Всё что надо знать о строительной физике или ликбез для самостройщика

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Народ, ну вы и отжигаете . Неделю не заглядывал - очередные 20 страниц перепалки и от силы десяток сообщений со смыслом - остальное по большей части голословные обвинения. Особенно мне понравилось вот это:

Тиамо, браво! Они религию не применяют, а вот мы должны вам поверить! Наверное, религия "дышащих стен" это плохо, а вера в "великий рекуператор" - это хорошо.

Сначала хочу прокомментировать некоторые сообщения, а потом опубликую анонсированный Тиамо расчёт газообмена через газобетонную стену. Что-то аналогичное уже считал chicken-A, но я немного с другой стороны зайду.

alexxxxx, я не писал про газоселективные мембраны. Я писал про обычные газопроницаемые материалы. Селективность пропускания обуславливается не тем, что материал легче пропускает углекислоту, чем азот, а тем, что концентрация (парциальное давление) углекислоты с разных сторон стены разная - вот она и просачивается оттуда, где его концентрация выше туда, где она ниже. Концентрация же азота с обоих сторон стены одинаковая - вот он и не утекает никуда - с чего ему утекать то? Он и без стены никуда бы не делся.

И еще добавлю - вентиляция через стены в отсутствие человека уменьшится! Совершенно автоматическим и естественным образом. Некому изводить кислород и производить СО2 и их парциальные давления довольно быстро сравняются с забортными, соответственно уменьшится и вентиляция. То есть если ветра не будет, то не будет и вентиляции в отсутствие человека. Если же подует ветер, то на наветренной стороне дома давление воздуха будет чуть выше, чем внутри, а на подветренной и боковых сторонах - чуть ниже, чем внутри. И если стены газопроницаемые, то через наветренную стену в дом будет проникать холодный внешний воздух, а через остальные стены будет вытекать тёплый внутренний. Причём выдуваться будут все газы, входящие в состав воздуха - в том числе и азот.

Именно поэтому для газопроницаемых стен в большей степени, чем для газонепроницаемых важно расположение дома, кусты, деревья и прочие ветрозаграждения. На форуме целая тема есть по продуваемости газобетонной кладки. Но в целом продуваемость важна для любых газопроницаемых материалов.

О! И Вы, alexxxxx про ветер вспомнили . Всё именно так как Вы написали, только помимо разницы давлений из-за ветра (которая одинакова для всех газов, входящих в состав воздуха) есть еще разница давлений из-за жизнедеятельности человека (высокая для углекислоты и воды, средняя для кислорода и никакая для азота).

Вывод прямо скажем неверный Хотя рассуждения правильные. al185 совершенно правильно Вам указал на ошибки, а я прокомментирую зерно истины в Ваших рассуждениях. Конечно же, перевести пар в конденсат и выбросить воду в виде жидкости - это очень гут. За бортом пусть она дальше утекает в Каспийское море, испаряется или замерзает - это уже будет не наши теплопотери. Сейчас даже продвинутые газовые котлы умеют конденсировать пар из собственного выхлопа и выливать конденсат в канализацию. Это умение очень благотворно влияет на их КПД. Но выливать конденсат надо именно в канализацию - тогда и будет толк и экономия. Выводить его в утеплитель нерационально

Тиамо, такое распределение температур является не особенностью русской избы, а особенностью русской печки Классическая русская печь нагревается от пода вверх, а пространство от пола до пода (~1м) называется подпечье и вообще не нагревается. Именно этой особеностью конструкции печи, а вовсе не паропропусканием стен объясняется холод у пола в русской избе. Сейчас классические русские печи практически не делаются. Еще в начале 20го века придумали усовершенствованную конструкцию русской печки с нижним прогревом, не говоря про отопительные печи типа шведка и голландка - они и раньше от самого пола прогревались. У моего деда в деревне в деревянном доме стоят как раз усовершенствованная русская "теплушка" и голландка - никаких проблем с холодом у пола не наблюдается.

al185, я просто не понял условия задачи. Если всё еще актуально - давайте в личке попробуем разобраться, результаты доложим.

Во первых, хочу присоединиться к этому голосу разума (к сожалению плюсик к сообщению не дают тыщу раз нажать ;-)), но во-вторых хочу слегка уточнить последнее предложение chicken-A. Газопроницаемая стена работает всё же не по заместительному принципу, а по смесительному, но поскольку замещает не весь воздух, а только ту его часть, которая отличается от забортной (выводит СО2, Н2О, и прочий аммиак, а впускает О2), то эффективность газообмена, обеспечиваемого газопроницаемой стеной гораздо (почти в 10 раз) выше обычной смесительной вентиляции, которая заменяет весь воздух.

