Вологісний режим вузла примикання віконного блоку до стінового прорізу

Згідно ГОСТу 30971-2002 «Шви монтажні вузлів примикання віконних блоків до стінних отворів. Загальні технічні умови» вузол примикання віконного блоку до стінового прорізу - конструктивна система, що забезпечує сполучення стінового віконного прорізу (у тому числі елементів зовнішнього та внутрішнього відкосів) з коробкою віконного блоку, що включає в себе монтажний шов, підвіконну дошку, злив, а також облицювальні і кріпильні деталі. Згідно п. Г.4 ГОСТу 30674-99 «Блоки віконні з полівінілхлоридних профілів. Технічні умови» експлуатаційні характеристики конструкцій вузлів примикання (опір теплопередачі, звукоізоляція, повітро-і водопроникність) повинні відповідати вимогам, встановленим у будівельних нормах, а вивід конденсату назовні покладається не на монтажний шов, а на конструкцію вузла примикання в цілому.

Таким чином, вузол примикання являє собою певний елемент зовнішнього стінового огородження, до якого застосовні відповідні нормативні вимоги. Зокрема, п. 5.9 СНиП 23-02-2003 "Тепловий захист будівель» встановлює, що температура внутрішньої поверхні віконних відкосів повинна бути не нижче температури точки роси внутрішнього повітря при розрахунковій температурі зовнішнього повітря в холодний період року, причому відносна вологість внутрішнього повітря при розрахунку температури точки роси також регламентована.

Згідно [1] при розробці конструкції зовнішнього огородження проектувальник повинен, в залежності від конкретних температурно- вологісних параметрів навколишнього середовища і теплофізичних властивостей будівельних матеріалів, розрахунковим шляхом з'ясувати: умови для конденсації вологи в захисній конструкції (якщо вони існують, то в якому місці і в якій кількості волога з'являється), накопичується чи вона в конструкції протягом холодного періоду часу і чи можливо її випаровування з конструкції за час теплого періоду року. Остання умова, що визначає можливість прогресуючого накопичення вологи в матеріалі огорожі, є умовою придатності конструкції до експлуатації.

Отже, на етапі проектування вузла примикання віконного блоку до стінового прорізу проектувальник повинен вирішити дві проблеми:

1. Визначити його стан вологості в розрахункових умовах (відповідно до вимог будівельних норм і правил).
2. Встановити напрямок дифузії водяної пари для вироблення рекомендації з вибору конструктивного виконання вузла примикання та відповідних матеріалів.

У СНиП 23-02-2003, а раніше в СНиП II - 3 - 79*, нормується вологісний режим непрозорих огорож шляхом накладення обмежень на опір паропроникненню огороджувальних конструкцій. Згідно з цими нормами, опір па - ропроніцанію Rυρ, м2 * ч * Па/мг захисної конструкції (у нашому випадку вузла примикання) в межах від внутрішньої поверхні до площини можливої ​​конденсації має бути не менше найбільшого з наступних нормованих опорів паропроникненню:

а) нормованого опору паропроникненню з умови неприпустимості накопичення вологи в захисній конструкції за річний період експлуатації;

б) нормованого опору паропроникненню з умови обмеження вологи в захисній конструкції за період з негативними середніми місячними температурами зовнішнього повітря.

Як наголошується в роботі [1], «при визначенні умов і місця випадання конденсату необхідно встановити особливості процесу дифузії водяної пари через кожен шар огороджувальної конструкції. Матеріал одношарового однорідного огородження зазвичай не володіє помітним пароізоляційним ефектом, оскільки коефіцієнт паропроникності такого матеріалу по товщині конструкції практично постійний. При значній різниці температур зовнішнього і внутрішнього повітря в захисній конструкції на деякій відстані від зовнішньої поверхні можна знайти площину з температурою, що дорівнює температурі точки роси або нижче. Водяна пара дифундує у напрямку від внутрішньої поверхні через конструкцію відносно вільно аж до цієї площини, де досягає повного насичення і конденсується. Досвід експлуатації одношарових огорож показує, що площину з температурою, що дорівнює температурі точки роси, в такій конструкції зміщується в зону більш низьких температур, тобто ближче до її зовнішньої поверхні, і знаходиться від неї на відстані, що дорівнює приблизно 1/3 товщини.

