Точка росы в стене – что делать?

Построил стены, завел дом под крышу и поставил окна – готова коробка. Именно на этом этапе заканчивается «конструктивный» период стройки и начинается установка оборудования, утепление стен дома и дальнейшая его подготовка под чистовую отделку.

И именно на этом этапе важно правильно смонтировать утеплитель, да и весь пирог утепления на стенах дома, чтобы в дальнейшем не получить себе такую головную боль, как точка росы в стене со стороны жилого помещения.

Что за зверь такой – точка росы и почему плоха именно точка росы в стене, как это выглядит на практике?

Для начала немного теории, а затем практически примеры из собственного опыта, который я получил, приобретая коробку дома с уже установленным слоем утеплителя.

Температура точки росы

Точка росы имеет обыкновение двигаться. Зависит этот момент от двух показателей – температуры и влажности.

Каждый из них также делится пополам – на температуру в помещении и на улице, на влажность в помещении и на улице.

При всех расчетах и формулах, которые используются для того, чтобы рассчитать точку росы, предполагается, что влага будет конденсироваться из пара при движении изнутри наружу. Именно такая ситуация наблюдается зимой, когда температура и влажность в помещении выше, чем температура и влажность на улице. Температура точки росы будет расчетной при расчетных показателях для наружных и внутренних условий.

Летом, когда влажность и температура на улице обыкновенно выше, чем влажность и температура в помещении, точка росы не имеет такого значения. Почему? Потому что разница температур невысока и оба показателя температуры, уличный и домовой, находятся в положительных значениях.

А еще потому, что даже если точка росы в стене могла бы образоваться при плюсовых значениях обеих температур, сильного влияния на комфорт проживания в доме это бы не оказало.

Другое дело зимой. Влага, конденсируемая из пара, при низких температурах попадает в утеплитель и стену, и там замерзает. Для утеплителя намокание чревато либо полной потерей теплоизоляционных свойств (базальтовая вата), либо разрушением при замерзании воды (пенопласт). Для стены все то же самое, особенно для газобетонных и газосиликатных блоков.

Сам лично наблюдал печальную картину разрушения стены блочного дома в зимний период из-за неправильно сделанного утепления. К весне в стене из газосиликата толщиной 400 миллиметров были почти сквозные дыры.

Как рассчитать точку росы

Для расчета точки росы используется таблица значений конденсации водяного пара в зависимости от показателей влажности и температуры. Берется значение наружной и внутренней температуры и значение наружной и внутренней влажности. Получается температура точки росы, при которой будет происходить выпадение воды из водяного пара (образование росы).

Точка росы ТАБЛИЦА:

Что нам дает эта температура? Очень многое. Мы в состоянии рассчитать, где будет конденсироваться пар в пироге утепления, то есть где будет точка росы в стене – в утеплителе, в несущей стене или на внутренней поверхности несущей стены – прямо в комнате.

Естественно, что самый правильный вариант – это точка росы в утеплителе. В этом случае не будет никаких негативных моментов для внутренних помещений. Чтобы не было также негативных моментов для утеплителя, стоит на этапе планирования правильно подбирать тип утеплителя для стен.

Менее приемлемый вариант – это точка росы в стене дома, которая является несущей. Здесь негативные моменты для внутренних помещений будут зависеть от материала стены. Получается такая ситуация тогда, когда утеплитель смонтирован неправильно или неправильно выбрана толщина утеплителя.

Здесь хорошо видно, как будет сдвигаться точка росы в стене дома.

Самый неприемлемый вариант – это точка росы внутри помещения, на внутренней поверхности несущей стены. Обычно это случается тогда, когда дом совсем не утеплен или утеплен неправильно – изнутри.

Точка росы в доме – что делать?

Итак, обещанный пример из собственного опыта. Я приобрел коробку кирпичного дома, которая была утеплена изнутри пенопластом. О чем думали те люди, которые строили эту коробку, остается только гадать. Благодаря такому утеплению получилась точка росы в доме, на внутренней поверхности несущих стен, между кирпичом и утеплителем.

В чем выразилась точка росы в доме, в каких негативных моментах?

Их было два. Во-первых, кирпичная стена изнутри была всегда сырая в небольшие плюсовые и минусовые температуры. В комнатах стоял затхлый запах, при вскрытии под всем пенопластом были большие очаги плесени.

Во-вторых, в минусовые температуры было невозможно нормально обогреть этот дом, кирпичная кладка была исключена из теплового контура дома, благодаря тому, что была отсечена от теплого воздуха помещений пенопластом.

Что я сделал, чтобы победить точку росы в доме?

Во-первых, был демонтирован весь пенопласт с внутренних поверхностей несущих стен.

Во-вторых, утеплитель был смонтирован снаружи и был оштукатурен по методике мокрого фасада.

И, в-третьих, вместо прежнего внутреннего утепления в 50 миллиметров, было установлено наружное утепление в 150 миллиметров.

При правильном утеплении — точка росы снаружи, в доме — тепло и сухо.

Что стало? Стало тепло, сухо и комфортно.

ФИНАЛЬНАЯ ЗАМЕТКА. Не делайте воздушную прослойку между несущей стеной и воздухом комнаты. Часто обшивают стены изнутри ГКЛ – это дешевле и быстрее, чем штукатурить. Однако в воздушном зазоре между ГКЛ и кирпичом образуются микросквозняки, которые препятствуют теплопередаче и прогреву внутренней части кирпичной кладки.

Я свои кирпичные стены изнутри заштукатурил самой обычной штукатурной смесью. Сверху теперь можно красить или клеить обои. Толщина обоев такова, что ими, как теплоизолятором, можно пренебречь.

Точка росы, пароизоляция и вентилируемый зазор в стене

РЕКЛАМА

Водяной пар в стене — откуда он?

