Расчет осушающей способности системы вентилируемых каналов и аэрационных патрубков в совмещенном покрытии (крыше) зданий

 

В.1 Количество влаги г/м , удаляемой из утеплителя через вентилируемые каналы за период со среднемесячными температурами выше 0 °С, определяют по формуле:

 

, (B.1)

 

где - площадь сечения канала, м ;

 

- количество вентилируемых каналов на участке покрытия или на всем покрытии;

 

- количество месяцев со средней температурой наружного воздуха 0 °С;

- фактическое влагосодержание воздуха, входящего в каналы при температуре и средней за этот месяц относительной влажности наружного воздуха, г/м ;

 

- влагосодержание воздуха, выходящего из каналов, при температуре , г/м ;

 

- длительность месяца, с;

 

- средняя за месяц скорость движения воздуха в каналах, м/с;

 

- площадь покрытия или участка покрытия, м .

 

Влагосодержание воздуха, выходящего из каналов, определяют по формуле

 

, (В.2)

 

где - максимальная упругость водяного пара на выходе воздуха из каналов, Па, определяется по (см. таблицу значений упругости водяного пара в своде правил [9];

- температура воздуха на выходе из каналов, °С

 

, (В.3)

 

где - температура воздуха помещения, °С;

, - коэффициенты теплопередачи частей покрытия ниже центра сечения канала и выше него, Вт/(м ·°С);

 

- среднемесячная температура наружного воздуха с учетом солнечной радиации, определяемая по формуле A.M.Шкловера с учетом прозрачности атмосферы [10]

 

, (В.4)

 

где - среднемесячная температура наружного воздуха, °С (СНиП 23-01, табл.3*)

- среднемесячное значение солнечной радиации, Вт/м (СНиП 23-01, табл.4);

 

- коэффициент поглощения теплоты (для крупнозернистой посыпки верхнего слоя кровельного ковра равен 0,75);

 

- коэффициент прозрачности атмосферы (для городской застройки принимаем равным 0,7);

 

- коэффициент теплоотдачи (равен 23 Вт/(м ·°С)).

 

, (В.5)

 

где - упругость водяного пара наружного воздуха средняя за данный месяц, Па.

В.2 В качестве примера расчета определим осушающую способность вентилируемых и диффузионных каналов в конструкции ремонтируемого покрытия. Здание имеет размер в плане 36х144 м, высота до вентиляционных отверстий 10 м. Выступающие над кровлей части здания отсутствуют. При ширине здания 36 м длина скатов с уклоном 1,5% составляет 18 м. Климатические характеристики соответствуют данным свода правил по Москве. Параметры внутреннего микроклимата: 18 °С; 60% - для зимних условий и 20 °С; 60% для летних.

 

Весовая влажность пенобетона с начальной плотностью ~400 кг/м на некоторых участках покрытия составляет 22, 30 и 40% при нормативном значении 12%.

 

Влагосодержание слоя пенобетона толщиной 100 мм при весовой влажности 22% составляет 400·0,1·0,22=8,8 кг/м , при этом допустимое влагосодержание (при 12%) - 4,8 кг/м . Следовательно, количество сверхнормативной влаги будет 8,8-4,8=4 кг/м , для влажности пенобетона 30% - 7,2 кг/м , а для влажности пенобетона 40% - 11,2 кг/м .

 

Решено снять старую кровлю из нескольких многослойных ковров, выполнить ремонт стяжки, дополнительно утеплить крышу двумя слоями минераловатных плит. Плиты раздвинуть с образованием вентилируемых каналов шириной 100 мм через 1,1 м и диффузионных каналов шириной 50 мм через 550 мм поперек скатов; поверх плит утеплителя уложить сборную стяжку из плит ЦСП ( 12 мм) (рисунки В.1 и В.2).

 

 

1 - новый кровельный ковер; 2 - сборная стяжка из ЦСП; 3 - минераловатные плиты; 4 - вентилируемые каналы; 5 - существующая стяжка из цементно-песчаного раствора; 6 - увлажненный пенобетон

 

Рисунок В.1 - Вентилируемые каналы через 1,1 м (в осях)

 

 

1 - вентилируемый канал; 2 - диффузионные каналы; 3 - движение влаги

 

Рисунок В.2 - Расчетная схема вентиляции каналов и диффузии водяного пара

 

 

В.3 Возможны два варианта конструктивных решений для сушки увлажненного утеплителя.

