м/с).
Воздухопроницаемость современных материалов колеблется в широких пределах – от 3,5 до 1500 дм 3 /(м 2 ∙ с) (табл. 8 ).
Таблица 8 Группировка тканей по воздухопроницаемости
(по данным Н. А. Архангельского)
| Группа тканей | Ткани | Общая характеристика воздухопроницаемости группы тканей | , дм 3 /(м 2 ∙ с), при = 49 Па |
| I | Плотные драп и сукно, хлопчатобумажные ткани, диагональ, начесное сукно | Очень малая | Менее 50 |
| II | Костюмные шерстяные ткани, сукно, драп | Малая | 50–135 |
| III | Бельевые, платьевые, демисезонные, легкие костюмные ткани | Ниже средней | 135–375 |
| IV | Легкие бельевые и платьевые ткани | Средняя | 375–1000 |
| V | Наиболее легкие платьевые ткани с большими сквозными порами | Повышенная | 1000–1500 |
| VI | Марля, сетка, канва, ажурный и филейный трикотаж | Высокая | Более 1500 |
Воздушный поток проходит через поры текстильного материала, поэтому показатели воздухопроницаемости зависят от структурных характеристик материала, определяющих его пористость, число и размеры сквозных пор. Материалы из тонких сильно скрученных нитей имеют большое число сквозных пор и соответственно большую воздухопроницаемость по сравнению с материалами из толстых пушистых нитей, в которых поры частично закрыты выступающими волокнами или петлями нитей.
Важнейшими структурными характеристиками текстильных полотен, имеющих сквозные поры, которыми главным образом определяется их воздухопроницаемость, являются толщина полотна, величина сквозной пористости и характеристический размер поперечника (диаметр) сквозных пор. Определить значения скорости прохождения воздуха через материал при разных перепадах давления можно используя математическую модель, предложенную А.В. Куличенко, которая имеет вид
, (59)
где – вязкость воздуха, мПа ∙ с; – диаметр сквозных пор, м;
– сквозная пористость; – толщина материала, м.
В тех случаях, когда материалы не имеют сквозных пор, их воздухопроницаемость определяется величиной общей пористости, размерами пор и толщиной полотен. Так, для нетканых материалов на основе волокнистых холстов зависимость коэффициента воздухопроницаемости от их структуры выражена экспериментально полученными А. В. Куличенко уравнениями, имеющими общий вид
, (60)
где – заполнение нетканого материала волокнами; L – толщина материала; – параметр, связанный с геометрическими характеристиками волокон.
К числу важнейших факторов, от которых зависит воздухопроницаемость материалов, относится их влажность. Значение этого фактора тем выше, чем большей плотностью характеризуется материал и чем выше гигроскопические свойства волокон, из которых он изготовлен. Так, по данным Б. А. Бузова, при 100 %-й влажности шерстяных суконных тканей воздухопроницаемость по сравнению с воздушно-сухим их состоянием снижается в 2–3 раза. Уменьшение воздухопроницаемости материалов при увлажнении связано с набуханием волокон и появлением микро- и макрокапиллярной влаги, что вызывает резкое сокращение числа и размеров пор и, в конечном итоге, приводит к повышению аэродинамического сопротивления материала и, соответственно, к снижению коэффициента воздухопроницаемости.
Деформация текстильных материалов вызывает существенные изменения в их структуре (в частности, нарушается пористость), что приводит к изменению воздухопроницаемости. Исследования, проведенные в Ивановской государственной текстильной академии проф..В. В. Веселовым, показали, что при несимметричном двухосном растяжении ткани наблюдается вначале некоторое уменьшение воздухопроницаемости, а затем ее возрастание до 60 % от исходного значения. Это обусловлено сложным характером перестройки структуры материала, которая связана с растяжением и сжатием нитей основы и утка.
Наиболее значительно влияние деформаций растяжения на воздухопроницаемость проявляется в трикотажных полотнах. В отличие от тканей трикотажные полотна имеют более высокую растяжимость, что связано с большей подвижностью их структуры, чувствительной даже к невысоким величинам прикладываемых к ним растягивающих усилий. Структурные изменения в трикотажных полотнах при приложении к ним таких усилий заключаются прежде всего в изменениях конфигурации петель. Сами нити, особенно в легко растягивающихся полотнах, могут быть напряжены незначительно. Высокая растяжимость трикотажных полотен при приложении к ним внешних нагружений является причиной не только их структурных изменений, но и изменений величин показателей их свойств, в частности проницаемости.
Для таких высокорастяжимых полотен зависимость воздухопроницаемости от величины их пространственной деформации растяжения имеет линейный характер (рис.
) и выражается уравнением вида 
,
где – коэффициент воздухопроницаемости в исходном недеформированном состоянии; – пространственная деформация; – коэффициент, характеризующий изменение воздухопроницаемости полотна при его растяжении и зависящий от структуры полотна.
При проектировании изделий необходимы сведения не только о воздухопроницаемости материалов, из которых изготовляются те или иные изделия, но и о воздухопроницаемости пакета одежды. С увеличением числа слоев материала в пакете снижается общая воздухопроницаемость пакета (рис.22 ). Наиболее резкое снижение воздухопроницаемости (до 50 %) наблюдается при увеличении числа слоев материала до двух; дальнейшее повышение числа слоев влияет в меньшей степени. С введением воздушных прослоек между слоями воздухопроницаемость пакета зависит от толщины воздушной прослойки.
