Веселые ребята

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Да не, просто очередное забугорное околонаучное популистское развеивание мифов. Ничего личного, наши последователи МВТД даже слов таких не знают.

Любой российский инженер знает, что регламентируется сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции и отсутствие влагонакопления в ограждающей конструкции, а не все эти вумные аэробарьеры, пароизоляции и полиэтилены.

 

"Легко сказать, что пароизоляция должна быть установлена с внутренней стороны на севере и с наружной стороны на юге. Однако гораздо сложнее определить, где север, а где юг.

Очевидно, что пароизоляция не требуется в большинстве зданий со смешанным климатом."
ЗЫ ...однако...

 

@V109ый, правильно написано. Ещё раз напомню про российского инженера, не оперирующего понятием пароизоляции, но рассматривающего отсутствие влагонакопления.

 

...без учёта типа фасада...?

 

Путаница относительно диффузии​

Представьте себе трёхмерную игру в молекулярный бильярд, где бильярдные шары иногда могут быть липкими, а правила зависят от того, где вы находитесь за столом. Если бы существовало множество различных столов и луз разных размеров, у Миннесотского толстяка и Быстрого Эдди Фелсона были бы припадки от такого разнообразия.

Диффузия должна быть лёгкой задачей, ведь для её описания достаточно одного уравнения — закона Фика. Однако проблема заключается в том, что это уравнение лишь приближённое, и мы не можем точно измерить свойства материалов, чтобы оно всегда работало. Свойства материалов меняются в зависимости от температуры и давления пара, а также от множества различных материалов.

Для нас очень плохо, что в сборках существуют различия в температуре и давлении пара. Также плохо, что существует множество материалов, из которых состоят сборки. И, наконец, то, что всё постоянно меняется, вызывает у нас ещё больше проблем.

То, что мы называем диффузией, на самом деле представляет собой сложное сочетание процессов, таких как диффузия, капиллярность и поверхностная диффузия, которые происходят одновременно и могут идти в разных направлениях. Физика этих процессов не всегда понятна и согласована.

Чтобы узнать больше о них, стоит обратиться к МГЭИК (Международному совету по гидро- и термодинамике). Здесь вы не найдёте исчерпывающей информации. Однако для меня это не имеет значения, поскольку я инженер и не нуждаюсь в глубоких знаниях физики, пока понимаю конечный результат.

Вот в чём дело: все процессы происходят на поверхности. Это простая истина, которую должен знать каждый. Даже человек, который не разбирается в физике, может увидеть это. Но если вы хотите разобраться глубже, то стоит обратиться к основам.

Также стоит задуматься о том, почему расчёты точки росы часто не имеют смысла. Говорят, что конденсат образуется в середине изоляции полости стены. Но когда-нибудь вы видели его там? Нет, никогда. Значит, расчёты точки росы ошибочны? Не совсем, но у людей часто складывается неправильное представление о них.

Оказывается, всё дело в контексте. Для начала, в руководстве ASHRAE (Американский институт холода и Refrigeration Engineers) указано, как правильно рассчитать точку росы. Однако никто не следует официальной процедуре ASHRAE. И, конечно же, никто не учитывает допущения и ограничения, которые необходимы для этого вычисления. Ах, эти допущения и ограничения...

Если вам интересно, вам стоит почитать основы.

Я помню замечательный маленький эксперимент, который был проведен в 1982 году в моей альма-матер, Университете Торонто, профессором Джоном Тимуском, известным как «Джей Ти» среди его аспирантов.

В ходе эксперимента, который был предназначен для нас, новичков, была создана стена из деревянного каркаса, обшитая ДВП с одной стороны, и заполненная стекловолокном в полостях, без какой-либо обшивки с другой. Стена была помещена в климатическую камеру, где одна сторона поддерживалась при температуре 0 °F (-18 °C), а другая — при температуре 70 °F (21 °C) и относительной влажности 50%.

Интересно, какова точка росы при температуре воздуха 70 ° F (21 ° C) и относительной влажности 50%? Где моя психрометрическая таблица? Кажется, она говорит, что это примерно 50 ° F (10 ° C).

Куда же эта точка росы попадает в стене? Если верить рисунку 1, примерно на четверть расстояния в стене. Взгляните на фотографию 1. Где весь иней? Он находится на обратной стороне обшивки.

Рисунок 1:

Точка росы расположена на внутренней стороне обшивки, поэтому иней и конденсат появляются на этой стороне, а не в самой точке росы.​

Фотография 1:

Процесс происходит на поверхности — иней скапливается на внутренней стороне обшивки, а не в центре изоляционной полости.​

Так почему же вода не конденсируется в точке росы в утеплителе? На самом деле, это происходит, но не задерживается там надолго. Она перемещается всё ниже и ниже, пока не достигнет точки, где дальнейшее движение становится затруднительным.

