Паропроницаемость - способность материала пропускать или задерживать пар в результате разности парциального давления водяного пара при одинаковом атмосферном давлении по обеим сторонам материала. Паропроницаемость характеризуется величиной коэффициента паропроницаемости или величиной коэффициента сопротивления проницаемости при воздействии водяного пара. Коэффициент паропроницаемости измеряется в мг/(м·ч·Па).
В воздухе всегда содержится какое-то количество водяного пара, причем в теплом всегда больше, чем в холодном. При температуре внутреннего воздуха 20 °С и относительной влажности 55% в воздухе содержится 8 г водяных паров на 1 кг сухого воздуха, которые создают парциальное давление 1238 Па. При температуре –10°С и относительной влажности 83% в воздухе содержится около 1 г пара на 1 кг сухого воздуха, создающего парциальное давление 216 Па. Из-за разницы парциальных давлений между внутренним и наружным воздухом через стену происходит постоянная диффузия водяных паров из теплого помещения наружу. В результате в реальных условиях эксплуатации материал в конструкциях находится в несколько увлажненном состоянии. Степень увлажнения материала зависит от температурно-влажностных условий снаружи и внутри ограждения. Изменение коэффициента теплопроводности материала в эксплуатируемых конструкциях учитывается коэффициентами теплопроводности λ(A) и λ(Б), которые зависят от зоны влажности местного климата и влажностного режима помещения.
В результате диффузии водяных паров в толще конструкции происходит движение влажного воздуха из внутренних помещений. Проходя через паропроницаемые конструкции ограждения, влага испаряется наружу. Но если у наружной поверхности стены расположен слой материала, не пропускающий или плохо пропускающий водяные пары, то влага начинает скапливаться у границы паронепроницаемого слоя, вызывая отсыревание конструкции. В результате теплозащита влажной конструкции резко понижается, и она начинает промерзать. в данном случае возникает необходимость установки пароизоляционного слоя с теплой стороны конструкции.
Вроде бы всё относительно просто, но про паропроницаемость зачастую вспоминают только в контексте "дышащести" стен. Однако, это краеугольный камень в выборе утеплителя! К нему нужно подходить очень и очень осторожно! Нередки случаи, когда домовладелец утепляет дом, исходя лишь из показателя теплосопротивления, например, деревянный дом пенопластом. В результате получает загнивающие стены, плесень по всем углам и винит в этом "неэкологичный" утеплитель. Что касается пенопласта, то из за своей малой паропроницаемости его нужно использовать с умом и очень хорошо подумать, подходит ли он вам. Именно по этому показателю зачастую ватные или любые другие пористые утеплители подходят лучше для утепления стен снаружи. Кроме того, с ватными утеплителями сложнее ошибиться. Однако, бетонные или кирпичные дома можно без опасений утеплять и пенопластом - в этом случае пенопласт "дышит" лучше, чем стена!
В таблице ниже приведены материалы из списка ТКП, показатель паропроницаемости - последний столбец μ.
Как понять, что такое паропроницаемость, и зачем она нужна. Многие слышали, а некоторые и активно употребляют термин "дышашие стены" - так вот, "дышашими" такие стены называют потому, что они способны пропускать воздух и водяной пар через себя. Некоторые материалы (например, керамзит, дерево, все ватные утеплители) хорошо пропускают пар, а некоторые очень плохо (кирпич, пенопласты, бетон). Выдыхаемый человеком, выделяемый при приготовлении пищи или принятии ванной пар, если в доме нет вытяжки, создаёт повышенную влажность. Признаком этого является появление конденсата на окнах или на трубах с холодной водой. Считается, что если стена имеет высокую паропроницаемость, то в доме легко дышится. На самом же деле, это не совсем так!