Рис. 22 Зависимость коэффициента воздухопроницаемости
трикотажных полотен от величины поверхностной деформации :
1 – поперечновязаное, интерлок (ПА нить эластик + ПУ эластомерная нить);
2 – поперечновязаное, гладь (пряжа хлопчатобумажная);
3 – поперечновязаное рисунчатое (пряжа ПАН);
4 – поперечновязаное, интерлок (пряжа шерстяная)
Рис. 23 Зависимость воздухопроницаемости пакетов
тканей в зависимости от числа слоев: 1 – драп; 2 – сукно
Общая воздухопроницаемость многослойного пакета одежды рассчитывается по формуле Клейтон, которая может давать погрешность до 10 % :
, (61)
где , , …, – коэффициенты воздухопроницаемости каждого слоя в отдельности.
Воздухопроницаемость материалов является также технологическим свойством, так как она оказывает влияние на параметры влажно-тепловой обработки швейных изделий на паровоздушных прессах и манекенах.
Влагопроницаемость
Организм человека в процессе жизнедеятельности постоянно выделяет пары воды, накопление которых в пододежном и внутриобувном пространстве может вызвать неприятные ощущения, прилипаемость одежды, намокание прилегающих слоев, что приводит к снижению теплозащитных свойств изделия.
Способность материалов проводить влагу из среды с повышенной влажностью в среду с пониженной влажностью является их важным гигиеническим свойством. Благодаря этому свойству обеспечивается вывод излишков парообразной и капельно-жидкостной влаги из пододежного и внутриобувного слоя или изоляция тела человека от воздействия внешней влаги (атмосферные осадки, гидроизоляционная одежда и обувь и т. п.).
Процесс переноса влаги через материалы включает следующие составляющие:
– диффузия и конвективный перенос ;
– сорбция влаги из внутреннего (пододежного или внутриобувного) пространства, перенос через полимер и десорбция во внешнюю среду;
– капиллярная конденсация, капиллярное поднятие и последующая десорбция .
В зависимости от размеров пор в материале может наблюдаться преобладание тех или иных составляющих процесса влагопереноса. В макропористых материалах (с преобладанием макрокапилляров с размерами поперечника от 10 -7 м и более) наблюдается преобладание процесса диффузии. В тех случаях, когда материалы гидрофильны, наблюдается проявление также второй составляющей. В микропористых материалах (с преобладанием микрокапилляров, имеющих поперечные размеры менее 10-7 м) наблюдается преобладание переноса за счет сорбции – десорбции и капиллярного поднятия. Для гетеропозных материалов, т. е. имеющих микро- и макропоры, характерно наличие всех трех составляющих процесса влагопереноса.
Влагопроницаемость материала существенно зависит от сорбционных свойств волокон и нитей его составляющих. Процесс влагопереноса у гидрофильных и гидрофобных материалов неодинаков. Гидрофильные материалы активно поглощают влагу и, таким образом, как бы увеличивают поверхность испарения, что практически не характерно для гидрофобных материалов. Наступление динамического равновесия между процессами сорбции и десорбции у гидрофильных материалов требует значительного времени, а у гидрофобных происходит очень быстро.
В зависимости от средней плотности структуры материала преобладает тот или иной способ прохождения влаги. В текстильных материалах (с поверхностным заполнением более 85 %) преобладает перенос влаги путем ее сорбции – десорбции волокнами материала. Влагопроницаемость таких материалов зависит главным образом от способности волокон поглощать влагу. В материалах с поверхностным заполнением менее 85 % влага проходит, в основном, через поры материала. Влагопроницаемость таких материалов зависит от их структурных параметров. При заполнении по массе менее 30 % способность тканей пропускать влагу практически не зависит от гидрофильности волокон и нитей.
На влагопроводность материала также оказывает влияние движение воздуха через материал . При малых скоростях воздуха преобладает процесс прохождения влаги путем сорбции – десорбции. С увеличением скорости движения воздуха более активно проявляется процесс диффузии влаги через поры. При скорости воздуха 3–10 м/с наблюдается тесная корреляционная связь между показателями воздухо- и влагопроницаемости.
Способность материалов пропускать пары влаги называется паропроницаемостью .
Коэффициент паропроницаемости ,г/(м 2 ∙ с), показывает, какое количество водяных паров проходит через единицу площади материала в единицу времени:
, (62)
где А – масса водяных паров, прошедших через пробу материала, г; S – площадь пробы материала, м 2 ; – продолжительность испытания, с.
Коэффициент паропроницаемости зависит от величины воздушной прослойки –расстояния от поверхности материала до поверхности испарения влаги, мм. С ее уменьшением коэффициент увеличивается. Поэтому в обозначении коэффициента паропроницаемости всегда указывается величина , при которой проводились испытания. Величина должна быть минимальной и одинаковой при испытаниях материалов для их сопоставления, так как сопротивление прохождению паров влаги складывается из сопротивления слоя воздуха между материалом и поверхностью испарения и из сопротивления самого материала.
Увеличение перепада температуры и перепада относительной влажности воздуха, т. е. парциального давления водяных паров, по обеим сторонам материала вызывает повышение интенсивности процесса паропроницаемости. Проведение испытаний при температуре воды 35–36 °С приближает условия испытания к условиям эксплуатации одежды, так как эта температура соответствует температуре тела человека.