 

Первый вариант (предпочтительный) заключается в устройстве вентилируемых каналов в теплоизоляционном слое по всей поверхности покрытия (рисунок В.2) и сообщением их с наружным воздухом через козырек над парапетами продольных стен (рисунок В.3). В данном случае под воздействием ветра в каналах происходит движение воздуха и сушка утеплителя.

 

Второй вариант - установить над частью вентилируемых и диффузионных каналов кровельные аэраторы с внутренним диаметром патрубков 100 мм.

 

 

Первый вариант

 

1 - парапет; 2 - козырек; 3 - вентилируемая воздушная прослойка или канал; 4 - верхняя часть покрытия; 5 - нижняя часть покрытия; 6 - стена; 7 - направления движения воздуха

 

Рисунок В.3 - Схема устройства парапетного узла вентилируемого покрытия

 

 

Скорость движения воздуха в канале для каждого из месяцев определяется по формуле Э.И.Реттера [11]

 

, (В.6)

 

где - средневзвешенная скорость ветра, м/с, на высоте 10 м для каждого летнего месяца [12]. Для Москвы эта скорость равна 3,4 м/с;

, - аэродинамические коэффициенты на входе в канал и выходе из него приведены в таблице В.1. Для нашего примера 0,3.

 

Если высота здания больше или меньше 10 м, скорость движения воздуха в канале определяется по формуле (В.6’) с учетом изменения скорости ветра по высоте

 

, (В.6’)

 

где - средневзвешенная скорость ветра, м/с, на высоте 10 10 м для каждого летнего месяца;

- высота до входа в отверстие вентиляционного канала, м.

 

 

Таблица B.1

Направление ветра, град	Обозначение	Аэродинамические коэффициенты при
		3 6	6 25
90°		+0,6	+0,6	+0,6	+0,5	+0,5	+0,5
		-0,6	-0,2	-0,15	-0,15	-0,1	-0,05
45°		+0,2	+0,2	+0,2	+0,2	+0,2	+0,2
		-0,8	-0,6	-0,3	-0,1	-0,1	-0,1
- длина зданий, м; - высота здания от уровня земли до верха козырька, м; - ширина здания, длина вентилируемых каналов, м.

 

 

- длина вентилируемого канала, м;

 

- коэффициент сопротивления трению, определяется по формуле

 

, (В.7)

 

где - приведенная шероховатость стенок канала;

, (В.8)

 

где и - абсолютная шероховатость материала стенок канала, принимаемая по таблице В.2;

 

Таблица В.2 - Абсолютная шероховатость для основных материалов, используемых при устройстве вентилируемых покрытий

Типы поверхностей	Абсолютная шероховатость , мм
Хризотилцементные, асбестоцементные, ЦСП	0,6
Деревянные остроганные	0,3
Деревянные неостроганные	2,0
Бетонные из необработанного бетона	0,3
Шлакобетонные, опилко-алебастровые и т.д.	1,5
Из штучных изделий (блоков, плит, кирпичей) без заполнения швов	10,0
Из штучных теплоизоляционных изделий с заполнением швов	6,0

 

 

- эквивалентный диаметр канала, м; для канала прямоугольного сечения со сторонами и определяется по формуле

 

. (B.9)

 

При сечении канала: 0,1 м и 0,05 м получаем 0,067 м.

 

Для данного примера расчета .

 

Тогда .

 

- сумма местных сопротивлений [13]. Для нашего примера 36.

 

Средняя скорость движения воздуха в вентилируемом канале за летний период, рассчитанная по формуле (В.6), составляет 0,23 м/с.

 

Результаты расчетов количества влаги, г/м , удаляемой из утеплителя через вентилируемые каналы за 1 летний сезон, приведены в таблице В.3.

 

 

Таблица В.3

Наименование	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь
, °C	4,4	11,9	16,0	18,1	16,3	10,7	4,3
, %
, Па
, г/м	4,3	6,2	8,0	9,6	9,5	7,1	5,1
, Вт/м
, °С	10,5	20,3	24,9	26,8	23,1	15,2	6,5
, Па
, г/м	10,1	17,6	25,6	24,8	20,5	13,2	8,0
, г/м
5368, г/м

 

 

Рассчитаем время , необходимое для сушки увлажненного утеплителя с учетом существующей влажности утеплителя и возможной технологической влаги при укладке теплоизоляции. Для этого в качестве источника увлажнения принимаем 20-минутный дождь с вероятностью максимальной интенсивности 50%, учитывая относительно небольшую площадь покрытия и соотношение сторон здания в плане. Так, например, при 80 л/с·га (г.Москва) дополнительное увлажнение утеплителя может составить 0,5·0,12·80=4,8 кг/м .