В современном доме, даже если стены сделаны из «дышащего» материала, 96% пара удаляется из помещений через вытяжку и форточку, и только 4% через стены. Если на стены наклеены виниловые или флизиленовые обои, то стены влагу не пропускают. А если стены действительно «дышащие», то есть без обоев и прочей пароизоляции, в ветренную погоду из дома выдувает тепло. Чем выше паропроницаемость конструкционного материала (пенобетон, газобетон и прочие тёплые бетоны), 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. Теплопроводность отсыревшего газоблока увеличивается многократно, то есть в доме будет, мягко говоря, очень холодно. Но самое страшное, что при падении ночью температуры, точка росы 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 может сослужить вам плохую службу.
Про вред повышенной паропроницаемости в интернете гуляет с сайта на сайт . Приводить её содержание на своём сайте я не буду в силу некоторого несогласия с авторами, однако избранные моменты хочется озвучить. Так, например, известный производитель минерального утеплителя, компания Isover, на своём англоязычном сайте изложила "золотые правила утепления" (What are the golden rules of insulation? ) из 4-х пунктов:
Эффективная изоляция. Используйте материалы с высоким термическим сопротивлением (низкой теплопроводностью). Самоочевидный пункт, не требующий особых комментариев.
Герметичность. Хорошая герметичность является необходимым условием для эффективной системы теплоизоляции! Негерметичная теплоизоляция, независимо от её коэффициента теплоизоляции, может увеличивать потребление энергии от 7 до 11% на отопление здания. Поэтому о герметичности здания следует задумываться ещё на стадии проектирования. А по окончании работ проверить здание на герметичность.
Контролируемая вентиляция. Именно на вентиляцию возлагается задача по удалению излишней влажности и пара. Вентиляция не должа и не может осуществляться за счёт нарушения герметичности ограждающих конструкций!
Качественный монтаж. Об этом пункте, я думаю, тоже нет нужды говорить.
Важно отметить, что компания Isover не выпускает какие-либо пенопластовые утеплители, они занимаются исключительно минераловатными утеплителями, т.е. продуктами, имеющими наиболее высокий показатель паропроницаемости! Это действительно заставляет задуматься: как же так, вроде бы паропроницаемость необходима для отвода влаги, а производители рекомендуют полную герметичность!
Дело тут в недопонимании этого термина. Паропроницаемость материалов не предназначена для отвода влаги из жилого помещения - паропроницаемость нужна для отвода влаги из утеплителя ! Дело в том, что любой пористый утеплитель не является по сути самим утеплителем, он лишь создаёт структуру, удерживающую истинный утеплитель - воздух - в замкнутом объёме и по возможности неподвижным. Если вдруг образуется такое неблагоприятное условие, что точка росы оказывается в паропроницаемом утеплителе, то в нём будет конденсироваться влага. Эта влага в утеплителе берётся не из помещения! Воздух сам всегда содержит в себе какое-то количество влаги, и именно эта естественная влага и представляет угрозу утеплителю. Вот для отвода этой влаги наружу и нужно, чтобы после утеплителя были слои с не меньшей паропроницаемостью.
Семья из четырёх человек за сутки в среднем выделяет пар, равный 12 литрам воды! Эта влага из воздуха внутренних помещений никоим образом не должа попадать в утеплитель! Куда девать эту влагу - это вообще не должно никоим образом волновать утеплитель - его задача лишь утеплять!
Пример 1
Давайте разберём вышесказанное на примере. Возьмём две стены каркасного дома одинаковой толщины и одинакового состава (изнутри к наружному слою), отличатся буду они только видом утеплителя:
Лист гипсокартона (10мм) - OSB-3 (12мм) - Утеплитель (150мм) - ОSB-3 (12мм) - вентзазор (30мм) - ветрозащита - фасад.
Утеплитель выберем с абсолютно одинаковой теплопроводностью - 0,043 Вт/(м °С), основное, десятикратное отличие между ними только в паропроницаемости:
Пенополистирол ПСБ-С-25.
Плотность ρ= 12 кг/м³.