Относительная паропроницаемость , %, – отношение массы паров влаги А, испарившихся через испытываемый материал, к маcce паров влаги В, испарившихся с открытой поверхности воды, находившейся в тех же условиях испытания:
100 % . (63)
В связи со значительным влиянием толщины воздушной прослойки между пробой материала и поверхностью испарения влаги применяется характеристика, называемая сопротивление паропроницаемости. Этот показатель измеряется в мм толщины слоя неподвижного воздуха, оказывающего такое же сопротивление прохождению водяных паров, как и испытываемый материал.
В зависимости от сопротивления паропроницаемости И. А. Димитриевой предложено делить ткани на четыре группы (табл. 9 )
Таблица 9 Группировка, тканей в зависимости от
их сопротивления переносу водяных паров
Проницаемость текстильных материалов при прохождении через них капельно-жидкой влаги оценивается с помощью характеристик водопроницаемости и водоупорности.
Водопроницаемость - способность текстильных материалов пропускать воду при определенном давлении. Основная характеристика этого свойства – коэффициент водопроницаемости дм 3 /(м 2 ∙ с). Он показывает, какое количество воды проходит через единицу площади материала в единицу времени:
, (64) где V
– количество воды, прошедшее через пробу материала, дм 3 ;
S – площадь пробы, м 2 ; – время, с.
Коэффициент водопроницаемости определяют, замеряя время прохождения через пробу материала воды объемом 0,5 дм 3 под давлением Н = 5 ∙ 10 3 Па. Для материалов спленочным покрытием или водоотталки-вающей отделкой коэффициент водопроницаемости определяют при дождевании в течение 10 мин (ГОСТ 30292–96).
Водоупорность (водонепроницаемость) – сопротивление текстильных материалов проникновению через них воды. Водоупорность характеризуетсянаименьшим давлением, при котором водa начинает проникать через материал (табл. 10 ).
Таблица 10 Нормы водоупорности плащевых тканей
По времени промокания при дождевании оценивают водоупорность материалов с водоотталкивающей пропиткой или пленочным покрытием (ГОСТ 30292–96).
Водопроницаемость, водоупорность и водооттаткивание зависят от структурных показателей заполнения полотен, от их толщины, сорбционных свойств и способности к смачиванию. Для ряда швейных изделий, защищающих человека от атмосферных осадков (плащей, пальто, костюмов, зонтов, палаток и т. п.), водоупорность материалов является одним из важнейших показателей качества.
Водонепроницаемость плащевых тканей оценивают также по способности плащевых материалов к водоотталкиванию, которая определяется по состоянию намокшей поверхности пробы после ее дождевания и встряхивания (табл. 11 ).
Таблица 11 Состояние поверхности материалов после дождевания
В соответствии с ГОСТ 28486–90 нормы водоотталкивания установлены в баллах и составляют для плащевых и курточных тканей из синтетических нитей с пленочным покрытием в 3 слоя не менее 80 баллов, в 1 слой – не менее 70 баллов, с водоотталкивающей отделкой – до 70 баллов.
Пылепроницаемость
Материалы в процессе носки изделий способны пропускать в пододежный слой или удерживать в своей структуре частицы пыли. Это приводит к загрязнению как самих материалов, так и слоев изделия, располагающихся под ними. Частицы пыли проникают сквозь материал в основном тем же путем, что и воздух – через сквозные поры материала. Удерживаются частицы пыли в структуре материала вследствие механического сцепления их с неровностями поверхности волокон и масляной смазки. Кроме того, процессу захвата материалом частиц пыли способствует их электризуемость при трении. Мельчайшие частицы пыли (менее 50 мкм) не имеют зарядов, однако способны при трении друг о друга или о материал приобретать заряд короткой продолжительности. При наличии на поверхности материала статического электричества заряженные частицы пыли притягиваются к поверхности волокон, где они впоследствии удерживаются благодаря механическому сцеплению или смазке. Таким образом, чем выше электризуемость материала, тем в большей степени он загрязняется. Рыхлая пористая структура материала из волокон с неровной поверхностью обладает способностью захватывать большее количество пыли и удерживать ее более длительное время, чем плотная структура материала, имеющего гладкие ровные волокна. По этим причинам наибольшей пылеемкостью обладают шерстяные и хлопчатобумажные ткани. Добавление в нихполиэфирныхволокон уменьшает пылеемкость.
Пылепроницаемость – способность материалов пропускать частицы пыли. Она характеризуется коэффициентом пылепроницаемости ,г/(см 2 ∙ с):
, (65)
где – масса пыли, прошедшей через пробу материала, г; – площадь пробы, м 2 ; – время испытания, с.
Относительная пылепроницаемость
, %, показывает отношение массы пыли, прошедшей через материал , к массе пыли, использованной в испытании, :
100 % . (66)
Пылеемкость – способность материала воспринимать и удерживать пыль. Она характеризуется относительной пылеемкостью , %, – отношением массы пыли, поглощенной материалом, , к массе пыли, использованной в испытании, :
100 % . (67)
Показатели пылепроницаемости и пылеемкости определяют путем просасывания через материал с помощью пылесоса навески пыли, имеющей определенный состав и размер частиц. Взвешиванием устанавливают количество пыли, прошедшей через материал и осевшей на материале.
Материалы разных видов имеют отличающиеся значения показателей пылепроницаемости и пылеемкости (табл.12 ).
Таблица 12 Пылепроницаемость и пылеемкость материалов
(по данным М. И. Сухарева)
Основополагающие федеральные документы СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и СП 23-101-2000 «Проектирование тепловой защиты зданий» оперируют понятиями воздухопроницаемости и паропроницаемости строительных материалов и конструкций, не выделяя изолирующих элементов из состава ограждающих конструкций.
