Зона конденсации. Что это?

Зона конденсации — это область внутри ограждающей конструкции, в которой парообразная влага находящаяся в материале переходит в жидкую форму и начинает увлажнять материал в ограждающей конструкции.  Накопление влажности конструкции приводит к повышению теплопроводности, что порождает еще большую конденсацию.

Зона конденсации, расположенная внутри стен – это область, в которой влага образует конденсат и увлажняет материал, из которого возведено сооружение. Чем выше влажность материала – тем меньше теплосопротивление, за счёт чего образуется ещё больше конденсата, и так далее. Проектируя здания с многослойными стенами, особенно важно учитывать расположение этой зоны.

В расчётах расположения зоны конденсации есть важный момент, который не учитывается некоторыми теплотехническими онлайн-калькуляторами. На нём хочется остановиться подробнее, а также рассказать, как рассчитывается объём воды внутри стен, время её испарения и насколько опасно это явление.

Роса на внутренних стенах домов – очень редкое явление, однако её отсутствие не означает, что конденсата нет внутри стен. Это обычно происходит из-за того, что материал стен впитывает влагу из окружающей среды, и этот водяной пар затем конденсируется. Чаще всего влажность материалов повышается именно по этой причине.

В зимний период разница температур наружного воздуха и воздуха внутри помещения может значительно отличаться. Если допустить что влажность воздуха внутри помещения и снаружи одинаковая, то давление пара внутри помещения окажется намного более высоким, чем с наружной стороны. Например, снаружи температура -25 °С , влажность 60%, внутри помещения +25°С влажность 60%.  В помещении парциальное давление водяного пара составит 1901 Па, на улице 86 Па. Получается, что в зимний период наружное ограждение отапливаемых объектов окружает две воздушные среды с одинаковым атмосферным давлением, но с разными парциальными давлениями водяного пара. Разность величин в нашем случае достигает 1815 Па.

 Вследствие разности парциальных давлений водяного пара в окружающем стену воздухе  водяной пар из помещения стремится проникнуть наружу. Этот эффект называется диффузия водяного пара через ограждение. Вот и получается что в зимнее время водяной пар диффундирует через ограждение из помещения  наружу тем самым насыщая наружную поверхность стены. При достижении водяным паром точки росы, он конденсируется и увлажняет поверхность, а при отрицательных температурах водяной пар превращается в кристаллики льда тем самым разрушая материал, в котором произошло промерзание.

Почему вода в стене влияет на теплопроводность?

 Коэффициент теплопроводности пористых материалов в значительной степени зависит от влажности материала. Для влажного материала коэффициент теплопроводности значительно больше, чем для сухого материала и воды в отдельности. Например, теплопроводность кладки из обычного глиняного кирпича при влажности кирпича 0,7%  λ = 0,72 Вт/м•°С ,  при влажности кирпича 9%  λ = 1,37 Вт/м•°С. Этот эффект может быть объяснен конвективным переносом тепла, возникающим благодаря капиллярному движению воды внутри пористого материала.  Также коэффициент теплопроводности пористых материалов сильно зависит от их плотности. Например при возрастании плотности ρ от 300 кг/м³ до ρ = 600 кг/м³ коэффициент теплопроводности  λ  пенобетона  увеличивается с 0.08 Вт/(м•°С) до 0,14 Вт/(м•°С). Такое влияние плотности на коэффициент теплопроводности объясняется тем, что воздуха заполняющего поры значительно меньше, чем твёрдых компонентов пористого материала.

Установить общую математическую зависимость между теплопроводностью материала и его влажностью, одинаковую для всех строительных материалов, не представляется возможным, т. к. значительное влияние оказывают форма и расположение пор материала, поэтому в расчётах используют данные лабораторных испытаний для двух условий эксплуатации, так называемые А и Б. Условиям эксплуатации А соответствует сухой режим помещения при температуре от +12 до +24•°С и влажности до 50 %. (до 40% при +24°С). Все остальные условия эксплуатации относятся к группе Б.  Нам при расчетах ограждающих конструкций необходимо использовать группу Б, по наихудшему показателю теплопроводности учитывая расчетное массовое отношение влаги в материале в %. Например, для газобетона плотностью 600 кг/м³ расчётное массовое отношение влаги в условиях эксплуатации Б ω = 6%, при этом его теплопроводность составит    λБ = 0,29 Вт/(м • °С) в то время как в сухом состоянии λ = 0,16 Вт/(м • °С).

Что такое энергоэффективность?

Под энергоэффективностью понимается разумное (эффективное) использование энергии, при котором то же самое энергетическое обеспечение сооружений достигается при помощи меньших энергозатрат. При таком подходе соблюдаются требования к охране окружающей среды, а также с учётом существующих технологий и технического оснащения достигается эффективное и экономичное расходование энергетических ресурсов. Эта область знаний включает элементы экономики, инженерии, социологии и юриспруденции.

Благодаря рациональному потреблению энергии владельцы зданий и жилых помещений могут существенно снизить расходы на коммунальные платежи. В масштабах страны это поможет не только экономить ресурсы, но и избавит от необходимости строительства новых атомных электростанций; кроме того, сократится количество парниковых газов и улучшится экологическая обстановка.

Энергоэффективные здания потребляют меньше энергии, чтобы обеспечить все потребности, которые нужны для полноценной эксплуатации дома: горячее водоснабжение, отопление, свет, кондиционирование воздуха.

На сколько важна энергоэффективность в жилых домах?

Кажется, что энергоэффективность жилых домов не особенно важна в глобальном смысле, однако это не так.

Жилые дома в нашей стране были построены по большей части в 1960е-1990е годы и менее энергоэффективны по сравнению с жилым фондом развитых стран Европы с таким же климатом.

На отопление частного дома ежегодно в среднем уходит 380 кВт-ч/м² тепловой энергии (мы не рассматриваем крайние случаи, когда эта цифра составляет 680 кВт-ч/м² и более). В год для отопления дома площадью 100 м2 понадобится 38 МВт-ч/м² энергии, или 57 тонн угля.

1,5 кг угля требуется для выработки 1 кВт-ч электроэнергии. Это рассчитывается следующим образом: 1 кВт-ч=36 МДж=8 600 ккал; в Википедии или любом другом справочнике находим максимальную теплотворную способность угля: 1 кг=29,3 МДж=7 000 ккал. 8600 делим на 7000 и получаем 1,23 кг; однако это теоретическая теплотворная способность, а практическая несколько ниже. 

В России, например, на энергоснабжение жилых домов приходится примерно 25% всего объёма расходуемой электроэнергии. Больше потребляет только производственная сфера. В Евросоюзе энергоэффективность отрасли промышленности находится на постоянном контроле. Для обеспечения максимально рационального потребления издаются указы, вводятся нормативы и налоговые коэффициенты. Жилищный сектор там потребляет 35% всей электроэнергии, и повышение энергосбережения – это уже проблема самих домовладельцев.