36. Механизмы переноса влаги в ограждении.

Основные процессы влагопереноса, в порядке возрастания интенсивности, перечислены ниже:

1. Диффузия водяного пара (и поверхностная диффузия в некоторых пористых материалах).

2. Конвективный перенос водяного пара (с потоком воздуха).

3. Капиллярный перенос воды (просачивание) сквозь пористые материалы.

4. Гравитационные протечки воды (в том числе под воздействием гидростатического давления) сквозь трещины, отверстия, макропоры.

В процессе диффузии водяной пар перемещается из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Диффузионный перенос происходит в воздушной среде, в том числе в воздухе, заполняющем поры материалов. Следовательно, водяной пар не диффундирует сквозь непористые материалы – сталь, стекло, некоторые пластики и т. п.

Конвективный перенос водяного пара по воздуховодам – это основной путь попадания пара в помещение вместе с воздухом. Даже при небольшом воздухообмене в помещение поступает гораздо больше водяного пара, чем это возможно диффузионным путем. Конвекция через щели в ограждающих конструкциях – это основная причина внутренней конденсации (в десятки и сотни раз превосходящей конденсацию, вызванную диффузией); этим же путем попадает в толщу ограждений дождевая вода. Для предотвращения или сокращения этих явлений ограждения зданий должны иметь малую воздухопроницаемость.

Капиллярное всасывание обеспечивает постоянный медленный перенос жидкой влаги сквозь пористые материалы из области с высокой концентрацией в область низкой концентрации. Чем тоньше капилляры, тем больше сила капиллярного всасывания, но в целом скорость переноса влаги при этом уменьшается. Несмотря на малую скорость процесса капиллярного переноса, он может длиться годами. Капиллярный перенос имеет существенное значение при контакте строительных конструкций с грунтом (т. к. грунт обычно везде бывает влажным) и для поверхностей, смачиваемых дождем.

Течение, обусловленное гравитацией, – наиболее мощный механизм переноса влаги. Очень большие количества воды (измеряемые литрами в секунду) могут проливаться из лопнувших труб через отверстия и воздушные полости под действием силы гравитации. Для гравитационных протечек размер отверстий должен быть сравнительно большим (свыше миллиметра), т. к. в порах меньшего размера капиллярные силы превосходят гравитационные и снижают скорость движения воды. Следовательно, вода не будет течь сквозь влажный кирпич (несмотря на то, что такие легенды приходится иногда слышать), однако прольется через отверстие для винта в пластиковой оконной раме.

37. Стационарная диффузия водяных паров в плоской многослойной стенке. Граничные условия. Сопротивление паропроницанию ограждения.

Перемещение влаги через ограждение происходит за счет разности парциальных давлений водяного пара, содержащегося во внутреннем и наружном воздухе. Рассмотрим соотношение этих давлений. В холодный период температура внутреннего воздуха выше температуры наружного воздуха (t_в > t_н). Следовательно, максимальное парциальное давление внутреннего воздуха выше, чем наружного и E_в > E_н. Тогда и действительное парциальное давление водяного пара с внутренней стороны будет больше, чем с наружной: e_в > e_н.

Под действием разности давлений будет происходить поступление водяного пара в ограждение и его перемещение в направлении от большего парциального давления к меньшему.

tв

tн

eв

1. tx

> tp ,

2. tp ≥ tx > 0,

3. tx < 0,

4. tx < 0,

eн

e > e

x

> E

x

,

e = E

x

,

ex = Ex ,

ex > eн ,

в

x

зона сорбции

зона

зона

зона

или диффузии

конденсации

льда

испарения

(сублимации)

Рис. 5.1. Схема зон фазовых превращений водяного пара

Рассмотрим процесс фазовых превращений, который связан с изменением температуры в ограждении. Поступление влаги на внутреннюю поверхность осуществляется в результате диффузии или сорбции водяного пара (зона 1). При этом происходит поглощение влаги поверхностью. Начиная со слоя, где температура достигает значения температуры точки росы, может происходить конденсация влаги (зона 2). Этот процесс продолжается до слоя, температура которого равна 0 °С. В зоне замерзания 3 происходит переход влаги из жидкого состояния в твердое. Ближе к наружной поверхности начинается процесс испарения (зона 4). Необходимо заметить, что границы зон подвижны и зависят от периода года и температур наружного воздуха.

Считая процесс прохождения потока влаги аналогичным процессу теплопроводности, получим аналогично уравнению теплопроводности для однослойного ограждения

q = λ / δ ( τ в − τн )
выражение для определения расхода пара
m = µ / δ ( eв − eн ),	(5.6)

где m — расход пара, мг/(м² · ч); μ — коэффициент паропроницания материала, мг/(м · ч · Па); δ — толщина слоя, м; e_в, e_н — действительные парциальные давления водяного пара внутреннего и наружного воздуха, Па.

Коэффициент паропроницания материала является теплофизической характеристикой материала.

По аналогии с термическим сопротивлением однослойного ограждения R = δ/λ получим сопротивление паропроницанию R_п = δ/μ. Общее сопротивление паропроницанию R_оп для много-слойного ограждения определяется по формуле

Rоп = Rпв + Rп1 + …+ Rпn + Rпн ,

((5.7)

где R_пв, R_п1, …, R_пn, R_пн — сопротивление паровосприятию, сопротивление паропроницанию первого слоя, n-го слоя и сопротивление пароотдаче соответственно, Па · ч · м²/мг.

Так как величины сопротивлений паровосприятию R_пв и пароотдаче R_пн сравнительно малы (0,03 и 0,01 соответственно), в последующих расчетах ими можно пренебречь.