Для того чтобы понять, к каким последствиям приведёт отсутствие вентилируемого зазора в стенах, выполненных из двух и более слоев разных материалов, и всегда ли нужны зазоры в стенах, необходимо напомнить о физических процессах, происходящих в наружной стене в случае разности температур на её внутренней и наружной поверхностях.

Как известно в воздухе всегда содержатся водяные пары. Парциальное давление пара зависит от температуры воздуха. С повышением температуры парциальное давление водяных паров увеличивается.

РЕКЛАМА

В холодное время года парциальное давление паров внутри помещения значительно выше, чем снаружи. Под действием разницы давлений водяные пары стремятся попасть изнутри дома в область меньшего давления, т.е. на сторону слоя материала с меньшей температурой — на наружную поверхность стены.

Также известно, что при охлаждении воздуха водяной пар, содержащийся в нём, достигает предельного насыщения, после чего конденсируется в росу.

Точка росы – это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.

На приведённой диаграмме, Рис.1., представлено максимально возможное содержание водяного пара в воздухе в зависимости от температуры.

Рис. 1. График температуры точки росы. Максимально возможное содержание пара в воздухе в зависимости от температуры.

Отношение массовой доли водяного пара в воздухе к максимально возможной доле при данной температуре называется относительной влажностью, измеряемой в процентах.

Например, если температура воздуха составляет 20 °С, а влажность – 50%, это означает, что в воздухе содержится 50% того максимального количества воды, которое может там находится.

Как известно строительные материалы обладают разной способностью пропускать содержащиеся в воздухе водяные пары, под действием разности их парциальных давлений. Это свойство материалов называется сопротивление паропроницанию, измеряется в м2*час*Па/мг.

Кратко резюмируя вышесказанное, в зимний период воздушные массы, в состав которых входят водяные пары, будут проходить сквозь паропроницаемую конструкцию внешней стены изнутри наружу.

Температура воздушной массы будет уменьшаться по мере приближения к внешней поверхности стены.  

В сухой стене — пароизоляция и вентилируемый зазор

Точка росы в правильно спроектированной стене без утеплителя окажется в толще стены, ближе к наружной поверхности, где пар будет конденсироваться и увлажнять стену.

Зимой, в результате превращения пара в воду на границе конденсации, наружная поверхность стены будет накапливать влагу.

В теплое время года эта накопленная влага должна иметь возможность испариться.

Необходимо обеспечивать смещение баланса между количеством поступающих в стену паров изнутри помещения и испарением из стены накопившейся влаги в сторону испарения.

Баланс влагонакопления в стене можно смещать в сторону удаления влаги двумя путями:

1. Уменьшать паропроницаемость внутренних слоев стены, сокращая тем самым количество пара в стене.
2. И (или) увеличивать испарительную способность наружной поверхности на границе конденсации.

Однослойные стены имеют одинаковое сопротивление паропроницанию по всей толщине, а также равномерное изменение температуры по толщине стены. Граница конденсации водяных паров в правильно спроектированной стене без утеплителя находится в толще стены, ближе к наружной поверхности. Это обеспечивает таким стенам положительный баланс удаления влаги из толщи стены во всех случаях, кроме помещений с повышенной влажностью.

В многослойных стенах с утеплителем используются материалы с разным сопротивлением  паропроницанию. Кроме того, распределение температуры в толще многослойной стены не равномерное. На границе слоев в толще стены имеем резкие перепады температуры.

Чтобы обеспечить требуемый баланс перемещения влаги в многослойной стене необходимо, чтобы сопротивление паропроницанию материала в стене уменьшалось по направлению от внутренней поверхности к наружной.

В противном случае, если наружный слой будет иметь большее сопротивление паропроницанию, баланс влагоперемещения сместится в сторону накопления влаги в стене.

Например.

Сопротивление паропроницанию газобетона значительно меньше, чем у керамики. При фасадной отделке дома из газобетона керамическим кирпичом обязателен вентилируемый зазор между слоями. При отсутствии зазора блоки будут накапливать влагу.

Вентилируемый зазор между лицевой кладкой из керамического кирпича и несущей стеной из керамзитобетонных блоков не нужен, т.к. сопротивление паропроницанию кирпичной облицовки меньше, чем у стены из керамзитобетонных блоков.

При неправильном устройстве стены, влага в утеплителе будет накапливаться постепенно.

Уже на второй, максимум третий-пятый отопительный период, можно будет ощутить существенное увеличение расходов на отопление. Связано это, естественно, с тем, что увеличилась влажность теплоизоляционного слоя и всей конструкции в целом, а соответственно существенно снизился показатель термического сопротивления стены.

Влага из утеплителя будет передаваться и в соседние слои стены. На внутренней поверхности наружных стен может образовываться грибок и плесень.

Кроме накопления влаги, в утеплителе стены происходит еще один процесс — замерзание сконденсировавшейся влаги. Известно, что периодическое замерзание и оттаивание большого количества воды в толще материала разрушает его.

Увлажнение конденсатом утеплителя, например эковаты, также ведет к вымыванию антисептиков и антипиренов. Чаще всего, это борная кислота. Концентрация которой со временем будет снижаться.

Любой утеплитель постепенно, с годами, теряет свои теплосберегающие свойства. Когда надо менять утеплитель читайте здесь.

Стеновые материалы различаются по своей способности противостоять замерзанию конденсата. Поэтому, в зависимости от паропроницаемости и морозостойкости утеплителя, необходимо ограничивать общее количество конденсата, накапливающегося в утеплителе за зимний период.

Например, минераловатный утеплитель имеет высокую паропроницаемость и очень низкую морозостойкость. В конструкциях с минераловатным утеплителем (стены, чердачные и цокольные перекрытия, мансардные крыши) для уменьшения поступления пара в конструкцию со стороны помещения всегда укладывают паронепроницаемую пленку.

Без пленки стена имела бы слишком малое сопротивление паропроницанию и, как следствие, в толще утеплителя выделялось и замерзало бы большое количество воды.  Утеплитель в такой стене через 5-7 лет эксплуатации здания превратился бы в труху и осыпался.

