Тема № 5. Влажностное состояние
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РЯЗАНСКИЙ ИНСТИТУТ (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
имени В.С.Черномырдина»
Кафедра физики и химии
ТИНИНА Е.В.
Строительная физика
Учебное пособие к практическим занятиям
Часть 2
Рязань 2013
УДК 69:53
Тинина Е.В.
Строительная физика. Учебное пособие к практическим занятиям. Часть 2. – Рязань: Рязанский институт (филиал) МГОУ имени В.С.Черномырдина, 2013. - 44 с.
Приведены основные теоретические сведения и понятия строительной физики, примеры решения задач и контрольные задания, описана методика выполнения расчетов по проектированию естественного освещения, шумоизоляции, воздухопроницаемости и влажностному состоянию ограждающих конструкций.
Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной формы обучения, специальностей 271101 и 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» специализация «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений», направлений 270800 и 08.03.01 «Строительство» профиль «Промышленное и гражданское строительство».
Печатается по решению методического совета Рязанского института (филиала) Московского государственного открытого университета имени В.С.Черномырдина.
ã Рязанский институт (ф) МГОУ
имени В.С.Черномырдина, 2013
ã Тинина Е.В., 2013
Введение
На современном этапе гражданского и промышленного строительства с применением новых строительных материалов, конструкций и технологий на первый план выходят предварительные теоретические расчеты, проводимые на стадии проектирования зданий и сооружений, микрорайонов и населенных пунктов. Одной из научных дисциплин, обеспечивающих теоретическое обоснование применения материалов, конструкций и форм, а также необходимые теоретические расчеты, является строительная физика.
Строительная физика – это дисциплина, изучающая физические процессы в ограждающих конструкциях, зданиях и сооружениях в зависимости от климатических условий и режима эксплуатации.
Данные строительной физики служат основой для рационального проектирования объектов и позволяют обеспечить соблюдение заданных технических условий, создать требуемый микроклимат внутри зданий и сооружений, а также на территории застройки.
Настоящее учебное пособие предназначено для проведения практических занятий по дисциплине «Строительная физика» и включает примеры решения задач и контрольные задания по второй части курса: воздухопроницаемость и влажностное состояние ограждающих конструкций, расчет естественного освещения помещений и шумоизоляции ограждающих конструкций. Нумерация тем практических занятий, рисунков и таблиц в двух частях сквозная: 1 часть – с 1 по 4 тему, 2 часть – с 5 по 8 тему. После описания решения каждого задания даны таблицы, в которых приведены варианты для самостоятельного решения.
Тема № 5. Влажностное состояние
Ограждающих конструкций
Ограждающие конструкции зданий, планировка и инженерное оборудование должны обеспечивать благоприятные микроклиматические условия среды, в том числе, по влажности и подвижности воздуха внутри помещения.
При температуре более +20 оС значительную роль играет влажность воздуха. В сухом воздухе влага, выделяемая потовыми железами человека, легко испаряется, и человек, отдавая с пóтом много тепла, чувствует себя нормально. Во влажном воздухе испарение затруднено. При повышении температуры с +20 до +29 оС относительная влажность воздуха должна снижаться с 50-70 до 30-50 %. Только в этом случае сохраняется ощущение, близкое к комфортному, при этом подвижность воздуха не играет большой роли. При высокой влажности необходимо проветривание пространства или повышение влагоизоляции ограждающих конструкций.
Степень насыщения воздуха водяным паром определяется его относительной влажностью φ. Это отношение парциального давления е водяного пара (плотности) к максимальному значению давления Е (плотности) при этой же температуре, выраженное в процентах,
.
Температура, при которой наступает полное насыщение воздуха водяным паром, называется точкой росы. При дальнейшем понижении температуры влага будет конденсироваться.
Влага, поглощаемая пористым материалом из окружающего воздуха, называется сорбционной или гигроскопической. Чем ниже температура и выше относительная влажность воздуха, тем больше поглощается влаги материалом. Растворенные в этой влаге агрессивные вещества, проникая в конструкцию, вызывают коррозию металлических конструкций и арматуры, разрушение кирпича и бетона.
При увлажнении материалов увеличивается коэффициент теплопроводности ограждения, возрастает теплопередача и нарушается температурно-влажностный режим внутри помещения. Нормативными для жизнедеятельности человека являются относительная влажность помещения от 50 до 60 % и температура воздуха от +18 до +20 оС.
Также влага может быть конденсационной. Она образуется на внутренней поверхности стен при конденсации водяных паров из воздуха. Конденсат выпадает на более охлажденных поверхностях: в углах помещений, на стеклах окон.
