Статья обобщает основные аспекты опасности влаги в современных зданиях и намечает возможные пути решения этой проблемы.

Статья отражает взгляд зарубежных специалистов на данную проблему, которая, несомненно, весьма актуальна и для климатических условий России.

Одновременно редакция публикует отзыв на эту статью крупнейшего специалиста по данной проблеме, доктора технических наук, почетного строителя России Владимира Геннадьевича Гагарина.

До последнего времени российские специалисты были несомненными мировыми лидерами в изучении этого вопроса, и взгляд рецензента представляется не менее интересным (по мнению редакции), чем сама статья, и, безусловно, расширяет взгляд на данную проблему.

Проблемы, связанные с влагой
Влага была важным фактором для строителей, т. к. она является одной из главных причин повреждения и разрушения зданий. Так, влага вызывает или ускоряет следующие циклы:

Электрохимическую коррозию металлических продуктов и деталей, например оборудования и воздуховодов систем ОВК, каркаса здания, арматуры в железобетонных конструкциях и т. д.

Химическое повреждение материалов, например гипсовой облицовки, плиток потолка, древесных материалов, и реакции карбонизации и связывания щелочей.

Разрушение бетона, каменной и кирпичной кладки при промерзании и оттаивании.

Изменение цвета архитектурных деталей здания, например выцветание, появление пятен и т. д.

Изменение объема материалов конструкций (разбухание, коробление, усадка), что может привести к ухудшению внешнего вида, появлению трещин и к деформации конструкций.

Биологические повреждения, например образование плесени, рост растений, появление пылевых клещей и т. п.

Биологическим повреждениям (в основном грибковым), обусловленным влагой, в последнее время придается особое значение, т. к. эти явления могут сказываться на здоровье людей (снижении IAQ – показателя качества внутреннего воздуха), состоянии конструкций и внешнем облике зданий.

Проблемы, обусловленные влагой, возникают при следующих четырех условиях:

Наличие источника влаговыделений.

Наличие возможности влагопереноса.

Наличие движущей силы (потенциала) влагопереноса.

Подверженность строительных материалов воздействию влаги.

Предотвратить возникновение проблем, вызванных влагой, теоретически возможно, если устранить одно из четырех указанных условий. Практически же невозможно устранить все источники влаговыделений и все движущие силы влагопереноса, как невозможно построить и влагонепроницаемое здание. К тому же экономически нецелесообразно использовать только влагостойкие строительные материалы. Следовательно, в реальных условиях полезно принимать в расчет потенциальную принцип. возможность увлажнения, чтобы свести к минимуму нежелательные последствия.

практический подход к проектированию зданий и систем кондиционирования воздуха с минимальным риском возникновения проблем, обусловленных влагой, подразумевает обдуманный выбор строительных материалов и их сочетаний в конструкциях, учет и контроль источников влаговыделений.

Баланс влаги
Если осуществляется баланс увлажнения и высыхания, то влага не накапливается с течением времени и какиелибо проблемы вряд ли возникнут ( . Поэтому при оценке риска повреждений конструкций, обусловленных влагой, необходимо определять величину и длительность увлажнения, влагонакопления и высыхания. Большинство методов контроля влажности ориентированы на то, чтобы снизить поступления влаги путем герметизации и уменьшения паропроницаемости ограждающих конструкций, защиты от проникновения дождевой воды и ее поглощения материалами конструкций и т. п. но несовершенство строительных конструкций является общеизвестным фактом, поэтому их увлажнение будет иметь место. Кроме того, не все соединения водопровода могут быть хорошо изолированы, окна могут иметь неплотности и т. д. Поэтому все больше внимания уделяется влагоаккумулирующей способности материалов и возможности их высыхания. Эффективность такого подхода подтверждается примером зданий, прослуживших долгие годы, но этот пример часто упускают из виду. Наконец, повышение влагостойкости путем рационального проектирования здания с учетом местоположения, ориентации по странам света, геометрической формы, особенностей систем ОВК и т. п. часто оказывается наиболее экономичным и эффективным (учитывать эти мероприятия нужно на начальной стадии проектирования).