Толщина теплоизоляции должна быть достаточной для того, чтобы удерживать точку росы в толще утеплителя, рис.2а.

При малой толщине утеплителя температура точки росы окажется на внутренней поверхности стены и пары будут конденсироваться уже на внутренней поверхности наружной стены, рис.2б.

Понятно, что количество влаги, сконденсировавшейся в утеплителе, будет увеличиваться с ростом влажности воздуха в помещении и с увеличением суровости зимнего климата в месте строительства.

Количество испаряемой из стены влаги в летнее время также зависит от климатических факторов — температуры и влажности воздуха в зоне строительства.

Как видим, процес перемещения влаги в толще стены зависит от многих факторов. Влажностный режим стен и других ограждений дома можно рассчитать, Рис. 3.

По результатам расчета определяют необходимость уменьшения паропроницаемости внутренних слоев стены  или необходимость вентилируемого зазора на границе конденсации.

Результаты проведенных расчетов влажностного режима различных вариантов утепленных стен (кирпичные, ячеистобетонные, керамзитобетонные, деревянные) показывают, что в конструкциях с вентилируемым зазором на границе конденсации накопления влаги в ограждениях жилых зданий не происходит во всех климатических зонах России.  

Многослойные стены без вентилируемого зазора необходимо применять, основываясь на расчете влагонакопления. Для принятия решения, следует обратиться за консультацией к местным специалистам, профессионально занимающимся проектированием и строительством жилых зданий. Результаты расчета влагонакопления типовых конструкций стен в месте строительства, местным строителям давно известны.

«Стена каменная трехслойная с облицовкой из кирпича» — это статья об особенностях влагонакопления и утепления стен из кирпича или каменных блоков.

Особенности влагонакопления в стенах с фасадным утеплением пенопластом, пенополистиролом

Утеплители из вспененных полимеров — пенопласта, пенополистирола, пенополиуретана, обладают очень низкой паропроницаемостью. Слой плит утеплителя из этих материалов на фасаде служит барьером для пара. Конденсация пара может происходить только на границе утеплителя и стены. Слой утеплителя препятствует высыханию конденсата в стене.

Для предотвращения накопления влаги в стене с полимерным утеплителем необходимо исключить конденсацию пара на границе стены и утеплителя. Как это сделать? Для этого необходимо сделать так, чтобы на границе стены и утеплителя температура всегда, в любые морозы, была бы выше температуры точки росы.

Указанное выше условие распределения температур в стене обычно легко выполняется, если сопротивление теплопередаче слоя утеплителя будет заметно больше, чем у утепляемой стены. Например, утепление «холодной» кирпичной стены дома пенопластом толщиной 100 мм. в климатических условиях средней полосы России обычно не приводит к накоплению влаги в стене.

Совсем другое дело, если пенопластом утепляется стена из «теплого» бруса, бревна, газобетона или поризованной керамики. А также, если для кирпичной стены выбрать очень тонкий полимерный утеплитель. В этих случаях температура на границе слоев может легко оказаться ниже точки росы и, чтобы убедиться в отсутствии влагонакопления, лучше выполнить соответствующий расчет.

Выше на рисунке показан график распределения температуры в утепленной стене для случая, когда сопротивление теплопередаче стены больше, чем слоя утеплителя. Например, если стену из газобетона с толщиной кладки 400 мм. утеплить пенопластом толщиной 50 мм., то температура на границе с утеплителем зимой будет отрицательной. В результате будет происходить конденсация пара и накопление влаги в стене.

Толщину полимерного утеплителя выбирают в два этапа:

1. Выбирают, исходя из необходимости обеспечить требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены.
2. Затем выполняют проверку на отсутствие конденсации пара в толще стены.

Если проверка по п.2. показывает обратное, то приходится увеличивать толщину утеплителя. Чем толще полимерный утеплитель — тем меньше риск конденсации пара и влагонакопления в материале стены. Но, это приводит к увеличению расходов на строительство.

Особенно большая разница в толщине утеплителя, выбранного по двум вышеуказанным условиям, имеет место при  утеплении стен с высокой паропроницаемостью и низкой теплопроводностью. Толщина утеплителя для обеспечения энергосбережения получается для таких стен сравнительно маленькой, а для отсутствия конденсации — толщина плит должна быть неоправданно большой.

Поэтому, для утепления стен из материалов с высокой паропроницаемостью и низкой теплопроводностью выгоднее использовать минераловатные утеплители. Это относится прежде всего к стенам из дерева, газобетона, газосиликата, крупнопористого керамзитобетона.

Устройство пароизоляции изнутри обязательно для стен из материалов с высокой паропроницаемостью при любом варианте утепления и облицовки фасада.

Для устройства пароизоляции внутреннюю отделку выполняют из материалов с высоким сопротивлением паропроницанию — на стену наносят грунтовку глубокого проникновения в несколько слоев, цементную штукатурку, виниловые обои или используют паронепроницаемую пленку.

Все описанное выше относится не только к стенам, но и к другим конструкциям, ограждающим тепловой контур здания — чердачным и цокольным перекрытиям, мансардным крышам.

Посмотрите видео, в котором наглядно показаны теплофизические процессы в утепленных скатах крыши. Аналогичные процессы происходят и в наружных стенах зданий.

Прочитав эту статью, Вы узнали, как сделать стену сухой.

Стена должна быть еще и теплой. Об этом читайте в следующей статье.

Следующая статья:

Расходы на отопление и сопротивление теплопередаче.

Предыдущая статья:

Стены несущие, самонесущие и не несущие — какая разница?

