Что такое паропроницаемость
10-02-2013
Главная » Статьи » Что такое паропроницаемость
Паропроницаемость материалов
Все знают что «дышащие» стены - стены с хорошей паропроницаемостью – это как бы хорошо. А почему хорошо, и что это вообще такое, знают далеко не все. Так вот – «дышащим» называют материал, пропускающий не только воздух, но и пар, то есть имеющий паропроницаемость. Дерево, пенобетон, керамзит обладают хорошей паропроницаемостью. Кирпич и бетон тоже обладают меньшей паропроницаемостью, чем те же дерево и керамзит. Пар, выдыхаемый человеком, а также выделяемый при приготовлении пищи, принятии ванной и пр., если нет вытяжки, создаёт повышенную влажность в доме, что визуально можно увидеть в виде конденсата на окнах в холодную погоду или допустим на железных трубах с холодной водой. Считается, что если стена имеет высокую паропроницаемость, то в доме хороший микроклимат и легко дышится.
На самом деле это не совсем так. Даже если стены в доме из «дышащего» материала, 97% пара, удаляется из помещений через вытяжку, и только 3% через стены. К тому же стены, как правило, заклеены виниловыми или флизиленовыми обоями и соответственно не пропускают и этого. А если стены действительно «дышащие», то есть без обоев и прочей пароизоляции, в ветреную погоду из дома выдувает тепло. А ещё они менее долговечны. Чем выше паропроницаемость материала, тем больше он может набрать влаги, и как следствие, у него более низкая морозостойкость. Пар, выходя из дома через стену, в «точке росы» превращается в воду.
При падении ночью температуры, точка росы соответственно смещается внутрь стены, а конденсат, находящийся в стене замерзает. Вода при замерзании расширяется и частично разрушает структуру материала. Несколько сотен таких циклов приводят к полному разрушению материала. Поэтому паропроницаемость строительных материалов при несовершенных конструкциях зданий вещь не только бесполезная, но и вредная.
В идеале конструкцию ограждающей конструкции в доме (стену) нужно проектировать таким образом, чтобы точка выпадения росы приходилась на такой утеплитель, который защищен от проникновения влаги, т.е. имеет определенную замкнутую структуру пузырьков по всему объему, в качестве примера такого материала можно привести утеплитель Пеноплекс, либо можно паропроницаемый материал защитить от проникновения влаги паронепроницаемой пленкой. В таком случае разрушительного действия проникновения воды в утеплитель можно будет избежать.
Паропроницаемостью по своду правил по проектированию и строительству 23-101-2000 называется свойство материала пропускать влагу воздуха под действием перепада (разницы) парциальных давлений водяного пара в воздухе на внутренней и наружной поверхности слоя материала. Давления воздуха с обеих сторон слоя материала при этом одинаковые. Плотность стационарного потока водяного пара Gn (мг/м2 час), проходящего в изотермических условиях через слой материала толщиной 5(м) в направлении уменьшения абсолютной влажности воздуха равна Gn = цЛрп/5, где ц (мг/м час Па) - коэффициент паропроницаемости, Арп (Па) - разность парциальных давлений водяного пара в воздухе у противоположных поверхностей слоя материала. Величина, обратная ц, называется сопротивлением паропроницанию Rn = 5/ц и относится не к материалу, а слою материала толщиной 5.
В отличие от воздухопроницаемости, термин «паропроницаемость» - это абстрактное свойство, а не конкретная величина потока водяного пара, что является терминологическим недочётом СП 23-101-2000. Правильней было бы называть паропроницаемостью величину плотности стационарного потока водяного пара Gn через слой материала.
Если при наличии перепадов давления воздуха пространственный перенос водяных паров осуществляется массовыми движениями всего воздуха целиком вместе с парами воды (ветром) и оценивается с помощью понятия воздухопроницания, то при отсутствии перепадов давления воздуха массовых перемещений воздуха нет, и пространственный перенос водяных паров происходит путем хаотического движения молекул воды в неподвижном воздухе в сквозных каналах в пористом материале, то есть не конвективно, а диффузионно.
Воздух представляет собой смесь молекул азота, кислорода, углекислого газа, аргона, воды и других компонентов с примерно одинаковыми средними скоростями, равными скорости звука. Поэтому все молекулы воздуха диффундируют (хаотически перемещаются из одной зоны газа в другую, непрерывно соударяясь с другими молекулами) примерно с одинаковыми скоростями. Так что скорость перемещения молекул воды сопоставима со скоростью перемещения молекул и азота, и кислорода. Вследствие этого европейский стандарт EN12086 использует вместо понятия коэффициента паропроницаемости ц более точный термин коэффициента диффузии (который численно равен 1,39ц) или коэффициента сопротивления диффузии 0,72/ц.
Рис. 20. Принцип измерения паропроницаемости строительных материалов. 1 - стеклянная чашка с дистиллированной водой, 2 - стеклянная чашка с осушающим составом (концентрированным раствором азотнокислого магния), 3 - изучаемый материал, 4 - герметик (пластилин или смель парафина с канифолью), 5- герметичный термостатированный шкаф, 6 - термометр, 7 - гигрометр.
