Воздухопроницаемость ограждающих конструкций

В предыдущих разделах рассматривалось распределение температур, устанавливающееся внутри ограждающих конструкций ввиду наличия разности температур внутреннего и наружного воздуха и возникающих под влиянием этой разности процессов теплопередачи.

Температурное поле и теплотехнические качества конструкций могут существенно измениться при совместном действии процессов передачи тепла и фильтрации воздуха через ограждения зданий.

Фильтрация холодного наружного воздуха, возникающая под влиянием ветра и теплового напора, вызывает увеличение потерь тепла через ограждающую конструкцию и смещение температурного поля по сравнению с тепловым состоянием конструкции при отсутствии фильтрации. Такое смещение в распределении температур объясняется тем, что часть тепла, проходящего через ограждающую конструкцию, затрачивается на нагревание фильтрующегося холодного воздуха.

Дифференциальное уравнение теплопроводности при фильтрации воздуха выводится в предположении, что температура фильтрующегося воздуха и материала равны между собой в любом сечении конструкции, а физические параметры воздуха остаются постоянными при изменении температуры в пределах этого сечения¹. Предполагая, что поток тепла одномерен, а фильтрационный поток совпадает с ним по направлению, или является встречным (т. е. отличается на 180° от направления потока тепла), можно выделить бесконечно тонкий слой конструкции dx и рассмотреть условия его теплового баланса.

При отсутствии фильтрации через этот слой проходит количество тепла

Изменение количества тепла, проходящего через слой dx составит:

Если считать, что это изменение происходит только из-за затраты части тепла на согревание фильтрующегося воздуха на величину dt, то можно записать:

где W — количество воздуха, фильтрующегося через ограждающую конструкцию, кг/м²·ч; с — удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 0,24 ккал/кг·град.

Приравнивая правые части уравнений (а) и (б) имеем:

Выражение (IV.17) является дифференциальным уравнением температурного поля плоской однородной стенки в стационарных условиях теплопередачи при наличии установившейся фильтрации холодного воздуха [55].

В основу уравнения положена математическая аналогия теплопроводности и фильтрации; такая аналогия справедлива для установившихся процессов переноса в идеально пористых материальных средах, с сообщающимися порами, размеры которых достаточны для возникновения фильтрационного потока.

Многие плотные строительные материалы (плотный бетон и т. д.) не всегда удовлетворяют этим условиям: на поверхности конструкций, выполненных из таких материалов, возникают сопротивления фильтрационному потоку², в результате чего он может изменить свое направление — на параллельное внешней поверхности конструкции. Сквозной фильтрации при ограниченной разности давлений не возникает, и уравнение (IV.17) утрачивает свою физическую обоснованность.

Однако уравнение (IV.17) обычно оказывается справедливым для однородных пористых конструкций при значительной разности давлений и использовании экспериментальных значений констант воздухопроницаемости.

Если изобразить многослойную пористую стенку в масштабе термических сопротивлений (R) и считать, что сопротивления фильтрационному потоку на границах конструктивных слоев отсутствуют, уравнение (IV.17) примет вид, позволяющий применить его к расчету стационарного температурного поля слоистой ограждающей конструкции:

Это уравнение справедливо для области 0?R?R_o; начало координат расположено со стороны фильтрации холодного воздуха.

Решение дифференциального уравнения (IV.18) было получено Ф. В. Ушковым [55] в следующем виде:

где t_x — температура в любой плоскости ограждающей конструкции при установившейся фильтрации холодного воздуха, град; t_в и t_н — соответственно температуры внутреннего и наружного воздуха, град; R_x — термическое сопротивление части конструкции от наружной поверхности до рассматриваемой плоскости, град·м²·ч/ккал; R_o — сопротивление теплопередаче всей конструкции, град·м²·ч/ккал; е — основание натуральных логарифмов.