Контроль образования конденсата в холодную погоду с помощью изоляции

Конденсация в холодную погоду в первую очередь является результатом утечки наружного воздуха. Диффузия обычно не перемещает достаточное количество водяного пара достаточно быстро, чтобы создать проблему. Для предотвращения разрушительного конденсата внутри стен и крыш ограждений используются воздушные барьеры для остановки воздушного потока и пароизоляционные слои (замедлители диффузии пара или барьеры) для ограничения диффузионного потока.

Воздух, просачивающийся наружу через стену ограждения в холодную погоду, будет контактировать с обратной стороной обшивки каркасных стен. Этот конденсат может накапливаться в виде инея в холодную погоду и впоследствии вызывать «протечки», когда иней оттаивает и жидкая вода стекает вниз, или вызывать гниение, если влага не высыхает быстро после возвращения более теплой и солнечной погоды.

В стенах с достаточной внешней изоляцией температура точки росы внутреннего воздуха будет ниже температуры обратной стороны обшивки: поэтому в пространстве для стоек не может образовываться конденсат из-за утечки воздуха. Если расчет показал, что сборка защищена от образования конденсата при утечке воздуха (с использованием метода, описанного ниже), то диффузионная конденсация не может возникнуть, даже если внутри оболочки не обеспечена абсолютно никакая пароизоляция (т.е. нет пароизоляции или другого контрольного слоя). ), и даже если обшивка представляет собой пароизоляцию (например, фольгированный утеплитель).

Наличие промежуточной конденсации само по себе обычно не является признаком дефекта конструкции: если конденсация при утечке воздуха происходит только в экстремальных условиях (например, проектные условия 99%, указанные в ASHRAE Handbook of Fundamentals или других источниках), утечка воздуха в течение многих часов, следующих за этим редким событием, стена действительно высохнет, когда температура обшивки превысит внутреннюю точку росы. Следовательно, выбор условий для анализа очень важен. Хотя данные о температуре наружного воздуха легко доступны, даже стены, обращенные на север, будут подвергаться некоторому воздействию рассеянного солнечного излучения, которое нагревает облицовку (и, следовательно, стену) выше температуры наружного воздуха в течение многих часов холодных зимних месяцев.

Трудно выбрать наружную температуру для проектирования, поскольку аналитик может выбрать любой уровень защиты от конденсата, от нулевого до полного. Для материалов с некоторой устойчивостью к влаге (например, гипсовая обшивка для наружных работ, облицованная стекломатом, достаточно устойчива к влаге) и/или с некоторой способностью безопасно удерживать влагу (например, обшивка из фанеры и OSB), гораздо менее строгая конструкция критерии оправданы, чем для материалов без хранения (например, фольгированный утеплитель) или с высокой чувствительностью к влаге (бумажно-гипс). Поэтому требуется некоторое суждение. Средняя зимняя (средняя за три самых холодных месяца) температура считается достаточно безопасным значением (и легкодоступна). Для систем с особо высокими характеристиками (или стен, очень чувствительных к повреждению влагой) можно выбрать более консервативное значение, например, самый холодный месяц, на 10°F/6°C меньше среднемесячного значения или 9°C.°C/15°F выше проектной температуры 99 %.

Внутренние условия внутри здания в холодную погоду являются важными переменными для понимания риска образования конденсата, и их необходимо знать, если необходимо делать прогнозы и расчеты. Внутренняя температура часто находится в диапазоне 70 ° F / 21 ° C, но уровни относительной влажности и, следовательно, содержание влаги в воздухе могут значительно различаться. В большинстве офисных, школьных и торговых помещений скорость вентиляции достаточно высока, чтобы относительная влажность в зимние месяцы находилась в диапазоне от 25 до 35%. В некоторых жилых помещениях образование внутренней влаги выше, а скорость вентиляции наружного воздуха ниже, чем в коммерческих помещениях, и, следовательно, относительная влажность часто будет выше. В специальных помещениях, таких как бассейны, как внутренняя температура, так и уровни относительной влажности будут выше (78°F/25°C и относительная влажность 60%), что приводит к очень высоким уровням абсолютной влажности.

Содержание влаги в наружном воздухе всегда падает при очень холодных условиях, так как падает максимальное содержание влаги в воздухе. По мере того как наружные условия становятся холоднее, относительная влажность в салоне падает, потому что влага внутри разбавляется все более сухим наружным воздухом. Этот эффект обеспечивает некоторую защиту от конденсации, поскольку самая холодная неделя в году, вероятно, совпадает с одним из самых низких уровней влажности в помещении. ¹

Содержание влаги в помещении обычно определяется комбинацией температуры и относительной влажности. Более прямыми показателями являются абсолютная влажность или коэффициент влажности, обычно выражаемый в граммах воды на кг сухого воздуха (или в гранах воды на фунт сухого воздуха). Однако с практической точки зрения наиболее полезным показателем является температура точки росы воздуха в помещении.

Учитывая согласованный набор внутренних и внешних условий проектирования, легко рассчитать уровень изоляции, требуемый снаружи пространства каркаса или обшивки для контроля конденсации утечки воздуха. Конденсации можно избежать, обеспечив температуру на задней стороне обшивки выше, чем температура точки росы внутреннего воздуха. Если предположить, что внутренняя отделка и наружная облицовка имеют малое тепловое сопротивление (почти всегда разумное предположение), то обратную сторону температуры обшивки можно найти из:

T _{обратная сторона обшивки} = T _{внутренняя} – (T _{внутренняя} -T _{внешняя} ) * R _{обшивка} /R _общая

Эта концепция показана графически Из этого анализа должно быть ясно, что любое количество теплоизоляционной обшивки на внешней стороне каркасных конструкций обеспечит лучшую защиту от конденсата утечки воздуха в холодную погоду, чем отсутствие внешней изоляции. При фиксированном значении R внешней изоляции риск образования конденсата также снижается по мере снижения значения R внутренней изоляции. Таким образом, если в отсеке стоек вообще нет изоляции (уменьшив внутреннее значение R до значения только внутренней отделки и пустого пространства для стоек, примерно R-2), почти любой разумный уровень значения R внешней изоляции обеспечивает полную защиту от утечка воздуха, конденсация и диффузия в холодную погоду.

