Розрахунок точки роси в стіні

Методика розрахунку точки роси в стіні

Цей онлайн-калькулятор виконує розрахунок точки роси в стіні, визначаючи розподіл температури та парціального тиску водяної пари в окремих шарах утепленої конструкції. Він обчислює тепловий опір, оцінює ризик утворення конденсату всередині стіни та на її внутрішній поверхні, а також визначає умови, які можуть сприяти появі плісняви.

Розрахунок корисний для вибору утеплювача, порівняння різних варіантів розташування теплоізоляції та оцінювання поєднань будівельних матеріалів. Враховуються товщина, теплопровідність і опір дифузії водяної пари кожного шару, а також температура й відносна вологість повітря з обох боків стіни.

Орієнтовні значення та рекомендації

Тепловий опір і теплопередача

Тепловий опір шару визначається його товщиною d у міліметрах і коефіцієнтом теплопровідності λ у Вт/(м·К). Що нижча теплопровідність і більша товщина матеріалу, то вищий його тепловий опір.

Rшару = d / (1000 × λ)

Результат виражається в м²·К/Вт. Для всієї стіни теплові опори всіх шарів додаються до опорів теплопередачі на внутрішній і зовнішній поверхнях:

R = Rsi + ΣRшару + Rse

Для вертикальної стіни з горизонтальним напрямком теплового потоку приймаються значення R_si = 0,13 м²·К/Вт і R_se = 0,04 м²·К/Вт. Ці значення відповідають стандартним умовам теплообміну згідно з EN ISO 6946:2017 «Будівельні компоненти та будівельні елементи. Тепловий опір і коефіцієнт теплопередачі. Методи розрахунку».

Коефіцієнт теплопередачі U є величиною, оберненою до загального теплового опору:

U = 1 / R

Коефіцієнт U виражається у Вт/(м²·К). Менше значення U означає меншу теплопередачу через стіну за однакової різниці температур.

Розподіл температури за товщиною стіни

Розрахунок передбачає стаціонарний одновимірний тепловий потік. Температури повітря та коефіцієнти теплопровідності матеріалів вважаються постійними. Густина теплового потоку обчислюється діленням різниці температур усередині та зовні приміщення на загальний тепловий опір стіни:

q = (Ti − Te) / R

Тут T_i і T_e — температури внутрішнього та зовнішнього повітря в °C, а q — густина теплового потоку у Вт/м².

Температура внутрішньої поверхні обчислюється з урахуванням теплового опору внутрішньої поверхні:

Tsi = Ti − q × Rsi

Далі температура зменшується або збільшується в кожному наступному шарі пропорційно до його теплового опору. Температура на межі шарів визначається за накопиченим тепловим опором між внутрішнім повітрям і відповідною межею. Усередині однорідного шару температура змінюється лінійно.

Дифузія водяної пари

Відносна вологість повітря — це відношення фактичного парціального тиску водяної пари до тиску насиченої водяної пари за тієї самої температури. Для звичайних житлових приміщень часто використовують діапазон 40–60% як загальний орієнтир, проте для розрахунку слід застосовувати значення, що відповідають умовам, які оцінюються.

Спочатку за температурою визначається тиск насиченої водяної пари p_sat у паскалях. Наведені нижче наближені формули описують залежність тиску насиченої водяної пари від температури T в °C:

За температури 0 °C і вище:

psat = 610.5 × exp(17.269 × T / (237.3 + T))

За температури нижче 0 °C:

psat = 610.5 × exp(21.875 × T / (265.5 + T))

Для температур нижче точки замерзання використовується залежність тиску насиченої водяної пари над льодом. Фактичний парціальний тиск водяної пари всередині та зовні визначається множенням відповідного тиску насичення на відносну вологість, виражену часткою:

p = psat × RH / 100

Опір дифузії водяної пари характеризується безрозмірним коефіцієнтом μ. Для кожного шару обчислюється еквівалентна товщина повітряного шару s_d у метрах:

sd = μ × d / 1000

Тут d задається в міліметрах. Що більше значення s_d, то сильніше шар перешкоджає дифузії водяної пари. Для парообмежувальних плівок і мембран часто зручніше використовувати безпосередньо s_d, оскільки їхня фізична товщина невелика. База матеріалів калькулятора містить орієнтовні значення s_d від 0,05 до 1500 м для різних типів мембран і пароізоляції.

Парціальний тиск водяної пари всередині стіни обчислюється за накопиченою еквівалентною товщиною повітряного шару s_d. У напрямку від внутрішнього боку до зовнішнього тиск змінюється лінійно відносно накопиченого опору дифузії водяної пари:

p(x) = pi + (pe − pi) × sd(x) / Σsd

Тут p_i і p_e — парціальні тиски водяної пари всередині та зовні у Па, s_d(x) — накопичена еквівалентна товщина повітряного шару до точки, що розглядається, а Σs_d — сума цих значень для всіх шарів.

Розрахунок точки роси та оцінювання ризику конденсації

Точка роси внутрішнього повітря — це температура, за якої тиск насиченої водяної пари дорівнює фактичному парціальному тиску водяної пари в приміщенні. Вона обчислюється за допомогою оберненої залежності між тиском насиченої водяної пари та температурою.