Бильярдные шары с молекулами воды продолжают прыгать, пока не достигнут интересного места на столе, где правила меняются. Это холодное место, где начинается накопление материала, обычно вызывает интерес у инженеров. Некоторые называют его «преимущественным заложением», хотя образование конденсата происходит повсюду вокруг точки росы, независимо от её расположения. Другие называют это «первой конденсационной поверхностью», хотя это не первая поверхность, которая вызывает интерес у большинства людей. Понятие «нормальное время» в этом контексте очень субъективно.

В большинстве стенных конструкций задняя часть обшивки вызывает наибольший интерес с точки зрения конденсации, поскольку именно там собирается вода. Если вы знаете условия на поверхности тыльной стороны обрешётки, то можете значительно предсказать, что произойдёт в стене. Ещё один способ представить обратную сторону обшивки — это «осушитель воздуха» для полости в стене. Его температура определяет парциальное давление в полости стены, особенно если у вас пористая теплоизоляция, такая как стекловолокно и целлюлоза. Эти утеплители обладают паропроницаемостью, близкой к паропроницаемости «свободного воздуха».

Если углубиться в детали, то «интересной поверхностью утепления» в комнате обычно является внутренняя сторона окна (фотография 2). Температура за окном во многом определяет, что происходит внутри помещения.

Фотография 2: Оконный осушитель воздуха — внутренняя поверхность окна в комнате, которая в значительной степени влияет на микроклимат в помещении.​

В прежние времена одна панель стекла создавала максимальное давление пара в комнате с окном, что делало его своего рода осушителем воздуха. Вот почему в те времена мы вдували теплый воздух внутрь окна, чтобы прогреть его и предотвратить образование конденсата.

Кроме того, «интересная поверхность уплотнения» в сборке крыши обычно представляет собой нижнюю сторону обшивки мансардной крыши (фотография 3), а не середину конструкции, где находится изоляция (рисунок 2). На самом деле, сначала на гвоздях образуется конденсат, а затем на обшивке. Фотография 4 демонстрирует, что происходит, когда у кого-то слишком много свободного времени.

 

Рисунок 2:

Обшивка чердака — это нижняя сторона крыши чердака. Она расположена в том месте, где происходят основные действия, а не в точке росы в утеплителе потолка.​

Фотография 3:

Обшивка крыши — сначала замерзают гвозди, затем нижняя часть обшивки.​

Фотография 4:

Контроль образования конденсата. — Да, это правда, вокруг нас столько необычных людей. Попытка изолировавать гвозди.​

Как насчёт вентилируемых подполов? Обычно в них есть две важные поверхности: нижняя часть изоляции в полостях между балками пола (фото 5) и верхняя часть почвопокровного покрова (фото 6).

В течение нескольких месяцев в году температура точки росы наружного воздуха выше температуры поверхности земли. Температура поверхности земли определяет микроклимат в подполе, поскольку она влияет на температуру нижней части утепленного пола.

Нижняя часть изолированного пола обычно находится в пределах одного или двух градусов от температуры поверхности земли из-за излучения между ними (рисунок 3).

Как определить температуру поверхности земли в подполе? Это довольно просто. Разумным практическим правилом для оценки температуры поверхности грунта в зоне подпола является использование среднегодовой температуры окружающего воздуха для данного местоположения.

Фотография 5:

В подвале скапливается конденсат. Капля воды собирается на выступе, который находится на нижней стороне изоляции подвального помещения.

Фотография 6:

В подвальном помещении скопилось ещё больше конденсата. Как же вода попала на пластиковое покрытие сверху? Скорее всего, она конденсировалась из вентиляционного воздуха.​

 

Рисунок 3:
В вентилируемом пространстве подпола влага скапливается на нижней стороне ворсистого утеплителя и на верхней стороне пластикового грунтового покрытия. Это происходит потому, что обе эти поверхности находятся ниже точки росы воздуха в подполе. На самом деле, эта точка росы соответствует температуре наружного воздуха, так как именно оттуда влага проникает в подпол.​

Чтобы оценить уровень риска, мы можем провести несложный анализ.

Учитывая расположение участка и температуру поверхности в подвале, мы можем рассчитать среднегодовую температуру точки росы.

Как мы уже знаем, температура поверхности земли в зоне подпола в значительной степени соответствует среднегодовой температуре окружающего воздуха в этом месте (рис. 4).

В качестве примера я выбрал город Ричмонд, штат Вирджиния. Вы можете выбрать свой город и провести те же расчеты. В большинстве мест это может быть довольно опасно, не так ли?

Важно отметить, что в этом анализе не проводилось сложных вычислений, только были построены графики температур и сделаны некоторые допущения.

Рисунок 4: Анализ риска конденсации в подполе​

Этот рисунок, адаптированный из книги Handegord, демонстрирует наглядный и простой способ проведения анализа. Он представляет собой график, на котором показано среднее значение температуры точки росы в данном месте в течение года, в зависимости от температуры поверхности земли в районе подпола. Заштрихованная область указывает на участки, где могут происходить нежелательные процессы.