Для снижения вероятности появления конденсата нужно увеличить сопротивление теплопередаче ограждения Rо (утолщение стен, установка средств вентиляции, увеличение отопительной системы). Для ликвидации запотевания внутренних стекол окон достаточно увеличить воздухообмен – снизить влажность воздуха в помещении. Если конденсат выпал на внутренней поверхности наружного стекла, следует ликвидировать доступ теплого и влажного воздуха в межстекольное пространство, заделав щели в переплете.
Если температура и влажность внутреннего воздуха очень высоки, конденсат может выпадать не только на внутренней поверхности ограждения, но и внутри его: происходит диффузия пара из помещения наружу или паропроницание. При проницании водяного пара через слой материала конструкции этот материал оказывает сопротивление, которое называется сопротивление паропроницанию.
Сопротивление паропроницанию одного слоя вычисляется по формуле
,
где δ – толщина слоя ограждения, м;
μ –коэффициент паропроницаемости материала слоя ограждения, г/(с·Па).
Общее сопротивление паропроницанию многослойного ограждения вычисляется по формуле
,
где N – количество слоев в конструкции.
Сопротивление паропроницанию выражает разность парциальных давлений на противолежащих поверхностях слоя, при которой через 1 м2 в единицу времени проходит поток пара, равный 1 г.
В толщу ограждения влага попадает во время кладки с растворами, а в дальнейшем происходит увлажнение атмосферной влагой, влагой внутреннего воздуха и грунта. Для защиты стен от атмосферной влаги наружные поверхности штукатурят или облицовывают. Для защиты стен от грунтовой влаги устраивают в цокольной части гидроизоляцию.
Сопротивление паропроницанию воздушных прослоек в ограждении принимают равным нулю независимо от расположения и толщины прослоек.
Сопротивление паропроницанию Rn конструкции определяют в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации. Плоскость возможной конденсации однослойной конструкции располагается на расстоянии, равном 2/3 толщины конструкции от внутренней поверхности, а в многослойной она совпадает с наружной поверхностью утеплителя.
В покрытии плоскость возможной конденсации располагается под стяжкой или гидроизоляцией. Зимой замерзшая вода образует лед, который, увеличиваясь в объеме, отдирает гидроизоляцию или стяжку.
Лед также может образовываться между наружной штукатуркой и кладкой из кирпича, что приводит к отслаиванию наружной отделки стен.
Задание 5.1. Определить из условий конденсации влаги допустимость применения материалов и конструкций стен общественного здания при сопротивлении Ro теплопередаче, равном 0,946 оС·м2/Вт. Температура наружного воздуха tн=-30 оС, внутреннего – tв=+18 оС, сопротивление тепловосприятию Rв=0,114 оС·м2/Вт, снижение температуры на внутренних поверхностях наружных углов составляет 5,5 оС.
Решение. Температура на внутренней поверхности стены находится по формуле
,
где n – коэффициент, учитывающий вид ограждающей конструкции, для стен он равен единице (СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника»).
Из расчетов следует, что температура на внутренней поверхности стены τв=+12,2 оС, температура на внутренних поверхностях наружных улов определяется как 12,2-5,5=6,7 оС.
Определим давление водяного пара для каждой температуры (таблица 5.4): +18 оС – 2063 Па, +12,2 оС – 1421 Па, +6,7 оС – 981 Па, затем относительную влажность внутреннего воздуха, при которой начинается конденсация влаги на внутренней поверхности стены
.
Требуемая влажность, которая обеспечивается в общественных помещениях, не должна превышать 50 %, поэтому на участках поверхности, удаленных от наружных углов, конденсации влаги не будет, так как при данных условиях конденсация начинается при влажности 68,88 %.
Относительная влажность, при которой начинается конденсация влаги на внутренней поверхности углов, равна
.
Данная величина меньше 50 %, поэтому на участках поверхности стены около наружных углов будет наблюдаться конденсация влаги, что требует дополнительных мер утепления.
Таблица 5.1 – Задание 5.1 по вариантам
| № варианта | Ro, оС·м2/Вт | tн, оС | tв, оС | Вид ограждающей конструкции | Снижение температуры на внутренних поверхностях наружных углов, оС. |
| 0,986 | -15 | +18 | Стена | ||
| 0,958 | -18 | +20 | Чердачное перекрытие | ||
| 0,963 | -20 | +19 | Перекрытие над холодным подвалом | ||
| 0,941 | -13 | +18 | Стена | ||
| 0,938 | -15 | +20 | Перекрытие над неотаплив. подвалами со световыми проемами | ||
| 0,954 | -18 | +18 | Стена | ||
| 0,949 | -20 | +19 | Чердачное перекрытие | ||
| 0,952 | -22 | +20 | Перекрытие над холодным подвалом | ||
| 0,961 | -15 | +19 | Стена | ||
| 0,965 | -20 | +20 | Перекрытие над неотаплив. подвалами со световыми проемами |
Задание 5.2. Определить, удовлетворяет ли данная влагоизоляция требованиям увлажнения конструкции производственного здания в городе Москве при условии недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации. Схема слоев конструкции изображена на рисунке 5.1: железобетонная плита – цифра 1, пенобетон (утеплитель) – цифра 2, трехслойная рулонная кровля – цифра 3 (сопротивление паропроницанию R3=14,6.106 Па·м2·с/г), влагоизоляция – один слой рубероида (сопротивление паропроницанию R4=4,9.106 Па·м2·с/г). Температура внутреннего воздуха равна +22 оС. Величины, необходимые для расчета, представлены в таблице 5.2.
