1. Ограничение минимальной температуры на внутренней поверхности наружной стены, недопущение конденсации влаги на ее внутренней поверхности

При разности температур воздуха внутри и снаружи здания происходит теплопередача через наружные конструкции, при этом перемещение тепла происходит в направлении более низкой температуры. Теряемое при этом зданием тепло возмещается теплом, подаваемым различными системами отопления.

Каждый строительный материал обладает способностью в той или иной степени проводить тепловой поток сквозь себя. Она выражается коэффициентом теплопроводности, определяемым в лабораторных условиях. Обозначение: λ, Вт/ (м·⁰С). В приложении Т СП50 приведены теплотехнические характеристики большинства известных строительных материалов. Чем меньше числовое значение данного показателя у материала, тем хуже он проводит тепло и тем лучше себя проявляет в качестве утеплителя.  

В общем случае значение коэффициента теплопроводности прямо пропорционально плотности материала, поскольку основным теплоизолятором является замкнутый в его толще воздух. Для сравнения:

Главной теплотехнической характеристикой наружной стены является её приведенное сопротивление теплопередаче. Данный показатель рассчитывается согласно раздела 5 и приложения Е СП50. Суть расчета состоит в следующем: на основании информации о расчетных температурах наружного и внутреннего воздуха, а также о строительных материалах, из которых состоит стена, определяются потери теплоты через однородный фрагмент конструкции, через линейные теплопроводные включения и через точечные неоднородности.

Линейные и точечные неоднородности - это так называемые «мостики холода», элементы ограждающей конструкции, пропускающие больший тепловой поток, чем однородная стена. К линейным неоднородностям относят: тычковые ряды кирпича, перевязку кладки стальной сеткой, оконные и дверные откосы, надоконные перемычки, наружные углы здания и пр. К точечным: закладные элементы крепления наружной кирпичной кладки к монолитной ж/б стене, дюбели для крепления утеплителя и пр.

Количество теплопроводных включений зависит от планировок конкретного объекта, размеров оконных проемов, конструкции стен, перекрытий и покрытий. В среднем на оконные откосы приходится 14-25% общего теплового потока через стену, на конструктивные элементы перевязки наружных стен – 15-18%. В общем случае величина потерь тепла через мостики холода в трехслойной конструкции «несущий слой – утеплитель – облицовочный кирпич» лежит в пределах 30-40%. В случае применения наружного утепления – 20-25%.

Пример: для приведенной выше железобетонной стены многоэтажного жилого дома (Рис.1,2) приведенное сопротивление теплопередаче равно:

R_о^пр =1/(0,405+0,092+0,104)=1/0,601=1,664 м²°С/Вт,

где: 0,405 Вт/(м²°С) – удельный тепловой поток через однородные участки стены;

        0,092 Вт/(м²°С) - удельный тепловой поток через линейные неоднородности;

        0,104 Вт/(м²°С) - удельный тепловой поток через точечные неоднородности.

В данном доме в железобетонных стенах оконных проемов мало, поэтому потери тепла через точечные элементы наружной кладки к ж/б стене превысили потери через оконные откосы.

Далее на основании полученных данных после определения площади исследуемой конструкции, длин и количества теплопроводных включений определяется её приведенное сопротивление теплопередаче. Оно должно быть не ниже, чем требуемое сопротивление теплопередаче, которое, в свою очередь, определяется согласно п. 5.2 СП50 и зависит от климатических условий места расположения исследуемого здания.

Для примера рассмотрим несколько вариантов конструкции наружной стены, рассчитав сопротивление теплопередаче по упрощенной методике, приведенной в п.9.1 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» (далее – СП 23-101-2004). Не имея конкретного количества и вида теплопроводных включений, примем среднее значение коэффициента теплотехнической неоднородности 0,65 для 3-х слойных стен с наружным слоем из облицовочного кирпича и 0,80 для стен с наружным утеплением.