Итак, как же вы справляетесь с подполом? Ах, вернёмся к нашему предыдущему представлению.

Давайте снова обратимся к чердакам и взглянем на фотографию 7, на которой изображена верхняя часть толстого слоя утеплителя на вентилируемом чердаке. Вы заметили иней на верхней части утеплителя? Откуда он взялся? Разве иней не должен быть на нижней стороне обшивки крыши? На самом деле, в этом случае он тоже присутствует.

Этот небольшой поворот в нашем жизненном реалити-шоу обусловлен ночным небом и его излучением. Настил крыши становится холоднее наружного воздуха, что приводит к образованию инея. Это связано с излучением от верхней части изоляции чердака.

Фотография 7:

Иней на верхней поверхности утеплителя потолка чердака.

Когда на чердаке происходит вентиляция и свежий воздух проникает внутрь, он сталкивается с двумя самыми холодными поверхностями в помещении — нижней стороной кровельного покрытия и верхней частью утеплителя (см. рисунок 5).

Метеорологи объясняют, что для перехода воды из газообразного состояния в жидкое требуется контакт с твердой поверхностью. На чердаке таких поверхностей не так много, и они находятся на поверхностях самого чердака. Обратите внимание на ключевое слово «поверхности».

Вернемся к стенам. Можем ли мы провести простой анализ, чтобы оценить риск образования конденсата? Существует ли метод, который был бы проще расчёта точки росы и не требовал бы вызова специалиста, например, Greek Geek или Kaiser? И, возможно, даже более эффективный? Да, мы могли бы использовать метод, который передаётся из поколения в поколение, как в легенде.

Помните ли вы наше предыдущее исследование подпольного пространства? Давайте рассмотрим, как эти принципы можно применить к стенам.

Люди начали использовать эти методы для стен задолго до того, как мы начали изучать подвалы. Рассмотрим пример Чикаго — города с уникальной физикой и ещё более интересной политикой.

На рисунке 6 показана вероятность образования конденсата в полости стены деревянного каркаса при различных внутренних точках росы.

На рисунке 7 можно увидеть, что происходит, когда температура поверхности конденсации повышается благодаря использованию изолирующей оболочки.

Важно отметить, что ключевым фактором является температура поверхности. Мы используем «среднемесячные температуры», потому что они, кажется, дают наиболее точные результаты. Откуда мы знаем, что они точные? Из реального мира!

Сегодня мы в основном работаем за компьютером, но раньше мы выходили на улицу и измеряли настоящие стены, чтобы получить более достоверные данные. Мы даже проводили лабораторные эксперименты и строили тестовые конструкции, ожидая результатов.


Рисунк 6 Представлен анализ стены в Чикаго. В ходе исследования изучалась вероятность образования конденсата в полости стены, которая имеет деревянный каркас. Следует отметить, что при снижении уровня влажности в помещении вероятность возникновения конденсата значительно уменьшается.


Рисунок 7: Изолирующие породы оболочки.

Изолирующая оболочка повышает температуру интересующей поверхности конденсации. Это хорошо.

 

.

 

Понимание воздушных барьеров

Аннотация:

Управление тепловым потоком, воздушным потоком, потоком влаги, солнечным и другим излучением является основой для регулирования взаимодействия между физическими элементами здания, его обитателями и окружающей средой. Среди этих четырех факторов воздушный поток заслуживает особого внимания, главным образом из-за его влияния на потоки тепла и влаги, как отмечал Хатчон в 1953 году.

Воздушный поток переносит влагу, которая оказывает значительное воздействие на долгосрочные эксплуатационные характеристики материалов, такие как удобство обслуживания, и на целостность конструкции, определяя её долговечность. Кроме того, воздушный поток влияет на поведение здания во время пожара, контролируя распространение дыма и других токсичных газов, а также обеспечивая доступ кислорода.

Качество воздуха в помещении также зависит от воздушного потока, который распределяет загрязняющие вещества и способствует распространению микробов. Воздушный поток также влияет на использование тепловой энергии, влияя на эффективность её применения.

Одной из ключевых стратегий управления воздушным потоком является использование воздушных барьеров, которые создают физические препятствия для перемещения воздуха и влаги.

Воздушные барьеры — это специально разработанные и сконструированные системы материалов, предназначенные для контроля воздушного потока между кондиционируемыми и не кондиционируемыми зонами. Они представляют собой границу первичного воздушного пространства, разделяя внутренний (кондиционированный) воздух от наружного (необусловленного) воздуха.

В многоквартирных домах, таунхаусах и квартирах система воздушного барьера также отделяет кондиционированный воздух от любого отдельного помещения и соседних блоков. Эти системы обычно определяют расположение границы давления в ограждении здания.