У багатошарових зовнішніх огороджувальних конструкціях площина можливої ​​конденсації зазвичай знаходиться під зовнішнім, більш щільним шаром. У нераціонально спроектованої захисної конструкції конденсація водяної пари може відбуватися і на внутрішній поверхні, що розглядається як найбільш несприятливий випадок конденсації.

... Утворенню конденсату перешкоджає пристрій щільних щодо паронепроникних шарів з внутрішньої сторони огорожі. У багатошарових зовнішніх огорожах конструктивні шари повинні чергуватися так, щоб забезпечувалося зниження паропроникності конструкції у напрямку від зовнішньої до внутрішньої поверхні».

Ці обставини знайшли своє відображення в будівельних нормах. Згідно з приміткою 3 до п. 9.1 СНиП 23-02-2003 площина можливої ​​конденсації в однорідної (одношарової) огороджувальної конструкції розташовується на відстані, рівному 2/3 товщини конструкції від її внутрішньої поверхні, а в багатошаровій конструкції збігається із зовнішньою поверхнею утеплювача. Більш того, не потрібно перевіряти на виконання вищевикладених норм по паропроникненню двошарові зовнішні стіни приміщень з сухим і нормальним режимами вологості, якщо внутрішній шар стіни має опір паропроникненню більше 1,6 м2 • год • Па/мг (п. 9.3 СНиП 23-022003).

Стосовно до вузла примикання, при установці віконного блоку в стінний отвір з чвертю, умова п. 9.3 СНиП 23-02 означає, що в приміщеннях з сухими і нормальними режимами вологості (а це, як правило, житлові приміщення) пароізоляція теплоізолюючого шару необов'язкова. Дійсно, опір паропроникненню Rυρ шару монтажної піни товщиною 60-120 мм * при її коефіцієнті паропроникності ρ. = 0,026 мг/(м * ч * Па), піна монтажна «Illbruck - illfoam 1K» з поверхневою скоринкою [4] знаходиться в діапазоні 2,3 4,6 (м2, ч * Па)/мг, тобто істотно вище нормативу п. 9.3 СНиП 2302-2003, рівного, нагадаємо, 1,6 (м2, ч * Па)/мг. Проте «в житті завжди є місце подвигу», тому на практиці доцільно все ж, щоб уникнути можливих у майбутньому неприємностей, закрити (захистити) монтажну піну повітро-, паронепроникним матеріалом, забезпечивши обов'язкове виконання умов п. 13.8 СП 23-101-2004: щоб значення опору паропроникненню (у межах від внутрішньої поверхні до площини можливої ​​конденсації) у всіх випадках не перевищили 5,0 (м2, ч * Па)/мг, незалежно від результатів розрахунків вологісного режиму огорожі.

Верхня межа опору паропроникненню накладає обмеження на товщину теплоізоляційного заповнення монтажного зазору. Дійсно, якщо Rυρmax = 5,0 (м2, ч * Па)/мг, то 5max = Rυρmax'p = 5,0 * 0,026 = 0,13 м. Виходить, що монтажну піну можна використовувати при ширині коробки віконного блоку не більше 120 мм (вважаючи фронтальний проміжок в 10 мм) і без внутрішнього захисту від водяної пари. При більш широкій коробці, очевидно, необхідна комбінація теплоізолюючих матеріалів, що забезпечує задані теплотехнічні показники, але при меншому опорі паропроникненню.