Распределение температур при одномерной фильтрации холодного воздуха выражается кривой линией, отклоняющейся в сторону более низких значений от прямолинейного распределения температур, отвечающего условиям теплопередачи при отсутствии фильтрации (рис. IV.14).

При установившейся фильтрации холодного воздуха потоки тепла, входящего в стену и выходящего из нее, не равны друг другу; разность между входящим и выходящим потоками тепла равна количеству тепла, затраченного на согревание холодного фильтрующегося воздуха, т. е.:

Поток тепла, входящий в стену, составляет:

Величина выходящего из ограждающей конструкции теплового потока соответственно равна:

Показатель степени cWR в выражениях (19), (21) и (22) — безразмерная величина, характеризующая относительную интенсивность фильтрации, и с точки зрения теории подобия представляет собой произведение критериев Рейнольдса и Прандтля (Re·Pr).

Вычисленная по входящему потоку тепла величина сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции при установившейся фильтрации холодного воздуха, определяется по формуле:

При очень большом количестве фильтрующегося воздуха, т. е. при высоком значении cW, отношение

стремится к 1, а величина


В этих случаях становится практически справедливой приближенная формула для определения сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, с учетом интенсивного сквозного потока воздуха, фильтрующегося через нее:

где К₀=1/R₀ — общий коэффициент теплопередачи, т. е. величина, обратная сопротивлению теплопередаче конструкции (при отсутствии фильтрации).

Это значит, что для ограждений с неплотностями и щелями, теплофизические свойства определяются преимущественно высокими показателями проницаемости для холодного воздуха, и при малой степени герметизации эти свойства могут быть полностью утрачены.

При решении уравнения (18) и выводе формул (19), (21), (23) принимается, что сопротивления фильтрационному потоку (массообмену) на поверхности конструкций, а также на границах слоев в слоистых ограждениях — отсутствуют, что справедливо при установившейся фильтрации через идеально пористые материалы, но не всегда соответствует действительным условиям воздухопроницания через материалы относительно плотные. Поэтому при применении приведенных выше формул, необходимо использовать экспериментальные характеристики воздухопроницаемости конструкций и их отдельных слоев, в которые по условиям проведения эксперимента входят и поверхностные сопротивления.

Фильтрация наружного воздуха особенно сильно влияет на понижение эксплуатационных качеств стен, выполненных из пористых материалов и не защищенных плотными отделочными слоями, а также покрытий с кровлями из штучных изделий, сопряжения между которыми обычно обладают неплотностями.

Выяснению и систематизации расчетных величин, характеризующих воздухопроницаемость строительных материалов и конструкций, способствовали многолетние экспериментальные исследования, проведенные в СССР Р. Е. Брилингом [52].

Расчет ограждающих конструкций на воздухопроницаемость обычно проводится при постоянной разности общих давлений воздушной среды и установившемся потоке воздуха, фильтрующегося сквозь конструкцию.

По аналогии с коэффициентом теплопроводности материалов предложен коэффициент воздухопроницаемости i с размерностью кг/м·ч·мм вод. ст. Эта величина должна представлять количество воздуха в кг, фильтрующееся при установившемся потоке воздуха через слой материала толщиной 1 м и сечением 1 м² в течение 1 ч при разности давлений 1 мм вод. ст.

Зная толщину однородной конструкции или отделочного конструктивного слоя и пользуясь величиной коэффициента воздухопроницаемости, можно (по аналогии с расчетами термического сопротивления) вычислить сопротивление воздухопроницанию по такой формуле:

где ? — толщина конструктивного слоя, м.

Сопротивление воздухопроницанию имеет размерность мм вод. ст.·м²·ч/кг и представляет разность общих давлений, при которой поток воздуха через 1 м² ограждающей конструкции равен 1 кг/ч. Однако коэффиицент воздухопроницаемости, а следовательно, и вычисляемое на его основе сопротивление воздухопроницанию, являются гораздо менее строгими понятиями, чем коэффициент теплопроводности и термическое сопротивление.