В многоэтажных домах, таунхаусах и многоквартирных домах система воздушного барьера выполняет несколько функций: она служит противопожарным барьером и дымозащитой, обеспечивая разделение между блоками. Межблочное разделение должно соответствовать особым требованиям к огнестойкости, предусмотренным для данного типа зданий.

Кроме того, система воздушного барьера отделяет гаражи от кондиционируемых помещений. В этом контексте она также выступает в роли «газового барьера», обеспечивая газонепроницаемое разделение между гаражом и остальной частью дома или здания.

Типичные конфигурации корпусов систем воздушного барьера представлены на рисунке 1.

Подходы

Воздушные барьеры предназначены для того, чтобы противостоять перепадам давления воздуха, которые на них воздействуют. Жёсткие материалы, такие как гипсокартон, материалы для наружной обшивки, например фанера или OSB, а также гибкие барьеры с опорой, как правило, являются эффективными воздушными барьерами, если стыки и швы герметичны. Пенополиуретановые системы также могут выступать в качестве эффективных воздушных барьеров, если они нанесены снаружи на конструктивные элементы или внутри полостей.

Воздушные барьеры препятствуют проникновению наружного воздуха в здание или внутреннего воздуха из здания в зависимости от климата или конфигурации. Иногда воздушные барьеры выполняют обе функции.

Воздушные барьеры могут располагаться в любой части здания — на внешней поверхности, на внутренней поверхности или в любом месте между ними. В холодном климате внутренние воздушные барьеры препятствуют выходу внутреннего воздуха, часто насыщенного влагой. В то время как внешние воздушные барьеры препятствуют проникновению наружного воздуха и защищают от продувания через системы изоляции.

Системы воздушных барьеров должны быть:​

• · непроницаемые для воздушного потока;​
• непрерывное по всему периметру здания или непрерывное по периметру любого отдельного помещения;​
• способны противостоять силам, которые могут воздействовать на них во время и после строительства;​
• долговечны в течение ожидаемого срока службы здания.​

Для создания систем воздухонепроницаемых перегородок в зданиях можно использовать множество подходов. Вот некоторые из наиболее распространённых:​

• внешняя система воздухоизоляции с использованием самоклеящихся модифицированных битумных мембран (Рисунок 2, Фотография 1, Фотография 2);​
• система наружного воздушного барьера с использованием сборных или отлитых на месте бетонных панелей (рис. 3, фотография 3)​
• внутренняя система воздухоизоляции с использованием гипсокартона (Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Фотография 4);​
• система внутреннего воздушного барьера с использованием листового полиэтилена (рис. 8, фотография 5)​

Фотография 1: внешний воздушный барьер с использованием самоклеящейся мембраны
(обратите внимание на непрерывность воздушного барьера в месте соединения стены с крышей)


Фотография 2: внешний воздушный барьер с использованием самоклеящейся мембраны
(обратите внимание на жесткую изоляцию, установленную снаружи системы воздушного барьера)

Рисунок 3 - Наружный воздушный барьер с использованием железобетона
​

 

Рисунок 4: Внутренний воздушный барьер с использованием гипсокартона.



Рисунок 6: Внутренний воздушный барьер с использованием гипсокартона — пересекающиеся стены


Рисунок 7: Внутренний воздушный барьер из гипсокартона — разрез.

Фотография 3

Фотография 4: Типичное жилое ограждение с внутренним воздушным барьером.​

 

Рисунок 8: Внутренний воздушный барьер с использованием полиэтиленового листа

Фотография 5: Внутренний воздушный барьер с использованием полиэтиленового листа.​

Материалы, которые наносятся методом распыления и служат для теплоизоляции, могут применяться в качестве систем, создающих герметичные перегородки или полости.

Однако влажная целлюлоза, которая также наносится методом распыления, не подходит для создания герметичных конструкций. Она пропускает воздух.

Воздушные барьеры используются для разделения зданий на отдельные отсеки (см. рис. 1 (b), рис. 1 (d), рис. 1 (e) и рис. 1 (f). Обычно такие барьеры представляют собой гипсовые плиты, пропитанные огнезащитным составом и усиленные огнестойкой лентой (см. фото 6).

Фотография 6: Внутренняя многосекционная перегородка
(обратите внимание на герметизацию внутренней стены в нижней части напольной системы)​

Одним из ключевых преимуществ наружных систем защиты от воздуха является их лёгкость в установке и отсутствие сложностей, связанных с прохождением через перегородки и технологические отверстия.

Дополнительным плюсом наружных систем защиты от ветра является возможность контролировать поток воздуха, что обеспечивается наружной изоляцией в узлах каркаса.

Однако у наружных систем защиты от воздуха есть и недостаток: они не могут предотвратить попадание влаги, переносимой воздухом, в изолированные полости изнутри. В результате большинство таких систем изолируются с внешней стороны жёсткими или полужёсткими материалами, которые не реагируют на воздействие ветра.

