Паропроницаемость строительных материалов. Паропроницаемость стен – избавляемся от вымыслов Расчетный коэффициент паропроницаемости материала

В последнее время все большее применение в строительстве находят разнообразные системы наружного утепления: "мокрого" типа; вентилируемые фасады; модифированная колодезная кладка и т.д. Всех их объединяет то, что это многослойные ограждающие конструкции. А для многослойных конструкций вопросы паропроницаемости слоев, переноса влаги, количественной оценки выпадающего конденсата являются вопросами первостепенной важности.

Как показывает практика, к сожалению, что этим вопросам как проектировщики, так и архитекторы не уделяют должного внимания.

Мы уже отмечали, что российский строительный рынок перенасыщен импортными материалами. Да, безусловно, законы строительной физики одни и те же, и действуют одинаково, например, как в России, так и в Германии, но методики подхода и нормативная база, очень часто, весьма различны.

Поясним это на примере паропроницаемости. DIN 52615 вводит понятие паропроницаемости через коэффициент паропроницаемости μ и воздушный эквивалентный промежуток s d .

Если сравнить паропроницаемость слоя воздуха толщиной 1 м с паропроницаемостью слоя материала той же толщины, то получим коэффициент паропроницаемости

μ DIN (безразмерный) = паропроницаемость воздуха/паропроницаемость материала

Сравните, понятие коэффициента паропроницаемости μ СНиП в России вводится через СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника", имеет размерность мг / (м * ч * Па) и характеризует то количество водяного пара в мг, которое проходит через один метр толщины конкретного материала за один час при разности давлений в 1 Па.

Каждый слой материала в конструкции имеет свою конечную толщину d , м. Очевидно, что количество водяного пара, прошедшего через этот слой будет тем меньше, чем больше его толщина. Если перемножить μ DIN и d , то и получим, так называемый, воздушный эквивалентный промежуток или диффузно-эквивалентную толщину слоя воздуха s d

s d = μ DIN * d [м]

Таким образом, по DIN 52615, s d характеризует толщину слоя воздуха [м], которая обладает равной паропроницаемостью со слоем конкретного материала толщиной d [м] и коэффициентом паропроницаемости μ DIN . Сопротивление паропроницанию 1/Δ определяется как

1/Δ= μ DIN * d / δ в [(м² * ч * Па) / мг],

где δ в - коэффициент паропроницаемости воздуха.

СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника" определяет сопротивление паропроницанию R П как

R П = δ / μ СНиП [(м² * ч * Па) / мг],

где δ - толщина слоя, м.

Сравните, по DIN и СНиП сопротивления паропроницаемости, соответственно, 1/Δ и R П имеют одну и ту же размерность.

Мы не сомневаемся, что нашему читателю уже понятно, что вопрос увязки количественных показателей коэффициента паропроницаемости по DIN и СНиП лежит в определении паропроницаемости воздуха δ в .

По DIN 52615 паропроницаемость воздуха определяется как

δ в =0,083 / (R 0 * T) * (p 0 / P) * (T / 273) 1,81 ,

где R 0 - газовая постоянная водяного пара, равная 462 Н*м/(кг*К);

T - температура внутри помещения, К;

p 0 - среднее давление воздуха внутри помещения, гПа;

P - атмосферное давление при нормальном состоянии, равное 1013,25 гПа.

Не вдаваясь глубоко в теорию, отметим, что величина δ в в незначительной степени зависит от температуры и может с достаточной точностью при практических расчетах рассматриваться как константа, равная 0,625 мг/(м*ч*Па) .

Тогда, в том случае, если известна паропроницаемость μ DIN легко перейти к μ СНиП , т.е. μ СНиП = 0,625/ μ DIN

Выше мы уже отмечали важность вопроса паропроницаемости для многослойных конструкций. Не менее важным, с точки зрения строительной физики, является вопрос последовательности слоев, в частности, положение утеплителя.

Если рассматривать вероятность распределения температур t , давления насыщенного пара Рн и давления ненасыщенного (реального) пара Pp через толщу ограждающей конструкции, то с точки зрения процесса диффузии водяного пара наиболее предпочтительна такая последовательность расположения слоев, при которой сопротивление теплопередаче уменьшается, а сопротивление паропроницанию возрастает снаружи внутрь.

Нарушение этого условия, даже без расчета, свидетельствует о возможности выпадения конденсата в сечении ограждающей конструкции (рис. П1).