Основные циклы увлажнения и осушения, и механизмы влагопереноса в ограждающих конструкциях показаны на 2.

Источники влаговыделений
есть четыре основных источника влаги в зданиях. Они классифицируются следующим образом:

Жидкая влага (вода) как результат проникновения атмосферных осадков и утечек трубопроводов.

Водяной пар из наружного воздуха, и из внутреннего воздуха, наличие которого обусловлено источниками внутри здания.

Вода и водяной пар из грунта, прилегающего к зданию.

Технологическая влага, содержащаяся в материалах строительных конструкций, и попавшая туда в результате какихлибо действий при эксплуатации здания.

Утечки трубопроводов и увлажнение дождем – очевидно, что этот ист. увлажнения должен быть устранен. Выпадение дождя на кровлю для большинства климатических зон составляет от нескольких сотен до тысячи кг/м Стены обычно получают около 25–50 % от этой величины [1]. Если лишь незначительная часть этой влаги попадет в здание или внутрь ограждающих конструкций, это может повлечь за собой через некоторое время многозначительные повреждения.

Не так уж часто можно оценить, какова должна быть минимальная величина протечки, вызывающая многозначительные проблемы. Например, одна капля воды в час, падающая из крана или через неплотное окно на сухую штукатурку, повлечет быстрый рост плесени на этой поверхности. Кроме того, количество жидкой влаги, поступающей от этих источников, может быстро достичь катастрофического объема. Здание может быть залито сотнями литров воды изза дождя или прорыва труб.

Водяной пар может вызвать такие же проблемы, как и жидкая влага, непосредственно попадающая на конструкции, хотя обычно величина влажности, обусловленная этим источником, значительно меньше. Наиболее типичным случаем является конденсация водяного пара на неизолированной поверхности труб системы холодоснабжения или бытового водоснабжения, при этом конденсат попадает внутрь стен или кровли либо стекает по окнам. Водяной пар снаружи проникает в здание с воздухом как при принудительной, так и при естественной вентиляции через неплотности ограждающих конструкций и воздуховодов.

Во множественных типах зданий имеют место значительные влаговыделения в результате жизнедеятельности людей и производственных циклов. В таблице 1 указаны некоторые источники влаговыделений в зданиях и их величины. При этом поступление водяного пара от разных источников может сильно различаться. Так, испарение часто используемого бассейна с подогретой водой или выделение пара при производстве бумаги, очевидно, намного больше, чем влаговыделение от присутствия двух человек в большом помещении. Проектировщикам следует изучать особенности эксплуатационных циклов в зданиях, чтобы определить среднее и пиковое значение поступления водяного пара.

Грунт может стать серьезным источником увлажнения фундамента и нижнего этажа здания. В грунте влага содержится в большом количестве как в газовой, так и в жидкой фазе. Поверхностные и грунтовые воды проникают через трещины, щели и другие отверстия. Грунтовая влага просачивается сквозь поры строительных материалов (бетон, кирпич, дерево и т. д.).

Влага из глубинных слоев грунта является к тому же практически неиссякаемым источником водяного пара. Поскольку диффузия не является мощным механизмом влагопереноса, водяной пар из грунта не имеет такого значения при увлажнении конструкций, как вода, но он является значительным ресурсом увлажнения. Водяной пар из грунта проникает в здание в основном путем диффузии, но иногда возможен и конвективный перенос. Установлено, что испарение с земляного пола или не полностью перекрытого подполья может составлять в сутки от 100 до 500 г/м (Trethowen [2] провел обследование 60 зданий с подпольями и определил среднюю v испарения 400 г/м2 в сутки.) Трещины в каменной кладке перекрывают капилляры, но не препятствуют диффузии водяного пара из грунта внутрь здания. Следовательно, необходимо применение пароизоляционных пленок или красок на наружной поверхности подземных частей здания.

