О методах расчета влажностного состояния ограждающих конструкций зданий

В. А. Личман, канд. физ.-мат. наук, начальник отдела энергосбережения и энергоэффективности ГБУ « Мосстройразвитие»

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): Р_расч = 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 = (Р_эксп – Р_расч)/Р_эксп × 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 Р_расч = 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 f_i(t_м,у) – формула (8.7) и, соответственно, метода определения координаты плоскости максимального увлажнения.

Рисунок 1. Относительная погрешность err = ( Рэксп – Ррасч)/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 t_в = 20 °C; наружного воздуха для Москвы t_н,отр = –4,6 °C; на внутренней поверхности конструкции τ₀ = 19,2 °C.

Парциальные давления: внутреннего воздуха e_в = 1 286 Па, наружного воздуха e_0,н = 345 Па.

Условное сопротивление теплопередаче R_0,усл = 11,1 м²•К/Вт, общее сопротивление паропроницанию R_0,п = 3,9 м₂•ч•Па/мг.

Значения температуры на границах слоев τ_i,°C, значения комплекса f_i и значения температуры t_м,у, °C, в плоскости максимального увлажнения приведены в таблице.

Действительно, как следует из таблицы, для второго слоя t_м,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).

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 t_м,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 t_н.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 q_пв, 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.