Рис. П1

Отметим, что расположение слоев из различных материалов не влияет на величину общего термического сопротивления, однако, диффузия водяного пара, возможность и место выпадения конденсата предопределяют расположение утеплителя на внешней поверхности несущей стены.

Расчет сопротивления паропроницаемости и проверку возможности выпадения конденсата необходимо вести по СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника".

В последнее время пришлось столкнуться с тем, что нашим проектировщикам предоставляются расчеты, выполненные по зарубежным компьютерным методикам. Выскажем свою точку зрения.

· Такие расчеты, очевидно, не имеют юридической силы.

· Методики рассчитаны на более высокие зимние температуры. Так, немецкая методика "Bautherm" уже не работает при температурах ниже -20 °С.

· Многие важные характеристики в качестве начальных условий не увязаны с нашей нормативной базой. Так, коэффициент теплопроводности для утеплителей дается в сухом состоянии, а по СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника" должен браться в условиях сорбционной влажности для зон эксплуатации А и Б.

· Баланс набора и отдачи влаги рассчитывается для совершенно других климатических условий.

Очевидно, что количество зимних месяцев с отрицательными температурами для Германии и, скажем, для Сибири совершенно не совпадают.

В процессе стройки любой материал в первую очередь должен оцениваться по его эксплуатационно-техническим характеристикам. Решая задачу построить “дышащий” дом, что наиболее свойственно строениям из кирпича или дерева, или наоборот добиться максимальной сопротивляемости паропроницанию, необходимо знать и уметь оперировать табличными константами для получения расчетных показателей паропроницаемости строительных материалов.

Что такое паропроницаемость материалов

Паропроницаемость материалов – способность пропускать или задерживать водяной пар в результате разности парциального давления водяного пара на обеих сторонах материала при одинаковом атмосферном давлении. Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости или сопротивлением паропроницаемости и нормируется СНиПом II-3-79 (1998) "Строительная теплотехника", а именно главой 6 "Сопротивление паропроницанию ограждающих конструкций"

Таблица паропроницаемости строительных материалов

Таблица паропроницаемости представлена в СНиПе II-3-79 (1998) "Строительная теплотехника", приложении 3 "Теплотехнические показатели строительных материалов конструкций". Показатели паропроницаемости и теплопроводности наиболее распространенных материалов, используемых для строительства и утепления зданий представлены далее в таблице.

Таблица паропроницаемости строительных материалов

Паропроницаемость стен – избавляемся от вымыслов.

В данной статье мы постараемся дать ответ на следующие частые вопросы: что такое паропроницаемость и нужна ли пароизоляция при строительстве стен дома из пеноблоков или кирпича. Вот только несколько типичных вопросов, которые задают наши клиенты:

« Среди множества различных ответов на форумах прочитал я о возможности заполнения зазора между кладкой из поризованной керамики и облицовочным керамическим кирпичом обычным кладочным раствором. Не противоречит ли это правилу уменьшения паропроницаемости слоёв от внутренних к наружным, ведь паропроницаемость цементно-песчаного раствора более чем в 1,5 раза ниже, чем у керамики ? »

Или вот еще: « Здравствуйте. Имеется дом из газобетонных блоков, хотелось бы если не облицевать весь, то хотя бы украсить дом клинкерной плиткой, но в некоторых источниках пишут что нельзя прямо на стену - она должна дышать, как быть??? А то вот некоторые дают схему что можно...Вопрос: Как керамическая фасадная клинкерная плитка крепится к пеноблокам ?»

Для правильных ответов на такие вопросы нам необходимо разобраться в понятиях «Паропроницаемость» и «Сопротивление паропереносу».

Итак, паропроницаемость слоя материала - это способность пропускать или задерживать водяной пар в результате разности парциального давления водяного пара при одинаковом атмосферном давлении на обеих сторонах слоя материала, характеризуемая величиной коэффициента паропроницаемости или сопротивлением проницаемости при воздействии водяного пара. Единица измерения µ - расчетный коэффициент паропроницаемости материала слоя ограждающей конструкции мг / (м час Па). Коэффициенты для различных материалов можно посмотреть в таблице в СНИП II-3-79.