Коэффициент паропроницаемости μ= 0.035 мг/(м ч Па)
Коэф. теплопроводности в климатических условиях Б (худший показатель) λ(Б)= 0.043 Вт/(м °С).
Плотность ρ= 35 кг/м³.
Коэффициент паропроницаемости μ= 0.3 мг/(м ч Па)
Конечно, условия расчёта я тоже использую абсолютно одинаковые: температура внутри +18°С, влажность 55%, температура снаружи -10°С, влажность 84%.
Расчёт я провел в теплотехническом калькуляторе , кликнув по фото, вы перейдёте прямо на страницу расчёта:
Как видно из расчёта, теплосопротивление обоих стен совершенно одинаково (R=3.89), и даже точка росы у них расположена почти одинаково в толще утеплителя, однако, из за высокой паропроницаемости в стене с эковатой будет конденсироваться влага, сильно увлажняя утеплитель. Как бы ни была хороша сухая эковата, сырая эковата тепло держит во много раз хуже. А если допустить, что температура на улице опустится до -25°С, то зона конденсации составит почти 2/3 утеплителя. Такая стена не удовлетворяет нормам по защите от переувлажнения! С пенополистиролом ситуация принципиально другая потому, что воздух в нём находится в замкнутых ячейках, ему просто неоткуда набрать достаточное количество влаги для выпадения росы.
Справедливости ради нужно сказать, что эковату без пароизоляционных плёнок не укладывают! И если добавить в "стеновой пирог" пароизоляционную плёнку между ОSB и эковатой с внутренней стороны помещения, то зона конденсации практически выйдет из утеплителя и конструкция полностью будет удовлетворять требованиям по увлажнению (см. картинку слева). Однако, устройство пароиозяции практически лишает смысла размышления о пользе для микроклимата помещения эффекта "дыхания стены". Пароизоляционная мембрана имеет коэффициент паропроницаемости около 0,1 мг/(м·ч·Па), а порой пароизолируют полиэтиленовыми плёнками или утеплителями с фольгированной стороной - их коэффициент паропроницаемости стремится к нулю.
Но низкая паропроницаемость тоже далеко не всегда хороша! При утеплении достаточно хорошо паропроницаемых стен из газо- пенобетона экструдированным пенополистиролом без пароизоляции изнутри в доме непременно поселится плесень, стены будут влажными, а воздух будет совсем не свеж. И даже регулярное проветривание не сможет высушить такой дом! Давайте смоделируем ситуацию, противоположную прошлой!
Пример 2
Стена на этот раз будет состоять из следующих элементов:
Газобетон марки D500 (200мм) - Утеплитель (100мм) - вентзазор (30мм) - ветрозащита - фасад.
Утеплитель выберем точно такой же, и более того, стену сделаем с точно таким же теплосопротивлением (R=3.89).
Как видим, при совершенно равных теплотехнических характеристиках мы можем получить радикально противоположные результаты от утепления одними и теми же материалами!!! Нужно отметить, что во втором примере обе конструкции удовлетворяют нормам по защите от переувлажнения, не смотря на то, что зона конденсации попадает в газосиликат. Такой эффект связан с тем, что плоскость максимального увлажнения попадает в пенополистирол, а из за его низкой паропроницаемости в нём влага не конденсируется.
В вопросе паропроницаемости нужно разобраться досконально ещё до того, как вы решите, как и чем вы будете утеплять свой дом!
Слоёные стены
В современном доме требования к теплоизоляции стен столь высоки, что однородная стена уже не способна соответствовать им. Согласитесь, при требовании к теплосопротивлению R=3 делать однородную кирпичную стену толшиной 135 см не вариант! Современные стены - это многослойные конструкции, где есть слои, выполняющие роль теплоизоляции, конструктивные слои, слой наружной отделки, слой внутренней отделки, слои паро- гидро- ветро-изоляций. В связи с разнообразными характеристиками каждого слоя очень важно правильно их располагать! Основное правило в расположении слоёв конструкции стены таково:
Паропроницаемость внутреннего слоя должна быть ниже, чем наружного, для свободного выходы пара за стены дома. При таком решении «точка росы» перемещается к наружной стороне несущей стены и не разрушает стен здания. Для предотврощения выпадения конденсата внутри ограждающей конструкции сопротивление теплопередаче в стене должно уменьшаться, а сопротивление паропроницанию возрастать снаружи внутрь.