Как было указано ранее, физический механизм переноса вещества в капиллярно-пористых материалах существенно отличен от механизма переноса тепловой энергии.

При переносе воздуха фильтрационного потока внутри конструкции может и не возникнуть, если разность давлений на ее противоположных поверхностях имеет ограниченные значения.

Фильтрационный поток возникает лишь в том случае, если разность давлений превысит (по своему энергетическому уровню) сопротивления этому потоку, возникающие на поверхности и в толще конструкции.

Некоторые плотные хматериалы с очень мелкими порами, однородной структурой, без трещин практически не пропускают молекул воздуха при умеренной разности давлений. Поэтому для плотной керамики, пластифицированных растворов, бетонов и других плотных материалов, не имеющих трещин и проницаемых сопряжений, коэффициент воздухопроницаемости в пределах разности давлений до 5 мм вод. ст. практически равен нулю. Такие же данные получают и при экспериментальных исследованиях влажных материалов, поры которых заполнены влагой, удерживаемой силами адгезии и капиллярного давления.

Совершенно естественно, что коэффициент воздухопроницаемости равен нулю и для таких предельно плотных материалов как стекло, плотные пластмассы, листовой алюминий, плотные прослойки битума, не имеющие трещин, многослойные рулонные кровли и т. д. Плотность и структура материала внешних поверхностных слоев однородной ограждающей конструкции имеют решающее значение для общей величины ее воздухопроницаемости.

При хорошем качестве кладки кирпичные и другие каменные стены со сплошной, бесшовной, тщательно выполненной штукатуркой на наружной поверхности достаточно воздухонепроницаемы и при скорости ветров до 5—6 м/сек не требуют расчета на фильтрацию воздуха. В то же время, если в плотном материале имеются мельчайшие трещины, иногда неразличимые глазом, его воздухопроницаемость возрастает во много раз.

Неоднородные материалы (например, бетоны), в которых легко образуются микротрещины на границах инородных включений (особенно при различных величинах коэффициентов термического расширения отдельных компонентов материала), обычно обладают высокой воздухопроницаемостью. Таковы крупнопористые бетоны, состоящие из двух компонентов: цементного раствора и гравия с гладко окатанной поверхностью, цементные шлакобетоны с заполнителями из топливных шлаков и т. д.³

При выполнении ограждающих конструкций (например, панельных) из ячеистых или других однородных легких бетонов наблюдается общее уплотнение поверхностных слоев конструкций в результате особенностей бетонирования и структурообразования бетона в этих слоях.

Поверхностные слои, даже неофактуренной конструкции, часто обладают большей плотностью по сравнению со средней ее частью [56].

Распределение объемного веса и плотности неравномерно по толщине конструкции (в частности, из-за явлений притока цементного раствора при бетонировании конструкции в зону опалубки, а также из-за процесса седиментации раствора, рис. IV.15), также неравномерно и сопротивление воздухопроницанию R_и, имеющее наибольшие величины в поверхностных слоях.

Отсюда следует, что сопротивление воздухопроницанию не является величиной, пропорциональной общей толщине ? однородной конструкции, как это отмечалось ранее для термического сопротивления, т. е. R_и??/i, поскольку фильтрационному потоку оказывают большее сопротивление внешние поверхностные уплотненные слои, реальная толщина которых измеряется миллиметрами.

Наличие уплотненных наружных слоев характерно не только для бетонных, но и для кирпичных конструкций, поскольку внешние слои кирпича и швов раствора могут обладать повышенной плотностью.

Воздухопроницаемость сопряжений между отдельными элементами ограждающих конструкций обычно во много раз больше воздухопроницаемости материалов, из которых выполнены эти элементы.

При проектировании ограждающих конструкций с наличием стыков и неплотностей необходимо учитывать общее увеличение воздухопроницаемости таких ограждений.