Рисунок 1:  Изолирующая оболочка, снижающая утечку воздуха и конденсацию

войлочная или дутая волокнистая изоляция) для предотвращения эксфильтрационной конденсации в холодную погоду. Можно видеть, что умеренные температуры и сухой воздух внутри требуют небольшой внешней изоляции для контроля конденсации, тогда как музей, поддерживаемый на 50% в Фэрбенксе, Аляска или Йеллоунайфе, Северо-Западные территории, должен иметь практически всю изоляцию снаружи.

Точнее, рассмотрим дом в Торонто. Мы выберем среднюю зимнюю температуру в качестве расчетного критерия и расчетную внутреннюю относительную влажность 35%. Температуры декабря, января и февраля в Торонто составляют -1,9, -5,2 и -4,4 ° C соответственно, что приводит к средней зимней температуре в Торонто -3,8 ° C (25 ° F). Из таблицы видно, что точка росы внутри помещения составляет приблизительно 40°F/5°C, и, следовательно, несколько менее 37% от общего значения изоляции стены должно приходиться на внешнюю сторону в виде изолирующей обшивки, воздушных зазоров. , и обшивка.

Для достижения общего значения R в корпусе, равного 20, потребуется 0,37 * 20 = от общего значения, или R-7,5 на внешней стороне, чтобы избежать конденсации в случае утечки воздуха. Это оставляет R-12,5 внутри, который может состоять из R-12 и внутренней отделки. Внешняя обшивка и воздушное пространство добавляют некоторую R-ценность экстерьеру, но ими можно консервативно пренебречь. Это решение, вставки R-12 между стойками 2×4 с внешней изоляционной обшивкой R-7,5, очень безопасно от конденсата утечки воздуха для этого примера Торонто. Если целью был Р-30, то 0,37*30= Р-11 внешней обшивки и Р-19.Изоляция шпильки была бы одним из решений. Более подробные расчеты, включая сопротивление деревянной обшивки и воздушного зазора, а также правильная интерполяция результатов между температурой наружного воздуха от 0 до 5 °C показывают, что изоляция обшивки R-5 по сравнению с войлоком R-12 также будет контролировать образование конденсата.

 
Таблица 1:  Соотношение внешней и внутренней изоляции для предотвращения утечки воздуха и конденсата

Этот тип простого анализа можно проводить ежемесячно и отображать на графике, чтобы помочь визуализировать риск образования конденсата. Пример стены с деревянным каркасом в чикагском климате показан на рисунке 9.0039 Рисунок 2 .

 
благонамеренный подрядчик может заполнить полость стойки войлоком R-20), что, конечно, снизит защиту от конденсата, что в данном случае опасно. Добавление значительно большей изоляции снаружи (например, переход с R-7,5 на R-15) значительно снизит риск. Независимо от конструкции стены, внешнего климата и влажности внутри помещения всегда будут сохраняться одни и те же тенденции: добавление изоляционного материала снаружи снижает риск образования конденсата, а добавление воздухопроницаемого изоляционного материала в пространство для стоек увеличивает риск образования конденсата.

Важно отметить, что значения R, использованные при анализе, являются значениями R в центре пролета стоек, так как конденсация будет происходить в самой холодной части обшивки, а именно между стойками. Следовательно, хотя фактическое значение R общей стенки войлока R-13 между 3,5-дюймовыми стальными шпильками при 16-дюймовом ос. (шпильки 90 мм на расстоянии 400 мм) будет около R-5 из-за теплового моста на шпильках, войлок будет эффективен посередине каждого отсека для стоек. Следовательно, конденсат, подаваемый за счет утечки или диффузии воздуха, сначала начнет образовываться между стойками, и в большинстве случаев конденсат никогда не образуется на стойках.

Принимая во внимание результаты описанного метода анализа конденсации и знание того, что стальные стойки с изолированными отсеками для стоек обеспечивают общие значения R стены только от R-5 до R-7, обычно рекомендуется, чтобы все желаемые значения изоляции быть размещены на внешней стороне таких корпусов из тонкой стали.

Рассмотрим две конструкции стены с каркасом из стальных стоек, показанные на Рис. 3 , в период холодной погоды. Применение R-10 (RSI 1.76) изоляционной обшивки (сплошная изоляция любого типа) на внешней стороне каркаса приведет к повышению температуры обшивки выше 60 °F (15 °C) во всем пространстве стоек, в том числе на обшивке. , ночью, когда температура наружного воздуха опускается до 4 °F (-15 °C). Следовательно, конденсация практически невозможна в пространстве для стоек или на обшивке (как правило, на одном из чувствительных к влаге компонентов в сборке). Это верно, даже если происходит утечка воздуха, так как температура всех поверхностей выше точки росы воздуха в помещении. ² Если изоляция R-19 (RSI3.5) размещена между каркасом, температура оболочки будет примерно 10°F (-12°C), что значительно ниже температуры, при которой может возникнуть конденсация. Последняя конструкция основана на идеальных воздушных барьерах (одно из решений — воздухонепроницаемая пена для распыления), чтобы избежать конденсации утечки воздуха. Если заполнение полости обладает высокой паропроницаемостью (например, стекловолокно, минеральная вата или пенопласт с открытыми порами плотностью в полфунта), также необходим пароизоляционный слой (класс II) для надежного управления диффузией пара.

Рис. 3:  Изолирующая оболочка как мера контроля конденсации. Сплошная наружная изоляция слева, изоляция полости каркаса справа. Красная линия показывает температуру двух узлов ночью при температуре 4°F (-15°C). Синяя линия показывает обратную сторону температуры оболочки.