 

В принципе, это понятно, и вроде с этим никто и не спорил (это физика, ну и химия немного).
У меня вопрос был в другом. Уточняю.

Для поддержания комфортного воздуха (пусть даже по уровню СО2) за счёт проникновения в стены, вызванного разницей парциальных давлений (берём только СО2), необходима соответствующая скорость такого газообмена. Скорость будет прямо пропорциональна этой разнице парциальных давлений и обратно пропорциональна сопротивлению воздухопроницания стен. Так?

Так вычислите и представьте участникам, при каком наибольшем сопротивлении стен будет обеспечиваться нужный газообмен, ну, в каком-нибудь среднем доме. Тогда, возможно, и дальнейшее осуждение смысл обретёт.

 

Процесс вообще то сложнее и его преимущественный вектор зависит ряда факторов. Например, как и где организована вытяжка (без нее в любом случае на практике не обойтись). Если примерно в центре периметра наружных стен, то они в бОльшей степени будут работать на инфильтрацию и вытеснительный принцип. Но, конечно, всегда будет сказываться и распределение потоков под влиянием теплового напора по высоте: у потолка или в верхнем поясе отапливаемого объема больше будет тяга к эксфильтрации, а в нижнем поясе стены будет наблюдаться усиление инфильтрации. Хотя по своей практике скажу, что эта разница физически телом человека не ощущается, холодом от низа стены не тянет и сквозняки не возникают.
Хотя считается необходимым герметизировать потолочное перекрытие, но на практике в деревянном доме это бывает трудно сделать на все 100%. Поэтому часть воздуха пойдет и вверх. Правда, где-то читал, что финны пробовали намеренно сделать и потолок с повышенной воздухопроницаемостью, очевидно преследуя цель именно вытеснительного эффекта. Утвердилась ли у них такая практика неизвестно.

 

Ждём расчёт стены дышащей и при этом свободной от конденсата. Формулировка стартовая была именно такая.
Yanushko, предложение поверить с моей стороны к религии никакого отношения не имеет. То что я предлагаю очень легко проверить в независимых источниках.

 

Ну а теперь хочу представить Вашему вниманию
Расчёт газопроницаемости стены из газобетона.

Во-первых, хочу обратить Ваше внимание, что газобетон не является никакой хитрой мембраной, которая пропускает газы в одном направлении и не пропускает в другом. Газобетон одинаково пропускает газы в любых направлениях.

Во-вторых, размер пор газобетона гораздо больше размера молекул любых интересующих нас газов. Размер открытых капиллярных пор в газобетоне составляет от 0,1 до 100 микрометров (не размер пузырьков, видимых глазом а размер пор между этими пузырьками). В то же время размер молекулы углекислого газа CO2 - 0,33нанометра, воды - 0,3нм, то есть как минимум в 300 раз меньше.

Это означает, что газопроницаемость газобетона подчиняется закону Пуазёйля, который описывает течение газов и жидкостей в тонких трубках и который говорит, что объём жидкости или газа просочившейся через тонкую трубку не зависит от массы или размера молекул, а зависит лишь от геометрических размеров трубки, разности давлений и обратно пропорционален так называемой динамической вязкости газа. Эта самая динамическая вязкость при комнатной температуре для О2 равна 20,18 мкПа*с, для углекислого газа - 14,8мкПа*с, для паров воды - 12мкПа*с. Запомним эти цифры.

Итак, рассмотрим газобетонную стену. Один слой. Газобетон D400, коэфф теплопроводности l=0.113 Вт/(м*°С), коэфф паропроницаемости - m=0.23 мг/(м*ч*Па). При толщине стены 300мм коэффициент теплосопротивления такой стены R=2.86 м2*°С/Вт, что удовлетворяет всем требованиям по теплозащите. Влагонакопления в такой стене тоже нет. Точка росы возникает при температуре за бортом -13°С. То есть это допустимая стена для Московского региона.

Прикинем какова должна быть площадь дома, чтобы обеспечить физическое выживание человека наглухо закупоренного в помещении без окон и дверей окруженного с 4-х сторон такими стенами. Человек страдает в первую очередь не от недостатка кислорода, а от избытка углекислоты. В свежем воздухе концентрация СО2 - 0,03% или 0,23мм рт. ст или 30Паскалей. При концентрации СО2 1,74% частота дыхания человека увеличивается в 2 раза, а при концентрации более 3% наступает отравление. (см. здесь).