 

Время в летних сезонах с учетом воздействия солнечной радиации, в течение которого влажность пенобетона и минераловатного утеплителя достигнут нормативного значения, составит:

 

22%	(4+4,8)/5,368 1,6 летних сезона;
30%	(7,2+4,8)/5,368 2,2 летних сезона;
40%	(11,2+4,8)/5,368 3,0 летних сезона.

 

Второй вариант

 

При отсутствии возможности выполнения парапета по схеме, приведенной на рисунке В.3, над местами пересечения вентилируемых и диффузионных каналов устанавливаются кровельные аэраторы, требуемое число и диаметры которых определяются расчетом. На рисунке В.4 показан план кровли рассматриваемого здания и пример установки аэраторов (рисунок В.5).

 

 

1 - ендова; 2 - конек; 3 - аэраторы

 

Рисунок В.4 - План расположения аэраторов 100 мм

 

 

1 - герметик; 2 - дополнительный слой водоизоляционного ковра; 3 - основной слой ковра; 4 - сборная стяжка из ЦСП; 5 - минераловатные плиты; 6 - монолитная (существующая) стяжка; 7 - увлажненный пенобетон; 8 - железобетонная несущая плита; 9 - вентилируемый канал; 10 - аэратор 100 мм

 

Рисунок В.5 - Пример установки кровельного аэратора (вентиляционного патрубка) над каналом 100 мм

 

 

На площади участка покрытия 930,6 м предварительно устанавливаем 10 аэраторов 100 мм из условия действия одного аэратора на площади 80-90 м , а на всей площади покрытия, равной 5184 м , - 56 аэраторов.

 

Для покрытия здания размером в плане не более 48х144 м и высотой 10 м на базе 6-18 м как вдоль, так и поперек линии конька, в патрубках аэраторов одинакового диаметра при всех направлениях ветра скоростью 2-5 м/с возникает разность давлений , составляющая 0,12-0,14 кгс/м , в результате чего в вентилируемых каналах происходит движение воздуха. В этом случае скорость движения воздуха в канале определяем по формуле (В.10). При высоте здания больше или меньше 10 м скорость движения воздуха в канале определяется по формуле (В.6) с учетом изменения скорости ветра по высоте (формула В.6’).

 

Скорость движения воздуха в каналах между двумя аэраторами определяем по формуле

 

, (В.10)

где , кг/м ; , °C;

- ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с .

 

При подстановке исходных данных в формулу (В.10) скорость движения воздуха в вентилируемых каналах составляет 0,11 м/с, а количество влаги, удаляемой из утеплителя за 1 летний сезон, приведено в таблице В.4.

 

 

Таблица В.4

Наименование	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь
, °C	4,4	11,9	16,0	18,1	16,3	10,7	4,3
, %
, Па
, г/м	4,3	6,2	8,0	9,6	9,5	7,1	5,1
, Вт/м
, °С	10,5	20,3	24,9	26,8	23,1	15,2	6,5
, Па
, г/м	10,1	17,6	25,6	24,8	20,5	13,2	8,0
, г/м
	2684, г/м

 

 

Так как скорость движения воздуха в вентилируемых каналах и количество удаляемой влаги из утеплителя за летний сезон в 2 раза меньше, чем в предыдущем конструктивном решении (рисунок В.3 и таблица В.3), то время сушки в летних сезонах составит:

 

22%	(4+4,8)/2,684 3,3 летних сезона;
30%	(7,2+4,8)/2,684 4,5 летних сезона;
40%	(11,2+4,8)/2,684 6,0 летних сезонов.

 

В первые зимние месяцы сушки, как правило, происходит активное перемещение влаги из пенобетона в толщу минераловатных плит и перераспределение влагосодержания утеплителей по площади покрытия. При недостаточных или неправильно выполненных нахлестках рулонных пароизоляционных материалов и некачественной герметизации стыков несущих плит или профнастила, кратковременные протечки могут появиться там, где их не было до начала сушки. Во второй зимний период сушки эти протечки, как правило, уже не возникают.

 

 

Приложение Г

(рекомендуемое)