Ризик конденсації всередині стіни оцінюється порівнянням розрахованого парціального тиску водяної пари p(x) із тиском насиченої водяної пари p_sat(T(x)) у кожній точці конструкції. Якщо парціальний тиск перевищує тиск насичення, відповідна ділянка визначається як зона можливої конденсації:

p(x) > psat(T(x))

Межі кожної зони визначаються в точках перетину двох кривих тиску та виражаються в міліметрах від внутрішньої поверхні стіни. Якщо виявлено кілька зон, вони відображаються окремо. Також визначається максимальне перевищення тиску насичення у Па та відстань до точки, де воно виникає.

Для цього порівняння використовуються безперервні профілі температури та тиску водяної пари всередині кожного шару. Результат є оцінкою потенційного ризику конденсації за заданих постійних умов на основі спрощеної моделі теплопередачі та дифузії водяної пари.

Поверхнева конденсація та поява плісняви

Для оцінювання несприятливих умов на внутрішній поверхні стіни виконується окремий температурний розрахунок зі збільшеним тепловим опором внутрішньої поверхні R_si = 0,25 м²·К/Вт. Це значення передбачене EN ISO 13788:2012 «Тепловологісні характеристики будівельних компонентів та будівельних елементів. Температура внутрішньої поверхні для запобігання критичній поверхневій вологості та міжшаровій конденсації. Методи розрахунку» для врахування несприятливих умов теплообміну на поверхні, зокрема в кутах і за меблями.

Для цього розрахунку значення R_si = 0,13 у загальному тепловому опорі замінюється на 0,25 м²·К/Вт. Після цього обчислюється відносна вологість безпосередньо біля внутрішньої поверхні:

RHsi = 100 × pi / psat(Tsi)

Для відображення попереджень використовуються дві порогові умови:

• RH_si ≥ 80%. Попередження вказує на можливість появи плісняви, якщо такі умови зберігаються протягом тривалого часу. Поріг 80% використовується як орієнтир критичної поверхневої вологості відповідно до EN ISO 13788:2012.
• RH_si ≥ 100%. Додаткове попередження вказує на можливість утворення конденсату на внутрішній поверхні стіни.

Якщо виконуються обидві умови, відображаються обидва попередження. Якщо відносна вологість біля поверхні нижча за 80%, додаткові попередження не з'являються. Це оцінювання виконується незалежно від розрахунку ризику конденсації всередині стіни, тому результати можуть відрізнятися.

Властивості матеріалів і припущення розрахунку

Для будівельних матеріалів використовуються довідкові значення коефіцієнта теплопровідності λ та коефіцієнта опору дифузії водяної пари μ. Ці значення можна уточнювати відповідно до технічних характеристик конкретних виробів. У разі зміни μ значення s_d автоматично перераховується, а в разі зміни s_d перераховується μ.

Передбачається, що тепловий потік і дифузія водяної пари відбуваються в одному напрямку, перпендикулярно до поверхні стіни. Кожен шар вважається однорідним, а його властивості — незалежними від температури та вологості. Температури повітря й відносна вологість вважаються постійними протягом кожного розрахунку.

Оцінювання ґрунтується на принципах теплотехнічних розрахунків відповідно до EN ISO 6946:2017 і тепловологісного аналізу відповідно до EN ISO 13788:2012. Підсумковий тепловий опір, розподіл температури та парціального тиску водяної пари визначаються за наведеними вище формулами й вибраними властивостями матеріалів.

FAQs

Чому точка роси внутрішнього повітря не збігається з місцем можливої конденсації всередині стіни?

Точка роси внутрішнього повітря залежить від його температури та відносної вологості. Усередині утепленої стіни температура й парціальний тиск водяної пари змінюються в різних шарах. Тому ризик конденсації оцінюється порівнянням цих величин у кожній точці конструкції, а не лише за температурою внутрішнього повітря.

Чому розташування утеплювача із зовнішнього або внутрішнього боку стіни впливає на результат?

Якщо використовуються однакові матеріали та товщини шарів, загальний тепловий опір може залишатися незмінним незалежно від їхнього порядку. Однак розподіл температури й тиску водяної пари змінюється, тому розташування та протяжність можливих зон конденсації можуть суттєво відрізнятися для внутрішнього та зовнішнього утеплення.

Чи можна оцінити ризик конденсації лише за коефіцієнтом теплопередачі U?

Ні. Коефіцієнт U характеризує теплопередачу, але не враховує розподіл опору дифузії водяної пари між шарами стіни. Дві конструкції з однаковим значенням U можуть мати різний ризик конденсації через відмінності коефіцієнтів μ, значень s_d і порядку розташування матеріалів.

Чому існує ризик появи плісняви, навіть якщо конденсацію не виявлено?

Для появи плісняви не обов'язкове утворення рідкого конденсату. Якщо відносна вологість біля поверхні тривалий час залишається на рівні близько 80% або вище, можуть виникнути сприятливі умови для появи плісняви. Водночас безпосередня поверхнева конденсація пов'язана з досягненням відносної вологості 100%.

Чому коефіцієнт μ тонких пароізоляційних мембран може бути надзвичайно високим?

Коефіцієнт μ характеризує опір матеріалу дифузії водяної пари порівняно з повітряним шаром такої самої товщини. Оскільки мембрани дуже тонкі, навіть помірне значення еквівалентної товщини повітряного шару s_d може відповідати коефіцієнту μ в десятки тисяч або більше. Для порівняння пароізоляційних матеріалів зазвичай зручніше використовувати значення s_d у метрах.