Что такое точка росы и как рассчитать точку росы в стене.

Одна из важных проблем, решаемых в процессе проектирования, – это защита зданий от потерь тепла и, соответственно, теплоизоляция ограждающих конструкций. Ключевым вопросом при расчете тепловой защиты является определение величины и расположения точки росы, от которой во многом зависят решения по конструкции наружных стен и покрытий, толщине их отдельных составляющих и расположения утепляющего слоя. В этой статье мы раскроем, что такое точка росы и как рассчитать точку росы в стене.

Понятие о точке росы

Точка росы – это температура, при которой происходит выпадение или конденсация влаги из воздуха, до этого находящейся в нем в парообразном состоянии. Другими словами, точка росы в строительстве – это граница перехода от пониженной температуры воздуха снаружи ограждающих конструкций к теплой температуре внутренних обогреваемых помещений, где возможно появление влаги, расположение ее зависит от используемых материалов, их толщины и  характеристик, места размещения утепляющего слоя и его свойств.

В нормативном документе СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» и СНиП 23-02 «Тепловая защита зданий» регламентируются условия, касающиеся учета и величины точки росы:

«6.2 В СНиП 23-02 установлены три обязательных взаимно связанных нормируемых показателя по тепловой защите здания, основанные на:

«а» – нормируемых значениях сопротивления теплопередаче для отдельных ограждающих конструкций тепловой защиты здания;

«б» – нормируемых величинах температурного перепада между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающей конструкции и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции выше температуры точки росы;

«в» – нормируемом удельном показателе расхода тепловой энергии на отопление, позволяющем варьировать величинами теплозащитных свойств ограждающих конструкций с учетом выбора систем поддержания нормируемых параметров микроклимата.

Требования СНиП 23-02 будут выполнены, если при проектировании жилых и общественных зданий будут соблюдены требования показателей групп «а» и «б» либо «б» и «в».

Конденсация водяных паров легче всего происходит на какой-то поверхности, однако влага может появляться и внутри толщи конструкций. Применительно к конструкции стен: в том случае, когда точка росы расположена близко или непосредственно на внутренней поверхности, при определенных температурных условиях в холодное время года на поверхностях будет неизбежно выпадать конденсат. Если ограждающие конструкции недостаточно утеплены или сооружены вообще без устройства дополнительного утепляющего слоя, то точка росы всегда будет расположена ближе к внутренним поверхностям помещений.

Появление влаги на поверхностях конструкций чревато неприятными последствиями – это создает благоприятную среду для размножения микроорганизмов, таких как грибок и плесень, споры которых всегда присутствуют в воздухе. Для того чтобы избежать этих негативных явлений, необходимо правильно рассчитать толщину всех элементов, входящих в состав ограждающих конструкций, в том числе рассчитать точку росы.

Согласно указаниям нормативного документа СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»:

«5.2.3 Температура внутренних поверхностей наружных ограждений здания, где имеются теплопроводные включения (диафрагмы, сквозные включения цементно-песчаного раствора или бетона, межпанельные стыки, жесткие соединения и гибкие связи в многослойных панелях, оконные обрамления и т. д.), в углах и на оконных откосах не должна быть ниже, чем температура точки росы воздуха внутри здания…».

Если температура поверхности стены внутри помещений или оконных блоков будет ниже, чем расчетная величина точки росы, то конденсат с большой вероятностью будет появляться в холодное время года, когда температура наружного воздуха понизится до отрицательных значений.

Решение задачи – как найти точку росы, ее физической величины, является одним из критериев обеспечения требуемой защиты зданий от потерь тепла и поддержания нормальных параметров микроклимата в помещениях, согласно с условиями СНиП и санитарно-гигиенических нормативов.

Расчет значения точки росы

Здесь мы рассмотрим, как рассчитать точку росы несколькими способами:

• с помощью таблицы нормативного документа;
• по формуле;
• с помощью онлайн-калькулятора.

Расчет с помощью таблицы

Расчет точки росы при утеплении дома может быть произведен с помощью  таблицы нормативного документа СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»

Для определения значения температуры выпадения конденсата достаточно посмотреть на пересечение величин температуры и влажности, устанавливаемых нормативами для каждой категории помещений.