Конструкция со всем контролем теплового потока в виде непрерывного слоя изоляции снаружи может работать очень хорошо, даже если происходит утечка воздуха, и не требует особой тщательности при выборе внутренних слоев для контроля пара. Следует также напомнить, что стена только с наружной изоляцией будет иметь общее значение R примерно R-12 (RSI2.1), тогда как стена с изоляцией полости каркаса будет иметь общее значение R от R-6 до R-8 (RSI от 1,1 до 1,4) (в зависимости от деталей пересечения полов и стен и вида облицовки).

Во многих случаях может быть рассмотрено сочетание внешней изолирующей обшивки и изоляции полости каркаса. На рис. 4 показана зависимость температуры от двух гибридных растворов при тех же условиях, которые рассматривались ранее. Установка изоляции R-12 (RSI2.1) в пространстве для стоек улучшит тепловые характеристики стены примерно на R-6 (увеличение сборки до общего значения R более 16 / RSI2.8), но уменьшит температура обшивки до 35 ° F (2 ° C) в эту холодную ночь. Во многих коммерческих помещениях температура точки росы внутри помещения будет опускаться ниже 35 ° F (2 ° C) в холодную погоду, поэтому образование конденсата маловероятно, но далеко не невозможно. Если бы R-12 был добавлен в виде воздухонепроницаемой распыляемой изоляции (например, SPF), воздух практически не мог бы достигать оболочки, и не было бы риска конденсации при утечке воздуха. 9R-18/RSI 3,2 Итого
быть влагозащищенным во многих приложениях. Обратите внимание, что отношение значения внешней изоляции к значению R полости каркаса определяет риск образования конденсата в холодную погоду.

Если R-19 (RSI3.5) воздухопроницаемой изоляции добавить в пространство для стоек, то значение R сборки увеличится примерно на R-7 по сравнению со сценарием с пустым пространством для стоек: то есть почти на ² / ₃ теплоизоляционного слоя R-19 все равно будет потеряно. Однако температура оболочки упадет ниже 30 °F (-1 °C), и риск образования конденсата возрастет. Относительно небольшое увеличение контроля теплового потока, обеспечиваемое решетчатой ​​изоляцией, достигается за счет значительного увеличения риска образования конденсата.

Те же решения, которые предотвращают образование конденсата в результате утечки воздуха, также полностью устраняют проблему конденсации в холодную погоду из-за диффузии пара, даже если внешняя обшивка является идеальной пароизоляцией (например, изоляционные плиты с фольгированным или пластиковым покрытием). Если выбранные слои обшивки (включая конструкционную обшивку, гидроизоляцию и изоляцию) в некоторой степени паропроницаемы (например, пенополистирол поверх строительной бумаги и фанеры), можно использовать меньшее значение R, и диффузионная конденсация все равно будет контролироваться (поскольку большая часть пар, который диффундирует или просачивается вместе с воздухом в нишу стойки, безвредно выходит наружу за счет диффузии). Если слои обшивки очень паропроницаемы (например, минеральная вата поверх фибрового картона или гипсовой обшивки, а также изоляционная пленка), то требуется очень небольшая теплоизоляция снаружи отсека стоек. Однако, несмотря на то, что эти проницаемые слои могут по существу устранить риск конденсации диффузии пара с более низкими значениями R внешней оболочки, риск конденсации утечки воздуха снижается не так сильно: утечка воздуха может по-прежнему доставлять больше водяного пара к обратной стороне оболочки, чем может быть удаляются путем диффузии через оболочку, и, следовательно, конденсат все еще может происходить и накапливаться.

Для важных проектов или ситуаций, в которых команда проектировщиков имеет небольшой исторический опыт, исследование с использованием широкодоступных компьютерных моделей, таких как WUFI-ORNL, было бы благоразумным, если имеется необходимое время и навыки.

Сноски

1. Корреляция между уровнями влажности внутри помещений и наружной температурой была бы гораздо более прямой, если бы не влагоаккумулирующая способность строительной ткани и изменяющаяся скорость производства влаги внутри здания. Резкие внезапные перепады температуры наружного воздуха с большей вероятностью приведут к образованию конденсата, поскольку в здании сохраняется более высокий уровень внутренней влажности. Если температура наружного воздуха медленно падает в течение нескольких дней, внутренние помещения здания постепенно становятся более сухими по мере поступления холодного наружного воздуха.

2. Этот вывод верен даже для помещений с высокой влажностью, таких как музеи, поскольку воздух с относительной влажностью 70°F/50% имеет точку росы около 50°F/10°C. Только сквозные крепежные элементы, такие как шурупы, кирпичные стяжки и кровельные шурупы, могут подвергаться риску в условиях такой высокой относительной влажности. Плавательные бассейны могут иметь точку росы, превышающую 60°F/15°C, и, следовательно, для предотвращения внутритканевой конденсации в холодном климате потребуется большее значение R снаружи.

Контроль точки росы | Консалтинг — инженер-специалист | Консалтинг

Просмотреть полную историю, включая все изображения и рисунки, в нашем ежемесячном цифровом издании
Почему сегодня в зданиях так часто бывает сыро, неудобно и немного пахнет, скажем так, «земляной»? Причины сложны, хотя решение довольно простое: контроль точки росы. Немного истории важно, чтобы понять, почему этот метод, впервые предложенный Уиллисом Кэрриером в 1902 году, стал такой популярной современной практикой. Контроль точки росы решил некоторые очень сложные современные проблемы простым и надежным способом.

Идеальная буря невежества и благих намерений

Не так давно проектировщикам ОВиК не приходилось особенно заботиться о влажности. Имея много дешевой энергии, промышленность могла позволить себе охлаждать воздух мощным охлаждением, чтобы высушить его, а затем поджаривать его с повторным нагревом, чтобы он не заморозил пассажиров.