Коэффициент сопротивления диффузии водяного пара – это безразмерная величина, показывающая, во сколько раз чистый воздух более проницаем для пара, чем какой-либо материал. Сопротивление же диффузии определяют как произведение коэффициента диффузии материала на его толщину в метрах и имеет размерность в метрах. Сопротивление паропроницанию многослойной ограждающей конструкции, определяют по сумме сопротивлений паропроницанию составляющих ее слоев. Но в пункте 6.4. СНИП II-3-79 указано: «Не требуется определять сопротивление паропроницанию следующих ограждающих конструкций: а) однородных (однослойных) наружных стен помещений с сухим или нормальным режимом; б) двухслойных наружных стен помещений с сухим или нормальным режимом, если внутренний слой стены имеет сопротивление паропроницанию более 1,6 м2 ч Па/мг.». Кроме того, в а в том же СНИПе говорится:

«Сопротивление паропроницанию воздушных прослоек в ограждающих конструкциях следует принимать равным нулю независимо от расположения и толщины этих прослоек».

Так что же получается в случае многослойных конструкций? Для исключения накопления влаги в многослойной стене при движении пара изнутри помещения наружу каждый последующий слой должен обладать большей абсолютной паропроницаемостью, чем предыдущий. Именно абсолютной, т.е. суммарной, подсчитанной с учетом толщины определенного слоя. Поэтому говорить однозначно, что газобетон нельзя, к примеру, облицевать клинкерной плиткой, нельзя. В данном случае значение имеет толщина каждого слоя стеновой конструкции. Чем больше толщина, тем меньше абсолютная паропроницаемость. Чем выше значение произведения µ*d, тем менее паропроницаем соответствующий слой материала. Другими словами, для обеспечения паропроницаемости стеновой конструкции произведение µ*d должно увеличиваться от внешних (наружных) слоёв стены к внутренним.

К примеру, облицевать газосиликатные блоки толщиной 200 мм клинкерной плиткой толщиной 14 мм нельзя. При таком соотношении материалов и их толщин способность пропускать пары у отделочного материала будет на 70% меньше, чем у блоков. Если же толщина несущей стены будет 400 мм, а плитки по прежнему 14 мм, то ситуация будет противоположной и способность пропускать пары у плитки будет на 15% больше, чем у блоков.

Для грамотной оценки правильности устройства стеновой конструкции Вам понадобятся значения коэффициентов сопротивления диффузии µ, которые представлены в нижеследующей таблице:

Если для фасадной отделки используется керамическая плитка, то проблемы с паропроницаемостью не будет при любом разумном сочетании толщин каждого слоя стены. Коэффициент сопротивления диффузии µ у керамической плитки будет в диапазоне 9-12, что на порядок меньше, чем у клинкерной плитки. Для возникновения проблемы с паропроницаемостью стены облицованной керамической плиткой толщиной 20 мм, толщина несущей стены из газосиликатных блоков плотностью D500 должна быть менее 60 мм, что противоречит СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции" п.7.11 таблица №28, который устанавливает минимальную толщину несущей стены 250 мм.

Аналогичным образом решается вопрос о заполнении зазоров между различными слоями кладочных материалов. Для этого достаточно рассмотреть данную конструкцию стены, чтобы определит сопротивление паропереносу каждого слоя, включая и заполненный промежуток. Действительно, в многослойной конструкции стены каждый последующий слой по направлению из помещения на улицу должен быть более паропроницаем, чем предыдущий. Рассчитаем значение сопротивления диффузии водяного пара для каждого слоя стены. Это значение определяется по формуле: произведение толщины слоя d на коэффициент сопротивления диффузии µ. Например, 1-й слой - керамический блок. Для него выбираем значение коэффициента сопротивления диффузии 5, используя таблицу, приведенную выше. Произведение d х µ = 0,38 х 5= 1,9. 2-й слой - обычный кладочный раствор - имеет коэффициент сопротивления диффузии µ = 100. Произведение d х µ =0,01 х 100 = 1. Таким образом, второй слой - обычный кладочный раствор - имеет значение сопротивления диффузии меньше, чем первый, и не является паробарьером.

Учитывая вышесказанное давайте разберем предполагаемые варианты конструкции стен:

1. Несущая стена из KERAKAM Superthermo c облицовкой пустотелым клинкерным кирпичом FELDHAUS KLINKER.

Для упрощения расчетов примем, что произведение коэффициента сопротивления диффузии µ на толщину слоя материала d равно значению М. Тогда, М супертермо=0,38*6=2,28 метра, а М клинкера(пустотелый, формата NF)=0,115*70=8,05 метра. Поэтому при применении клинкерного кирпича необходим вентиляционный зазор:

Паропроницаемость материалов таблица – это строительная норма отечественных и, конечно же, международных стандартов. Вообще, паропроницаемость – это определенная способность матерчатых слоев активно пропускать водяные пары за счет разных результатов давления при однородном атмосферном показателе с двух сторон элемента.