Таблица 2: Сопротивление воздухопроницанию материалов и конструкций (приложение 9 СНиП II-3-79*)
| Материалы и конструкции | Толщина слоя, мм | Rb, м² часПа/кг | |
| Бетон сплошной без швов | 100 | 19620 | |
| Газосиликат сплошной без швов | 140 | 21 | |
| Кирпичная кладка из сплошного красного кирпича на цементно-песчаном растворе: | толщиной в полкирпича в пустошовку | 120 | 2 |
| толщиной в полкирпича с расшивкой шва | 120 | 22 | |
| толщиной в кирпич в пустошовку | 250 | 18 | |
| Штукатурка цементно-песчаная | 15 | 373 | |
| Штукатурка известковая | 15 | 142 | |
| Обшивка из обрезных досок, соединенных впритык или в четверть | 20-25 | 0,1 | |
| Обшивка из обрезных досок, соединенных в шпунт | 20-25 | 1,5 | |
| Обшивка из досок двойная с прокладкой между обшивками строительной бумаги | 50 | 98 | |
| Картон строительный | 1,3 | 64 | |
| Обои бумажные обычные | - | 20 | |
| Листы асбоцементные с заделкой швов | 6 | 196 | |
| Обшивка из жёстких древесно-волокнистых листов с заделкой швов | 10 | 3,3 | |
| Обшивка из гипсовой сухой штукатурки с заделкой швов | 10 | 20 | |
| Фанера клееная с заделкой швов | 3-4 | 2940 | |
| Пенополистирол ПСБ | 50-100 | 79 | |
| Пеностекло сплошное | 120 | воздухонепроницаемо | |
| Рубероид | 1,5 | воздухонепроницаем | |
| Толь | 1,5 | 490 | |
| Плиты минераловатные жёсткие | 50 | 2 | |
| Воздушные прослойки,слои сыпучих материалов (шлака, керамзита, пемзы и т. д.), слои рыхлых и волокнистых материалов (минеральной ваты, соломы, стружки) | любые толщины | 0 | |
Воздухопроницаемость Gв (кг/м ² час) по СП 23-101-2000 представляет собой массовый расход воздуха в единицу времени через единицу площади поверхности ограждающей конструкции (слоя ветроизоляции) при разнице (перепаде) давлений воздуха на поверхности конструкции ∆рв (Па): Gв = (1/Rв) ∆рв , где Rв (м² час Па/кг) - сопротивление воздухопроницанию (см. таблицу 2), а обратная величина (1/Rв )(кг/м² час Па) - коэффициент воздухопроницаемости ограждающей конструкции. Воздухопроницаемость характеризует не материал, а слой материала или ограждающую конструкцию (слой изоляции) определённой толщины.
Напомним, что давление (перепад давления) 1 атм составляет 100 000Па (0,1 МПа). Перепады давления ∆рв на стене бани за счёт меньшей плотности горячего воздуха в бане ƿδ по сравнению с плотностью внешнего холодного воздуха ƿ0 равны Н(ƿ0 - ƿδ) и в бане высотой Н=3 м составят до 10Па. Перепады давления на стенах бани за счёт ветрового напора ƿ0 V ² составят 1Па при скорости ветра V = 1 м/сек (штиль) и 100Па при скорости ветра V = 10 м/сек.
Введенная таким образом воздухопроницаемость представляет собой ветропроницаемость (продуваемость), способность пропускать массы движущегося воздуха.
Как видно из таблицы 2, воздухопроницаемость очень сильно зависит от качества строительных работ: укладка кирпича с заполнением швов (расшивкой) приводит к снижению воздухопроницаемости кладки в 10 раз по сравнению со случаем укладки кирпича обычным способом - в пустошовку. Воздух при этом в основном проходит вовсе не через кирпич, а через неплотности шва (каналы, пустоты, щели, трещины).
Методы определения сопротивления воздухопроницанию по ГОСТ 25891-83, ГОСТ 31167-2003, ГОСТ 26602.2-99 предусматривают непосредственное измерение расходов воздуха через материал или конструкцию при различных перепадах давления воздуха (до 700 Па). На специальных стендах с помощью насоса-воздуходувки 1 нагнетается воздух в измерительную камеру 3, к которой герметично пристыковывается изучаемая конструкция 5, например, окно заводского изготовления (рис. 17). По зависимости расхода воздуха Gв по ротаметру 2 от избыточного давления в камере ∆ƿв строят кривую воздухопроницаемости конструкции (рис. 18).
 |
|
| Рис. 18. Зависимость массового потока воздуха (скорости фильтрации, массового расхода) через воздухопроницаемую строительную конструкцию от перепада давления воздуха на поверхностях конструкции. 1 - прямая для ламинарных вязкостных потоков воздуха (через пористые стены без щелей), 2 - кривая для турбулентных инерционных потоков воздуха через конструкции со щелями (окна, двери) или отверстиями (продухами). |
В случае воздухопроницаемости стен с многочисленными мелкими каналами, щелями, порами воздух движется через стену в вязком режиме ламинарно (без турбулентностей, завихрений), вследствие чего зависимость Gв от ∆рв имеет линейный вид Gв = (1/Rв ) ∆pв . При наличии крупных щелей воздух движется в инерционных режимах (турбулентных), при которых силы вязкости не существенны. Зависимость Gв от ∆рв в инерционных режимах имеет степенной вид Gв = (1/Rв) ∆рв0,5 . Реально же в случае окон и дверей наблюдается переходный режим Gв = (1/R1) ∆pв n, где показатель степени n в СНиП 23-02-2003 условно принят равным 2/3 (0,66). Иными словами, при больших напорах ветра окна начинают «запираться» (также, например, как и дымовые трубы при большой скорости истечения дымовых газов), и всё большую роль начинает играть продуваемость стен (см. рис. 18).