Σ R_s = 0,02/0,76+0,2/0,52+0,12/0,52=0,642 м^2оС/Вт;

R_о,1^усл = (1/8,7 +0,642+1/23)= (0,115+0,642+0,043)= 0,8м^2оС/Вт;

С учетом мостиков холода:

R_о^пр =0,65*0,8=0,52 м^2оС/Вт;

R_о^норм=2,288 (г. Краснодар)

2,288/0,52=4,4= > ниже нормы в 4,4 раза.

Σ R_s = 0,02/0,76+0,2/0,52+0,05/0,038+0,12/0,52=1,958 м^2оС/Вт;

R_о,1^усл = (1/8,7 +1,958+1/23)= (0,115+1,958+0,043)= 2,116м^2оС/Вт;

С учетом мостиков холода:

R_о^пр =0,65*2,116=1,375 м^2оС/Вт;

R_о^норм=2,288  (г. Краснодар)

2,288/1,375=1,6= > ниже нормы в 1,6 раза.

Σ R_s = 0,02/0,76+0,2/0,52+0,1/0,038+0,01/1,2=3,051 м^2оС/Вт;

R_о,1^усл = (1/8,7 +3,051+1/23)= (0,115+3,051+0,043)= 3,209м^2оС/Вт;

С учетом мостиков холода:

R_о^пр =0,80*3,209=2,567 м^2оС/Вт;

R_о^норм=2,288  (г. Краснодар)

2,567/2,288=1,1= > выше нормы в 1,1 раза.

Тут следует отметить, что п. 5.2 СП50 допускает снижение значения R_о^норм максимум в 0,63 раза, однако это возможно только после проведения полного теплотехнического расчета здания в случае выполнения комплексных требований тепловой защиты (удельная теплозащитная характеристика здания, удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания) с большим запасом.

Величина сопротивления теплопередаче наружной стены прямо связана с температурой на её внутренней поверхности в холодный период.

Расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин, указанных в таблице 5 СП50. Для наружных стен жилых помещений допустимый перепад составляет 4,0°С. Следовательно, допустимая температура внутренней поверхности участка наружной стены без теплопроводных включений равна: 20-4=16°С.

Согласно п.5.7 СП50, температура внутренней поверхности ограждающей конструкции в зоне теплопроводных включений, в углах и оконных откосах, а также зенитных фонарей должна быть не ниже температуры точки росы (+10,4°С) внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года.

Расчетная температура внутреннего воздуха в жилом помещении составляет +20°С.

Расчетная относительная влажность – 55%.

Значение точки росы для этих условий равно +10,4°С.

Точка Росы — это максимальная температура поверхности, на которую выпадает конденсат. Чем ниже влажность, тем точка росы ниже фактической температуры.
Чем выше влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре.
Если относительная влажность составляет 100 %, то точка росы совпадает с фактической температурой. Проще говоря, если предмет, находящийся в помещении с температурой воздуха +20°С и относительной влажностью 55%, охладить до температуры +10,4°С, на нем начнет конденсироваться водяной пар в виде капель.

2. Теплоустойчивость наружной стены в теплый период года

В районах со среднемесячной температурой июля 21 °С и выше расчетная амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций (наружных стен и перекрытий/покрытий) А_τ, °С,  зданий жилых, больничных учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, и других зданий согласно п. 6.1 СП50, в которых в теплый период года необходимо поддерживать постоянными температуру и относительную влажность воздуха, не должна быть более нормируемой амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции.

Отношение амплитуды колебания теплового потока на поверхности материала к амплитуде колебаний его температуры называется коэффициентом теплоусвоения материала, определяемым в лабораторных условиях. Обозначение: s, Вт/ (м²·⁰С). В приложении Т СП50 приведены теплотехнические характеристики большинства известных строительных материалов. Чем меньше числовое значение данного показателя у материала, тем быстрее он нагревается / охлаждается под воздействием внешних факторов.

В общем случае значение коэффициента теплоусвоения прямо пропорционально плотности материала, чем она выше, тем дольше материал нагревается и остывает.

