Водяной пар, то есть вода в газообразном состоянии — несмотря на то, что чаще всего невидимая — всегда сопровождает нас, независимо от того, где мы находимся. Ее присутствие оказывает значительное влияние на наше самочувствие, формирует погоду, а внутри дома влияет на многие аспекты его функционирования. Чаще всего, он вызывает различные технические проблемы, но есть области, где он может сыграть полезную роль. Наиболее проблематичным является способность водяного пара конденсироваться, то есть переходить из газообразного состояния в жидкое при благоприятных условиях.
Конденсация как физическое явление
Вода, то есть молекула жидкости, состоящая из двух атомов водорода и атома кислорода (H2O), испаряется при любой температуре, в том числе и их твердые формы — лед или снег, при контакте с воздухом. На границе раздела между жидкостью и воздухом происходит фазовое превращение, в результате чего образуется смесь водяного пара и воздуха. Этот метод испарения производит сухой невидимый пар, а содержание частиц воды, то есть влажность воздуха, в основном зависит от температуры. Если вода нагревается до точки кипения, то есть до 100 °C, ее испарение будет происходить не только на поверхности, но по всей массе, создавая характерные пузырьки, которые вызывают унос жидких частиц воды, вызывая заметный туман, и образуя влажный пар.
Из многих свойств водяного пара, с точки зрения строительной физики и некоторых процессов горения, наиболее важными являются отношения между температурой воздуха и процентным содержанием водяного пара, что позволяет определить, так называемую, критическую точку (когда водяной пар конденсируется) и парциальное давление водяного пара в воздухе. Эти зависимости можно найти в таблицах или на диаграмме Молье.
Например, сравнивая два состояния влажного воздуха, можно получить следующие значения: при изменении температуры меняется и плотность влажного воздуха, которая всегда ниже, чем у сухого. Это оправдывает, среди прочего необходимость установки дефлекторов в верхней части помещения. Важной особенностью воды, которая превращается в водяной пар, является высокая теплота испарения (около 2300 кДж / кг) и такая же величина, когда имеет место процесс обратной конденсации. Это позволяет рекуперировать значительную часть энергии, когда мы конденсируем пар, содержащийся, например, в выхлопных газах.
Проникновение водяного пара через перегородки
Водяной пар, содержащийся в воздухе, создает молекулярное давление, которое заставляет его выравниваться на стыке двух центров, разделенных перегородкой. Ярким примером являются, так называемые мостики холода в пластиковых окнах. В строительстве такое состояние возникает, в частности, между внешним и внутренним воздухом, и, в зависимости от параметров воздуха с обеих сторон, водяной пар «проталкивается» через перегородки наружу или внутрь здания. Однако стены, потолок и крыша обладают некоторым сопротивлением, так называемым сопротивление диффузии, которое зависит от типа материала и его толщины. Его значение, для конкретных материалов, определяется как безразмерный коэффициент сопротивления диффузии по отношению к сопротивлению воздуха и обозначается буквой µ. Такие отделочные материалы, как штукатурки, краски, пропитки, облицовки, также оказывают значительное влияние на общее сопротивление диффузии перегородки.
Коэффициент сопротивления диффузии у различных строительных материалов
- Газобетон: 5-10
- Керамический, силикатный кирпич: 5-10
- Стеновые блоки: 3-10
- Конструкционный бетон: 70-150
- Дерево: 40
- Гипсокартон: 8-10
- Клинкерный кирпич: 70-100
- Цементно-известковая штукатурка: 10-15
- Пароизоляционные пленки: 100000
- EPS: 20-50
- Полистирол XPS: 80-200
- Минеральная вата: 1
- Пенополиуретан с открытыми порами: 2-4
- Пенополиуретан с закрытыми порами: 30-40
Сколько водяного пара может проникнуть в перегородку?
Расход пара, проходящего через перегородку, можно рассчитать по формуле: i = Dp / (1,5 x 10 6 мкд), где: i — количество пара в кг / м 2 ч; p — перепад давления по обе стороны перегородки, Па; — диффузионное сопротивление; d — толщина материала барьера на метр. Например (упрощенно), стена, изолированная полистиролом толщиной 15 см из стеновых блоков толщиной 25 см, имеет общее сопротивление диффузии (d) 30 x 0,15 м + 5 x 0,25 м = 5,75 м.
Предполагая, что внутренние атмосферные условия (температура и влажность) — 20 градусов Цельсия и 50%, а внешние — 0 градусов Цельсия и 70% соответственно, необходимо рассчитать разницу парциального давления из таблиц, которая составляет 741 Па. Если в поперечном сечении перегородки, после подстановки в формулу, можно получить поток пара 0,086 г / м2 ч. Такой результат лучше всего доказывает, что стена может «дышать», что якобы могло бы заменить эффективную вентиляцию.
Однако такое небольшое количество водяного пара, проникающего через перегородку — когда его невозможно испарить снаружи — накапливается в ней, достигая уровня насыщения в определенном поперечном сечении, то есть 100% влажности при соответствующей низкой температуре. В результате происходит его уплотнение, которое в зависимости от места и материала перегородки вызывает различные эффекты.
