Точка росы в строительстве — очень важное понятие: от него зависит состояние и долговечность ограждающих конструкций.
Обывателя, далекого от темы проектирования и строительства зданий, этот вопрос вряд ли заинтересует.
Иное дело, если он собрался утеплять свое жилище. Тут знания о точке росы необходимы.
Определение понятия
Точкой росы называют температуру, при которой начинается конденсация пара в воздухе. Суть данного явления состоит в следующем, воздух может вобрать в себя ограниченное количество пара. Это количество зависит от температуры воздуха.
Наглядное объяснение, что такое точка росы
К примеру, при температуре t = +220С оно составляет 19,252 г/м3, а при нулевой — всего 4,868 г/ м3. Избыток пара конденсируется — превращается в капли воды. Если максимально насыщенный паром воздух с температурой +220С охладить до 00С, в каждом кубометре образуется 19,252 – 4,868 = 14,384 г воды. Именно так на траве образуется роса — отсюда и происходит данный термин.
Конкретное значение точки росы (tr) зависит от количества пара в воздухе — его называют абсолютной влажностью. Например, абсолютная влажность воздуха составляет 10,6 г/м3. Эта величина является максимальной для воздуха с температурой +120С. Следовательно, она является точкой росы: при охлаждении ниже нее, количество пара окажется избыточным, и часть его сконденсируется.
Обычно оперируют не абсолютной, а относительной влажностью, поскольку это более информативный показатель: от него зависит, насколько комфортно чувствуют себя люди и животные, а также состояние деревянных изделий, бумаги, картинных полотен и пр.
Относительная влажность показывает, какую долю составляет текущее количество пара относительно максимально возможного. Например, если в воздухе при t = +220C содержится 9,626 г/ м3пара, то относительная влажность составляет 50%, то есть половину от максимально возможного.
Именно относительную влажность отображают специальные приборы — гигрометры. Чтобы определить на ее основании tr, следует знать температуру воздуха.
К примеру, на приборах имеются показания:
- термометр: +220С,
- гигрометр: 59%.
Определяется абсолютная влажность: 0,59 * 19,252 = 11,276 г/ м3. Это количество — предельное для воздуха с t = 130С, следовательно, эта температура является точкой росы.
При иных показаниях гигрометра изменится и точка росы:
- 80% (плохо работает вентиляция, например, из-за установки металлопластиковых окон либо в помещении произрастает множество растений). Абсолютная влажность: 0,8 * 19,252 = 15,4 г/ м3, tr — приблизительно +180С.
- 30% (такой сухой воздух наблюдается зимой в отапливаемом помещении при отсутствии источников испарения влаги). Абсолютная влажность: 0,3 * 19,252 = 5,78 г/ м3, tr — чуть больше +20С.
Точка росы тем больше, чем выше относительная влажность. Вот почему при появлении капель воды на трубах в санузле следует озаботиться состоянием вентиляционных каналов или установить приточные клапаны в металлопластиковые окна.
Расположение
Для инженера-строителя значение имеет не столько величина точки росы, сколько ее положение внутри строительной конструкции. Дело в том, что все строительные материалы — кирпич, бетон, а особенно пористый газобетон — в той или иной мере пропускают пар, то есть являются паропроницаемыми. То, насколько легко пар проникает в материал, характеризуется коэффициентом паропроницаемости.
Зимой воздух внутри помещения и на улице может иметь одинаковую относительную влажность, но при этом наружный будет содержать меньше пара из-за своей низкой температуры.
В силу такой разницы пар изнутри помещения диффундирует сквозь ограждающие конструкции под действием так называемого парциального давления. По мере проникновения в толщу стены, воздух с паром достигает плоскости где температура соответствует его точке росы, и здесь пар конденсируется.
Чем дальше находится эта плоскость от помещения, тем минимальное количество пара ее достигнет и, соответственно, меньше образуется влаги.
Влага представляет собой негативный фактор:
- уменьшает термическое сопротивление конструкции (вода обладает высокой теплопроводностью) стена промерзает,
- способствует развитию плесени и прочих грибков (при появлении на поверхности или в наружном слое),
- при замерзании разрушает материал (лед увеличивается в объеме).
Почему нельзя просто обшить стены изнутри пароизоляцией, чтобы не мучиться вопросом местоположения точки росы? Вообще можно, и в странах Западной Европы так и делают.
Поскольку воздух с паром в стену не поступает, то и конденсироваться нечему. Но тогда больше пара придется удалять вентиляционной системе, а для этого нужно увеличивать ее производительность, то есть кратность воздухообмена.
При наличии пароизоляции (евростандарт DIN) она составляет 2 объема помещения в час, тогда как с паропроницаемыми стенами (отечественный стандарт) — только 1 объем.
А такое возрастание кратности, в свою очередь увеличивает в 2,25 раза теплопотери от работы вентиляции, значит и затраты на отопление будут выше. Таким образом, «дышащие» стены (так в обиходе называют паропроницаемые конструкции) способствуют энергосбережению.
Паропроницаемость — условное понятие. На деле материалы пропускают не пар как таковой, а содержащий его воздух. То есть данное свойство правильнее было бы назвать воздухопроницаемостью.
В неутепленной стене
Для примера берется кирпичная стена толщиной в 1,5 кирпича, то есть со штукатуркой — около 40 см (S = 40).
Условия следующие:
- температура внутри помещения: t1 = +220C,
- температура снаружи: t2 = -100C,
- относительная влажность в помещении: 50% (эту величину обычно принимают в расчетах как усредненную, поскольку комфортной считается относительная влажность от 40 до 60%).