Рассматриваемая способность пропускать, а также задерживать водяные пары характеризуется специальными величинами, носящими название коэффициент сопротивляемости и паропроницаемости.

В момент лучше акцентировать собственное внимание на международные установленные стандарты ISO. Именно они определяют качественную паропроницаемость сухих и влажных элементов.

Большое количество людей являются приверженцами того, что дышащие – это хороший признак. Однако это не так. Дышащие элементы – это те сооружения, которые пропускают как воздух, так и пары. Повышенной паропроницаемостью обладают керамзиты, пенобетоны и деревья. В некоторых случаях кирпичи тоже имеют данные показатели.

Если стена наделена высокой паропроницаемостью, то это не значит, что дышать становится легко. В помещении набирается большое количество влаги, соответственно, появляется низкая стойкость к морозам. Выходя через стены, пары превращаются в обычную воду.

Большинство производителей при расчетах рассматриваемого показателя не учитывают важные факторы, то есть хитрят. По их словам, каждый материал тщательно просушен. Отсыревшие увеличивают тепловую проводимость в пять раз, следовательно, в квартире или ином помещении будет достаточно холодно.

Наиболее страшным моментом является падение ночных температурных режимов, ведущих к смещению точки росы в настенных проемах и дальнейшему замерзанию конденсата. Впоследствии образовавшиеся замерзшие воды начинают активно разрушать поверхности.

Показатели

Паропроницаемость материалов таблица указывает на существующие показатели:

1. , являющаяся энергетическим видом переноса теплоты от сильно нагретых частиц к менее нагретым. Таким образом, осуществляется и появляется равновесие в температурных режимах. При высокой квартирной тепловой проводимости жить можно максимально комфортабельно;
2. Тепловая емкость рассчитывает количество подаваемого и содержащегося тепла. Его в обязательном порядке необходимо подводить к вещественному объему. Именно так рассматривается температурное изменение;
3. Тепловое усвоение является ограждающим конструкционным выравниванием в температурных колебаниях, то есть степень поглощения настенными поверхностями влаги;
4. Тепловая устойчивость — это свойство, ограждающее конструкции от резких тепловых колебательных потоков. Абсолютно вся полноценная комфортабельность в помещении зависит от общих тепловых условий. Тепловая устойчивость и емкость может быть активной в тех случаях, когда слои выполняются из материалов с повышенным тепловым усвоением. Устойчивость обеспечивает нормализованное состояние конструкциям.

Механизмы паропроницаемости

Влага, располагаемая в атмосфере, при пониженном уровне относительной влажности активно транспортируется через имеющиеся поры в строительных компонентах. Они приобретают внешний вид, подобный отдельным молекулам водяного пара.

В тех случаях, когда влажность начинает повышаться, поры в материалах заполняются жидкостями, направляя механизмы работы для скачивания в капиллярные подсосы. Паропроницаемость начинает увеличиваться, понижая коэффициенты сопротивляемости, при повышении в строительном материале влажности.

Для внутренних сооружений в уже оттапливаемых зданиях применяются показатели паропроницаемости сухого типа. В местах, где отопление переменное или же временное используются влажные виды строительных материалов, предназначенные для наружного варианта конструкций.

Паропроницаемость материалов, таблица помогает эффективно сравнить разнообразные типы паропроницаемости.

Оборудование

Для того чтобы корректно определить показатели паропроницаемости, специалисты используют специализированное исследовательское оборудование:

1. Стеклянные чашки или сосуды для исследований;
2. Уникальные средства, необходимые для измерительных толщинных процессов с высоким уровнем точности;
3. Весы аналитического типа с погрешностью взвешивания.

Всем известно, что комфортный температурный режим, и, соответственно, благоприятный микроклимат в доме обеспечивается во многом благодаря качественной теплоизоляции. В последнее время ведется очень много споров о том, какой должна быть идеальная теплоизоляция и какими характеристиками она должна обладать.

Существует ряд свойств теплоизоляции, важность которых не вызывает сомнения: это теплопроводность, прочность и экологичность. Совершенно очевидно, что эффективная теплоизоляция должна обладать низким коэффициентом теплопроводности, быть прочной и долговечной, не содержать веществ, вредных для человека и окружающей среды.