Если этот процесс происходит в материале с низким водопоглощением и, в то же время, устойчивом к влаге, например полистироле, он не вызовет серьезных повреждений, а в более теплое время года влага будет испаряться. С другой стороны, плохо отрегулированная паропроницаемость перегородок, особенно содержащих деревянные элементы, приведет к постоянному увлажнению и разрушению конструкции.
Чаще всего, это явление возникает при неправильном утеплении чердака, когда водяной пар, образующийся в комнатах, конденсируется в обычно применяемой теплоизоляции из минеральной ваты. Определение возможности конденсации водяного пара, в конкретной многослойной перегородке, достаточно сложно и требует учета теплоизоляционных свойств отдельных слоев. Как правило, речь идет о том, чтобы найти место на участке стены, где расположена, так называемая, точка росы, т.е. достижение температуры, при которой давление водяного пара будет соответствовать состоянию насыщения.
Как защитить перегородки от конденсата?
Предотвращение образования конденсата включает в себя: соблюдение соответствующих исполнительных требований и правильное использование дома. Что касается конфигурации стеновых слоев, следует придерживаться общего принципа выбора материалов с низкой паропроницаемостью изнутри и высокой паропроницаемостью и теплоизоляцией снаружи.
Как правило, установка паронепроницаемых слоев снаружи невозможна, так как это предотвратит самовысыхание и приведет к постоянной сырости стены. Также, необходимо обратить внимание, на обеспечение равномерной теплоизоляции перегородки — так называемые тепловые мостики, которые способствуют конденсации водяного пара в этих местах и развитию плесени, поскольку локальное охлаждение поверхности, например, до 11 градусов Цельсия приводит к конденсации воды. Также необходимо обеспечить достаточную вентиляцию помещений и поддерживать влажность воздуха на оптимальном уровне — рекомендуемая влажность по физиологическим и техническим причинам составляет 40-60%.
Простым в реализации способом изменения паропроницаемости через перегородки будет использование специализированных паронепроницаемых мембран или паропроницаемых пленок. Пароизоляционные пленки всегда устанавливаются внутри помещений и обычно используются при строительстве каркасных домов, теплоизоляции чердаков, защите минеральной ваты от влаги.
С другой стороны, для теплоизоляции снаружи укладываются паропроницаемые мембраны как кровельные или ветрозащитные, а их характерное свойство — способность отводить влагу. Производители часто определяют их основное свойство в количество воды, которое может проникнуть через 1 м пленки за 24 часа. Эти пленки считаются высокопаропроницаемыми, если этот показатель составляет 2000-3000 г / м в сутки.
Однако более надежным параметром будет коэффициент паропроницаемости Sd, указанный производителем. Он определяет эквивалентную толщину паропроницаемости воздушного слоя, выраженную в метрах. Для фольги с высокой паропроницаемостью она не должна превышать 0,03м.
Конденсация в выхлопных газах отопительных приборов
В процессе сжигания газообразного,жидкого или твердого топлива образуется одинаковое количество водяного пара. Его происхождение может быть двояким — в результате сжигания водорода, содержащегося в топливе, или в результате испарения воды, содержащейся во влажном угле или древесине. С точки зрения энергии, конечно, выгодно только сжигание водорода, а образующийся водяной пар может быть конденсирован путем рекуперации, так называемой, скрытой теплоты.
Такие возможности обычно предоставляют конденсационные котлы, которые, теоретически, позволяют повысить энергетические свойства топлива до 11%, что, например, подается как КПД 108%. Однако положительный эффект конденсации применим только к топливам, содержащим значительную долю водорода, и в этом отношении лучше всего подходит природный газ. Его основной компонент — метан CH4, который, при реакции с кислородом, производит много водяного пара. При сжигании сжиженного нефтяного газа получается немного меньшая эффективность конденсации.
Существуют также конденсационные котлы на твердом топливе, но их работа практически не увеличивает энергетические свойства топлива в сухом состоянии. Например, влажная древесина сначала должна быть высушена испарением, которое поглощает энергию, и только часть потребляемой энергии будет восстановлена из генерируемого пара после конденсации.
Конденсация водяного пара, содержащегося в выхлопном газе, требует снижения его температуры до значения, соответствующей, так называемой, точки росы. Для природного газа начало сжижения будет происходить при температуре ниже 57 градусов по Цельсию, для сжиженного газа около 50 градусов по Цельсию, а для мазута — 46 градусов по Цельсию. Поэтому отопительные установки, питаемые от таких котлов, должны быть правильно спроектированы для работы при низких температурах теплоносителя.
Также материал, из которого изготовлены камеры сгорания, выхлопные трубы, должен быть устойчивым к контакту с влажными выхлопными газами. Непреднамеренный эффект вредной конденсации часто проявляется в неправильной работе, особенно угольных котлов, из-за слишком низкой температуры воды в контуре котла (ниже 60-70 ° C), что не только приводит к возникновению отложений на стенах внутри котла, но также снижает температуру выхлопных газов, вызывая образование конденсата, опасного для теплообменника и дымохода.