Технологическая влажность строительных материалов может иметь большое значение, но лишь в первые годы после постройки; этот ист. влаги зависит от примененных строительных материалов. Деревянные конструкции, теряют до 10 % влаги от собственной массы. Нормальная бетонная смесь содержит около 200 кг воды на кубометр, половина этого количества впоследствии испаряется. Следовательно, если объем бетонного фундамента некоторого здания составляет от 20 до 30 м3, за первые два года после постройки испарится несколько тысяч литров воды. Аналогично, влаговыделение железобетонной плиты пола помещения толщиной 200 мм в административном здании за первые два года составит 20 л/м Бетонные блоки (и влага, содержащаяся в кладочном растворе), сухая штукатурка, краски, покрытия пола и другие компоненты вносят свою долю как источники влаговыделений.

циклы влагопереноса
Механизмы переноса влаги различны для каждого фазового состояния.*

Основные циклы влагопереноса, в порядке возрастания интенсивности, перечислены ниже:

Диффузия водяного пара (и поверхностная диффузия в некоторых пористых материалах).

Конвективный перенос водяного пара (с потоком воздуха).

Капиллярный перенос воды (просачивание) сквозь пористые материалы.

Гравитационные протечки воды (в том числе под воздействием гидростатического давления) сквозь трещины, отверстия, макропоры.

В цикле диффузии водяной пар перемещается из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Диффузионный перенос происходит в воздушной среде, в том числе в воздухе, заполняющем поры материалов. Следовательно, водяной пар не диффундирует сквозь непористые материалы – сталь, стекло, некоторые пластики и т. п.

Диффузия водяного пара сквозь изоляцию трубопроводов охлажденной воды приводит к отсыреванию и коррозии трубопроводов, если она длится достаточно долго. Диффузия также играет роль в цикле переноса водяного пара в ограждающие конструкции, где пар может конденсироваться. Для предотвращения этого часто требуется пароизоляция (на внутренней поверхности ограждающей конструкции в холодном климате или на наружной поверхности – в жарком влажном климате), хотя диффузия водяного пара обычно не является причиной повреждения стен, обусловленной их влажностью. Диффузия водяного пара – это не весьма мощный механизм влагопереноса; его значение было признано лишь в 1950х годах [6], а в середине 1980х в Канаде появились практические рекомендации по этому вопросу [7].

но диффузия водяного пара может иметь большое значение для кровель и для стен с отделкой наружных поверхностей материалами, способными впитывать воду. Дождевая вода впитывается такой отделкой, а затем прогревается под действием солнечной радиации. Даже в холодном климате при этом создается весьма большой градиент давления водяного пара, обусловливающий проникновение влаги внутрь конструкции в опасном количестве [8]. Повреждение конструкций усугубляется, если внутри имеются паронепроницаемые материалы.

Конвективный перенос водяного пара по воздуховодам – это базовой путь попадания пара в помещение вместе с воздухом. Даже при небольшом воздухообмене в помещение поступает гораздо больше водяного пара, чем это возможно диффузионным путем. Конвекция через щели в ограждающих конструкциях – это основная причина внутренней конденсации (в десятки и сотни раз превосходящей конденсацию, вызванную диффузией); этим же путем попадает в толщу ограждений дождевая вода. Для предотвращения или сокращения этих явлений ограждения зданий должны иметь малую воздухопроницаемость. Для ограничения конвективного переноса водяного пара (т. е. инфильтрации воздуха) требуется уплотнение мест прохода воздуховодов сквозь воздухонепроницаемые слои конструкций, контроль давления в различных зонах здания (для предотвращения миграции воздуха и водяного пара по незащищенным каналам и проемам), и надлежащая эксплуатация приточной и вытяжной вентиляции.

Капиллярное всасывание обеспечивает непрерывный медленный перенос жидкой влаги сквозь пористые материалы из области с высокой концентрацией в область низкой концентрации. Чем тоньше капилляры, тем больше сила капиллярного всасывания, но в целом v переноса влаги при этом уменьшается. Несмотря на малую v цикла капиллярного переноса, он может длиться годами. Капиллярный перенос имеет существенное значение при контакте строительных конструкций с грунтом (т. к. грунт обычно везде бывает влажным) и для поверхностей, смачиваемых дождем. Капиллярный перенос влаги может быть уменьшен или устранен путем устройства соответствующего барьера. Небольшая воздушная прослойка или капиллярнонеактивный слой (т. е. непористый или гидрофобный) будет достаточной гидроизоляционной защитой. На практике обычно используются оба способа, в виде небольшой воздушной прослойки за кирпичной кладкой или слоя щебня под бетонной плитой, и в виде прокладок гидроизоляционной бумаги под деревянными стойками на бетонном полу.