Не будем доводить нашего жильца до отравления - пусть в помещении будет концентрация углекислоты 1,74% или 1750Па (Водолазы при такой концентрации работают ). Стало быть разница парциальных давлений СО2 внутри и снаружи будет dP=1750-30=1720Па.

Человек без физической нагрузки выделяет в час 5-18литров СО2 в час (по википедии). По другим источникам 18-25 литров. Для расчёта примем 20л/ч. Молярная масса СО2=12+2*16=44г/моль. В каждом литре газа 22,4 моль, стало быть вес 20 литров углекислоты М=20/22,4*44=39г. Ровно столько углекислоты должно просочиться в час сквозь стены, чтобы наш человек не отравился.

Коэффициент паропропускания нашего газобетона mв=0.23 мг/(м*ч*Па). Это для паров воды. Для угекислоты динамическая вязкость больше, чем для воды в 20,18/12=1,7 раз, но масса того же объёма углекислоты больше в 44/18=2,4 раза. Поэтому для углекислоты коэффициент газопропускания газобетона будет mу=0,23*2,4/1,7=0,32 мг/(м*ч*Па)

Наша стена в час будет пропускать углекислоты М=dP*m*S/D, где S- площадь, а D- толщина стены. То бишь требуемая площадь стены Sст=M*D/(dP*m)=39000 (мг)*0.3/(0.32*1720)=21,3м2. Это именно площадь стен. При высоте потолков в 3м площадь пола нашей квадратной "газовой камеры" S=(Sст/(4*h)^2=(21,3/(4*3)^2=3м2.

То бишь, в помещении из газобетона плотностью D400 и площадью всего 3м2 человек не задохнётся, даже если в помещении не будет ни окон ни дверей ни какой либо вентиляции.

На семью из 4-х человек достаточно площади помещения (21,3*4/12)^2=50м2 (площадь стен пропорциональна квадратному корню от площади помещения).

Какие же выводы? Мне кажется, что мне удалось показать, что вполне не-волшебный строительный материал обладает такой газопроницаемостью (при достаточной теплоизоляции), которую как минимум имеет смысл учитывать при обсуждении вентиляции. Понятно, что дом площадью 50м2 из газобетона лишь едва-едва обеспечит потребность семьи в дыхании (но ведь обеспечит!) и ни о каком комфорте и свежем воздухе речи не идёт. Именно об этом я и говорил, когда писал, что у современных материалов степень газопроницаемости недостаточна для полного отказа от вентиляции.

Но с другой стороны, не бывает и домов без окон, дверей, щелей и со 100% газоизолированными полом и потолком. Поэтому, думаю, есть смысл говорить о "дышащих" стенах, особенно если учесть, что газообмен через такие стены экономит вплоть до 91% энергии на вентиляцию.

 

Агааа...значит не все потеряно ?! Интрига таки продолжается...

 

Что будет с влагой в таком доме и в такой стене при -20 градС за бортом?

 

Великолепно, но недостаточно. С одной стороны мы увеличили концентрацию СО2 почти 17 раз выше комфортной и дышим в 2 раза чаще. Ни каждая жена это не заметит.
С другой, у нас, как правильно замечено, есть еще и давление ветра, какая-никакая вытяжка в интересных местах, печка, периодически пожирающая испорченный воздух.
Тут уже были драчки по этому поводу, Я вот пришел к выводу, что физика тут не очень-то и нужна, и что нужен датчик СО2

 

Билли@Бонс, предметом обсуждения является практическая применимость для вентиляции через стену т. н. "дышащей стены", поэтому считают её, а значит требуются упрощения и идеализация, иначе счёта не получится. Вернее он будет чрезвычайно сложным. Не дом реальный считают, а именно дышащую стену и её способность заменить собой вентиляцию. Между прочим начали не только с самой дышащей стены, а с того что она - рекуператор.
Датчик СО2 al185 приобрёл и нечто им намерил. Особенности его дома покажут в основном приборы, измеряющие герметичность.

Счёт очевидно показывает что никаких условий для повседневной комфортной жизни такие стены без внутренней и внешней отделки, которые результат расчёта только усугубят, обусловить не могут. Это если не подвергать сомнению и проверке использованные в процессе счёта допущения.

Вывод напрашивается 1: предполагаемой газообменной функцией т. н. "дышащих стен" можно смело пренебречь и все рассказы о том как легко жены дышат в укупоренном помещении с хитровывернутыми стенами лишены всякого основания.
Просто дырявые дома.