Думаю, нужно это проиллюстрировать для лучшего понимания.
Для начала опровергнем заблуждение - «дышит» не ткань, а наше тело. Точнее, поверхность кожи. Человек относится к числу тех животных, чей организм стремится поддерживать температуру тела постоянной вне зависимости от условий внешней среды. Одним из важнейших механизмов нашей терморегуляции являются сокрытые в коже потовые железы. Они же являются частью выделительной системы организма. Выделяемый ими пот, испаряясь с поверхности кожи, уносит с собой часть избыточного тепла. Поэтому, когда нам жарко - мы потеем во избежание перегрева.
Однако, у этого механизма есть один серьёзный недостаток. Влага, быстро испаряясь с поверхности кожи, может спровоцировать переохлаждение, которое приводит к простудным заболеваниям. Конечно, в Центральной Африке, где человек эволюционировал как вид, такая ситуация - скорее редкость. Но в регионах с переменчивой и преимущественно прохладной погодой человеку постоянно приходилось и приходится дополнять свои естественные механизмы терморегуляции различной одеждой.
Способность одежды «дышать» подразумевает её минимальное сопротивление отводу испарений от поверхности кожи и «умение» транспортировать их на лицевую сторону материала, где выделенная человеком влага может улетучиться, «не украв» избыточное количество тепла. Таким образом, «дышащий» материал, из которого изготовлена одежда, помогает организму человека поддерживать оптимальную температуру тела, не допуская перегрева или переохлаждения.
«Дышащие» свойства современных тканей принято описывать в рамках двух параметров - «паропроницаемость» и «воздухопроницаемость». В чём между ними разница и как это влияет на их применение в одежде для спорта и активного отдыха?
Что такое паропроницаемость?
Паропроницаемость - это способность материала пропускать или задерживать водяной пар. В индустрии производства одежды и снаряжения для активного отдыха важное значение имеет высокая способность материала к транспорту водяного пара . Чем она выше, тем лучше, т.к. это позволяет избежать пользователю перегрева и при этом оставаться сухим.
Определённой паропроницаемостью обладают все использующиеся сегодня ткани и утеплители. Однако в численном выражении она представлена только для описания свойств мембран, применяющихся в производстве одежды, и для очень малого количества не водонепроницаемых текстильных материалов. Чаще всего паропроницаемость измеряют в г/м²/24 часа, т.е. количество водяного пара, которое пройдёт через квадратный метр материала за сутки .
Обозначается этот параметр аббревиатурой MVTR («moisture vapor transmission rate» или «скорость прохождения водяного пара» ).
Чем выше значение, тем большей паропроницаемостью обладает материал.
Как измеряют паропроницаемость?
Цифры MVTR получают в результате лабораторных тестов, основанных на различных методиках. В связи с большим количеством переменных, влияющих на работу мембраны - индивидуальный метаболизм, давление и влажность воздуха, площадь материала, пригодная для транспорта влаги, скорость ветра и пр., единого стандартизированного метода исследований для определения паропроницаемости не существует. Поэтому для того, чтобы иметь возможность сравнивать образцы тканей и мембран между собой, производители материалов и готовой одежды используют целый ряд методик. Каждая из них в отдельности описывает паропроницаемость ткани или мембраны в определённом диапазоне условий. Сегодня наиболее часто применяются следующие тестовые методики:
«Японский» тест с «вертикально стоящей чашкой» (JIS L 1099 A-1)
Тестовый образец растягивается и герметично фиксируется поверх чашки, внутрь которой помещён сильный влагопоглотитель - хлорид кальция (CaCl2). Чашка помещается на определённое время в термогидростат, в котором поддерживается температура воздуха 40°C и влажность 90%.