Изучение таблицы 2 показывает, что обычные дощатые стены (без прослоек бумаги, пергамина или фольги), засыпанные стружкой (соломой, минеральной ватой, шлаком, керамзитом) с сопротивлением воздухопроницанию на уровне 0,1 м² час Па/кг и менее никак не могут защитить от ветра. Даже при штиле при скоростях набегающих воздушных потоков 1 м/сек скорость продува через такие стены хоть и снижается до 0,1-1 см/сек, но тем не менее и это создаёт кратность воздухообмена в бане свыше 3-10 раз в час, что при слабой печи обуславливает полное выхолаживание бани. Кирпичные кладки в пустовку, дощатые стены в шпунт, плотные минерал- ватные плиты с сопротивлением воздухопроницанию на уровне 2м² час Па/кг способны защитить от потоков ветра 1м/сек (в смысле предотвращения избыточной кратности воздухообмена в бане), но оказываются недостаточно герметичными для порывов ветра 10 м/сек. А вот строительные конструкции с сопротивлением возухопроницанию 20 м²час Па/кг и более уже вполне приемлемы для бань и с точки зрения воздухообмена, и с точки зрения конвективных теплопотерь, но тем не менее не гарантируют малости конвективного переноса водяных паров и увлажнения стен.
В связи с этим возникает необходимость сочетания материалов с разной степенью воздухопроницания. Суммарное сопротивление воздухопроницанию многослойной конструкции подсчитывается очень легко: суммированием сопротивлений воздухопроницанию всех слоев R = ΣRi . Действительно, если массовый поток воздуха через все слои один и тот же G = ∆pi /Ri , то сумма перепадов давления на каждом слое равна перепаду давления на всей многослойной конструкции в целом ∆р = Σpi = ΣGRi = GΣRi = GR . Именно поэтому понятие «сопротивление» очень удобно для анализа последовательных (в пространстве и во времени) явлений, не только в части воздухопроницания, но и теплопередачи и даже электропередачи в электрических сетях. Так, например, если легкопродуваемую прослойку стружек насыпать на строительный картон, то суммарное сопротивление воздухопроницанию такой конструкции 64 м² час Па/кг будет определяться исключительно сопротивлением воздухопроницанию строительного картона.
В то же время ясно, что если картон будет иметь щели в местах нахлеста или разрывы (проткнутые отверстия), то сопротивление воздухопроницанию резко уменьшится. Этот способ монтажа соответствует иному предельному способу взаимной укладки воздухопроницаемых слоев - уже не последовательному, а параллельному (рис. 19). В этом случае более удобными для расчетов являются коэффициенты воздухопроницаемости (1/Rв ). Так, воздухопроницаемость стены будет равна G = S0 G0 +S2 G2 +S12 G12 , где Si - относительные площади зон с разными воздухопроницаемостями, то есть G = { + {S2 /R2 ] + } ∆p. Видно, что если сопротивление воздухопроницанию R0 сквозного отверстия очень мало (близко к нулю), то суммарный поток воздуха будет очень велик даже при тщательной ветрозащите других участков, то при очень больших R2 , S2 и S12 . Однако воздух в сквозном отверстии движется вовсе не «свободно» (то есть не с бесконечно большой скоростью) из-за наличия гидродинамического и вязкостного сопротивлений отверстия, а также (что бывает чрезвычайно существенно) из-за конечной скорости фильтрации через противоположную стену 3. Чтобы образовать сильную струю через открытое приточное отверстие (сквозняк), необходимо сделать вытяжное отверстие и в противоположной стене.
 |
|
| Рис. 19. Сочетание ветрозащитного и теплоизоляционного материалов со сквозными отверстиями (продухами, окнами). 1 - ветрозащитный материал, 2 - теплозащитный материал, Vo - набегающий поток воздуха, «свободно» проходящий через сквозное отверстие, но замедленно фильтрующийся через зоны, прикрытые теплозащитным материалом G2 или одновременно ветрозащитным и теплозащитным материалами G12. Величина реального воздушного потока GB определяется также воздухопроницаемостью стены 3. |
В заключение отметим, что обычные деревенские бревенчатые стены бань, конопаченые мхом, имеют сопротивление воздухопроницанию на уровне (1-10) м²час Па/кг, причём воздух в основном просачивается через швы конопатки, а не через древесину. Воздухопроницаемость таких стен при перепаде давления ∆рв = 10 Па составляет (1-10) кг/м²час, а при порывах ветра 10 м/сек (∆рв =100) - до (10-100)кг/м²час. Это может превысить необходимый уровень вентиляции бань даже по санитарно-гигиеническим требованиям, соответствующим нахождению в бане большого количества людей. Во всяком случае такие стены имеют воздухопроницаемость, намного превышающую современный допустимый уровень по теплозащите СНиП 23-02-2003. Тщательная конопатка паклей (лучше с последующей пропиткой олифой), а также заделка швов современными эластичными силиконовыми герметиками может снизить воздухопроницаемость на порядок (в 10 раз). Значительно более эффективная ветрозащита стен может быть достигнута обивкой картоном (под вагонкой) или оштукатуриванием. Необходимый уровень воздухопроницаемости стен паровых бань в первую очередь определяется требованием осушения стен за счет консервирующей вентиляции.