 

Ложный вывод.
Если не хитрить, то по расчётам выходит, что проницаемые (дышащие) стены могут обеспечить всего 5..10% газообмена, необходимого для комфортного проживания.
Одновременно с этим снижая теплосберегающие свойства стен.

Добавляем проницаемость для газообмена - добавляем теплопотери.
И золотой середины (чтобы и "дышали" и тепло сберечь) здесь нет.

 

Ждём описание конденсата на стенах, стёклах, в самой стене. Замерзания воды в газобетоне.
Если вернуться к началу обсуждения то станет ясно что обосновать требовалось одновременную способность стен быть газопроницаемыми в достаточной степени и при этом оставаться сухими без конденсации в них воды с последующим её там замерзанием при этом сохранение способности к адекватному газообмену и сохранение околопаспортных значений теплоизолирующей способности.
Три по цене одного.
Вот это как скомпоновать в 1 стеновой конструкции из газобетона?

 

Возможно, есть у таких стен ещё "эффект памперса" - поглощение загрязнений, в первую очередь запахов. Что, вероятно, и вызывает у проживающих в новых домах с такими стенами ощущения свежести и чистоты.

На я сомневаюсь, что такая "очистка" будет достаточно продолжительной и безвредной. Ведь не все загрязнения будут выходить наружу, часть из них будет постепенно накапливаться в стене.

 

Тиамо, я же специально для Вас ссылки вставляю. Уже не первый раз. Попробуйте кликнуть. Вот сюда.

Если кликать лень, то вот результат расчёта с калькулятора:
В ограждающей конструкции нет условий для образования конденсата.
Слой ограждающей конструкции удовлетворяет нормам по защите от переувлажнения.

При -20С точка росы будет. Я об этом тоже писал:

Но для Москвы это не страшно. Не страшно также для Архангельска и Мурманска. Влагонакопления не будет.

Вот в славном городе Омолон, что на Чукотке - там да, там влагонакопление на грани:
Ограждающая конструкция удовлетворяет нормам по защите от переувлажнения.
Внимание!
Сопротивление паропроницанию от внутренней поверхности конструкции до плоскости максимального увлажнения менее чем на 10% превышает требуемое значение из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха.

Вот только для Омолона стена уже не проходит по тепловой защите. Для Омолона надо в 2 раза толще стену - 600мм. Но тогда и влагонакопление исчезает.

 

Еще разок попытаюсь сформулировать соображения о паропропускании наружных стен "от Yanushko" .

1) Современные конструкционные материалы и утеплители не могут обеспечить вентиляцию помещений и создание внутри помещений нормального микроклимата без дополнительных источников вентиляции.

2) Современные паропроницаемые материалы могут вносить существенный вклад в вентиляцию помещений и способствовать поддержанию в помещении комфортного микроклимата. При этом обеспечивается существенная экономия на теплопотерях, сравнимая с использованием рекуператоров. При использовании паропроницаемых стен можно ограничиться устройством пассивной вентиляции.

3) При использовании паропроницаемых конструкций надо очень внимательно следить за недопущением влагонакопления в стенах. Банальная окраска фасада масляной краской может привести к разрушению стены и необходимости капитального ремонта дома.

4) Даже если бы существовали материалы достаточно прочные, чтобы быть конструкционными и достаточно паропроницаемые, чтобы обеспечить требуемый газообмен, их нельзя было бы использовать в ограждении теплового контура дома из-за их "продуваемости". То есть необходимо было бы предпринимать специальные меры по защите стен от ветра. Примером могут служить современные каркасные дома с ватным (паропроницаемым) утеплением. Для защиты от ветра в них применяются ветрозащитные мембраны. Но эти мембраны существенно снижают и паропроницаемость внешней поверхности стены, что приводит к образованию точки росы, которая в свою очередь устраняется применением пароизоляционных плёнок. В результате получаем паронепроницаемую стену

5) Использование паронепроницаемых конструкций позволяет удешевить стену и гарантирует её сохранность от разрушительного действия конденсата.

6) Использование паронепроницаемых конструкций требует устройства принудительной вентиляции дома и желательно с использованием рекуператоров тепла. Причём рекуператоры следует использовать с паропроницаемыми (бумажными) теплообменниками. Иначе воздух в доме будет излишне сухим.

7) Выбор степени паропроницаемости стены остаётся за застройщиком и зависит от его финансовых возможностей, эстетических, ностальгических и религиозных чувств и предпочтений. Получить нормальный микроклимат в помещении можно при использовании обоих подходов.