Очередная попытка приблизить широкую общественность к пониманию происходящих в ограждающей конструкции (например, в стене) процессов. Прежде всего нужно уяснить, что при **моделировании процесса влагопереноса, идущий сквозь стену (состоящую из ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО идущих друг за другом различных слоев) перпендикулярно ее поверхности, поток пара, одинаков в каждом отдельно взятом слое (сечении). Строго говоря, на самом деле это не совсем так, поскольку отдельные слои склонны увлажнятся (зимой как правило), и осушаться (летом). Но в целом, для понимания процесса, можно считать режим установившимся, то есть считать, что все слои стены достигли некоторой равновесной влажности, практически не меняющейся на коротком отрезке времени.
Это как электрический ток в цепи, состоящей из ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО включенных один за другим резисторов (сопротивлений), в роли которых применительно к паропропусканию стены выступают слои стены (строго говоря, сопротивление слоев стены не обязательно носит резистивный характер, оно может носить и емкостной характер, что отражает процессы влагонакопления/усушки в стене): штукатурка, несущая стена, утеплители, и прочие составляющие стенового пирога…и рассматривается их сопротивления паропроницанию. Сопротивление паропроницанию стены берется равным сумме сопротивлений паропроницанию составляющих ее слоев. Отсюда следует очень важный вывод: Если в составе пирога есть слой с высоким сопротивлением паропроницанию, то поток пара через всю толщу стены будет сильно ограничен, т.е физически «мало» молекул воды идет через ВСЕ без исключения слои.
Так же, как в электричестве вместе с током в цепи рассматривают напряжения (потенциалы, разницу потенциалов) относительно некоторого условного нуля, здесь тоже есть аналогичная характеристика – ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ водяного пара (ПД). Если поток пара одинаков в любом слое стены, то ПД, напротив, от слоя к слою и даже внутри одного слоя, по мере продвижения поперек этого слоя и поперек всей стены, изменяется (то же происходит и с напряжением в электрической цепи, оно, в отличие от тока, который постоянен, изменяется по мере приближения, либо удаления от источника питания).
Давление обычно определяют как силу, действующую на какую то площадку (например, на стенку сосуда). Парциальное давление, это давление газа (в данном случае – пара, то есть молекул воды в газообразном состоянии, ударяющихся о стенку сосуда …– не нужно понимать в буквальном смысле!, если сосуда нет, а молекулы воды все же есть в объеме, то уж они то найдут обо что им удариться….), измеряется в единицах давления, например в Паскалях. Ну есть же давление воздуха, например…или давление газа метан в трубопроводе, давление жидкости в резервуаре...так почему не быть давлению водяного пара (и не только в воздушной среде, заметьте, но и везде, куда могут проникнуть молекулы воды).
Для каждой заданной температуры есть максимальное ПД, называемое давлением насыщения (ДН), больше этого давления давление паров воды при заданной температуре не может быть в принципе. Если образно говорить, то при данной температуре в единицу объема «впихнуть» больше молекул воды в ГАЗООБРАЗНОМ состоянии уже не удается и все что им (молекулам воды) остается – это переходить из газообразного состояния в жидкое или в лед, если температура отрицательная локально, в месте нахождения этих «лишних» молекул, сложится.
Когда мы наблюдаем туман и последующее выпадение росы на траве и на любых других ограждающих конструкциях – это и есть процесс перехода воды из газообразного состояния в жидкое. Другой пример: при понижении температуры (не важно сколько она была в начале, плюсовой или минусовой) до большей минусовой, на ветках деревьев и на других ограждающих конструкциях образуется иней – это и есть та вода из воздуха (водяной пар из воздуха), которая, будучи «лишней», оказалась вытесненной из воздуха, ну а так как мы перешли в минус по температуре, то эта вытесненная вода в кристаллы льда превратилась. Подчеркну, при минусовой температуре, хоть -55 град, в воздухе есть молекулы воды в газообразном, стало быть, состоянии. Часть из этих молекул переходит в твердое состояние и в виде инея(кристаллы льда) оседает на всяких деревьях, столбах, земле…только тогда, когда мороз еще больше окрепнет, например пойдет на -63 град. Обратный процесс идет когда теплеет, с поверхности льда в воздух возвращаются часть молекул воды, но уже, естественно, в газообразном состоянии.