Методика расчета представлена в разделе 6 СП50. Проверять на соответствие нормам следует в первую очередь конструкции, состоящие в основном из утеплителя (чердачные покрытия, стены из сэндвич-панелей и пр.) Традиционные конструкции наружных стен малоэтажных зданий соответствуют требованиям теплоустойчивости.

3. Воздухопроницаемость наружной стены

Сопротивление воздухопроницанию наружных стен должно быть не менее нормируемых значений. Методика расчета представлена в разделе 7 СП50, разделе 12 СП 23-101-2004. Как и в предыдущем разделе, традиционные конструкции наружных стен малоэтажных зданий соответствуют требованиям воздухопроницаемости при наличии наружного / внутреннего штукатурного слоя.

4. Влажностное состояние ограждающих конструкций

СП50 устанавливает требования исключить чрезмерное намокание стены, поскольку при увлажнении все материалы теряют свои теплозащитные свойства. Допустимые пределы увлажнения для каждого материалы определены лабораторно и приведены в таблице 10 СП50.

В процессе эксплуатации помещения в нем образуется водяной пар. Один взрослый человек в спокойном состоянии выделяет 1,1кг пара/сутки (1,1л воды), при интенсивной работе – 1,92-3,12кг/сут. Открытое горение газа в кухонной плите – 1,1кг пара/1м³ газа. А так же приготовление пищи, влажная уборка и другие источники.

 Зимой в период с отрицательными температурами происходит движение пара из помещения наружу через ограждающие конструкции из-за разности парциальных давлений пара для температур внутреннего и наружного воздуха.

Нормируются 2 условия:

1. недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации. Средний за год поток влаги, поступающий в ограждающую конструкцию через внутреннюю поверхность, должен быть не больше, чем поток влаги, удаляемой с наружной поверхности.

2. ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха. Суть второго условия – не допустить намокания теплоизоляционного слоя в холодный период настолько, что он перестанет выполнять свои теплозащитные функции.

Методика расчета приведена в разделе 8 СП50, в приложении Э СП 23-101-2004. Для определения плоскости увлажнения исследуемая конструкция разбивается на слои, соответствующие разным строительным материалам. Определяются температуры на границах слоев, фактическое и максимальное (при 100% влажности) давление пара в этих точках. В месте, где фактическое парциальное давление водяного пара равно или превышает максимальное, будет образовываться конденсат.

Для соблюдения 1-го условия утеплитель и отделочный слой должны обладать достаточной паропроницаемостью.

При применении паронепроницаемого утеплителя наблюдается повышенная влажность материала внутреннего слоя стены на границе с утеплителем в сравнении с влажностью внутреннего воздуха. Чем ниже плотность и выше паропроницаемость материала (μ, мг/(м·ч·Па) – табличное значение в приложении Т СП50), тем влажность выше. Для предотвращения этого явления требуется устройство пароизоляционного слоя на внутренней поверхности стены. В противном случае влажность конструкции будет медленно нарастать, особенно в наружных углах, заставленных мебелью, за коврами, - там, где не циркулирует свежий воздух при проветривании, а температура воздуха ниже, чем в остальном помещении за счет затрудненного воздухообмена. Для удаления избыточной влаги в таких зданиях может потребоваться устройство круглогодичной механической приточно-вытяжной вентиляции всех помещений.

Во 2-м условии решающее значение имеет допустимый процент влажности конкретного материала утеплителя, при котором он не утрачивает теплозащитные свойства (таблица 10 СП50).

Чем севернее находится проектируемый объект, тем серьезнее следует подходить к вопросу влажностного режима наружных ограждений. Решения, допустимые в южных регионах за счет непродолжительного зимнего периода влагонакопления, при применении в Московской области могут привести к нежелательным трудноисправимым последствиям. Вариантов конструкции наружных стен довольно много, каждый необходимо проверять в соответствии с климатическими условиями заданного региона.