Чверть стінового прорізу являє собою конструктивний елемент вузла примикання. Чи може вона виконувати функції зовнішнього шару монтажного шва? Згідно п. 5.2 ГОСТу 30971-2002, формулює вимоги до зовнішнього шару, останній повинен бути водонепроникним при заданому (розрахунковому) перепаді тиску між зовнішньою і внутрішньою поверхнями монтажного шва (п. 5.2.1), а його опір паропроникненню не повинен перевищувати 0, 25 (м2 * ч * Па)/мг (п. 5.2.5). При цьому, матеріал зовнішнього шару повинен бути стійкий до впливу експлуатаційних температур в діапазоні від -36 ° С і нижче до 70 ° С (п. 5.2.3).

Якісно виконана цегляна кладка забезпечує водонепроникність при дощовому впливі і, очевидно, стійка до впливу експлуатаційних температур. Згідно з даними додатка Д до СП 23-101-2004, розрахункові коефіцієнти паропроникності цегляної кладки з суцільної і пустотної цегли знаходяться в діапазоні 0,11 - 0,17 мг/(м * ч * Па). При чверті в півцеглини її опір паропроникненню складе 0,71 - 1,1 (м2 * ч * Па)/мг, а при збільшенні товщини чверті до 250 мм (1 цегла) - 1,42 - 2,2 (м2 * ч * Па)/мг. Тепер згадаємо, що опір паропроникненню теплоізоляційного шару монтажної піни товщиною, наприклад, 70 мм становить 2,7 (м2 * ч * Па)/мг, тобто більш аналогічного показника для цегляної чверті. Таким чином, принаймні, формально умова про збільшення паропроникності зсередини назовні (усередині щільніше, ніж зовні) виконано.

Проте, норматив, рівний 0,25 (м2 * ч * Па)/мг, значно перевищений. Однак його величина нічим не була обгрунтована.

Для перевірки конструкції вузла примикання на наявність зони конденсації слід провести розрахунок розподілу парціального тиску водяної пари по поперечному перерізі вузла примикання і визначити можливість утворення конденсату.

Для визначення можливості появи конденсату водяної пари в конструкції огородження і його кількісної оцінки використовується графоаналітичний метод розрахунку вологісного стану огороджувальних конструкцій [1]. Для стаціонарного режиму дифузії водяної пари в умовах одновимірного температурного поля використовується метод К. В. Фокіна [2].

Його сутність полягає в побудові на поперечному перерізі огорожі ліній зміни температури, абсолютної Е і дійсною е пружності водяної пари (див. рис.1). Якщо лінії е і Е всередині стіни перетинаються, то це говорить про можливість конденсації вологи. Зона можливої ​​конденсації розташовується між точками дотику прямих, проведених до лінії Е з точок єв і ен. Якщо лінія е стосується тільки кривої Е, Рис. 2 то зона конденсації вироджується в площину конденсації.



Рис. 1. Визначення меж зони конденсації в суцільній стіні
Є також більш сучасна технологія розрахунку, запропонована проф. Перехоженцевим А.Г. з Волгоградського державного архітектурно- будівельного університету [3]. Інженерний метод А.Г. Перехоженцева, як і метод К.Ф. Фокіна, припускає стаціонарні умови тепло- і вологопереносу. Слід зазначити, що ці розрахунки вологісного режиму по стаціонарним умовам дають значний запас надійності [2, с. 219].

Метод А.Г. Перехоженцева, як і метод К.Ф. Фокіна, розроблені для одновимірного температурного поля, хоча і багатошарової конструкції огородження, наприклад, далеко від віконного отвору. В роботі [4] А.Д. Кривошеїн використовує цей підхід для розрахунку вологісного режиму монтажних швів. Строго кажучи, це не зовсім коректно, тому що в районі вузла примикання формується двомірне температурне поле *). При розгляді питання про напрямок руху (дифузії) водяної пари в цих умовах часто робиться помилка: молекули водяної пари, нібито, будуть рухатися по всіх можливих напрямках, але, перш за все, - по шляху найменшого опору. Це невірно, тому що напрямок дифузії водяної пари визначається градієнтом його парціального тиску, а останній пов'язаний з градієнтом температури, тобто з напрямком вектора теплового потоку.



