Диффузия водяных паров

E-mail

Водяной пар возникает при кипении воды и при испарении при различной температуре. Для перехода воды в газообразное состояние из окружающей среды поглощается тепло в количестве около 600 ккал/кг. Водяной пар в воздухе не заметен («облака водяного пара» представляют собой парящие в воздухе водяные капли).

В воздухе может находиться лишь определенное количество водяною пара: чем теплее воздух, тем больше возможное содержание водяных паров. Процентное содержание пара в воздухе фактически определяет показатель относительная влажность воздуха. При снижении температуры воздуха и сохраняющемся без изменения содержании водяных паров возрастает относительная влажность воздуха.

Пример: содержание водяных паров в воздухе 125,2 кг/м2.

82.jpg

Если в этом примере и дальше понижать температуру воздуха, то водяные пары конденсируются в жидкость. Температура, при которой относительная влажность воздуха достигает 100%, называется точкой росы смеси воздуха с водяными парами.

Атмосферное давление воздуха 1 ат равно 10000 кг/м2; в смеси воздуха с водяными парами часть давления вызывается водяными парами. Такой показатель целесообразно применять для характеристики содержания водяных паров в воздухе, так как при этом более наглядны возможности диффундирования (0,06 г воды/1 кг воздуха = 1 кг/м2). Поэтому разность в давлении водяных паров (рис, 3) отражает только различное содержание молекул водяных паров при одинаковом полном давлении воздушной смеси; в противоположность этому абсолютная разность давления как в паровом котле (рис. 4), например, в пузырях кровельных ковров.

Различное давление водяных паров может выравниваться за счет диффузии через конструктивные элементы и их слои. Сопротивление диффундированию характеризуется коэффициентом μd (см, м). Если учитывается воздушная прослойка, то коэффициент сопротивления диффузии определяется по таблице «Термическое сопротивление и коэффициенты диффузионного сопротивления строительных материалов».

При диффундировании внутри строительных конструкций возникают участки с пониженным давлением. Аналогично распределению температуры в конструкции распределяется давление в отдельных слоях в соответствии с их долей в общем коэффициенте сопротивления диффундированию. Воздушные прослойки малой толщины (снаружи 0,5, внутри 2 см) можно не учитывать.

Примеры диффузии.

83.jpg

Для предотвращения разрушения строительных конструкций необходимо исключить конденсацию в них влаги. Конденсация возникает там, где фактическое содержание водяных паров угрожает превысить количество, соответствующее температуре. В примерах на рис. 5 —10 конструкция с граничными воздушными слоями представлена в масштабе, пропорциональном их теплоизоляции. Кривая рядом с прямолинейным изменением температуры показывает максимально возможное давление водяных паров.

Для предотвращения разрушений важно учитывать: достаточную теплоизоляцию. В примере (рис. 5) показана однослойная конструкция без конденсации. В примере (рис. 6) возникает конденсат на внутренней стороне конструкции, так как доля граничного воздушного слоя слишком велика. Граничный воздушный слой не должен превышать определенной   величины   х   в   сопротивлении   теплопередаче   1/к   (табл.   2);

правильное расположение слоев. Диффузионная кривая должна иметь внутри по возможности крутой наклон, а снаружи быть плоской (рис. 7). В противном случае возникает конденсация (рис. 8). Уклон характеризуется коэффициентом μd: внутри высокий коэффициент сопротивления диффундированию, хорошая теплопроводность = высокий коэффициент μd; снаружи низкий коэффициент сопротивления диффундированию, плохая теплопроводность = низкий коэффициент μd;

правильное расположение пароизоляции. Если пароизоляционный спой находится снаружи, то там падает давление водяных паров и в результате выпадает конденсат (рис. 9).

Чтобы этого избежать, слой пароизоляции должен располагаться внутри, причём слои, находящиеся перед ним, не должны превышать величины х  в суммарном сопротивлении  теплопередаче  1/k  (табл.  2).

Таблица 1. Давление водяных паров в воздухе.

83.jpg

Таблица 2. Максимальная доля граничного воздушного слоя до пароизоляции (х).

85.jpg

nf_82_01.jpg nf_82_02.jpg
1. Содержание водяных паров в воздухе при различной относительной влажности воздуха.
2. В соответствии с распределением температуры в строительной конструкции проходит кривая максимального содержания водяных паров в воздухе, диффундирующем через конструкцию — кривая давления насыщения.

3. Относительная разность давления пара с двух сторон строительной конструкции.
4. Абсолютная разность давления пара с двух сторон строительной конструкции.

 
nf_82_03.jpg nf_82_04.jpg
5. Давление водяных паров остаётся ниже максимально возможного — конденсата нет.
6. Граничный воздушный слой слишком велик из-за недостаточной теплоизоляции: конденсат на конструкции и внутри неё: X —максимально допустимая толщина граничного воздушного слоя.

7. Коэффициент, характеризующий расположение слоёв: крутизна кривой снижается к наружной стороне — хорошо.
8. Неправильное расположение слоёв: коэффициент и крутизна кривой растут к наружной стороне, в результате чего внутри конструкции выпадает конденсат.

nf_82_05.jpg

9. Пароизоляция с холодной стороны: конденсат внутри конструкции.
10. Дополнительная пароизаляция с тёплой стороны предотвращает образование конденсата, X = максимальная теплоизоляция с внутренней стороны пароизоляции.

Эрнст Нойферт. «Строительное проектирование»