Наибольший эффект для уменьшения воздухопроницаемости стыков и других сопряжений дает их плотное заполнение упругими прокладками и пластичными составами. Форма и очертания самого сопряжения также имеют существенное значение. Наличие воздухопроницаемых сопряжений наиболее характерно для конструкций, выполняемых из крупных элементов. Температурные деформации таких элементов особенно значительны в подвергающейся резким температурным влияниям наружной части панелей и достаточное сопротивление сопряжений воздухопроницанию может быть обеспечено применением в этой части упругих прокладок и шнуров или эластичных непроницаемых заполнений мастиками, компенсирующих термические изменения размеров панелей. При большой амплитуде колебаний температур наружного воздуха в течение года (например в климатических условиях Сибири) упругие и эластичные свойства применяемых прокладок и покрытий должны быть особенно высокими и долговременными⁴.

Наличие воздухопроницаемых сопряжений и швов характерно также для каменных стен и облицовок, где более воздухопроницаемыми участками часто оказываются швы кладки, недостаточно плотно заполняемые раствором. Наибольшая воздухопроницаемость швов отмечается для зимних кладок, производство которых ведется при отрицательной температуре, а также при использовании пористых и недостаточно пластичных растворов (особенно при слабом их сцеплении с поверхностью камней).

В связи с наличием неплотностей и недостаточно герметичных сопряжений в ограждениях для расчета их проницаемости надежнее пользоваться не величинами их толщины и коэффициентов воздухопроницаемости материалов, а результатами непосредственных исследований сопротивления фильтрации конструкции в целом.

Величины экспериментально установленных сопротивлений воздухопроницанию включают физические сопротивления на поверхности, а также активизацию фильтрации через мельчайшие трещины и неплотности.

Если величины разности давлений, использованные при эксперименте и рассматриваемые в дальнейших расчетных соображениях, совпадают по порядку величины, то фильтрационный поток W через конструкцию может быть определен, как

где R_и — сопротивление конструкции воздухопроницанию, установленное экспериментом.

В том случае, если ограждающая конструкция состоит из нескольких слоев, нормами строительной теплотехники ограждающих конструкций СНиПа предлагается устанавливать их общее сопротивление воздухопроницанию R0и по очень приближенной следующей формуле:

где R_и1, R_и2, ..., R_иn — сопротивления воздухопроницанию отдельных конструктивных слоев ограждения.

Расчетной формулой (26) предполагается одномерное направление потока воздуха сквозь ограждающую конструкцию (сквозная фильтрация). Однако такое допущение достаточно справедливо лишь для конструкций, выполненных из очень пористых материалов, не имеющих структурной неоднородности.

Это допущение не соответствует особенностям распределения потоков воздуха внутри тех многослойных конструкций, отдельные слои которых существенно отличаются друг от друга по величинам сопротивления фильтрации, а контакты в плоскостях сопряжения слоев обладают значительными неплотностями. В этом случае, направленный сквозь ограждение ,поток воздуха, как только достигает поверхности более плотного слоя, распространяется параллельно этой поверхности, т. е. в направлении наименьшего сопротивления (так называемая «продольная фильтрация»).

Иначе говоря, поток воздуха W распределяется по двум направлениям W_x, W_y; при этом величины распределяющихся потоков прямо пропорциональны градиентам давлений ?р по соответствующим направлениям х, у и обратно пропорциональны сопротивлениям R_и,x, R_и,y⁵.

Количественное выражение потока воздуха W_x, продолжающего проникать сквозь ограждение, после того как часть общего начального потока W_нач распространилась вдоль плотного слоя, составит:

где ?р_х — расчетная разность давлений для сквозной инфильтрации; ?р_у — расчетная разность давлений для продольной инфильтрации.

Таким образом W_x=W_нач—W_y, т. е. расходимость в величинах потоков воздуха, фильтрующихся через смежные конструктивные слои многослойного ограждения, равна алгебраической сумме потоков сквозной и продольной инфильтрации.