В зависимости от того, как изменится вес влагопоглотителя за контрольное время, определяется MVTR. Методика хорошо подходит для определения паропроницаемости не водонепроницаемых тканей, т.к. тестируемый образец не находится в прямом контакте с водой.
«Японский» тест с «перевёрнутой чашкой» (JIS L 1099 B-1)
Тестовый образец растягивается и герметично фиксируется над сосудом с водой. После он переворачивается и помещается над чашкой с сухим влагопоглотителем - хлоридом кальция. Через контрольное время влагопоглотитель взвешивается, в результате чего вычисляется MVTR.
Тест B-1 наиболее популярен, так как демонстрирует наибольшие цифры среди всех методик, определяющих скорость прохождения водяных паров. Чаще всего именно его результаты публикуют на ярлыках. У наиболее «дышащих» мембран показатель MVTR по тесту B1 больше или равен 20 000 г/м²/24ч по тесту B1. Ткани со значениями 10-15 000 можно отнести к ощутимо паропроницаемым, по крайней мере в рамках не очень интенсивных нагрузок. Наконец, для одежды, предполагающей малую подвижность часто оказывается достаточно паропроницаемости в пределах 5-10 000 г/м²/24ч.
Метод теста JIS L 1099 B-1 довольно точно иллюстрирует работу мембраны в идеальных условиях (когда на её поверхности есть конденсат и влага транспортируется в более сухую среду, обладающую меньшей температурой).
Тест с «потеющей пластиной» или RET (ISO - 11092)
В отличие от тестов, определяющих скорость транспорта водяного пара сквозь мембрану, методика RET исследует то, насколько тестируемый образец сопротивляется прохождению водяного пара.
Образец ткани или мембраны помещается поверх плоской пористой металлической пластины, под которую подведён нагревательный элемент. Температура пластины поддерживается на уровне температуры поверхности человеческой кожи (около 35°C). Вода, испаряющаяся от нагревательного элемента, проходит через пластину и тестируемый образец. Это приводит к потерям тепла на поверхности пластины, температура которой должна поддерживаться постоянной. Соответственно, чем выше уровень энергозатрат для поддержания температуры пластины постоянной, тем ниже сопротивляемость тестируемого материала к прохождению сквозь него водяного пара. Обозначается этот параметр как RET (Resistance of Evaporation of a Textile - «сопротивление материала испарению» ). Чем ниже значение RET, тем выше «дышащие» свойства тестируемого образца мембраны или иного материала.
- RET 0-6 - экстремально дышащие;
RET 6-13 - хорошо дышащие;
RET 13-20 - дышащие;
RET более 20 - не дышащие.
Оборудование для проведения теста ISO-11092. Справа - камера с «потеющей пластиной». Компьютер необходим для получения и обработки результатов и контроля процедуры теста © thermetrics.com
В лаборатории института Hohenstein, с которым сотрудничают Gore-Tex, эта методика дополнена тестированием реальных образцов одежды людьми на беговой дорожке. В этом случае результаты тестов с «потеющей пластиной» корректируются в соответствии с замечаниями испытателей.
Тестирование одежды с Gore-Tex на беговой дорожке © goretex.com
Тест RET наглядно иллюстрирует работу мембраны в реальных условиях, однако является также самым дорогим и продолжительным по времени в приведённом списке. По этой причине его могут позволить себе далеко не все компании-производители одежды для активного отдыха. В то же время RET является сегодня основной методикой для оценки паропроницаемости мембран от компании Gore-Tex.
Методика RET обычно хорошо коррелирует с результатами теста B-1. Другими словами, мембрана которая показала хорошие «дышащие» свойства в тесте RET, продемонстрирует хорошие «дышащие» свойства в тесте с «перевёрнутой чашкой».
