НА ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ

К ограждающим конструкциям относятся наружные стены, полы на грунте, внутренние стены и перегородки между помещениями с различной температурой внутреннего воздуха, покрытия над верхними этажами, перекрытия над подвалами, техническими подпольями и проездами, заполнения проемов (окна, витражи, витрины, фонари, двери, ворота).

Наружные ограждающие конструкции защищают помещения от неблагоприятных воздействий климата, а специальные системы отопления, вентиляции и кондиционирова­ния воздуха поддерживают в помещении в течение всего года определенные параметры внутренней среды. Ограждающие конструкции совместно с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должны обеспечивать нормируемые значения температуры, относительной влажности воздуха в помещениях при оптимальном энергопотреблении.

В качестве ограждающих конструкций зданий наружные стены подвергаются воздействию целого ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящими как вне здания, так и внутри него. К числу этих факто­ров, в частности, относятся: атмосферные осадки, высота снежного покрова, глубина промерзания грунта, влажность наружного воздуха, водяной пар, содержащийся во внутреннем воздухе зда­ния, влага почвы, ветер, солнечная радиация, количество солннечных и пасмурных дней в году, температура наружного воздуха и перепады температур, химически агрессивные вещества, содержащиеся в воз­духе, другие факторы.

Атмосферные осадки.Наибольшее негативное воздействие оказывает на наружные стены зданий косой дождь с ветром. Дождевая вода может попасть внутрь стены через пористую структуру поверхности, отверстия, трещины, щели и неплотные швы. Сильнейшему воздействию дож­дя подвергаются верхние части стен и углы.

Неисправные водосточные желоба и трубы могут также стать причиной намокания стен. Вертикальные швы водосточных труб должны быть устроены в противопо­ложной от стены стороне, чтобы предотвратить попада­ние воды на стену. Расстояние между стеной и водосточ­ными желобами должно быть не менее 30 мм.

Неправильно выполненные оконные откосы могут также привести к попаданию дождевой воды внутрь конструкции стены. Наружные края оконных откосов дол­жны находиться на расстоянии 30 мм от стены, к тому же они должны иметь достаточный наклон, не меньше 30°.

Неправильно выполненные вертикальные и горизонтальные стыки крупнопанельных зданий способствуют при обильных дождях попаданию влаги внутрь трехслойных панелей, значительно снижая их эксплуатационные свойства.

Пожарные лестницы, флагштоки, светильники, рек­ламные плакаты, перила балконов, и т п. нужно монтиро­вать таким образом, чтобы они не направляли дожде­вую воду по стене.

Поверхностные воды на земле, снеговые сугробы и брызги дождевой воды воздействуют на цоколь и ниж­нюю часть фасада. Для того чтобы нивелировать отрица­тельные воздействия от данного вида нагрузок, следует предусмотреть устройство уклона прилегающей к зда­нию земли.

Влажность наружного воздуха.Влажность наружного воздуха оказывает огромное влияние, часто очень негативное, на теплотехнические свойства ограждающих конструкций. Если поры строительных материалов запоняются влажным воздухом или в них проникает влага, то теплоизоляционные свойства этих материалов значительно ухудшаются. В воздухе всегда содержится некоторое количество влаги в виде водяного пара. Ее количество, содержащееся в 1 м³ воздуха, измеряется в граммах и называется абсолютной влажностью (г/м³). Однако абсолютная влажность не характеризует степень насыщения воздуха влагой, так как при разных температурах максимальное содержание влаги в воздухе неодинаково. Чем выше температура, чем больше влаги может находиться в воздухе. Поэтому вводится понятие относительной влажности, которая выражается в процентах (%), как отношение действительной упругости водяного пара е ввоздухек максимальной его упругостиЕпри этой температуре.

От относительной вдажности воздуха зависит количество влаги, испаряющейся с поверхности ограждения. Ем больше относительная влажность воздуха, тем медленнее происходит испарение.

Чрезмерно быстрое высыхание наружных слоев ограждающих конструкций и изделий, например бетонных, в начальный период схватывания бетона может вызвать образование трещин и существенное понижение прочности изделий. Кроме того, появление трещин в стенах способствует снижению их теплофизических характеристик в процессе эксплуатации здания. При малой относительной влажности воздуха высыхание наружных слоев бетона происходит быстрее, чем протекает реакция гидратации цемента, что приводит к ухудшению структурно-механических свойств наружных слоев изделия или конструкции.