Сущность понятия паропроницаемости поясняет метод определения численных значений коэффициента паропроницаемости ГОСТ 25898-83. Стеклянную чашку с дистиллированной водой герметично накрывают испытуемым листовым материалом, взвешивают и устанавливают в герметичный шкаф, расположенный в термостатированном помещении (рис. 20). В шкаф закладывают осушитель воздуха (концентрированный раствор азотнокислого магния, обеспечивающий относительную влажность воздуха 54%) и приборы для контроля температуры и относительной влажности воздуха (желательны ведущие непрерывную запись термограф и гигрограф).
После недельной выдержки чашку с водой взвешивают, и по количеству испарившейся (прошедшей через испытуемый материал) воды рассчитывают коэффициент паропроницаемости. При расчетах учитывается, что паропроницаемость самого воздуха (между поверхностью воды и образцом) равна 1 мг/м час Па. Парциальные давления водяных паров принимают равными рп = срро, где ро - давление насыщенного пара при заданной температуре, ср - относительная влажность воздуха, равная единице (100%) внутри чашки над водой и 0,54 (54%) в шкафу над материалом.
Данные по паропроницаемости приведены в таблицах 4 и 5. Напомним, что парциальное давление паров воды является отношением числа молекул воды в воздухе к общему числу молекул (азота, кислорода, углекислого газа, воды и т. п.) в воздухе, т. е. относительным счётным количеством молекул воды в воздухе. Приведённые значения коэффициента теплоусвоения (при периоде 24 часа) материала в конструкции вычислены по формуле s=0,27(A,poCo)0'5, где А,, ро и Со - табличные значения коэффициента теплопроводности, плотности и удельной теплоёмкости.
Таблица 5 Сопротивление паропроницанию листовых материалов и тонких слоев пароизоляции (приложение 11 к СНиП П-3-79*)
|
Материал
|
Толщина слоя
мм
|
Сопротивление паропроницанию,
м/час Па/мг
|
|
| |
|
Картон обыкновенный
|
1,3
|
0,016
|
|
|
Листы асбестоцементные
|
6
|
0,3
|
|
|
Листы гипсовые обшивочные
(сухая штукатурка)
|
10
|
0,12
|
|
| |
|
Листы древесноволокнистые
жесткие
|
10
|
0,11
|
|
| |
|
Листы древесноволокнистые
мягкие
|
12,5
|
0,05
|
|
| |
|
Пергамин кровельный
|
0,4
|
0,33
|
|
|
Рубероид
|
1,5
|
1,1
|
|
|
Толь кровельный
|
1,9
|
0,4
|
|
|
Полиэтиленовая пленка
|
0,16
|
7,3
|
|
|
Фанера клееная трехслойная
|
3
|
0,15
|
|
|
Окраска горячим битумом
за один раз
|
2
|
0,3
|
|
| |
|
Окраска горячим битумом
за два раза
|
4
|
0,48
|
|
| |
|
Окраска масляная за два раза
с предварительной шпатлевкой
и грунтовкой
|
-
|
0,64
|
|
| |
| |
|
Окраска эмалевой краской
|
-
|
0,48
|
|
|
Покрытие изольной мастикой за
один раз
|
2
|
0,60
|
|
| |
|
Покрытие бутумно-кукерсольной
мастикой за один раз
|
1
|
0,64
|
|
| |
|
Покрытие бутумно-кукерсольной
мастикой за два раза
|
2
|
1,1
|
|
| |
Пересчёт давлений из атмосфер (атм) в паскали (Па) и килопаскали (1кПа = 1000 Па) ведётся с учётом соотношения 1 атм =100 000 Па. В банной практике значительно более удобно характеризовать содержание водяного пара в воздухе понятием абсолютной влажности воздуха (равной массе влаги в 1 м3 воздуха), поскольку оно наглядно показывает, сколько воды надо поддать в каменку (или испарить в парогенераторе). Абсолютная влажность воздуха равна произведению значений относительной влажности и плотности насыщенного пара:
|
Температура °С 0
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
90
|
100
|
|
|
Плотность
насыщенного пара do, кг/м3 0,005
|
0,017
|
0,03
|
0,05
|
0,08
|
0,13
|
0,20
|
0,29
|
0,41
|
0,58
|
|
| |
|
Давление
насыщенного
пара ро, атм 0,006
|
0,023
|
0,042
|
0,073
|
0,12
|
0,20
|
0,31
|
0,47
|
0,69
|
1,00
|
|
| |
|
Давление
насыщенного пара ро, кПа 0,6
|
2,3
|
4,2
|
7,3
|
12
|
20
|
31
|
47
|
69
|
100
|
|
| |
Поскольку характерный уровень абсолютной влажности воздуха в банях 0,05 кг/м3 соответствует парциальному давлению водяных паров 7300 Па, а характерные значения парциальных давлений водяных паров в атмосфере (на улице) составляют при 50%-ной относительной влажности воздуха 1200 Па летом (20°С) и 130 Па зимой (-10°С), то характерные перепады парциальных давлений водяных паров на стенах бань достигают значений 6000-7000 Па. Отсюда следует, что типичные уровни потоков водяных паров через брусовые стены бань толщиной 10 см составляют в условиях полного штиля (3-4) г/м2час, а в расчёте на 20 м2 стен -(60-80) г/час.