Преимущество внутренних систем защиты от воздуха перед наружными заключается в том, что они предотвращают проникновение влажного внутреннего воздуха в изолированные полости в отопительный период. Однако у внутренних систем защиты от воздуха есть и недостаток: они не могут предотвратить продувание изоляции и проникновение горячего влажного воздуха извне в изолированные полости в условиях влажного и жаркого климата.

Использование как внутренних, так и наружных систем защиты от воздуха может помочь преодолеть недостатки каждой из них.

Материалы для воздухонепроницаемых покрытий также могут обладать свойствами, которые позволяют использовать их в качестве пароизоляционных материалов. Например, самоклеящиеся модифицированные битумные мембраны и листовой полиэтилен могут применяться как для создания воздухонепроницаемого покрытия, так и для пароизоляции.

Однако следует учитывать, что использование листового полиэтилена внутри строительных конструкций в условиях холодного, смешанного влажного, морского, жаркого сухого и жаркого влажного климата обычно не является оптимальным решением. В таких климатических условиях строительные конструкции высыхают как внутри, так и снаружи.

В помещениях с кондиционированием воздуха, как правило, необходима внутренняя сушка. Другими словами, в зданиях с кондиционированием воздуха не рекомендуется устанавливать внутренние пароизоляционные материалы, такие как полиэтиленовые и виниловые настенные покрытия, даже если они находятся в условиях холодного климата.

Требования к производительности

Системы воздушных барьеров обычно состоят из материалов, объединённых в блоки, которые соединяются между собой для создания корпусов. Каждый из этих трёх элементов оказывает заметное сопротивление потоку воздуха. Рекомендуемые минимальные значения сопротивления или воздухопроницаемости для трёх компонентов приведены ниже:

• Материал 0,02 л/(с-м2) при 75 Па
• Конструкции 0,20 л/(с-м2) при 75 Па
• Помещения (дома) 2,00 л/(с-м2) при 75 Па

Материалы и конструкции, отвечающие этим требованиям, называются воздухонепроницаемыми материалами и воздухонепроницаемыми конструкциями. Воздухонепроницаемые материалы, входящие в состав воздухонепроницаемых конструкций, которые, в свою очередь, соединяются между собой для создания корпусов, называются воздухонепроницаемыми системами.

Материалы и конструкции, которые не соответствуют этим требованиям, но тем не менее разработаны и сконструированы для управления воздушным потоком, называются воздухозамедлителями.

Рекомендуемые минимальные значения сопротивления основаны на опыте и текущей практике:

• Гипсокартон является распространённым воздухонепроницаемым материалом и легко соответствует рекомендациям по воздухопроницаемости (0,0196 л/(с-м2 при 75 Па) (Bumbaru, 1988).
• В Национальном строительном кодексе Канады указано, что основной воздухонепроницаемый материал может иметь максимальную воздухопроницаемость 0,02 л/(с-м2) при давлении 75 Па.
• Программа Министерства энергетики США «Строительство Америки» устанавливает требование по воздухопроницаемости ограждающих конструкций в жилых зданиях — 1,65 л/(с-м2) при 75 Па.
• ASTM E-1677-00 Стандартная спецификация для воздухозадерживающего (AR) материала или системы для стен малоэтажных каркасных зданий в настоящее время предусматривает требование к воздухопроницаемости конструкции 0,30 л/(с-м2) при 75 Па.
• Окрашенные стены из каменных блоков имеют расчетную воздухопроницаемость менее 0,20 л/(с-м2) при 75 Па (Тамура и Шоу, 1976 (a) и (b) и Хатчен, Н. Б., и Хандегор, Г. О., 1983).
• Большинство зданий, в которых правильно установлена противопожарная защита без грубых дефектов, таких как открытые потолочные перекрытия, соответствуют рекомендациям по воздухопроницаемости (проверено автором).
• Британская ассоциация по исследованию и информации в сфере строительных услуг (BSRIA) рекомендует 1,8 л/(с-м2) при давлении 75 Па в качестве «наилучшей практики» для воздухопроницаемости жилых зданий.

Проверка и тестирование
Характеристики материалов и сборки обычно проверяются в лабораторных условиях с использованием доступных стандартов (ASTM E 2178–03 Стандартный метод испытаний воздухопроницаемости строительных материалов для определения воздухопроницаемости материалов и ASTM E 283–04 Стандартный метод испытаний для определения скорости утечки воздуха через наружные окна, перегородки и двери при заданной разнице давлений по обе стороны образца для определения воздухопроницаемости сборки).

Спецификацию воздухопроницаемости корпуса можно проверить только в полевых условиях. Можно использовать два подхода к проверке:

• Использование переносного вентилятора для создания разницы давлений в корпусе здания или в его отсеке (ASTM E 779-03 Стандартный метод испытаний для определения скорости утечки воздуха методом нагнетания воздуха вентилятором).
• Использование системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в здании для создания разницы давлений (CAN/CGSB-149.15-96, Определение общей герметичности ограждающих конструкций зданий методом нагнетания воздуха с помощью вентиляционных систем здания).