В связи с этим формула (IV.26), устанавливающая общее сопротивление воздухопроницанию суммированием сопротивлений отдельных слоев, во многих случаях не является даже приблизительно точной, поскольку основное значение для R_0и имеет плотный наружный слой, а значение последующих слоев все более и более падает.

Для приближенного решения проще определять общее сопротивление конструкции воздухопроницанию по величине сопротивления наиболее плотного слоя. В тех случаях, когда это не противоречит другим требованиям, такой слой следует располагать ближе к наружной поверхности конструкции.

Пример IV.6. Определить температуру на внутренней поверхности стены и понижение ее сопротивления теплопередаче при сквозной фильтрации холодного воздуха. Стена кирпичная, толщиной 0,51 м, выложена из кирпича на легком растворе и ограждает здание сборочного цеха. Разность давлений для расчета фильтрации наружного воздуха через стену устанавливается с учетом давления ветра и теплового напора и принята равной для нижней части стены ?р=2,21 мм вод. ст.

Без учета фильтрации сопротивление теплопередаче стены, ограждающей рассматриваемое сухое помещение, составит:

где величина ?=0,55 ккал/м·ч·град соответствует нормальным условиям эксплуатации.

Сопротивление воздухопроницанию кирпичной кладки стены R_и=0,2 мм. час·м²/кг.

Количество воздуха, фильтрующегося сквозь стену, в соответствии с формулой (IV.25) составит:

Температура на внутренней поверхности стены будет:

где +18°, —26° — расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха; R_х=0,93+0,05=0,98, т. е. оно равно сумме термического сопротивления кирпичной кладки и сопротивления теплоотдаче на наружной поверхности конструкции.

Величина сопротивления теплопередаче стены при сквозной фильтрации холодного воздуха:

т. е. R_o.и снизилась примерно в три раза.

При расчетной температуре наружного воздуха —26° и отсутствии фильтрации температура на внутренней поверхности стены была бы +12,7°, т. е. значительно выше, чем при фильтрации.

Если тщательно расшить плотным раствором швы по наружной поверхности кирпичной стены, сопротивление воздухопроницайию возрастет до 2,2 мм·ч·м²/кг (принимается, что поверхность кирпичной кладки с тщательно расшитыми швами, имеет:

В этом случае количество фильтрующегося воздуха составит:

т. е. уменьшиться в 11 раз. Температура на внутренней поверхности конструкции повысится до следующей величины:

т. е. до допустимых пределов.

Из приведенного примера видна необходимость обеспечения достаточного сопротивления воздухопроницанию наружных слоев стен, ограждающих помещения сухие и с нормальной влажностью⁶.

Степень охлаждения и снижения эксплуатационных качеств наружных стен возрастает в многоэтажных зданиях, поскольку разность общих давлений воздуха, вызываемая тепловым напором, увеличивается с высотой здания.

Несущие кирпичные стены с недостаточно тщательно заполненными швами (например, зимняя кладка) утрачивают непроницаемость и при отсутствии уплотнения швов наружной облицовки, пропускают такое количество наружного воздуха, которое в состоянии охладить помещения нижних этажей многоэтажного здания до недопустимых пределов.

На рис. IV.16, а приведена конструкция массивной несущей стены многоэтажного здания, отличающаяся повышенной воздухопроницаемостью (из опыта эксплуатации многоэтажных жилых зданий в Москве). Наружная керамическая облицовка, выполненная без расшивки (а часто и без плотного заполнения швов раствором), и такая же проницаемая зимняя кирпичная кладка обладают ничтожным сопротивлением воздухопроницанию (около 0,2—0,4 мм вод. ст.·м²·ч/кг), примерно в десять раз меньшим, чем отделенные от стены воздушной прослойкой гипсовая сухая штукатурка и оклейка обоями. Фильтрующийся сквозь стену воздух с низкой температурой распространяется вверх по воздушной прослойке, вдоль плотного внутреннего отделочного слоя, резко понижая температуру на поверхности конструкции, обращенной в помещение.

