Новости

Новости

Влагоперенос в строительных материалах и ограждающих конструкциях


Формирование тепловлажностного и воздушного режимов, долговечность и эксплуатационные качества возводимых и реконструируемых зданий и их ограждающих конструкций зависят от протекания сложных взаимосвязанных процессов тепло- и массопереноса (рис. 6.1).

Перенос влаги в материалах и средах происходит в виде водяного пара и жидкости под действием различных потенциалов и силы тяжести. В капиллярно-пористых материалах, к которым относится большинство строительных материалов, влагоперенос осуществляется несколькими механизмами. Если ее движение происходит под действием градиента общего давления, то интенсивность влагопереноса определяется коэффициентом молярной диффузии или бародиффузии. Под диффузией понимается перенос массы в результате передвижения молекул одного вещества среди молекул другого. В строительной теплофизике диффузией наиболее часто называют перемещение парообразной влаги под действием градиента концентрации в порах материала в зависимости от энергии связи с поверхностью. Кроме того, к диффузионным процессам относят и процессы пленочного и термопленочного движения жидкой влаги в капиллярно-пористом материале, эффузию (кнудсеновскую диффузию), перемещение влаги под действием капиллярного потенциала. Величина капиллярного потенциала, возникающего в материалах вследствие поверхностного натяжения жидкости, зависит от диаметра пор и капилляров. Чем меньше их диаметр, тем больше их потенциал.
В общем виде влагоперенос в ограждающих конструкциях описывают уравнением:

где Ji - плотность потока влаги по «i» механизму влагопереноса;
xi - коэффициент влагопереноса по «г» механизму;
0i - «г» потенциал влагопереноса.
Для решения уравнения (6.1) необходимо знание величин коэффициентов влагопереноса. В настоящее время экспериментальное определение всех коэффициентов представляет сложную и часто технически невыполнимую задачу. Поэтому используется моделирование влагопереноса с объединением потоков влаги по градиентам отдельных потенциалов. Общий, суммарный, поток состоит из трех составляющих:
- потока, пропорционального градиенту парциального давления водяного пара с коэффициентом диффузии водяного пара;
- потока, пропорционального градиенту общего влагосодержания с коэффициентом влагопроводности;
- потока, пропорционального градиенту температуры с термоградиентным коэффициентом.
При этом необходимо учитывать и возможное поступление и перенос влаги в ограждающие конструкции с потоком влажного воздуха при его фильтрации в процессе воздухопроницания.
В инженерной практике, ввиду сложности физического процесса переноса влаги в ограждающих конструкциях, разрабатываются методики расчета суммарной плотности потока влаги. Школой В.Н. Богословского предложена теория переноса влаги с использованием потенциала влажности, который учитывает все виды переноса:

где j - плотность потока влаги, кг/(м2*ч);
X - коэффициент влагопереноса, кг/(м*°В ч);
0 - потенциал влажности, °В/м.
За один градус потенциала влажности (°B) принимается одна сотая часть максимальной сорбционной влажности фильтровальной бумаги при 20°С.
Использование указанной теории ограничивается отсутствием данных по коэффициентам влагопереноса «x» и потенциалов влажности «в» для различных материалов.
Учитывая сложность физических процессов, в практических разделах строительной теплофизики расчеты переноса влаги в ограждающих конструкциях выполняются с использованием двух коэффициентов влагопереноса: коэффициента паропроницаемости «u», мг/(м*ч*Па), и коэффициента влагопроводности «Лт», кг/(м*ч*°М). В размерности коэффициента влагопроводности использован градус влагосодержания (°М), имеющий размерность кг/кгc.мат.
Коэффициент паропроницаемости равен массе влаги, проходящей через единицу площади материала на единицу длины в единицу времени при перепаде парциального давления водяного пара в один Па.
Паропроницаемость зависит от физических свойств материала и отражает его способность пропускать диффундирующий водяной пар. Коэффициенты паропроницаемости строительных материалов определяются экспериментально и их расчетные значения приведены в справочных материалах.
Поток влаги, перемещаемый через материал, в парообразной фазе определяется по выражению:

где j - плотность потока влаги, мг/(м2*ч);
Vp - градиент парциального давления, Па/м.
Уравнение (6.3) определяет изотермический влагоперенос в материалах при влажности ниже максимальной сорбционной. С повышением влажности материала выше максимальной сорбционной перенос жидкой влаги осуществляется влагопроводностью.
В теории влагопроводности в качестве потенциала влажности принято влагосодержание материала. Плотность потока влаги прямо пропорциональна градиенту влагосодержания Vu, равному одному кг влаги на один кг сухого материала и на единицу длины.

где jm - плотность потока влаги, мг/(м2-ч);
Лm - коэффициент влагопроводности, кг/(м*ч*°М);
Vu - градиент влагосодержания, кг/кгс.мат/м, °М/м.
В инженерной практике, оценка влажностного состояния материалов ограждений выполняется с использованием коэффициента паропроницаемости.