Первый подход используется для относительно небольших корпусов и отсеков. Второй подход используется для больших корпусов зданий, таких как показано на рисунке 1 (c).
Оба подхода предполагают создание разницы в давлении воздуха с помощью вентилятора с известной скоростью потока. На фотографии 7 показано, как портативный вентилятор вытягивает воздух из корпуса или отсека, создавая разницу в давлении. Применение простого закона сохранения массы и степенной зависимости даёт привычную кривую утечки (рис. 9, рис. 10 и рис. 11). Нормализация позволяет получить значения воздухопроницаемости корпуса или отсека.

Рисунок 9: Массовый баланс корпуса
(скорость массового потока на выходе равна скорости массового потока на входе)

Рисунок 10: Степенное соотношение.

Рисунок 11: Типичная кривая зависимости расхода от давления в помещении​

 

Проницаемость для воздуха оболочки здания для крупного объекта, показанного на фотографии 8, была определена с помощью второго подхода. Внутренние вентиляторы здания были настроены в соответствии со стандартом CAN/CGSB-149.15-96 (рис. 12) для создания серии перепадов давления воздуха, которые были измерены с помощью многоканального цифрового манометра (фотография 9 и рис. 13). Была создана модель CONTAM (Уолтон, 1997), представляющая здание, и значения воздухопроницаемости модели корректировались до тех пор, пока отклик модели на давление воздуха не соответствовал отклику на измеренное давление воздуха в здании (рисунок 14 и F*рисунок 15).

Рисунок 12: Повышение давления с помощью внутренних вентиляторов зданий.

Фотография 7: портативный нагнетательный вентилятор (испытательный прибор «дверь нагнетателя»)

Фотография 8: Испытания на крупном объекте с использованием подхода, известного как «вентиляционная дверь», но в более широком масштабе. Для создания разницы давлений задействованы внутренние вентиляторы объекта.​

 

Фотография 9: Многоканальный цифровой манометр
(измеряет давление внутри и снаружи и межзонное давление)

Рисунок 13: Реакция установки на измеренное давление.


Рисунок 14: Контрольная модель объекта.

Рисунок 15: Модель объекта CONTAM

(значения воздухопроницаемости модели корректируются до тех пор, пока реакция модели на изменение давления воздуха

не будет соответствовать измеренной реакции объекта на изменение давления воздуха)


Таблица 1: Преобразование воздухопроницаемости для материалов, узлов и корпусов​

Заключение

Для проектирования и строительства безопасных, здоровых, долговечных, комфортных и экономичных зданий необходимо контролировать циркуляцию воздуха. Воздушный поток переносит влагу, которая влияет на долговечность материалов (срок службы) и структурную целостность (прочность), поведение при пожаре (распространение дыма), качество воздуха в помещении (распределение загрязняющих веществ и расположение очагов размножения микроорганизмов) и тепловую энергию. Одной из ключевых стратегий контроля циркуляции воздуха является использование воздушных барьеров.

Понимание принципов работы воздушных барьеров необходимо для разработки эффективной конструкции корпуса, определения достижимых требований к производительности и проверки их соблюдения.

 

Идеальная стена​

Отредактированная версия этой статьи впервые была опубликована в журнале ASHRAE Journal. Автор: Джозеф У. Лстибурек, доктор философии, инженер-строитель, член ASHRAE.

Идеальная стена служит барьером между внутренним и внешним миром, обеспечивая защиту от дождя, воздуха, пара и тепла. В древние времена у нас был лишь один материал, который мог справиться с этой задачей — камни. Мы просто складывали их в кучу, и они выполняли свою работу. Однако со временем камни утратили свою привлекательность. Они были тяжелыми и часто падали, что делало их дорогими и неудобными в использовании. Поэтому строительство развивалось, и сегодня для возведения стен требуются четыре основных слоя, особенно если мы строим не из камней. Эти слои расположены в порядке их важности:

• Слой для защиты от дождя
• Слой для защиты от воздуха
• Слой для защиты от пара
• Слой для защиты от тепла

Важно отметить, что если вы не можете обеспечить защиту конструкции от дождя, то не стоит тратить время на защиту от воздуха. А если вы не можете защитить конструкцию от воздуха, то не стоит пытаться защитить её от пара. Лучше всего располагать защитные слои снаружи конструкции, чтобы обеспечить её защиту (рис. 1).

Рисунок 1:
«Идеальная стена»
В представлении об идеальной стене на внешней стороне конструкции расположены четыре слоя:​

• слой для контроля дождевой воды;
• слой для контроля воздуха;
• слой для контроля пара;
• слой для контроля тепла.