Реальные окна и двери также могут внести значительный вклад в баланс воздухообмена. Ориентировочные величины воздухопроницаемости закрытых окон и дверей приведены в таблице 3.
Таблица 3: Нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций заводского изготовления по СНиП 23-02-2003
Таблица 4: Нормируемые теплотехнические показатели строительных материалов и изделий (СП23-101-2000)
| Материал | Плотность, кг/м³ | Удельная теплоёмкость, кДж (кг град) | Коэффициент теплопроводности, Вт/(м град) | Коэффициент теплоусвоения, Вт/(м² град) | Коэффициент паро-проницаемости, мг/(м часПа) | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Воздух неподвижный | 1,3 | 1,0 | 0,024 | 0,05 | 1.01 | |
| Пенополистирол ПСБ | 150 | 1,34 | 0,05 | 0,89 | 0,05 | |
| 100 | 1,34 | 0,04 | 0,65 | 0,05 | ||
| 40 | 1,34 | 0,04 | 0,41 | 0,06 | ||
| Пенопласт ПХВ | 125 | 1,26 | 0,05 | 0,86 | 0,23 | |
| Пенополиуретан | 40 | 1,47 | 0,04 | 0,40 | 0,05 | |
| Плиты из резольно-формальдегидного пенопласта | 40 | 1,68 | 0,04 | 0,48 | 0,23 | |
| Вспененный каучук «Аэрофлекс» | 80 | 1,81 | 0,04 | 0,65 | 0,003 | |
| Пенополистирол экструзионный «Пеноплекс» | 35 | 1,65 | 0,03 | 0,36 | 0,018 | |
| Плиты минераловатные (мягкие, полужесткие, жесткие) | 350 | 0,84 | 0,09 | 1,46 | 0,38 | |
| 100 | 0,84 | 0,06 | 0,64 | 0,56 | ||
| 50 | 0,84 | 0,05 | 0,42 | 0,60 | ||
| Пеностекло | 400 | 0,84 | 0,12 | 1,76 | 0,02 | |
| 200 | 0,84 | 0,08 | 1,01 | 0,02 | ||
| Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные | 1000 | 2,3 | 0,23 | 6,75 | 0,12 | |
| 400 | 2,3 | 0,11 | 2,95 | 0,19 | ||
| 200 | 2,3 | 0,07 | 1,67 | 0,24 | ||
| Арболит | 800 | 2,3 | 0,24 | 6,17 | 0,11 | |
| 300 | 2,3 | 0,11 | 2,56 | 0,30 | ||
| Пакля | 150 | 2,3 | 0,06 | 1,30 | 0,49 | |
| Плиты из гипса | 1200 | 0,84 | 0,41 | 6,01 | 0,10 | |
| Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) | 800 | 0,84 | 0,19 | 3,34 | 0,07 | |
| Засыпка из керамзита | 800 | 0,84 | 0,21 | 3,36 | 0,21 | |
| 200 | 0,84 | 0,11 | 1,22 | 0,26 | ||
| Засыпка из доменного шлака | 800 | 0,84 | 0,21 | 3,36 | 0,21 | |
| Засыпка из перлита вспученного | 200 | 0,84 | 0,08 | 0,99 | 0,34 | |
| Засыпка из вермикулита вспученного | 200 | 0,84 | 0,09 | 1,08 | 0,23 | |
| Песок для строительных работ | 1600 | 0,84 | 0,47 | 6,95 | 0,17 | |
| Керамзитобетон | 1800 | 0,84 | 0,80 | 10,5 | 0,09 | |
| Пенобетон | 1000 | 0,84 | 0,41 | 6,13 | 0,11 | |
| 300 | 0,84 | 0,11 | 1,68 | 0,26 | ||
| Бетон на гравии из природного камня | 2400 | 0,84 | 1,74 | 16,8 | 0,03 | |
| Раствор цементно-песчаный (швы кладки, штукатурка) | 1800 | 0,84 | 0,76 | 9,6 | 0,09 | |
| Кладка из сплошного красного кирпича | 1800 | 0,88 | 0,70 | 9,2 | 0,11 | |
| Кладка из сплошного силикатного кирпича | 1800 | 0,88 | 0,76 | 9,77 | 0,11 | |
| Кладка из керамического пустотного кирпича | 1600 | 0,88 | 0,58 | 7,91 | 0,14 | |
| 1400 | 0,88 | 0,52 | 7,01 | 0,16 | ||
| 1200 | 0,88 | 0,47 | 6,16 | 0,17 | ||
| Сосна и ель | поперек волокон | 500 | 2,3 | 0,14 | 3,87 | 0,06 |
| вдоль волокон | 500 | 2,3 | 0,29 | 5,56 | 0,32 | |
| Фанера клееная | 600 | 2,3 | 0,15 | 4,22 | 0,02 | |
| Картон облицовочный | 1000 | 2,3 | 0,21 | 6,20 | 0,06 | |
| Картон строительный многослойный | 650 | 2,3 | 0,15 | 4,26 | 0,083 | |
| Гранит | 2800 | 0,88 | 3,49 | 25,0 | 0,008 | |
| Мрамор | 2800 | 0,88 | 2,91 | 22,9 | 0,008 | |
| Туф | 2000 | 0,88 | 0,93 | 11,7 | 0,075 | |
| Листы асбестоцементные плоские | 1800 | 0,84 | 0,47 | 7,55 | 0,03 | |
| Битумы нефтяные строительные | 1400 | 1,68 | 0,27 | 6,80 | 0,008 | |
| 1000 | 1,68 | 0,17 | 4,56 | 0,008 | ||
| Рубероид | 600 | 1,68 | 0,17 | 3,53 | - | |
| Линолеум поливинилхлоридный | 1800 | 1,47 | 0,38 | 8,56 | 0,002 | |
| Чугун | 7200 | 0,48 | 50 | 112,5 | 0 | |
| Сталь | 7850 | 0,48 | 58 | 126,5 | 0 | |
| Алюминий | 2600 | 0,84 | 221 | 187,6 | 0 | |
| Медь | 8500 | 0,42 | 407 | 326,0 | 0 | |
| Стекло оконное | 2500 | 0,84 | 0,76 | 10,8 | 0 | |
| Вода | 1000 | 4,2 | 0,59 | 13,5 | - | |
Рисунок 1 - паропроницаемость оцинкованного нащельника
Согласно СП 50.13330.2012 "Тепловая защита зданий", приложение Т, таблица Т1 "Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий" коэффициент паропроницаемость оцинкованного нащельника (мю, (мг/(м*ч*Па)) будет равна:
Вывод: внутренний оцинкованный нащельник (смотрим рисунок 1) в светопрозрачных конструкциях может устанавливаться без пароизоляции.