Однако есть одно свойство теплоизоляции, которое вызывает массу вопросов – это паропроницаемость. Должен ли утеплитель пропускать водяной пар? Низкая паропроницаемость – достоинство это или недостаток?

Аргументы «за» и «против»

Сторонники ватных утеплителей уверяют, что высокая паропропускная способность – это несомненный плюс, паропроницаемый утеплитель позволит стенам вашего дома «дышать», что создаст благоприятный микроклимат в помещении даже при отсутствии какой-либо дополнительной системы вентиляции.

Адепты же пеноплэкса и его аналогов заявляют: утеплитель должен работать как термос, а не как дырявый «ватник». В свою защиту они приводят следующие аргументы:

1. Стены – это вовсе не «органы дыхания» дома. Они выполняют совершенно иную функцию – защищают дом от воздействия окружающей среды. Органами дыхания для дома является вентиляционная система, а также, частично, окна и дверные проемы.

Во многих странах Европы приточно-вытяжная вентиляция устанавливается в обязательном порядке в любом жилом помещении и воспринимается такой же нормой, как и централизованная система отопления в нашей стране.

2. Проникновение водяного пара сквозь стены является естественным физическим процессом. Но при этом количество этого проникающего пара в жилом помещении с обычным режимом эксплуатации настолько мало, что его можно не брать в расчет (от 0,2 до 3%* в зависимости от наличия/отсутствия системы вентиляции и её эффективности).

* Погожельски Й.А, Каспэркевич К. Тепловая защита многопанельных домов и экономия энергии, плановая тема NF-34/00, (машинопись), библиотека ITB.

Таким образом, мы видим, что высокая паропроницаемость не может выступать в качестве культивируемого преимущества при выборе теплоизоляционного материала. Теперь попробуем выяснить, может ли данное свойство считаться недостатком?

Чем опасна высокая паропроницаемость утеплителя?

В зимнее время годы, при минусовой температуре за пределами дома, точка росы (условия, при которых водяной пар достигает насыщения и конденсируется) должна находиться в утеплителе (в качестве примера взят экструдированный пенополистирол).

Рис.1 Точка росы в плитах ЭППС в домах с облицовкой по утеплителю

Рис.2 Точка росы в плитах ЭППС в домах каркасного типа

Получается, что если теплоизоляция имеет высокую паропроницаемость, то в ней может скапливаться конденсат. Теперь выясним, чем же опасен конденсат в утеплителе?

Во-первых, при образовании в утеплителе конденсата он становится влажным. Соответственно, снижаются его теплоизоляционные характеристики и, наоборот, увеличивается теплопроводность. Таким образом, утеплитель начинает выполнять противоположную функцию – выводить тепло из помещения.

Известный в области теплофизики эксперт, д.т.н., профессор, К.Ф. Фокин заключает: «Гигиенисты рассматривают воздухопроницаемость ограждений как положительное качество, обеспечивающее естественную вентиляцию помещений. Но с теплотехнической точки зрения воздухопроницаемость ограждений скорее отрицательное качество, так как в зимнее время инфильтрация (движение воздуха изнутри-наружу) вызывает дополнительные потери тепла ограждениями и охлаждение помещений, а эксфильтрация (движение воздуха снаружи-вовнутрь) может неблагоприятно отразиться на влажностном режиме наружных ограждений, способствуя конденсации влаги».

Кроме того в СП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» раздел №8 указано, что воздухопроницаемость ограждающих конструкций для жилых зданий должна быть не более 0,5 кг/(м²∙ч).

Во-вторых , вследствие намокания теплоизолятор утяжеляется. Если мы имеем дело с ватным утеплителем, то он проседает, и образуются мостики холода. К тому же возрастает нагрузка на несущие конструкции. Через несколько циклов: мороз – оттепель такой утеплитель начинает разрушаться. Чтобы защитить влагопроницаемый утеплитель от намокания его прикрывают специальными пленками. Возникает парадокс: утеплитель дышит, но ему требуется защита полиэтиленом, либо специальной мембраной, которая сводит на нет все его «дыхание».

Ни полиэтилен, ни мембрана не пропускают молекулы воды в утеплитель. Из школьного курса физики известно, что молекулы воздуха (азот, кислород, углекислый газ) размером больше, чем молекула воды. Соответственно, воздух также не способен проходить через подобные защитные пленки. В итоге мы получаем помещение с дышащим утеплителем, но покрытое воздухонепроницаемой пленкой – своеобразную теплицу из полиэтилена.