Облицовка выполняет важную функцию: она служит защитой от ультрафиолетовых лучей. Кроме того, архитекторы придают большое значение эстетическому восприятию облицовки.​

Когда мы строили из камней, сами камни не нуждались в дополнительной защите. Но когда мы строим из стали или дерева, нам необходимо защищать и сталь, и дерево. И поскольку большинство вредных веществ проникает извне, то лучшее место для борьбы с ними — снаружи, до того как они попадут внутрь. Кроме того, после многих поколений строителей из камня, люди похоже осознали, что мы хотим быть в комфорте, и поняли, что камни не обеспечивают достаточной теплоизоляции. Я имею в виду, что камни не так уж плохи по сравнению с окнами. Я хочу напомнить архитекторам: вы не можете построить энергоэффективное зелёное здание из стекла. Да! Вы можете получить награды за дизайн на всяких там выставках, но мы все знаем, что это не так важно.

Возвращаясь к камням, они тяжелые, и для того, чтобы стена имела хорошее термическое сопротивление, их нужно много. Поэтому мы изобрели теплоизоляцию.

Но где разместить изоляцию? Если мы поместим её внутрь конструкции, она не защитит её от жары и холода. Помните, наша цель — защитить конструкцию, особенно чтобы сделать жизнь инженеров-строителей более приятной.

Расширение, сжатие, коррозия, распад, ультрафиолетовое излучение и почти все другие негативные явления — все это зависит от температуры. Поэтому все контрольные слои располагаются снаружи.

Не допускайте воздействия на конструкцию экстремальных температур, защищайте её от воды в различных формах и ультрафиолетового излучения, и жизнь будет прекрасна.

Как насчет контроля воздуха? Воздух может переносить много влаги, а вода, как известно, вредна для конструкции. Поэтому мы должны не допускать проникновения воздуха внутрь конструкции из-за его способности переносить воду. Если же мы все-таки позволим ему попасть внутрь, то должны убедиться, что он не охладится настолько, чтобы потерять свою способность удерживать воду.

Ещё одна важная вещь, которая обычно требует контроля — это внутренняя среда здания. Если вы планируете жить, работать или поддерживать безопасность вещей в здании, нам необходимо контролировать внутреннюю атмосферу. Особенно важно следить за качеством внутреннего воздуха, потому что мы, как правило, дышим им, когда находимся внутри.

Однако, оказывается мы не можем контролировать воздух, если не ограничим его доступ. Поэтому нам нужно надежное воздухонепроницаемое ограждение, которое обеспечит необходимые условия для кондиционирования, включая фильтрацию, воздухообмен и контроль температуры и влажности. И снова, лучшее место для контроля этого воздуха — снаружи конструкции, но под изоляционным слоем, чтобы избежать изменения температуры воздуха.

И вот она, идеальная стена! Слой контроля воды, слой контроля воздуха и слой контроля пара непосредственно на конструкции и слой контроля тепла поверх других слоев контроля (см. рисунок 1 ещё раз).

Это было обнаружено задолго до моего рождения. Я думаю, что первыми это поняли канадцы (1). Однако норвежцы имеют некоторые претензии к этому, ах да, и русские.

Я предпочитаю мнение канадцев в этом вопросе, потому что я предвзят и горжусь этим. Кроме того, я встретил профессора Хатчеона, и это будет история для моих внуков, когда я стану старше.

Итак, в чем же загвоздка? Чтобы глубже понять физику этого вопроса, рекомендую обратиться к старым мастерам: Хатчеону и Хандегорду (2), а также к новым авторам, Бернетту и Штраубу (3).

В этом прекрасном примере элегантности и симметрии, если вы строите идеальную стену, то получаете идеальную крышу (рисунок 2). Затем, если вы переворачиваете её, вы получаете идеальную плиту (рисунок 3). Физика стен, крыш и плит почти одинакова, что неудивительно (рисунок 4). Это понимание было открыто целому поколению практиков Максом Бейкером (4), когда я только начинал.

Обратите внимание, что в идеальной сборке крыши критический контрольный слой или мембрана для управления дождевой водой, воздухом и паром расположены под слоем теплоизоляции и каменным балластом (т. е. «облицовкой крыши»), что защищает их от основных повреждений: воды, тепла и ультрафиолетового излучения. Аррениус (5) был бы горд.

Меня всегда удивляло, почему мы размещаем самые важные контрольные слои на крышах на самом верху, где они могут быть уничтожены этим. Да, я знаю, их легче заменить, когда они находятся там. Это стандартный ответ в нашем обществе с неограниченными ресурсами.

Рисунок 2: «Идеальная крыша»
Идеальную крышу иногда называют «перевернутой крышей», поскольку слой контроля дождевой воды находится под изоляцией и балластом (т. е. кровельным покрытием). Лично я не считаю ее перевернутой. Те, другие, ошиблись, положив мембрану наверх изоляции — это они перевернуты.