Решение. Определим сопротивление влагообмену на внутренней поверхности покрытия
=0,19.106 Па·с/г.
Рисунок 5.1 – Схема слоев конструкции
Таблица 5.2 – Данные для расчета влагоизоляции
| φв, % | δ1, м | δ2, м | μ1, г/(Па·с) | μ2, г/(Па·с) |
| 0,03 | 0,2 | 0,004·10-6 | 0,026·10-6 |
Сопротивление паропроницанию конструкции находится по формуле
,
где N – количество слоев в конструкции.
Получим
Па·м2·с/г.
Для вычисления требуемого значения сопротивления паропроницанию необходимо определить ряд величин:
1) Е – упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации, определяемая по формуле
, Па,
где E1, Е2, Е3 – упругости водяного пара, Па, при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов;
z1, z2, z3 – продолжительность, мес, зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов, определяемая с учетом следующих условий:
а) к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже -5 оС;
б) к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от -5 до +5 оС;
в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха выше +5 оС.
Данные величины определяются по СНиП 2.01.01-82 и таблицам 5.3 и 5.4. Вычислим упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации
Па.
2) Rпн – сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации. Данная плоскость показана на рисунке 5.1. Согласно рисунку сопротивление будет равно
Па·м2·с/г.
3) ен – средняя упругость водяного пара наружного воздуха за годовой период, определяемая согласно СНиП 2.01.01-82 и 23-01-99 и таблицам 5.3 и 5.4, по средней годовой температуре равна 760 Па.
4) ев – упругость водяного пара, Па, при заданной температуре и влажности воздуха равна
и 
,
где Ев – упругость насыщенного пара при заданной температуре, Па.
При Ев=2618 Па (таблица 5.4) ев=1570 Па.
Требуемое значение сопротивления пароизоляции для данных условий определяется по формуле
.
После подстановки значений получим 
= 11,32·106 Па·м2·с/г. Неравенство < 
, значит, что выбранная влагоизоляция удовлетворяет требованиям увлажнения конструкции.
Таблица 5.3 – Максимальная упругость водяного пара воздуха для температур от -40 до 0 оС
| t, оС | Е, мм | t, оС | Е, мм | t, оС | Е, мм | t, оС | Е, мм | t, оС | Е, мм |
| -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 | 4,58 4,22 3,88 3,57 3,28 3,01 2,76 2,53 2,32 | -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 - | 2,13 1,95 1,78 1,63 1,49 1,36 1,24 1,13 - | -17 -18 -19 -20 -21 -22 -23 -24 - | 1,03 0,94 0,85 0,77 0,7 0,64 0,58 0,52 - | -25 -26 -27 -28 -29 -30 -31 -32 - | 0,47 0,42 0,38 0,34 0,31 0,28 0,25 0,23 - | -33 -34 -35 -36 -37 -38 -39 -40 - | 0,205 0,185 0,17 0,15 0,13 0,12 0,105 0,09 - |
Таблица 5.4 – Максимальная упругость водяного пара воздуха для температур от 0 до +40 оС
| t, оС | Е, мм | t, оС | Е, мм | t, оС | Е, мм | t, оС | Е, мм | t, оС | Е, мм |
| 4,58 4,93 5,29 5,69 6,1 6,54 7,01 7,51 8,05 | - | 8,61 9,21 9,84 10,52 11,23 11,99 12,79 13,63 - | - | 14,53 15,48 16,48 17,54 18,65 19,83 21,07 22,38 - | - | 23,76 25,21 26,74 28,35 30,04 31,82 33,7 35,66 - | - | 37,73 39,9 42,18 44,56 47,07 49,69 52,44 55,32 - |
Таблица 5.5 – Задание 5.2 по вариантам (вид влагоизоляции выбрать самостоятельно)
| № варианта | φв, % | Температура внутреннего воздуха, оС | Город |
| +22 | Курск | ||
| +20 | Рязань | ||
| +18 | Новгород | ||
| +22 | Астрахань | ||
| +21 | Казань | ||
| +20 | Воронеж | ||
| +23 | Краснодар | ||
| +20 | Тула | ||
| +18 | Новосибирск | ||
| +19 | Владивосток |