При повышении температуры воздуха данной влажности его относительная влажность понижается. Это объясняется тем, что упругость водяного пара е остается без изменений, а максимальная упругость Еувеличивается. Совершенно противоположное наблюдается при охлаждении воздуха: увеличивается его относительная влажность вседствие уменьшения максимальной упругости Е.При некоторой температурезначениее достигнет величины Е, и воздухприобретет относительную влажность, равную 100%, то есть достигнет полного насыщения. Температура, при которой воздух с данной упругостью водяного пара достигнет полного насыщения, называется точкой росы. Если продолжать охлаждение воздуха ниже точки росы, то предельная упругость водяного пара будет понижаться, и излишнее количество водяного пара, фактически имеющегося в охлаждаемом воздухе, будет конденсироваться, то есть превращаться в капельно-жидкое состояние.

В зимнее время затяжные оттепели могут возникнуть при вторжении массы теплого влажного воздуха. При смешивании его с холодным воздухом он постепенно охлаждается, конденсирует влагу, что приводит к образованию тумана.

Теплоизоляционные материалы, использующиеся в ограждающих конструкциях, обладают способностью поглощать влагу, находящуюся в парообразном состоянии, из окружающего воздуха. Это явление называется сорбцией. Хотя проникновение водяных паров вглубь материала происходит достаточно медленно и зависит от плотности материала и температуры воздуха, тем не менее со временем могут снижаться не только теплозащитные свойства утеплителя, но и долговечность и внешний вид ограждающих конструкций.

Водяной пар, содержащийся во внутреннем воздухе зда­ния.Водяной пар постоянно образуется во внутренних помещениях здания в результате жизнедеятельности лю­дей (приготовления пищи, стирки, купания, мытья по­лов, и т д.). Особенно высокая влажность наблюдается в недавно построенных или отремонтированных зданиях Новые конструкции могут иногда обладать исключитель­но высоким влагосодержанием из-за конструктивной влажности. Чем выше температура и эффективнее проветривание, тем быстрее происходит процесс высыхания конструкции.

Водяной пар, содержащийся в воздухе внутри зда­ния, в процессе диффузии и конвективного переноса проникаете конструкцию стены и, охлаждаясь до темпе­ратуры ниже точки росы, конденсируется Количество образующейся влаги тем выше, чем больше разница тем­ператур снаружи и во внутренних помещениях, - поэтому в зимнее время влага довольно интенсивно накапливается в стене. При этом необходимо понимать, что влага внутреннего воздуха может переходить в стено­вую конструкцию также и вместе с воздушными пото­ками сквозь разного вида щели, трещины и негерметич­ные стыки и швы.

Для того чтобы стена год от года не теряла свою теп­лоизолирующую способность и конструктивную прочность, необходимо, чтобы вся влага, накапливающаяся в толще стены зимой и летом, выходила наружу.

Наиболее надежная защита от водяного пара осо­бенно важна в зданиях с помещениями с большой влаж­ностью: бассейнах, компьютерных залах, и т.д. Защите от пара необходимо уделить особое внимание и при стро­ительстве в районах с экстремально холодным климатом (даже при нормальной влажности внутри помеще­ний). Негативные последствия этого явления можно предотвратить, либо используя различные конструктивные приемы (прежде всего, устройство вентилируемых зазо­ров), либо включая в конструкцию стены пароизоляционные материалы (изнутри помещения).

Влага почвы.В случае отсутствия гидроизоляции грунтовые и осадочные воды в фундаменте здания могут под воз­действием капиллярных сил подниматься в цоколь. В случае ненадлежащего устройства изоляции между цо­колем и стеновой конструкцией влага может подняться в собственно стеновую конструкцию.

Ветер.Потоки ветра, встречая на пути препятствие в виде здания, обходят его - в результате вокруг постройки об­разуются области положительного и отрицательного давления. Ветровые нагрузки, увеличивающи­еся по высоте здания, в обязательном порядке учиты­вают при расчетах ограждающих конструкций.

Влияние ветра на дома и жилую застройку сказывается довольно сильно. При приближении ветрового потока к зданию он начинает оазывать давление на ту часть фасада, которая обращена к нему. В результате с этой стороны здания образуется зона повышенного жавления или ветровой подпор, при котором холодный воздух более интенсивно начинает проникать через стены, окна, стыки, щели внутрь жилых помещений, сильно их охлаждая. Это явление называется инфильтрацией.

Обогнув здание, ветровой поток продолжает свое движение, образуя с противопожной стороны здания зону пониженного давления или ветровой отсос. В результате этого возникает значительный перепад давлений с двух противопожных сторон дома, что способствует проникновению холодного воздуха в помещение, более интенсивному движению воздуха внутри дома от наветренной стороны к противоположной. Все это способствует образованию сквозняков, выветривающих тепло из комнат и способствующих понижению температуры внутреннего воздуха и резкое увеличение тепловых потерь зимой.