В неправильно выполненных слоистых стенах невысоких зданий (с большими размерами в плане) большое количество холодного воздуха, проникшего в наружные, недостаточно уплотненные слои, встречает высокое сопротивление воздухопроницанию последующих конструктивных слоев и распространяется под облицовкой или даже под внутренним отделочным слоем вдоль стены (рис. IV.16, б). Это связано с различными величинами аэродинамических давлений на отдельных участках наружных стен здания.

Для случая, рассмотренного в предыдущем примере, разность аэродинамических давлений близ наружных углов и в середине здания составит около 0,44 мм вод. ст. Такой разности давлений достаточно для того, чтобы вызвать охлаждение стены на значительной части ее длины, если конструкция не обладает достаточным сопротивлением воздухопроницанию в плоскости соприкосновения слоев (например, в плоскости примыкания наружной облицовки к внутренним конструктивным слоям).

Если в стене, приведенной на рис. IV.16, б, поверхность пенобетонных плит примыкает к кирпичной облицовке насухо, т. е. в плоскости примыкания имеется воздушный зазор, или в том случае, если раствор неполностью заполняет шов, сопротивление воздухопроницанию незначительно и его можно приближенно принять равным 0,1 мм·м²·ч/кг. Тогда количество воздуха, проникающего под кирпичную облицовку и фильтрующегося вдоль более плотных слоев, составит в соответствии с (IV.27):

Такое количество воздуха охлаждает стену и в морозные ветренные дни понижает температуру на поверхности, обращенной в помещение, до отрицательных значений, что обычно связано с появлением инея.

Из практики эксплуатации зданий известно также охлаждение фильтрацией холодного воздуха неправильно спроектированных или неудовлетворительно выполненных бесчердачных покрытий с проницаемыми для ветра кровлями из штучных материалов (асбестоцементных листов, шифера, черепицы и т. д.). В ветренные периоды зимы отмечается, например, промерзание глухих скатов ше-дов с шиферной кровлей в цехах текстильной промышленности, ограждений жилых мансард, расположенных под черепичной кровлей и т. д. Для устранения таких явлений следует прокладывать под кровлей из штучных изделий слой рулонного материала, непроницаемого для холодного воздуха (например толя, плотной строительной бумаги и т. д.) .Однако предусматриваемая в указанных ограждениях влагоизоляция (пароизоляция) вблизи поверхности, обращенной в помещение, должна превышать по сопротивлению проницанию изоляционный слой, уложенный под кровлей.

При проектировании ограждающих конструкций из крупных элементов основное значение имеет учет фильтрации в местах сопряжений, обладающих меньшим сопротивлением воздухопроницанию, по сравнению с основными участками конструкции. В связи с относительно высоким сопротивлением основных участков, поток холодного воздуха приобретает направленность вдоль поверхности ограждения и сквозная фильтрация происходит преимущественно через стыки (рис. IV.17).

Стыки с заполнением обычным цементным раствором (бетоном) без уплотнения упругими прокладками или без защиты специальными непроницаемыми покрытиями и мастиками обладают весьма непостоянным (постоянно уменьшающимся с течением времени) сопротивлением воздухопроницанию. Объясняется это процессами образования трещин в затвердевшем цементном камне, особенно легко возникающих в наружной части стыка, наиболее подверженной влиянию наружного климата и температурным деформациям.

Изменения проницаемости стыков с уплотняющимися упругими прокладками и эластичными герметизирующими мастиками менее выражены и происходят более медленно; кинетика утраты герметичности и развития трещин зависит от сохранности упругих и эластичных свойств прокладок и мастик.