Расчет по формуле

Другой способ, как определить точку росы в стене, – с помощью упрощенной формулы:

Значения:

Тр – искомая точка росы;

а – постоянная = 17,27;

b – постоянная = 237,7 °C;

λ(Т,RH)  – коэффициент, рассчитываемый по формуле:

Где:
Т – температура воздуха внутри помещений в °C;

RH – влажность в долях объема в пределах от 0,01 до 1;

ln – логарифм натуральный.

Для примера рассчитаем искомое значение в помещении, где должна поддерживаться оптимальная температура 20 °C с относительной влажностью 55 %, что установлено нормативами для жилых зданий. В этом случае сначала подсчитываем коэффициент λ(Т,RH):

λ(T,RH)  = (17,27 х 20) / (237,7 + 20) + Ln 0,55 = 0,742

Тогда величина температуры выпадения конденсата из воздуха будет равна:

Тр = (237,7 х 0,742)/(17,27 – 0,742) = 176,37/ 16,528 = 10,67 °C

Если сравнить значение температуры, полученной по формуле, и значение, полученной из таблицы (10,69°C), то увидим, что разница составляет всего лишь 0,02°C. Это значит, что обе методики позволяют найти искомое значение с высокой точностью.

Определение положения точки росы в стене

Для того чтобы обеспечить нормальные качества ограждающих конструкций по теплозащите, нужно не только знать величину значения температуры выпадения конденсата, но и ее положение в пределах ограждающей конструкции. Сооружение наружных стен сейчас производится в трех основных вариантах, и в каждом случае расположение границы выпадения конденсата может быть разное:

• конструкция сооружена без устройства дополнительного утепления – из каменной кладки, бетона, древесины и т. п. В этом случае в теплое время года точка росы располагается ближе к наружной грани, но в случае понижения температуры воздуха будет постепенно смещаться в сторону внутренней поверхности, и может наступить момент, когда эта граница окажется внутри помещения, и тогда на внутренних поверхностях выступит конденсат.
• Следует отметить, что точка росы в деревянном доме при правильно подобранной толщине стен – из бревна или бруса – будет располагаться ближе к наружным поверхностям, так как древесина является природным материалом с уникальными свойствами, имеющим очень низкую теплопроводность при высокой паропроницаемости. Деревянные стены в большинстве случаев не требуют дополнительного утепления;
• конструкция возведена с дополнительным слоем утеплителя с наружной стороны. При правильном расчете толщины всех материалов точка росы при утеплении пенопластом или другими видами эффективных утеплителей будет располагаться внутри утепляющего слоя, и конденсат внутри помещений появляться не будет;
• конструкция утеплена с внутренней стороны. В этом случае граница появления конденсата будет располагаться близко к внутренней стороне и при сильном похолодании может сместиться на внутреннюю поверхность, на стык с утеплителем. В этом случае также с большой вероятностью будет возможно появление влаги внутри помещений, влекущее неприятные последствия. Поэтому такой вариант утепления не рекомендуется и производится только в тех случаях, когда нет других решений. При этом необходимо обеспечить дополнительные мероприятия для предотвращения негативных последствий – предусмотреть между утеплителем и облицовкой воздушный зазор, отверстия для вентиляции, устроить дополнительную вентиляцию помещений для удаления водяных паров, кондиционирование воздуха с уменьшением влажности.

  

Рассмотрим на примере, как можно рассчитать положение границы выпадения конденсата в конструкции с наружным утеплением. Для расчета потребуются следующие данные:

• толщина стены, включая основной материал (h1, в метрах) и утеплитель (h2, м);
• коэффициенты теплопроводности для несущей конструкции (λ1, Вт/(м*°C) и утеплителя (λ1, Вт/(м*°C);
• нормативная температура в помещении (t1, °C);
• температура воздуха снаружи помещений, принимаемая для наиболее холодного времени года в данном регионе (t2,°C);
• нормативная относительная влажность в помещении (%);
• нормативная величина точки росы при данных температуре и влажности (°C)

Условия для расчета примем следующие:

• стена кирпичная толщиной h1 = 0,51 м, утеплитель – пенополистирол толщиной h2 = 0,1 м;
• коэффициент теплопроводности, установленный по нормативному документу для силикатного кирпича, укладываемого на цементно-песчаном растворе, согласно таблице приложения «Д» СП 23-101-2004 λ1 = 0,7 Вт/(м*°C);
• коэффициент теплопроводности для утеплителя ППС – пенополистирола, имеющего плотность 100 кг/м² согласно таблице приложения «Д» СП 23-101-2004  λ2 = 0,041 Вт/(м*°C);
• температура внутри помещений +22 °C, как установлено нормативами в пределах 20—22 °C по таблице 1 СП 23-101-2004  для жилых помещений;
• наружная температура воздуха –15 °C для наиболее холодного времени года в условной местности;
• влажность в помещениях – 50%, также в пределах нормативной (не более 55% согласно таблице 1 СП 23-101-2004) для жилых помещений;
• величина точки росы для приведенных значений температур и влажности, которую берем по вышеприведенной таблице – 12,94 °C.