Течение, обусловленное гравитацией, – наиболее мощный механизм переноса влаги. весьма большие количества воды (измеряемые литрами в секунду) могут проливаться из лопнувших труб через отверстия и воздушные полости под действием силы гравитации. Для гравитационных протечек размер отверстий должен быть сравнительно большим (свыше миллиметра), т. к. в порах меньшего размера капиллярные силы превосходят гравитационные и снижают v движения воды. Следовательно, вода не будет течь сквозь влажный кирпич (несмотря на то, что такие легенды приходится иногда слышать), но прольется через отверстие для винта в пластиковой оконной раме.

Под действием гравитации дождевая вода может попасть через неплотности в оконных переплетах в толщу стен или же грунтовые воды могут просочиться через трещины в стенах подвалов. Объем протечек может быть столь значительным, что может привести к катастрофическим последствиям. В качестве защиты могут использоваться, например, водоотбойные козырьки и водосливы, отводящие течение в сторону. В случае протечек бытовой техники или для сбора конденсата целесообразно использовать поддоны.

Комбинация циклов влагопереноса
Влагоперенос редко происходит под действием какоголибо одного из перечисленных механизмов. В реальной жизни эти механизмы действуют параллельно или последовательно. Например, грунтовые воды путем капиллярного всасывания попадают в подполье, где происходит испарение. При этом парциальное давление водяного пара повышается, и он попадает в основные помещения здания. В результате относительная влажность в помещении возрастает и опять начинается конденсация водяного пара на трубопроводах охлажденной воды, размещенных за подвесным потолком. Конденсат накапливается в этом месте, пока не начнет капать на сухую штукатурку потолка. На мокром потолке появляется плесень. Источником увлажнения в данном случае является грунт. Понимание всех циклов влагопереноса позволит проектировщику применить необходимые средства защиты: это может быть гидроизоляция со стороны грунта, осушение воздуха (или вентиляция в некоторых климатических зонах), изоляция труб хладагента и т. д.

Все виды влагопереноса, которые могут привести к появлению проблем, обусловленных влагой, могут также помочь при высыхании строительных материалов и поверхностей. Следовательно, попытки заблокировать механизмы влагопереноса – это не лучшее решение для борьбы с сыростью. рек. разумное сочетание действий по сокращению источников увлажнения, контролю и регулированию влагопереноса и стимулированию циклов высыхания.

Заключение
Контроль влажности в зданиях – это ключевое условие повышения их долговечности, эффективного использования, здорового микроклимата. Знание источников увлажнения и механизмов влагопереноса в здании и в ограждающих конструкциях позволит специалистам улучшить проектные решения зданий и систем кондиционирования воздуха. На этих знаниях должна базироваться стратегия борьбы с повышенной влажностью.

Литература
Straube J. E., Burnett E. F. P. Simplified prediction of driving rain deposition. Proceedings of International Building Physics Conference. Eindhoven, 200 P. 375–38 Trethowen H. A. Three surveys of subfloor moisture in New Zealand. ASHRAE Transactions. 100 ( . 199 P. 1427–143 Sanders С. Environmental Conditions. IEA Annex 24 Task 2 Final Report. 199 Hamlin Т., Gusdorf J. Moisture Production in Single Canadian Homes. IEA Annex 24 Task 2 Report. 1994 Christian J. E. Chapter 8: moisture sources. Moisture Control in Buildings. ASTM Manual 1 ed. H Trechsel. West Conshocken, PA: ASTM, 199 P. 176–18 Garden G. K. Control of air leakage is important. Canadian Building Digest 7 Division of Building Research. Ottawa, 196 Quiroette R. The difference between a vapor barrier and an air barrier. Building Practice Note 5 National Research Council Canada, Institute for Research in Construction. Ottawa, 198 Wilson A. G. Condensation in insulated masonry walls in the summer. Proceedings of RILEM/CIB Symposium. Helsinki, 196 P. 2– Комментарий к аналитической статье
J. F. Straube «Влага в зданиях» В последние годы публикации по многим традиционным вопросам строительной теплофизики фактически не появляются в печати. Их место заняли статьи по энергосбережению и по теплозащите. Поэтому для множественных инженеров, начавших свою работу по нашей специальности в последние десять лет, постановочная статья J. F. Straube окажется исключительно полезной. В аналитической статье справедливо указано на повышенную влажность строительных материалов как на основную причину снижения долговечности и ухудшения эксплуатационных свойств строительных конструкций зданий. Выявлены основные источники увлажнения конструкций, проанализированы некоторые циклы влагопереноса в зданиях. Автор рассматривает влагу не только в материалах конструкции, но в здании в целом, при этом он обращает внимание на необходимость учета взаимного влияния различных циклов влагопереноса.