Нужно просто уяснить себе, что при любой температуре какое то количество воды в газообразном состоянии в некоторых веществах, в газах (например, в смеси газов – воздухе) есть, как правило, поэтому есть и ПД. Ну конечно, если Вы принудительно «прогоните» воду – высушите, например, или в результате химической реакции эти молекулы воды исчезнут, то тогда и ПД будет нулевым. Есть также вещества, которые в принципе внутрь своей структуры, кристаллической решетки, молекулу воды не пропускают (например металлы, стекло…), соответственно, внутри такого вещества ПД =0.
Таблицы с ДН водяного пара при заданных температурах есть, например в СП «Тепловая защита зданий» 2004года, в одном из многочисленных приложений этого СП. Когда говорят, что при температуре воздуха T град имеет место относительная влажность воздуха а%, то это означает, что ПД(Tград, а%) = а% *ДН(Tград), то есть АБСОЛЮТНОЕ значение ПД при температуре Tград и относительной влажности воздуха а% равно соответствующему проценту от ДН при температуре Tград.
Переход от относительной влажности воздуха к абсолютным показателям ПД важен при расчете (модельного) потока водяного пара через всю стену, потому как поток этот, как Вы уже наверное догадались, в первом приближении - есть частное от деления разности (ПД внутри помещ – ПД на улице) на сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции (стены, например).
Все обывательские гадалки по поводу точки росы (ТР) и ее положении в толще стены с помощью понятия ПД враз превращаются во вполне обоснованные показатели. Точка росы – это когда ПД(T) = ДН(T) либо (что может быть только в модели) больше его. То есть, когда Вы видите, что в результате произведенного модельного расчета ПД в данной точке стены, оказывается ВЫШЕ либо равно ДН при заданной температуре (не важно, плюсовые или минусовые температуры – конденсат может выпадать и так и так; параллельно расчет температуры в данной точке стены делается), то это и есть ТР (в такой точке создались условия для выпадения конденсата, то есть перехода воды из газообразного в жидкое состояние либо в кристаллы льда, если температуры там по месту отрицательные), при этом точек этих может быть в толще стены (ПО РАСЧЕТУ) сколько угодно, в том смысле, что целый слой или его часть, либо несколько смежных слоев, частей слоев оказываются охваченными данным условием (ПД>=ДН). Заметьте, про масштабы выпадения конденсата мы пока не говорим…, быть может в итоге его и не будет в данной ТР (их по расчету, напомним, много), или оно будет очень ограниченным или будет весьма обильным…, - пока просто констатация факта, что создались УСЛОВИЯ для выпадения конденсата, влагонакопления, влагосодержания большего, чем например дается для условий эксплуатации материалов и конструкций А или Б... Но в любом случае если поток пара маленький, то и масштабы будут меньше (несмотря на очень явные УСЛОВИЯ: ПД много больше по расчету, чем ДН).
Есть еще один поток – ТЕПЛОВОЙ ПОТОК, он тоже в модели идет перпендикулярно стене, как и поток пара и рассматриваются эти два потока часто одновременно. Здесь тоже сопротивление тепловому потоку стены берется равным сумме сопротивлений этому потоку составляющих стену слоев.
Теперь ближе к нашим баранам..
Очень многое зависит от того, насколько склонен к увлажнению/влагонакоплению тот или иной слой стены, есть куда ему «складировать» внутри себя, так сказать, воду в том или ином ее виде (пар, лед, жидкость) или такие возможности ограничены. Не менее важно и то, что происходит с материалом слоя по мере увеличения его влагосодержания (паром ли, водой ли, льдом – это уж как придется) в том смысле как этот слой будет хорош в качестве теплоизолятора, а еще и просто сохранит ли целостность, не будет ли разрушен со временем, при периодическом повторении неблагоприятных обстоятельств.
Если утеплитель будет накапливать влагу (в том или ином ее виде), то его свойства как теплоизолятора будут снижаться. В результате этого, распределение температур в толще стены (утеплитель стоит снаружи, другую ситуацию мы рассматривать не будем) приведет к тому что, образно говоря, граница холодной части стены (с отрицательными температурами), станет ближе к внутренней поверхности стены (т.е. к помещению). Этот процесс, протекая по нарастающей, может закончиться тем, что утеплитель полностью «промерзнет» и нам останется только один выбор – включить на полную мощность все приборы отопления и закутаться в теплые вещи, чтобы только не замерзнуть.
Неплохо было бы еще, чтобы утеплитель не отпихнуло, скажем так, от стены. На самом деле, если его правильно закрепить (клей и дюбеля), то вероятность такого события крайне мала. Но, для понимания вопроса, речь идет об расширении замерзшей воды на границе несущая стена – утеплитель. Для этого, как водится должны быть минусовые температуры -5 градусов и ниже в этом месте, ну и необходимое количество воды, с тем чтобы и количество и плотность льда была бы достаточными для этого пучения, плотности инея явно недостаточно. Получается, что было бы неплохо, если бы на границе утеплителя с внутренней частью стены, были бы неотрицательные температуры.