Потом мы занялись энергией и начали измерять (и регулировать) КПД. Но мы настолько привыкли к контролю влажности вместе с нашим охлаждением, что ни регуляторы, ни разработчики не заметили, что в погоне за разумной эффективностью охлаждения мы отказались от скрытой эффективности. Измерение эффективности и результативности осушения никогда не требовалось. Так что мы не поняли, особенно в недорогом, высокоэффективном охлаждающем оборудовании постоянного объема, которое мы любим ставить на крыши.

Затем последовали дебаты по вентиляции 1980-х годов, которые начались с того, что здания лишились наружного воздуха, а закончились их затоплением. Скорость вентиляции утроилась в период с 1981 по 1989 год. Немногие проектировщики осознавали, что нагрузка на осушение также почти утроилась из-за этого вентиляционного воздуха. Итак, в 1990-х годах у нас было охлаждающее оборудование, оптимизированное для разумного охлаждения. Но ему приходилось иметь дело с огромными нагрузками по осушению. Не то чтобы мы знали истинный размер нагрузки по осушению наружного воздуха, даже когда удосужились ее рассчитать.

Печальный факт. До 1997 года данные климатического проектирования ASHRAE даже отдаленно не описывали пиковую нагрузку осушения. Исторически сложилось так, что проектировщики предполагали, что расчетная пиковая температура охлаждения по сухому термометру и его средняя температура по влажному термометру представляют собой пиковые нагрузки как для охлаждения, так и для осушения.

Но на самом деле, как наконец показали новые данные, опубликованные в 1997 году, пиковая точка росы на открытом воздухе приходится на то время, когда температура по сухому термометру умеренная, а не экстремальная4. На 40 % больше, чем нагрузка на осушение при пиковой температуре наружного воздуха.

Вот и все. На рубеже веков у нас было охлаждающее оборудование с ограниченной эффективностью осушения как раз тогда, когда адекватная вентиляция почти утроила нагрузку на осушение, а также тот факт, что мы, наконец, осознали — благодаря исследованиям ASHRAE — что наши оценки пиковой нагрузки осушения для наружного воздуха всегда были примерно на 30% ниже реальной правды.

Что делать? Что ж, когда ваш любимый инструмент — молоток (высокоэффективная система охлаждения), то все ваши проблемы выглядят как гвозди (нужна система охлаждения побольше). Обычная склонность к тому, что чем больше, тем лучше, привела к тому, что большинство проектировщиков HVAC увеличили размеры системы охлаждения, чтобы контролировать влажность.

Но увеличение мощности охлаждающего оборудования имеет прямо противоположный эффект. Когда система охлаждения слишком велика для разумной охлаждающей нагрузки, она очень быстро охлаждает помещение. Он охлаждается так быстро, что его незначительное осушение происходит в течение такого короткого времени, что чистое осушение в течение тысяч часов в непиковое время почти равно нулю.5

Осушение прекращается, когда прекращается охлаждение. И охлаждение часто останавливается, потому что этот большой и эффективный блок очень быстро охлаждает пространство. С другой стороны, вентиляция (с ее огромной нагрузкой на осушение) не останавливается. Поэтому влажность вентиляционного воздуха накапливается в помещении и приводит к проблемам.

Эта идеальная буря добрых намерений и невежества помогает объяснить, почему так много гостиничных номеров так сыро, и почему так много зданий переохлаждены и неудобны, когда они должным образом проветриваются.

Проблема плесени также усугубляется при переохлаждении зданий, но это уже другая длинная и сложная история. А пока достаточно повторить очевидное. Ни клиенты, ни юристы не впечатлены нашими добрыми намерениями, когда эти красивые, большие, негабаритные охлаждающие устройства приводят к образованию плесени. Но хватит истории и проблем. Давайте поговорим о решениях.

Контроль точки росы

Точка росы — это температура, при которой влага в воздухе начинает конденсироваться. Это абсолютное измерение количества водяного пара в воздухе, в отличие от относительной влажности или температуры смоченного термометра. Для влажности эти показатели являются относительными. Сами по себе они не указывают на абсолютное количество влаги в воздухе. Точка росы да.

Если вы хотите предотвратить проблемы с влажностью и влажностью, очень полезно учитывать точку росы.

Например, если точка росы на открытом воздухе выше точки росы в помещении, необходимо удалить водяной пар из вентиляционного воздуха. А если точка росы наружного воздуха ниже целевой в помещении, вам придется добавлять водяной пар в вентиляционный воздух. Легкий.

Другой пример: летом, если система охлаждения охлаждает воздуховоды, воздухораспределители или близлежащие стены и потолки ниже точки росы в помещении, на этих прохладных поверхностях может образовываться конденсат. В зимнее время, если наружный воздух охлаждает наружные стены ниже точки росы в помещении, вы можете ожидать некоторого конденсата внутри этих холодных стен, потому что влажность внутри помещения мигрирует наружу.

Кроме того, температурный комфорт человека определяется разницей между точкой росы в насыщенном воздухе на поверхности кожи и точкой росы в окружающем воздухе. Большая разница означает большую сушку.

Это хорошо летом, когда нужно отводить тепло, и плохо зимой, когда нужно сохранить тепло тела и не допустить пересыхания глаз. В любом случае, если вы знаете точку росы в помещении, вы много знаете о потенциальном комфорте и дискомфорте в любое время года.

Для подавляющего большинства зданий практически во всех климатических условиях поддержание точки росы на уровне от 30 до 40 F в отопительный сезон и ниже 55 F в сезон охлаждения обеспечивает разумный компромисс между конкурирующими интересами энергии, комфорта и строительства. долговечность.

Еще одна полезная функция управления по точке росы заключается в том, что это проще, чем управление по относительной влажности. Изменения температуры по сухому термометру в помещении означают, что относительная влажность (rh) широко варьируется по всему зданию, что заставляет систему «охотиться» за достижением контроля в пределах определенного диапазона относительной влажности.

Напротив, когда сигнал температуры/относительной влажности преобразуется в точку росы и используется в качестве контрольного значения, система не будет колебаться вверх и вниз по мере изменения ощутимых нагрузок в помещении. Абсолютная влажность будет оставаться почти постоянной, поэтому система в целом не будет такой дерганой.