К сожалению, ни одна из тестовых методик не способна заменить собой остальные. Более того, не всегда их результаты коррелируют друг с другом. Мы увидели, что процесс определения паропроницаемости материалов в различных методиках имеет множество отличий, имитируя разные условия работы.
Вдобавок, различные мембранные материалы работают по разному принципу. Так, например, поровые ламинаты обеспечивают сравнительно свободное прохождение паров воды через имеющиеся в их толще микроскопические поры, а беспоровые мембраны транспортируют влагу на лицевую поверхность как промокашка - с помощью гидрофильных полимерных цепочек в своей структуре. Вполне естественно, что один тест может имитировать выигрышные условия для работы беспоровой мембранной плёнки, например, когда влага вплотную прилегает к её поверхности, а другой - для микропористой.
Вкупе всё это означает, что сравнивать между собой материалы на основе данных, полученных от разных тестовых методик практически не имеет смысла . Также не имеет смысла сравнивать показатели паропроницаемости разных мембран, если тестовая методика хотя бы для одной из них неизвестна.
Что такое воздухопроницаемость?
Воздухопроницаемость - способность материала пропускать через себя воздух под влиянием перепада его давления. При описании свойств одежды часто употребляется синоним этого термина - «продуваемость», т.е. то, насколько материал «ветростоек».
В отличие от методик оценки паропроницаемости в этой области царит относительное однообразие. Для оценки воздухопроницаемости используется так называемый тест Фразера, который определяет, какой объём воздуха пройдёт через материал за контрольное время. Скорость воздушного потока по условиям теста обычно составляет 30 миль в час, но может меняться.
Единицей измерения служит кубический фут воздуха, проходящий через материал за одну минуту. Обозначается аббревиатурой CFM (cubic feet per minute ).
Чем больше значение - тем выше воздухопроницаемость («продуваемость») материала. Так беспоровые мембраны демонстрируют абсолютную «непродуваемость» - 0 CFM. Тестовые методики чаще всего определяются стандартами ASTM D737 или ISO 9237, которые, впрочем, дают идентичные результаты.
Точные цифры CFM публикуются производителями тканей и готовой одежды сравнительно редко. Чаще всего этот параметр используется для характеристики ветрозащитных свойств в описаниях различных материалов, разработанных и применяемых в рамках производства одежды SoftShell.
С недавних пор о воздухопроницаемости производители стали «вспоминать» гораздо чаще. Дело в том, что вместе с воздушным потоком с поверхности нашей кожи испаряется гораздо больше влаги, что снижает риск перегрева и скопления конденсата под одеждой. Так, мембрана Polartec Neoshell имеет чуть большую, чем традиционные поровые мембраны, воздухопроницаемость (0.5 CFM против 0.1). Благодаря этому Polartec удалось добиться существенно лучшей работы своего материала в условиях ветреной погоды и быстрого движения пользователя. Чем выше давление воздуха снаружи, тем лучше Neoshell отводит пары воды от тела за счёт большего воздухообмена. При этом мембрана продолжает защищать пользователя от ветрового охлаждения, блокируя порядка 99% воздушного потока. Этого оказывается достаточно, чтобы противостоять даже штормовым ветрам, и потому Neoshell нашёл себя даже в производстве однослойных штурмовых палаток (яркий пример - палатки BASK Neoshell и Big Agnes Shield 2).
Но прогресс не стоит на месте. Сегодня есть масса предложений хорошо утеплённых средних слоёв одежды с частичной воздухопроницаемостью, которые также могут использоваться как самостоятельное изделие. В них используются либо принципиально новые утеплители - как Polartec Alpha, либо применяются синтетические объёмные утеплители с очень низкой степенью миграции волокон, которые позволяют использовать менее плотные «дышащие» ткани. Так, в куртках Sivera Гамаюн используется ClimaShield Apex, в Patagonia NanoAir - утеплитель под торговой маркой FullRange™, который производится японской компанией Toray под оригинальным названием 3DeFX+. Идентичный утеплитель применяется в горнолыжных куртках и брюках компании Mountain Force в рамках технологии «12 way stretch» и горнолыжной одежде Kjus. Сравнительно высокая воздухопроницаемость тканей, в которые заключены эти утеплители позволяет создать утепляющий слой одежды, который не будет препятствовать отводу испаренной влаги с поверхности кожи, помогая пользователю избежать как намокания, так и перегрева.