Рисунок 3: «Идеальная плита»
Идеальная плита имеет каменный слой, который отделяет ее от земли, который действует как капиллярный разрыв и слой контроля грунтовых вод. Этот каменный слой должен быть осушен и выведен в атмосферу — так же, как вы бы осушали и вывели вентиляцию облицовку стены.​

Рисунок 4: Стена, крыша, плита — все они имеют схожую конструкцию и физические свойства.​

Большинство проблем, связанных с ограждением зданий, возникают в местах, где крыши соединяются со стенами. На рисунке 5 представлено классическое решение этой задачи, за что я хочу выразить благодарность и извиниться перед Максом Бейкером. Обратите внимание, что здесь контрольный слой для дождя на крыше соединён с контрольным слоем для дождя на стене, а контрольный слой для воздуха на крыше — с контрольным слоем для воздуха на стене и так далее.

Рисунок 5: «Соединение крыши и стены»
Обратите внимание на то, как контрольный слой для дождя на крыше соединён с аналогичным слоем на стене. Аналогично, контрольный слой для воздуха на крыше объединён с таким же слоем на стене. И так далее.​

Это выглядит красиво, а когда всё не так — то просто уродливо. Пришло время обсудить, как можно улучшить конструкцию идеальной «концептуальной» стены, показанной на рисунке 1. Есть три способа, которые можно рассмотреть.

Первый и лучший из них представлен на рисунке 6. Я называю эту стену «500-летней стеной» по двум важным причинам:

· Она олицетворяет 500 лет эволюции.

· Она прослужит 500 лет.

Эта стена идеально подходит для особых зданий, которые передаются из поколения в поколение: музеев, художественных галерей, зданий суда, библиотек. Я называю её «институциональной стеной». Её преимущество в том, что она может быть построена в любой климатической зоне. Единственное, что можно изменить, — это уровень теплоизоляции.

 

Рисунок 6: «Институциональная стена» — это лучшее защитное сооружение, которое мы знаем. Она действует эффективно в любой точке мира и в любую погоду.​

Мой совет здесь очень прост: независимо от того, какой уровень теплоизоляции вам нужен, удвойте его и забудьте об этом. И если вы любите своих детей, не спорьте со мной.
Умная версия этой первой стены — это когда распыляемая пена высокой плотности с закрытыми ячейками используется для объединения четырёх основных слоев управления в одном материале (рисунок 7).

Рисунок 7: Умная стена
Один материал объединяет четыре основных уровня управления.​

Вторая стена должна быть основной для коммерческих зданий. Это базовая стена, от которой зависит вся инфраструктура. Неудивительно, что я называю её «коммерческой стеной» (рисунок 8).

Рисунок 8: «Коммерческая стена»
Почти лучшая стена, которую мы знаем, как построить. Доступная. Работает везде и во всех климатических зонах.​

Эта стена имеет каркас из металлических стоек, и вся изоляция должна располагаться снаружи. Изоляция внутри каркаса недопустима с точки зрения термодинамики. Вы можете построить такую стену в любом климате, просто учтите уровни изоляции (см. выше, особенно часть о любви к своим детям).

Рисунок 9: «Жилая стена»
Лучшая жилая стена, которую мы знаем, как построить. Недешевая. Работает почти везде — за исключением экстремально холодного климата, где мы бы не стали изолировать каркас из дерева.​

Третья стена — это «жилая стена» (рисунок 9). Обратите внимание, что полость каркаса утеплена. Это связано с тем, что мы используем относительно непроводящий каркас — конструкция выполнена из дерева и древесных материалов. Дерево не очень хорошо проводит тепло, поэтому у нас нет дровяных печей.

Чтобы эта третья стена работала почти везде (кроме Аляски и севера Флин-Флон), мы разделили бы тепловое сопротивление изоляции снаружи и внутри каркаса как минимум 50:50. Таким образом, в стене R-20 будет как минимум R-10 или более снаружи каркаса. И никакой пароизоляции с внутренней стороны каркаса.

Повторяйте за мной: никакой пароизоляции с внутренней стороны. Мы хотим, чтобы сборка высыхала как изнутри, так и снаружи. Всегда и везде.

Ссылки

Хатчеон, Н. Б., Принципы CBD-50, применяемые к каменной стене, Canadian Building Digest, Национальный исследовательский совет Канады, Оттава, Онтарио, Канада, февраль 1964 г.

Хатчеон, Н. Б. и Хандегорд, Г. О.; Строительная наука для холодного климата, Национальный исследовательский совет Канады, 1983 г.

Дж. Ф. Штрауб и Бернетт, Э. Ф. П.; Строительная наука для строительных ограждений, Building Science Press, Вестфорд, Массачусетс, 2005 г.

Бейкер, М.; Крыши, Multi-Science Publications, Ltd., Монреаль, 1980 г.