Через правильно запроектированный и тщательно уплотненный стык проникает малое количество холодного воздуха; в этих условиях на распределение температур в зоне стыка может влиять теплопроводность материала внутренней части панелей, поскольку с этим физическим свойством связано количество тепла, поступающего в охлаждаемую зону стыка от соседних участков конструкции с более высокой температурой. Минимальная температура на поверхности конструкций в зоне сопряжения может быть установлена в зависимости от отношения теплопроводности материала внутренней части панели к количеству тепла, необходимого для согревания воздуха, проникающего через стык, т. е. ?/cw. В зависимости от величины этого отношения и имеющегося сопротивления теплопередаче панели, по графику рис. IV.18 может быть определено значение безразмерной температуры

(t_в и t_н — соответственно температуры внутреннего и наружного воздуха, t'_в.п — температура в зоне стыка с учетом его воздухопроницаемости), а затем и действительную температуру t^общ_в.п в зоне воздухопроницаемого стыка с теплопроводным включением [57].

Пример IV.7. Определить температуру на внутренней поверхности панельной стены, в зоне стыка. Сопротивление воздухопроницанию стыка R_и=4,0 мм вод. ст.·ч·м/кг, разность давлений воздуха с двух противоположных поверхностей ограждения ?p=2,0 мм вод. ст. Панели выполнены из керамзитобетона; ?=0,20 ккал/м·ч·град; R_о=1,2 град·м²·ч/ккал.

Количество тепла, необходимое для согревания воздуха, проникающего через стык:

Если в зоне стыка имеется теплопроводное включение, то приближенно можно полагать, что температура на поверхности стыка, понизившаяся в результате воздухопроницания и повышенной теплопроводности включения, составит:

где t'_в.п — значение температуры на поверхности воздухопроницаемого стыка при отсутствии теплопроводного включения; t_в.п — значение температуры на поверхности конструкции при отсутствии в ней воздухопроницаемых сопряжений и теплопроводных включений; t''_в.п — значение температуры при наличии теплопроводного включения, но при отсутствии воздухопроницаемого стыка; ? — коэффициент, устанавливаемый по табл. IV.2 в соответствии с геометрической формой теплопроводного включения; ?=R_o/R'_o отношение сопротивлений теплопередаче в месте отсутствия включения и в пределах последнего.

Пример IV.8. Определить температуру в зоне стыка полагая, что панели выполнены из железобетонных ребристых плит, утепленных керамзитобетоном. Ребра железобетонных плит образуют теплопроводное включение в зоне стыка (рис. IV.19). Сопротивление воздухопроницанию стыка R_и=4,0; сопротивление теплопередаче панели R_o=1,2, коэффициент теплопроводности керамзитобетона ?=0,20, т. е. те же самые, что в предыдущем примере. Температура в зоне стыка, пониженная только за счет его воздухопроницания (при отсутствии теплопроводного включения) t'_в.п=+9,5°.

Сопротивление теплопередаче по теплопроводному включению

где 0,20 и 1,40 соответственно коэффициенты теплопроводности керамзитобетона и железобетона.

Определяем температуру t^общ_в.п в зоне стыка с учетом воздухопроницания и наличия теплопроводного включения:

Эта температура ниже точки росы, соответствующей в жилых помещениях (при 55% относительной влажности) температуре 8,5 град. Рассмотренный стык нуждается или в дополнительном утеплении или в более совершенном уплотнении.

Строительными нормами и правилами в целях устранения недопустимого охлаждения ограждаемых помещений при воздухопроницании установлен ряд требований, ограничивающих проницаемость конструкций в целом или их отдельных конструктивных слоев.

В прежних изданиях норм такие требования устанавливались в зависимости от квадрата скорости ветра (аэродинамическое давление, вызываемое ветром, принимается пропорциональным квадрату его скорости), поскольку в зданиях ограниченной этажности, преобладавших ранее в массовом строительстве, величины теплового напора не могли быть значительными.