Для устройства пароизоляционного контура рекомендуется:
Пароизоляция мест крепления оцинкованного листа, это можно обеспечить мастикой
Пароизоляция мест стыковки оцинкованного листа
Пароизоляция мест стыковки элементов (оцинкованный лист и витражный ригель или стойка)
Обеспечить отсутствие паропропускания через крепежные элементы (полые заклепки)
Термины и определения
Паропроницаемость - способность материалов пропускать водяной пар через свою толщину.
Водяной пар - газообразное состояние воды.
Точка росы характеризует количество влажности в воздухе (содержания водяного пара в воздухе). Температура точки росы определяется как температура окружающей среды, до которой воздух должен охладится, чтобы содержащийся в нем пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу. Таблица 1.
Таблица 1 - Точка росы
Паропроницаемость - измеряется количеством водяного пара, проходящим через 1м2 площади, толщиной 1метр, в течении 1 часа, при разности давлений 1 Па. (согласно СНиПа 23-02-2003). Чем ниже паропроницаемость, тем лучше теплоизоляционный материал.
Коэффициент паропроницаемость (DIN 52615) (мю, (мг/(м*ч*Па)) это отношение паропроницаемости слоя воздуха толщиной 1 метр к паропроницаемости материала той же толщины
Паропроницаемость воздуха можно рассмотреть как константу, равную
0,625 (мг/(м*ч*Па)
Сопротивляемость слоя материала зависит от его толщины. Сопротивляемость слоя материала определяется путем деления толщины на коэффициент паропроницаемости. Измеряется в (м2*ч*Па) /мг
Согласно СП 50.13330.2012 "Тепловая защита зданий", приложение Т, таблица Т1 "Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий" коэффициент паропроницаемость (мю, (мг/(м*ч*Па)) будет равна:
Сталь стержневая, арматурная (7850кг/м3), коэфф. паропроницаемости мю = 0;
Алюминий (2600) = 0; Медь (8500) = 0; Стекло оконное (2500) = 0; Чугун (7200) = 0;
Железобетон (2500) = 0,03; Раствор цементно-песчаный (1800) = 0,09;
Кирпичная кладка из пустотелого кирпича (керамический пустотный с плотностью 1400кг/м3 на цементном песчаном растворе) (1600) = 0,14;
Кирпичная кладка из пустотелого кирпича (керамический пустотный с плотностью 1300кг/м3 на цементном песчаном растворе) (1400) = 0,16;
Кирпичная кладка из сплошного кирпича (шлакового на цементном песчаном растворе) (1500) = 0,11;
Кирпичная кладка из сплошного кирпича (глиняного обыкновенного на цементном песчаном растворе) (1800) = 0,11;
Плиты из пенополистирола плотностью до 10 - 38 кг/м3 = 0,05;
Рубероид, пергамент, толь (600) = 0,001;
Сосна и ель поперек волокон (500) = 0,06
Сосна и ель вдоль волокон (500) = 0,32
Дуб поперек волокон (700) = 0,05
Дуб вдоль волокон (700) = 0,3
Фанера клееная (600) = 0,02
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736) (1600) = 0,17
Минвата, каменная (25-50 кг/м3) = 0,37; Минвата, каменная (40-60 кг/м3) = 0,35
Минвата, каменная (140-175 кг/м3) = 0,32; Минвата, каменная (180 кг/м3) = 0,3
Гипсокартон 0,075; Бетон 0,03
Статья дана в ознакомительных целях
Паропроницаемость материала выражена в его способности пропускать водяной пар. Данное свойство противостоять проникновению пара или позволять ему проходить сквозь материал определяется уровнем коэффициента паропроницаемости, который обозначается µ. Это значение, которое звучит как «мю», выступает в качестве относительной величины сопротивления переносу пара в сравнении с характеристиками сопротивления воздуха.
Существует таблица, которая отражает способность материала к паропереносу, ее можно увидеть на рис. 1. Таким образом, значение мю для минеральной ваты равно 1, это указывает на то, что она способна пропускать водяной пар так же хорошо, как и сам воздух. Тогда как это значение для газобетона равно 10, это означает, что он справляется с проведением пара в 10 раз хуже воздуха. Если показатель мю умножить на толщину слоя, выраженную в метрах, это позволит получить равную по уровню паропроницаемости толщину воздуха Sd (м).