Следет отметить, что сильный ветер, особенно ураганный, оказывает существенное влияние на состояние ограждающих конструкций зданий и может приводить к значительному снижению их эксплуатационных свойств вплоть до разрушения.

Солнечная радиация.Различные материалы обладают разной чувстви­тельностью к солнечной радиации. Так, например, сол­нечное излучение практически не оказывает влияния на керамическую плитку, а также на материалы из метал­лов без нанесенных на них полимерных покрытий. С другой стороны, лакокрасочные материалы покрытия под­вержены весьма значительному разрушению, что прояв­ляется в виде растрескивания краски на фасаде. Ряд материалов не изменяет своих физических свойств, но теряет внешнюю привлекательность - например, выцве­тает (краски и некоторые полимерные покрытия).

Поэтому, выбирая облицовочный материал для применения в южных районах, следует удостовериться, что он обладает достаточной светостойкостью.

Температура наружного воздуха и перепады температур.Расчетная температура наружного воздуха в районе строительства в холодный период года существенным образом влияет на выбор конструктивного решения ограждающих конструкций и используемых материалов. Для теплотехнических расчетов ограждающих конструкций применяют усредненные температуры наружного воздуха: среднюю температуру наиболее холодной пятидневки, среднюю температуру наиболее холодных суток, абсолютную минимальную температуру наружного воздуха. Средняя температура наиболее холодных суток всегда ниже, чем средняя температура наиболее холодной пятидневки. Наименьшая разница между этими температурами , около 4°С, характерна для большей части Сибири, где зимы суровы и устойчивы, а перепады между этими температурами значительно меньше, чем в европейской части России. Здесь из-за довольно частых циклонов и антициклонов, сопровождающихся резким изменением температуры, эта разница составляет более 6°С. Различия между расчетными температурами наружного воздуха нужно знать, чтобы првидьно выбрать материалы для теплозащиты зданий. Потери тепла ограждающей конструкцией даже в течение суток происходят неравномерно. В ночное время, когда воздух наиболее холодный, температура наружной поверхности стены снижается максимально, и постепенно стена начинает охлаждаться по толщине. Быстрота охлаждения конструкции зависит от ее тепловой энерции, то есть от способности усваивать и отдавать теплоту. Для ограждающих конструкций с большой тепловой инерционностью расчетная температура наружного воздуха принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки. Период в 5 суток принят потому, что его длительность достаточна для того, чтобы низкая температура наружного воздуха, установившаяся в течение этого периода, вызвала максимальное уменьшение температуры на внутренней поверхности стены. Для охлаждения ограждающей конструкции малой инерционности достаточно одних суток, поэтому для их теплотехнического расчета принимается средняя температура наиболее холодных суток.

В качестве ограждающих конструкций наружные стены функционируют в довольно жестком режиме, испытывая влияние перепада температур. Как правило, внут­ренняя поверхность стен имеет температуру, близкую к той, что существует в помещении. В тоже время температура наружной поверхности меняется в достаточно широких пределах - от весьма значительных отрицатель­ных величин (в зимнюю, морозную ночь) до величин, близких к 100°С (в летний, солнечный день). Температу­ра наружной поверхности стены в то же время может быть неоднородной из-за неодинаковой освещенности солнцем разных ее участков. Но, как известно, все материалы в той или иной степени подвержены термическому растяжению и сжатию. Поэтому во избежание деформаций и разрушения очень важно, чтобы материалы, "работающие" в единой конструкции, имели близкие коэффициенты температурного расширения, либо для обеспечения их совмест­ной работы применялись бы соответствующие техничес­кие решения.

Материалам стен серьезную опасность могут нести частые, иногда ежесуточные перепады температуры от плюса к минусу. Это, как правило, происходит в районах с мягкой и влажной зимой. Поэтому в подобных клима­тических зонах необходимо обращать самое присталь­ное внимание на такую важную характеристику материа­лов, как водопоглощение. При высоком водопоглощении при (положительных температурах) влага проникает и накапливается в порах материала, а при отрицательных - замерзает и, расширяясь, деформирует саму структуру материала. В результате происходит прогрессирующее разрушение материала, приводящее к образованию тре­щин.

Химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе.Как правило, в больших городах или вблизи круп­ных предприятий в атмосфере наблюдается достаточно высокая концентрация химически агрессивных веществ, например, сероводорода и углекислого газа. Поэтому для всех элементов ограждающих конструкции здания в таких районах необходимо применять материалы, стой­кие к химическим веществам, присутствующим в воздухе.