Упрощения ради считается, что температура внутри стены меняется по линейному закону. Тогда ее градиент (изменение на каждый см толщины) составит: G = (t1 – t2) / S = (22 – (-10)) / 40 = 0,80С/см. Абсолютная влажность воздуха составляет: 0,5 * 19,252 = 9,626 г/м3.
Такое содержание влаги максимально для воздуха с температурой около +10,50С, то есть она является точкой росы: tr = +10.50C. Расстояние от внутренней поверхности стены до плоскости с температурой tr определяют по формуле: L1 = (t1 tr) / G = (22 – 10.5) / 0.8 = 14,4 см.
Расчет значительно упрощен и носит чисто показательный характер, поскольку сделаны два грубых допущения, когда температура:
- в теле стены меняется по линейному закону,
- ее внутренней поверхности — равна температуре воздуха.
В утепленной снаружи стене
Предлагается утеплить рассматриваемую кирпичную стену минеральной ватой толщиной 10 см (Sm = 10).
Для расчета распределения температур в многослойной конструкции необходимо знать термическое сопротивление каждого слоя:
- по таблицам определяем коэффициенты теплопроводности кирпича и минваты: Ск = 0,7 Вт/м*0С, См = 0,04 Вт/м*0С,
- определяем термическое сопротивление каждого слоя: Rк = S / Ск = 0,4 / 0,7 = 0,57 м3 * С / Вт. Rм = Sm / См = 0,1 / 0,04 = 2,5 кв. м*0С /Вт.
Толщина слоев взята в метрах. Разница температур между внутренней и наружной поверхностями стены составит: dTк = ((t1 – t2) * Rк) / (Rк + Rм) = ((22 – (-10)) * 0,57) / (0,57 + 2,5) = 5,94 ~ 60С.
Следовательно, температура наружной поверхности стены составит: 22 – 6 = 160С. Tr окажется вне стены — в толще утеплителя. Пар сюда проникает в минимальных количествах и его конденсация не окажет существенного влияния на термическое сопротивление минваты.
Кирпич снаружи следует утеплять именно минватой — пенопласт не подходит. Действует правило: паропроницаемость слоев в многослойных конструкциях в направлении изнутри (от помещения) наружу должна увеличиваться. Коэффициент паропроницаемости силикатного кирпича составляет 0,11 мг/м*ч*Па, минваты — 0,37 мг/м*ч*Па (при плотности 25–50 кг/м3), так что условие соблюдается.
Если же утеплить пенопластом, у которого коэффициент паропроницаемости составляет 0,05 мг/м*ч*Па (у экструдированного — 0,005 мг/м*ч*Па), на границе между двумя материалами пар будет накапливаться и конденсироваться.
В итоге стена под пенопластом будет «потеть», что в результате многократных циклов замораживания-оттаивания приведет к разрушению кирпича.
В утепленной изнутри стене
Согласно правилу о возрастании паропроницаемости слоев, изнутри кирпичную стену следует утеплять пенопластом. Его коэффициент теплопроводности составляет 0,036 Вт/м*0С, для упрощения расчета принимается Сп = 0,04 Вт/м*0С. Толщина утеплителя — 10 см.
Поскольку исходные данные те же, что и в предыдущем варианте, такими же окажутся и перепады температур на поверхностях слоев: на пенопласте — 260С (от +22 до -40С), на стене — 60С (от -4 до -100С). Таким образом, точка росы (tr = +10,50С) располагается в полости утеплителя и конденсат, даже несмотря на низкую паропроницаемость пенопласта, образуется прямо на внутренней поверхности стены.
Точка росы при разных вариантах утепления и без него
Это приведет к развитию грибка и сокращению срока службы ограждающей конструкции: отгороженная от теплого помещения утеплителем, она будет промерзать и имеющаяся в порах влага, кристаллизуясь, вызовет микроразрушения.
Есть и другие причины, делающие наружное утепление нежелательным:
- промерзают простенки, примыкающие к наружной стене. Из-за этого на них также конденсируется влага с последующим отслоением облицовки, появлением плесени и затхлого запаха,
- уменьшается полезное пространство внутри помещения.
Расчет
В реальности распределение температур отличается от описанного выше, потому правильная методика расчета намного сложнее.
Для обывателя более удобен практический метод определения точки росы, для которого понадобятся:
- бесконтактный термометр (пирометр),
- обычный бытовой термометр,
- гигрометр (измеритель относительной влажности).
Метод состоит в следующем:
- гигрометр и бытовой термометр располагают на высоте 50-60 см над полом (проконтролировать рулеткой),
- опираясь на снятые показания, по таблицам определяют абсолютную влажность и точку росы (tr),
- пирометром определяют температуру t поверхности стены на том же уровне в нескольких точках.
Если t близка к tr (менее 40С), это свидетельствует о высокой вероятности конденсатообразования на поверхности стены. Рекомендуется утеплить ее снаружи подходящим по паропроницаемости теплоизолятором.
Видео по теме
Как рассчитать точку росы:
Как пар влага безобидна, а в виде жидкости — наносит сокрушительный удар по строительным конструкциям. Поэтому при утеплении здания очень важно учитывать положение точки росы, количество отходящего пара и прочие нюансы.
В интернете можно найти онлайн-калькуляторы, производящие расчет автоматически по введенным данным о толщине слоев и микроклимате внутри дома. Но лучше для надежности заручиться поддержкой специалиста.