Далее смотрим на несущую часть стены (НС). Неплохо бы, чтобы ТР в НС вообще не было бы (то есть чтобы по расчету УСЛОВИЯ даже не создавались). Дело в том, что даже если в том месте НС, где создались условия для ТР, температура положительная, - все равно мокнущая (для этого должен быть ненулевой ПОТОК ПАРА! через эту часть НС) конструкция НС – это НЕ очень хорошо – и для материала несущей стены и для микроклимата …- бактериям наоборот, лучше!).. Если же в этом месте НС температура отрицательная, то дело много хуже, - эта часть НС (как правило она ближе к утеплителю), может стать объектом "испытания на морозостойкость", что в итоге через несколько лет может привести к частичному разрушению НС (все это опять таки при достаточном увлажнении этого места НС, то есть при определенной интенсивности ПОТОКА ПАРА через НС в зимние месяцы).
Вот, собственно говоря, и все моменты, которые касаются непосредственно стены, на которые следует обратить внимание (про некоторые моменты, которые так или иначе человека касаются, поговорим чуть позже).
А теперь переходим к главному: XPS (экструдированный пенополистирол) имеет низкий ( порядка 0.008…) коэффициент паропроницаемости и низкий коэффициент теплопроводности (порядка 0.03 ….) в сухом (влогосодержание нулевое когда) состоянии. Далее, этот материал крайне не склонен накапливать влагу внутри себя – маскимум порядка 3% (по заявлению производителя XPS, при эксплуатации в стене) от своей, отнюдь не великой, массы. А самое главное, накапливая эти крошки влаги (в любом виде, в том числе в виде кристаллов льда), материал остается УТЕПЛИТЕЛЕМ, то есть его коэффициент теплопроводности, если и увеличится то не более чем на 10%, то есть будет 0.033…). Еще раз: при самых неблагоприятных условиях XPS останется утеплителем и …мы не умрем от холода!
Применительно к XPS у меня есть гипотеза о том (если конечно за аксиому принять утверждение производителей XPS о том что максимальное влагонакопление ограничено, ну к примеру теми же 3%), что сконденсировавшиеся в нем молекулы воды, превратившись в кристаллы льда (дело происходит в зоне отрицательных температур в утеплителе), постепенно «забивают» собой пути для паропереноса, то есть сопротивление паропроницанию стремится к бесконечности. Ну, в самом деле, если влагонакопления в утеплителе нет выше предельных 3% (о чем нам рассказывают производители XPS) и они (эти 3%) достигнуты, то получается, что тот поток пара, который, пусть и небольшой, идущий через него, должен ВЕСЬ выйти наружу. Но сам XPS (по крайней мере наружные слои) стоит в отрицательных температурах и там, по идее, пар с парциальным давлением, равным давлению насыщения, должен превратиться в кристаллы льда. По условию, предельное влагонасыщение уже достигнуто, то есть в утеплителе уже есть 3% влаги в виде льда, то есть все занято, все те места для размещения, так сказать, молекул воды в виде кристаллов льда, заполнены. Но это противоречит тому, что процесс конденсации продолжается. А следовательно, на самом деле процесс паропереноса (поток пара) через утеплитель отсутствует. Красивая такая система саморегулирующаяся.
Тем не менее, если бы эта гипотеза была бы верной, то тогда нам нечего было бы бояться «подставить» под XPS любую стену, паропереноса же нет!, после определенного момента, когда …все забито кристаллами льда. Ан нет, даже сами XPS-ники стену из газобетона не рискуют ставить под свой материал иначе как пароизолировав ее!!! дополнительно изнутри помещения пароизоляционной мембраной к стене прижать листом гипрока или еще как то – вот до чего дошло! Впрочем, даже если XPS и вправду так хорош (про 3% влагосодержания и ни на йоту больше!), то еще остается некачественный монтаж утеплителя: если где то стена неприкрыта XPS и отыщется щелочка…для потока пара, (а ведь она отыщется! при нашем то …российско-узбекском подходе к делу) то тут конечно, XPS винить не приходится.