Это не столь уж и много, если учесть, что в бане объёмом 10 м3 содержится около 500 г водяных паров. Во всяком случае при воздухопроницаемости стен во время сильных (10 м/сек) порывов ветра (1-10) кг/м2 час перенос водяных паров ветром через брусовые стены может достигать (50-500) г/м2 час. Всё это означает, что паропроницаемость брусовых стен и потолков бань не снижает существенно влажность древесины, намоченной горячей росой при поддачах, так что потолок в паровой бане и в самом деле может намокать и работать как парогенератор, преимущественно увлажняющий только воздух в бане, но лишь при тщательной защите потолка от порывов ветра.
Если же баня холодная, то перепады давлений водяных паров на стенах бани не могут превышать летом 1000 Па (при 100%-ной влажности внутри стены и 60%-ной влажности воздуха на улице при 20°С). Поэтому характерная скорость высушивания брусовых стен летом за счёт паропроницания находится на уровне 0,5 г/м2 час, а за счёт воздухопроницаемости при легком ветре 1 м/сек - (0,2-2) г/м2 час и при порывах ветра 10 м/сек - (20- 200) г/м2 час (хотя внутри стен движения масс воздуха происходят со скоростями менее 1 мм/сек). Ясно, что процессы паропроницания становятся существенными в балансе влаги лишь при хорошей ветрозащите стен здания.
Таким образом, для быстрых просушиваний стен здания (например, после аварийных протечек кровли) лучше предусматривать внутри стен продухи (каналы вентилируемого фасада). Так, если в закрытой бане намочить внутреннюю поверхность брусовой стены водой в количестве 1 кг/м2, то такая стена, пропуская через себя водяные пары наружу, просохнет на ветру за несколько суток, но если брусовая стена оштукатурена снаружи (то есть ветроизолирована), то она просохнет без протопки лишь за несколько месяцев. К счастью, древесина очень медленно пропитывается водой, поэтому капли воды на стене не успевают проникнуть глубоко в древесину, и столь долгие просушки стен не характерны.
Но если венец сруба лежит в луже на цоколе или на мокрой (и даже влажной) земле неделями, то последующая просушка возможна только ветром через щели.
В быту (и даже в профессиональном строительстве) именно в области пароизоляции имеется наибольшее количество недоразумений, порой самых неожиданных. Так, например, часто считают, что горячий банный воздух якобы «сушит» холодный пол, а холодный промозглый воздух из подполья «впитывается» и якобы«увлажняет» пол, хотя все происходит как раз наоборот.
Или, например, всерьёз полагают, что теплоизоляция (стекловата, керамзит и т. п.) «всасывает» влагу и тем самым «высушивает» стены, не задаваясь вопросом о дальнейшей судьбе этой якобы бесконечно «всасываемой» влаги. Подобные житейские соображения и образы опровергать в быту бесполезно, хотя бы потому, что в общенародной среде никто всерьёз (а тем более во время «банного трёпа») природой явления паропроницаемости не интересуется.
Но если дачник, имея соответствующее техническое образование, на самом деле хочет разобраться, как и откуда проникают водяные пары в стены и как оттуда выходят, то ему придётся, прежде всего, оценить реальное содержание влаги в воздухе во всех зонах интереса (внутри и вне бани), причём объективно выраженное в массовых единицах или парциальном давлении, а затем, пользуясь приведёнными данными по воздухопроницаемости и паропроницаемости определить, как и куда перемещаются потоки водяного пара и могут ли они конденсироваться в тех или иных зонах с учётом реальных температур.
С этими вопросами мы и будем знакомиться в следующих разделах. Подчеркнём при этом, что для ориентировочных оценок можно пользоваться следующими характерными величинами перепадов давления:
- перепады давлений воздуха (для оценки переноса паров воды вместе с массами воздуха - ветром) составляют от (1-10) Па (для одноэтажных бань или слабых ветров 1 м/сек), (10-100) Па (для многоэтажных зданий или умеренных ветров 10 м/сек), более 700 Па при ураганах;
- перепады парциальных давлений водяных паров в воздухе от 1000Па (в жилых помещениях) до 10000Па (в банях).
В заключение отметим, что в народе часто путают понятия гигроскопичности и паропроницаемости, хотя они имеют совершенно разный физический смысл. Гигроскопические («дышащие») стены впитывают водяные пары из воздуха, превращая пары воды в компактную воду в очень мелких капиллярах (порах), несмотря на то, что парциальное давление паров воды может быть ниже давления насыщенных паров.
Паропроницаемые же стены просто пропускают через себя пары воды без конденсации, но если в какой-то части стены имеется холодная зона, в которой парциальное давление водяных паров становится выше давления насыщенных паров, то конденсация, конечно же, возможна точно также, как и на любой поверхности. При этом паропроницаемые гигроскопические стены увлажняются сильнее, чем паропроницаемые негигроскопические.