Вначале определяем тепловые сопротивления каждого слоя, составляющего стену, и отношение этих значений друг к другу. Далее рассчитываем перепад температур в несущем слое кладки и на границе между кладкой и утеплителем:

• тепловое сопротивление кладки рассчитывается как отношение толщины к коэффициенту теплопроводности: h1/ λ1 = 0,51/0,7 = 0,729 Вт/(м²*°C);
• тепловое сопротивление утеплителя будет равно: h2/ λ2 = 0,1/0,041 = 2,5 Вт/(м²*°C);
• отношение тепловых сопротивлений: N = 0,729/2,5 = 0,292;
• перепад температур в слое кирпичной кладки составит: Т = t1 – t2xN= 22 – (-15) х 0,292 = 37 х 0,292 = 10,8 °C;
• температура на стыке кладки и утеплителя составит: 24 – 10,8 = 13,2 °C.

По результатам расчета построим график изменения температуры в массиве стены и определим точное положение точки росы.

По графику мы видим, что точка росы, величина которой составляет 12,94 °C, находится в пределах толщины утеплителя, что является оптимальным вариантом, но очень близко к стыку между поверхностью стены и утеплителем. При снижении наружной температуры воздуха граница выпадения конденсата может смещаться на этот стык и далее внутрь стены. В принципе, это не вызовет особых последствий и конденсат на поверхности внутри помещений образовываться не может.

Условия расчета были приняты для средней полосы России. В климатических условиях регионов, расположенных в более северных широтах, принимается большая толщина стены и, соответственно,  утеплителя, что позволит обеспечить расположение границы образования конденсата в пределах утепляющего слоя.

В случае утепления с внутренней стороны при всех тех же условиях: толщины несущей конструкции и утеплителя, наружной и внутренней температуры, влажности, принятых в приведенном примере расчета, график температурного изменения в толще стены и на границах будет выглядеть так:

Мы видим, что граница выпадения конденсата из воздуха в этом случае сместится почти на внутреннюю поверхность и вероятность появления влаги в помещении при понижении температуры снаружи намного повысится.

Если вам необходимо рассчитать точку росы, калькулятор для быстрого определения ее величины находится на портале.

Точка росы и паропроницаемость конструкций

При проектировании ограждающих конструкций, обеспечении нормативной тепловой защиты помещений большое значение имеет учет паропроницаемости материалов. Величина паропроницаемости зависит от объема водяных паров, которые может пропустить данный материал в единицу времени. Практически все материалы, используемые в современном строительстве, – бетон, кирпич, древесина и многие другие – имеют мелкие поры, через которые может циркулировать воздух, несущий водяные пары. Поэтому проектировщики, разрабатывая  ограждающие конструкции и подбирая материалы для их сооружения, обязательно учитывают паропроницаемость. При этом должны соблюдаться три принципа:

• не должно быть препятствий для удаления влаги в случае ее конденсации на одной из поверхностей или внутри материала;
• паропроницаемость ограждающих конструкций должна увеличиваться со стороны внутренних помещений наружу;
• тепловое сопротивление материалов, из которых сооружаются наружные стены, также должно возрастать по направлению к внешней стороне.

  

На схеме мы видим правильный состав конструкции наружных стен, обеспечивающий нормативную тепловую защиту внутренних помещений и удаление влаги из материалов при ее конденсации на поверхностях или внутри толщи стены.

Указанные выше принципы нарушаются при внутреннем утеплении, поэтому такой способ тепловой защиты рекомендуется только в крайнем случае.

Все современные конструкции наружных стен базируются на этих принципах. Однако некоторые утеплители, которые включают в состав конструкции стен, обладают почти нулевой паропроницаемостью. Например, пенополистирол, имеющий замкнутую ячеистую структуру, не пропускает воздух и, соответственно, водяные пары. В этом случае особенно важно точно рассчитать толщину конструкции и утеплителя таким образом, чтобы граница образования конденсата находилась в пределах утеплителя