Но, XPS в стене не один… Как будут чувствовать себя при таком вот поведении XPS, другие члены команды? Оказывается, что для того, чтобы все остальные слои стены были счастливы (есть еще наружная отделка по XPS, но по большому счету она тоже вполне себе несложная, только не нужно заниматься пересортицей материалов: если по технологии Вам сказано сделать это, это…положить этих материалов туда и туда.., то не нужно думать, что Вы умнее всех и менять на ходу технологию…) достаточно правильно подобрать толщину НС (исходя из ее материала) и толщину XPS. Вот, собственно говоря, и все!
Условия подбора были названы выше:
1) Внутри НС не должно быть ТР; естественно, она должна быть в XPS, поскольку в этой конструкции - правильно спроектированной, заметьте, без ТР не обойтись. Для примера, есть конструкции, у которых ТР нет (утеплитель минераловатный снаружи, стена каменная, не пароизолирована изнутри (хотя бы как каркасник)..."дышит", а тем временем утеплитель постепенно увлажняется (там нет точки росы по расчету, но все равно влагосодержание в утеплителе растет, поток пара раз в 5 больше, чем с XPS, утеплитель все равно накрыть снаружи чем то нужно, не оставлять же его так, в итоге штукатурка тонкий слой хоть 5 мм. - упс! вот тебе и паробарьер и уж тут то ВАТА эта как миленькая "заплачет". Ну если только а-ля вентфасад: а) дорогущий, промышленный дизайн, как в городе офисные здания... - но в частном секторе человек в здравом уме этой промышленной "манерой" заниматься не станет, да и дорого очень; б) сайдинг вроде как уже не то..в) панели какие нибудь васадные винилоые - тоже как сайдинг,-не далеко ушли;г) курамические панели японские - дорогущие и тяжелые, кля них и каркас металлический подавай серьезный; д) облицовочная кирпичная кладка с вентзазором - дорого тоже, кирпич то поди не красный захочется - не модно нынче красным кирпичом..., технологически не просто (попробуй этот зазор не заляпать раствором на половину его глубины!, две кладки вести желательно сразу, перевязывать их, утеплитель между ними и еще этот вентзазор...фундамент толстый...сплошной геморрой) и чисто внешне не так красиво, как можно со штукатуркой было бы... ну это на вкус и цвет, конечно.
2)для подстраховки, пускай и на граница XPS и НС будет легкий плюс при температуре за бортом -25 град, к примеру (для Москвы и С-Пб) и относительной влажности 90, а может и все 100%; а также +23 град., например, в помещении и относительной влажности там же ну хотя бы 40% (для тех у кого маленькие дети и кто будет для них зимой повышать влажность – берите 55%).
Общая идея: раз уж XPS так хорош, то ТР мы агрессивно выносим в его толщу, оставляя ему же другого неприятеля - отрицательные температуры.
А теперь, примеры таких вот стен (я про внутреннюю и наружную отделку не говорю – по большому счету роли не играет…)
1) XPS 10 см., кирпич 25 см (кирпич любой, при поризованном, то бишь более теплом, стена будет себя чувствовать даже немного хуже, чем при полнотелом, но будет при этом теплее) – вариант идеальный для стены
2) кирпич 38 см., XPS 10см. Когда кладка теплая, из поризованного камня, на теплых растворах или швы тонкие специальные растворы эластичные - вариант пограничный: условие по плюсу на границе утеплитель – НС выполнено, однако условие: нет ТР в НС – не выполнено для первых нескольких сантиметров НС, прилегающих к утеплителю. Однако, учитывая небольшой поток пара и очень экстремальные условия за бортом (-25 град, - ну не будет же месяц такой мороз стоять!!!) – вариант следует признать приемлемым. Когда кладка на толстых швах, обычный цементно-песчаный раствор, то вариант безусловно хороший.
3) XPS 10см., газобетон 30 см (камень марки по плотности 400 и ниже не рекомендуется, - несмотря на плюс на НС, ТР устойчиво (даже при тепмературах -20 и выше) в приграничном к утеплителю слое НС сантиметров в10; марка 500 плотность – ситуация, аналогичная с 38 см кирпич и теплой кладкой, лишь немного уступает ей, - в целом приемлемый вариант; плотность 600 – хороший вариант
4) XPS 10см., газобетон 35 см ( плотность только 600), вариант приемлемый
5) XPS 10см. керамзитобетон . Этот камень чуть более холодный чем 600-й газобетон, а паропроницаемость у него на уровне кирпича, поэтому все, что меньше 40 см. – хорошо, и приемлемо для 40 см. рассматривать большие толщины – не следует.