На рис. 2 показано температурне поле в перетині зовнішнього вузла однорідного огородження, наведене в роботі В.Н. Богословського [5]. Температурне поле представлено в безрозмірному вигляді. На внутрішній і зовнішній поверхнях до товщі стіни додані еквівалентні (теплообміну на поверхнях) шари. На поверхнях цих шарів задані постійні температури внутрішнього і зовнішнього повітря.

На температурне поле накладено поле густин теплових потоків, лінії якого перпендикулярні дотичним до ізотермі в точці перетину з нею **). В роботі [5] лінії q названі лініями струмів тепла. У поєднанні з ізотермами лінії струму тепла утворюють ортогональну сітку криволінійних квадратів, таку сітку, лінії якої ортогональні (тобто в точках перетину утворюють прямі кути) і в якій в межах кожного квадрата середня відстань між ізотермами одно середній відстані між лініями струмів тепла, див. рис. 2б: Δl1 = Δl2, струмів тепла в перетині зовнішнього кута однорідного огородження (а) і сітка ортогональних криволінійних квадратів (б)

У такій сітці потік тепла в «трубці, утвореної двома лініями струму, дорівнює

або

, Де Δt - перепад температур між сусідніми ізотермами, рівний Δt = (τ1 - τ2)/S.

Тут τ₁, τ₂ - температури на кордонах області, для якої будується температурне поле ; S - число інтервалів між ізотермами.

На рис. 3 представлено температурне поле у вузлі примикання віконного блоку в однорідної стіні із силікатної цегли. Якщо на поле ізотерм по вищевикладеному методу накласти поле ліній струму тепла, то одночасно ми отримаємо і поле напрямків дифузії водяної пари, що збігається з лініями струму тепла. Більш того, проінтегрувавши поле ліній струму тепла по ширині внутрішнього укосу, можна отримати втрати тепла через цей укіс.


Рис. 3. Температурне поле у вузлі примикання до однорідної стіні із силікатної цегли

Якщо криволінійну лінію струму (на ній AQ = const) на ділянці від входу в конструкцію до виходу з неї випрямити, отримавши її деяку розгортку, то можна визначити



У цій формулі термічний опір окремого шару виявляється іншим, ніж те, яке виходить при виборі перетину в розрахунку А.Д. Кривошеїна [4]. Тобто, ми отримуємо деяку нову стінку, конструкція якої відповідає шляху проходження лінії струму тепла. Стосовно до такої стінці далі слід застосовувати методи К.Ф. Фокіна [2] або А.Г. Перехоженцева [3] для перевірки конструкції на наявність зони конденсації шляхом розрахунку розподілу парціального тиску пари по лінії його дифузійного переміщення.

Взагалі кажучи, ці міркування являють собою алгоритм розрахунку, який після запрограмованності може бути інтегрований в розрахунковий пакет (наприклад, TEMPER) для прогнозування поля парціальних тисків водяної пари на додаток до поля температур.

Вищевикладені методи дадуть можливість знайти проектні рішення для розрахункових умов експлуатації.




Література
1. Міхєєв А.П., Береговий А. М., Петряніна Л. М. Проектування будівель та забудови населених місць з урахуванням клімату та енергозбереження: Навчальний посібник. - М.: Изд-во АСВ, 2002.- 192с.

2. Фокін К.Ф. Будівельна теплотехніка огороджувальних частин будівель. - М.: Стройіз -дат, 1973. - 287 с.

3. Перехоженцев А.Г. Інженерний метод розрахунку параметрів тепло- і пароізоляції зовнішніх огороджень будівель.// «Будівельні матеріали»: Наука, 2005, № № 6, с. 2-4.

4. Кривошеїн А.Д., Пахотін Г.А., Платонов І.В. До питання про вологісного режиму монтажних швів.// «Світлопрозорі конструкції», 2005, № 6, с. 37-42.

5. Богословський В.Н. Будівельна теплофізика (теплофізичні основи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря). - М.: Вища школа, 1982. - 415 с.

Теплова ізоляція в промисловості. Теорія і розрахунок. - М.: Стройиздат, 2003. - 416 с.