В настоящее время, когда этажность зданий массового строительства возросла, необходимое сопротивление наружных ограждений воздухопроницанию правильнее устанавливать в зависимости ют расчетной разности давлений, учитывающей тепловой напор и ветер.

Необходимое общее сопротивление воздухопроницанию R_o.и ограждающей конструкции (стены или бесчердачного покрытия) может быть принято не менее:

где ? — коэффициент, принимаемый для наружных стен жилых и общественных зданий равным 2,00 и для стен отапливаемых производственных — 1,00; ?р — расчетная разность давлений от теплового напора и ветра, R_o^тр — нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции.

Нормирование общего сопротивления воздухопроницанию имеет целью ограничить дополнительные потери тепла, вызываемые сквозной фильтрацией холодного воздуха через ограждающие конструкции. Кроме этой основной цели, важно устранить и чрезмерное охлаждение ограждающих конструкций, ограничив проникание холодного воздуха в их толщу и возникновение продольной фильтрации.

Можно рекомендовать, чтобы в помещениях сухих и с нормальной влажностью наружная часть ограждающих конструкций (до 1/4 общей толщины) обладала повышенной плотностью и сопротивлением воздухопроницанию не менее 0,5 ?р.

Для наружных конструкций с воздушными прослойками и пустотами устанавливается (в целях обеспечения необходимого термического сопротивления воздушных включений) требуемое сопротивление воздухопроницанию стенок, ограничивающих прослойки и пустоты. Для слоя, отделяющего воздушную прослойку от наружного воздуха, уместно принять R_и^тр?0,4 мм. вод. ст. м²·ч/кг, а для стенок, разделяющих воздушные прослойки R_и^тр?0,2 мм вод. ст·м²·ч/кг.

Для наружных стен жилых и общественных зданий, осуществляемых из крупных панелей или блоков, важно ограничение воздухопроницаемости стыков и сопряжений между отдельными крупными элементами.

Сопротивление воздухопроницанию 1 пог. м указанных стыков желательно обеспечить не менее R_о.и^тр=2,0 ?р R_o^тр, где R_o^тр — нормируемое сопротивление стены теплопередаче. Поскольку величина R_o^тр изменяется в ограниченных пределах, необходимое сопротивление стыков воздухопроницанию зависит, главным образом, от расчетной разности давлений.

Пример IV.9. Определить требуемое сопротивление стыков воздухопроницанию и установить возможные их конструктивные решения в стенах пятиэтажных крупноблочных зданий (H=15 м), проектируемых для Москвы и Норильска. Сопротивление теплопередаче стен:

Возможные конструктивные схемы решений стыков, удовлетворяющих желательным сопротивлениям воздухопроницанию, приведены на рис. IV.20. Как видно из этих схем, высокое сопротивление стыков воздухопроницанию для суровых климатических условий обеспечивается большим числом упругих прокладок, каждая из которых размещается в специально предусмотренной полости блока.

Примечания

1. Температура фильтрующегося воздуха практически не отличается от температуры материала слоя при малых скоростях фильтрации.

2. Возникновение таких сопротивлений характерно при переносе любых видов вещества (массы); для газообразной фазы это будет, например, воздух, любые газы, парообразная влага и т. д.

3. Возникновение микротрещин в таких материалах при колебаниях температуры окружающей среды объясняется значительной разницей в величинах ?_т коэффициентов термического расширения (для портландцемента ?_т=11—12·10^—6; для гранитного гравия ?_т=2,6—3,0·10^—6; для топливных шлаков ?_т=2,1·10^—6 1/град), а иногда недостаточным сцеплением вяжущего с заполнителем.

4. Значительный интерес в этом отношении представляют, например, упругие прокладки и эластичные пленки на основе пористых фторосодержащих полимеров (фторопластов).

5. При распределении потока воздуха по двум направлениям

6. Осуществление плотного наружного слоя стен влажных помещений возможно не во всех случаях, так как такое конструктивное решение может ухудшить влажностное состояние ограждений.