Как это делается

Чтобы контролировать влажность, найдите осушающие нагрузки и удалите их как можно ближе к источнику. Таким образом, большие нагрузки не нарушат стабильность влажности в остальной части здания.

Рис. 1. Вентиляционный воздух создает наибольшую нагрузку по осушению в большинстве зданий. Источник всех изображений: ASHRAE Humidity Control Design Guide

Почти во всех коммерческих и административных зданиях наибольшая нагрузка — это избыточная влажность, поступающая в здание с вентиляцией и подпиточным воздухом, как показано на рис. 1. Устраните эту нагрузку путем сушки. входящий воздух, прежде чем он попадет в остальную часть системы. Такой подход обеспечивает очень стабильную влажность в помещении.6

То же самое касается увлажняемых зданий в зимний период. Самым большим дефицитом влажности будет сухость вентиляционного и подпиточного воздуха. Таким образом, добавление влажности в этом месте снова имеет большое значение для стабилизации влажности во всем здании.

На рисунках 2 и 3 показано, как это делается. Отдельный блок выполняет предварительную подготовку и дозирование вентиляционного и подпиточного воздуха в здание. Затем другая система обеспечивает отопление и охлаждение, необходимые для компенсации нагрузок, возникающих внутри здания в каждой зоне.

В последние годы такие устройства для осушения вентиляционного воздуха стали известны как специальные системы наружного воздуха или устройства DOAS. В дополнение к своей основной функции по удалению избыточной влажности блоки DOAS часто включают функции рекуперации энергии и измерение и контроль переменного объема наружного воздуха. Это снижает годовое потребление энергии и позволяет избежать недостаточной или чрезмерной вентиляции здания. Плохая вентиляция является очень распространенной проблемой в зданиях, когда вентиляция и добавочный воздух подаются через множество отверстий, а не через одну или две специальные системы наружного воздуха. 7

Рис. 2. Глубокая сушка вентиляционного воздуха позволяет контролировать точку росы в помещении.

Кто это делает и почему

В 2002 году в Руководстве по проектированию ASHRAE для контроля влажности в коммерческих и административных зданиях рекомендуется контроль точки росы вместо контроля относительной влажности для зданий, кроме музеев. Кроме того, чтобы избежать недооценки осушающей нагрузки, в Руководстве по проектированию также рекомендуется, чтобы расчеты вентиляционной нагрузки производились по точке росы на открытом воздухе 0,4%, а не по температуре сухого термометра 0,4%.8 Эта рекомендация теперь более четко закреплена в стандарте ASHRAE 62.1— Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении, а также в главах с информацией о климатическом проектировании 2001, 2005 и 2009 гг.издания ASHRAE Handbook — Fundamentals.

В апреле 2003 г. Служба общественных зданий Управления общих служб США изменила механические требования своих Стандартов для помещений P-100, включив в них специальные системы наружного воздуха. специальные блоки — до точки росы 50 F в любое время, когда точка росы наружного воздуха выше этого уровня, даже если в здании мало людей. Учитывая требования к вентиляционному воздуху офисных зданий, такой уровень сухости вентиляционного воздуха будет поддерживать точку росы в здании в целом на уровне 55 F или ниже.

Рис. 3. Специализированные системы наружного воздуха (DOAS) могут обеспечить более надежный контроль как точки росы, так и количества вентиляционного воздуха в каждом помещении.

В 2008 г. в Руководстве ASHRAE по зданиям в жарком и влажном климате точка росы в помещении 55 F была описана как разумный максимум для зданий с механическим охлаждением, чтобы избежать проблем с плесенью и влажностью без чрезмерных затрат на энергию.10

В 2009 г. , Агентство по охране окружающей среды США приняло максимальную точку росы в помещении 55 F в своих новых рекомендациях для проектировщиков зданий, подрядчиков и специалистов по техническому обслуживанию под названием Контроль влажности в общественных и коммерческих зданиях. 11

Наконец, в конце 2009 г. требования ВВС США по снижению риска образования плесени также включают в себя как специальные блоки для осушения наружной вентиляции, так и максимальную точку росы внутри помещений для зданий с механическим охлаждением.12

Все эти рекомендации по точке росы взяты из постоянная забота о том, чтобы избежать проблем с качеством воздуха в помещении и повреждения влагой, сохраняя при этом затраты энергии, связанные с вентиляционным воздухом, на абсолютном минимуме. Сосредоточение внимания на точке росы в помещении помогает как проектировщикам, так и владельцам зданий сбалансировать и настроить вопросы энергопотребления и комфорта, избегая при этом путаницы, порождаемой традиционным акцентом на относительной влажности.

Надежный подход

Принимая во внимание точку росы, все эти рекомендации по существу возвращаются к подходу, открытому Уиллисом Кэрриером в 1902 году. Когда он был молодым инженером всего 18 месяцев после окончания Корнельского университета, его попросили контролировать влажность для Компания Sackett-Williams Lithographing Co. в Бруклине, штат Нью-Йорк,

Компания Carrier быстро решила, что способом контроля влажности в помещении является контроль точки росы поступающего вентиляционного и подпиточного воздуха. Это то, что он сделал для этого проекта, который, по мнению многих, помог ускорить более широкое внедрение технологии механического охлаждения для кондиционирования воздуха в зданиях в Соединенных Штатах.

Интересно, что уровень контроля влажности в помещении, выбранный для этого проекта, был точкой росы 53 F — мало чем отличается от того, к чему вернулись публикации ASHRAE, Федеральной службы общественных зданий и Агентства по охране окружающей среды столетие спустя. Обстоятельства и конкретные проблемы изменились совсем немного за 100 лет. Но, по-видимому, осушение вентиляционного воздуха и поддержание точки росы в помещении ниже 55 F остается хорошей идеей.