SoftShell-одежде . В дальнейшем другие производители создали внушительное количество их аналогов, что привело к повсеместному распространению тонкого, сравнительно прочного, «дышащего» нейлона в одежде и снаряжении для спорта и активного отдыха.
В отечественных нормах сопротивление паропроницаемости (сопротивление паропроницанию Rп, м2. ч. Па/мг ) нормируется в главе 6 "Сопротивление паропроницанию ограждающих конструкций" СНиП II-3-79 (1998) "Строительная теплотехника".
Международные стандарты паропроницаемости строительных материалов приводятся в стандартах ISO TC 163/SC 2 и ISO/FDIS 10456:2007(E) - 2007 год.
Показатели коэффициента сопротивления паропроницанию определяются на основании международного стандарта ISO 12572 "Теплотехнические свойства строительных материалов и изделий - Определение паропроницаемости". Показатели паропроницаемости для международных норм ISO определялись лабораторным способом на выдержанных во времени (не только что выпущенных) образцах строительных материалов. Паропроницаемость определялась для строительных материалов в сухом и влажном состоянии.
В отечественном СНиП приводятся лишь расчетные данные паропроницаемости при массовом отношении влаги в материале w, %, равном нулю.
Поэтому для выбора строительных материалов по паропроницаемости при дачном строительстве лучше ориентироваться на международные стандарты ISO
, котрые определяют паропроницаемость "сухих" строительных материалов при влажности менее 70% и "влажных" строительных материалов при влажности более 70%. Помните, что при оставлении "пирогов" паропроницаемых стен, паропроницаемость материалов изнутри-кнаружи не должна уменьшаться, иначе постепенно произойдет "замокание" внутренних слоев строительных материалов и значительно увеличится их теплопроводность.
Паропроницаемость материалов изнутри кнаружи отапливаемого дома должна уменьшаться: СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий, п.8.8: Для обеспечения лучших эксплуатационных характеристик в многослойных конструкциях зданий с теплой стороны следует располагать слои большей теплопроводности и с большим сопротивлением паропроницанию, чем наружные слои. По данным Т.Роджерс (Роджерс Т.С. Проектирование тепловой защиты зданий. / Пер. с англ. - м.: си, 1966) Отдельные слои в многослойных ограждениях следует располагать в такой последовательности, чтобы паропроницаемость каждого слоя нарастала от внутренней поверхности к наружной. При таком расположении слоев водяной пар, попавший в ограждение через внутреннюю поверхность с возрастающей легкостью, будет проходить через все спои ограждения и удаляться из ограждения с наружной поверхности. Ограждающая конструкция будет нормально функционировать, если при соблюдении сформулированного принципа, паропроницаемость наружного слоя, как минимум, в 5 раз будет превышать паропроницаемость внутреннего слоя.
Механизм паропроницаемости строительных материалов:
При низкой относительной влажности влага из атмосферы в виде отдельных молекул водяного пара. При повышении относительной влажности поры строительных материалов начинают заполняться жидкостью и начинают работать механизмы смачивания и капиллярного подсоса. При повышении влажности строительного материала его паропроницаемость увеличивается (снижается коэффициент сопротивления паропроницаемости).
Показатели паропроницаемости "сухих" строительных материалов по ISO/FDIS 10456:2007(E) применимы для внутренних конструкций отапливаемых зданий. Показатели паропроницаемости "влажных" строительных материалов применимы для всех наружных конструкций и внутрених конструкций неотапливаемых зданий или дачных домов с переменным (временным) режимом отопления.
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.
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.