Из таблицы видно, что для каждой позиции показатель паропроницаемости указан при разном состоянии. Если заглянуть в СНиП, то можно увидеть расчетные данные показателя мю при отношении влаги в теле материала, приравненном к нулю.
Рисунок 1. Таблица паропроницаемости стройматериалов
По этой причине при приобретении товаров, которые предполагается использовать в процессе дачного строительства, предпочтительнее брать в расчет международные стандарты ISO, так как они определяют показатель мю в сухом состоянии, при уровне влажности не более 70% и показателе влажности более 70%.
При выборе строительных материалов, которые лягут в основу многослойной конструкции, показатель мю слоев, находящихся изнутри, должен быть ниже, в противном случае со временем внутри расположенные слои станут намокать, вследствие этого они потеряют свои теплоизоляционные качества.
При создании ограждающих конструкций нужно позаботиться об их нормальном функционировании. Для этого следует придерживаться принципа, который гласит, что уровень мю материала, который расположен в наружном слое, должен в 5 раз или больше превышать упомянутый показатель материала, находящегося во внутреннем слое.
Механизм паропроницаемости
При условиях незначительной относительной влажности частички влаги, которые содержатся в атмосфере, проникают сквозь поры строительных материалов, оказываясь там в виде молекул пара. В момент увеличения уровня относительной влажности поры слоев накапливают воду, что становится причиной намокания и капиллярного подсоса.
В момент повышения уровня влажности слоя его показатель мю увеличивается, таким образом, уровень сопротивления паропроницаемости снижается.
Показатели паропроницаемости неувлажненных материалов применимы в условиях внутренних конструкций построек, которые имеют отопление. А вот уровни паропроницаемости увлажненных материалов применимы для любых конструкций построек, которые не отапливаются.
Уровни паропроницаемости, которые являются частью наших норм, не во всех случаях эквивалентны показателям, которые принадлежат к международным стандартам. Так, в отечественных СНиП уровень мю керамзито- и шлакобетона почти не отличается, тогда как по международным стандартам данные отличаются между собой в 5 раз. Уровни паропроницаемости ГКЛ и шлакобетона в отечественных нормах практически одинаковы, а в международных стандартах данные отличаются в 3 раза.
Существуют различные способы определения уровня паропроницаемости, что касается мембран, то можно выделить следующие способы:
- Американский тест с установленной вертикально чашей.
- Американский тест с перевернутой чашей.
- Японский тест с вертикальной чашей.
- Японский тест с перевернутой чашей и влагопоглотителем.
- Американский тест с вертикальной чашей.
В японском тесте используется сухой влагопоглотитель, который расположен под тестируемым материалом. Во всех тестах используется уплотнительный элемент.
В процессе стройки любой материал в первую очередь должен оцениваться по его эксплуатационно-техническим характеристикам. Решая задачу построить “дышащий” дом, что наиболее свойственно строениям из кирпича или дерева, или наоборот добиться максимальной сопротивляемости паропроницанию, необходимо знать и уметь оперировать табличными константами для получения расчетных показателей паропроницаемости строительных материалов.
Что такое паропроницаемость материалов
– способность пропускать или задерживать водяной пар в результате разности парциального давления водяного пара на обеих сторонах материала при одинаковом атмосферном давлении. Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости или сопротивлением паропроницаемости и нормируется СНиПом II-3-79 (1998) "Строительная теплотехника", а именно главой 6 "Сопротивление паропроницанию ограждающих конструкций"
Таблица паропроницаемости представлена в СНиПе II-3-79 (1998) "Строительная теплотехника", приложении 3 "Теплотехнические показатели строительных материалов конструкций". Показатели паропроницаемости и теплопроводности наиболее распространенных материалов, используемых для строительства и утепления зданий представлены далее в таблице.
Материал | Плотность, кг/м3 | Теплопроводность, Вт/(м*С) | Паропроницаемость, Мг/(м*ч*Па) |
Алюминий | |||
Асфальтобетон | |||
Гипсокартон | |||
ДСП, ОСП | |||
Дуб вдоль волокон | |||
Дуб поперек волокон | |||
Железобетон | |||
Картон облицовочный | |||
Керамзит | |||
Керамзит | |||
Керамзитобетон | |||
Керамзитобетон | |||
Кирпич керамический пустотелый (брутто1000) | |||
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400) | |||
Кирпич красный глиняный | |||
Кирпич, силикатный | |||
Линолеум | |||
Минвата | |||
Минвата | |||
Пенобетон | |||
Пенобетон | |||
Пенопласт ПВХ | |||
Пенополистирол | |||
Пенополистирол | |||
Пенополистирол | |||
ПЕНОПОЛИСТИРОЛ ЭКТРУДИРОВАННЫЙ | |||
ПЕНОПОЛИУРЕТАН | |||
ПЕНОПОЛИУРЕТАН | |||
ПЕНОПОЛИУРЕТАН | |||
ПЕНОПОЛИУРЕТАН | |||
Пеностекло | |||
Пеностекло | |||
Песок | |||
ПОЛИМОЧЕВИНА | |||
ПОЛИУРЕТАНОВАЯ МАСТИКА | |||
Полиэтилен | |||
Рубероид, пергамин | |||
Сосна, ель вдоль волокон | |||
Сосна, ель поперек волокон | |||
Фанера клееная |