Не подумайте, пожалуйста, что я за XPS агитирую. Просто если Вы вдруг поймете, что газобетонную стену нужно утеплять (ну вдруг Вы это поймете, например, пожив в таком доме или еще как то; или поймете, что у газобетона слишком много слабых сторон, чтобы пытаться закрыть на них глаза) и , далее, прикинете варианты с утеплителем разные и при этом Вы хотите не каркасный дом, а каменный, - вы поймете, что пенополистирол (в Частности ХРS) – лучший вариант. Простой пенополистирол EPS хуже XPS только тем, что он не дает такой «гарантии» относительно стабильности показателя теплопроводности и сопротивления паропроницанию в условиях влагонасыщения материала, как XPS. Этого материала нужно больше. Впрочем-тоже достойный вариант (и более дешевый). В басни по поводу неэкологичности пенопластов я давно не верю. И дело тут не в вере, надо признать. В общем, кто озаботится, - почитайте в Интернете много материала на эту тему.
Брать XPS меньше 10см. нет смысла, потому что в условиях задачи НС нужно будет выбирать очень тонкой. Вариант 1), тем не менее, отлично смотрится и при XPS 8 см., особенно при условии «холодной» кладки.
Брать XPS больше 10 см. – тоже нет смысла, потому что стена получается очень теплой…раза в 2 выше нормативов…(а с XPS 10 см она и так раза в полтора перекрывает норматив)…Нет, ну хозяин – барин, конечно…
По поводу микроклимата: вариантов здесь, как мне кажется, нет – нужна вентиляция! Для понимания количественно остроты вопроса отмечу: сопротивление паропроницанию стены с XPS 10см примерно в 2 раза выше, чем в каркасном доме с пароизоляционной мембраной, установленной со стороны помещения перед минераловатным утеплителем (в каркасе который).
Ну либо проветривать часто помещения, впрочем если объем большой (НЕ квартира), то открыв на ночь дверь, ведущую из спальни в коридор, холл 2-го этажа, сообщающийся по воздуху с пространствами первого этажа, можно ночь, наверное, и так проспать, но потом все равно проветривать….
Только вот, вентиляция не обязательно принудительная и не обязательно очень затратная, но, желательно тем не менее с воздуховодами (впрочем, это тоже не обязательно).
У меня есть соответствующий опыт, могу поделиться. Если совсем все бюджетно, то нужно приточные клапаны ставить, например, АЭРЕКО (в стеклопакет вставляются или в стене дырка…) или КИВИ… - их располагают там где батареи смогут подогреть приточный воздух - желательно с механической регулировкой приточной щелочки…ну и , естественно, вытяжные каналы (которые есть у всех) в санузлах и на кухне. Если подороже чутка, то можно самому скрутить эти воздуховоды – стоят вообщем то недорого, другое дело, что их нужно потом прятать как то – короба гипрочные и т.п., зато появляется масса возможностей, если установку поставить приточно-вытяжную (бывают с рекуператором теплоты и влажности) или хотя бы приточную: подогрев приточного воздуха, увлажнение его, ну и т.д. в зависимости от денег и фантазии, наличия электричества, газа на участке.
Прикол в том, что грамотно разведя по помещениям воздуховоды, можно, за исключением лета, вообще не включать вентиляторы установки – воздух сам течет по воздуховодам приточного направления и , естественно, вытяжного направления тоже, то есть воздухообмен осуществляется причем в минимальных, но совершенно достаточных количествах, причем нет сквозняков (их нет и при работающей установке, впрочем и щелочку приточного клапана можно отрегулировать; а вот влажность приточного воздуха щелочкой точно не отрегулируешь, да и застойных зон воздухообмена тоже избежать при одних только приточных клапанах вряд ли удастся; а когда требуется большой воздухообмен (гости пришли, готовка на кухне мощная…), - окна открывать придется, а это уже сквозняки….). Узел подогрева приточного воздуха вообще не зависит от вентиляционной установки. Когда работает рекуператор, то расходы на подогрев приточного воздуха минимальны. Кстати, летом, очень возможно, наличие вентустановки избавит вас от необходимости еще и кондиционер иметь. Зимой, в очень сильные морозы, когда воздух крайне сухой, можно пользоваться вентиляцией на минимальном режиме, то есть как раз не включать вентиляторы вообще (если конечно у вас не установлен канальный увлажнитель воздуха, то есть в воздуховоды сразу пар подается, или несколько увлажнителей бытовых по помещениям не натыкано).
Со временем, я уверен, Вы оцените преимущества вентиляции и даже будете задавать себе вопрос: как же я раньше без нее обходился?