В то же время статья опирается на опыт проектирования и строительства в Канаде, который существенно отличается от нашего. Прежде всего, неявно предполагается, что объем здания должен быть чуть ли не герметически изолирован от наружного воздуха, а здание оборудовано системой принудительной вентиляции и кондиционирования воздуха. Только этим предположением можно объяснить мнение автора, что «конвективный перенос водяного пара по воздуховодам – это базовой путь попадания пара в помещения вместе с воздухом», а также, что «конвекция через щели в ограждающих конструкциях – это основная причина внутренней конденсации». Далее, J. F. Straube рассматривает в основном эксплуатацию зданий в теплом влажном климате, поэтому он и считает, что водяной пар попадает с наружным воздухом в помещения, где предполагается кондиционирование и более низкая температура.

В средней полосе России большинство зданий проектируется и эксплуатируется с естественным воздухообменом. При этом в летних условиях влажность наружного воздуха и внутреннего воздуха помещений практически одинакова. Зимой наружный воздух значительно суше внутреннего, и если не организовывать проветривание помещений, то влажность в них значительно повышается. в наших условиях фильтрация наружного воздуха в помещения желательна для снижения влажности внутреннего воздуха (в отличие от изложенного в аналитической статье) и ограничивается только требованиями к тепловому режиму помещения. Недаром после установки окон, отвечающих современным повышенным требованиям к воздухонепроницаемости, приходится устанавливать и специальные конструкции – клапаны – для возможности фильтрации наружного воздуха в помещения.

Не соответствует нашему опыту эксплуатации зданий и такое высказывание J. F. Straube об увлажнении конструкций водяным паром из наружного воздуха: «...конвекция через щели в ограждающих конструкциях – это основная причина внутренней конденсации (в десятки и сотни раз превосходящей конденсацию, вызванную диффузией)». Конденсация же пара из наружного воздуха внутри конструкции в зимних условиях эксплуатации отапливаемого здания физически невозможна. но такое явление может иметь место при эксплуатации здания с кондиционируемым внутренним воздухом в теплом влажном климате, что вероятно и имел в виду J. F. Straube.

В условиях нашего климата возможны следующие случаи увлажнения конструкций, обусловленные фильтрацией воздуха. Фильтрация холодного наружного воздуха в помещение через щели (например, через плохо заделанные стыки стеновых панелей) приводит к охлаждению внутренних поверхностей ограждающих конструкций, в результате чего на них образуется конденсат из внутреннего воздуха, образовавшаяся жидкая влага может затем попадать внутрь конструкций благодаря капиллярной влагопроводности. При другом варианте увлажнения фильтрацией внутренний воздух может проходить по различным щелям изнутри помещения в толщу ограждающей конструкции, при этом водяной пар из него может конденсироваться внутри конструкции. Безусловно, оба варианта представляют собой строительный брак, который должен быть устранен.

Слабо освещены в аналитической статье J. F. Straube механизмы влагопереноса, достаточно указать, что их сейчас известно до двух десятков. Совсем не проанализированы «движущие силы» (потенциалы) влагопереноса, которые являются ключевыми при исследовании циклов влагопереноса. Следует отметить, что большой вклад в развитие теории потенциала влажности внес В. Н. Богословский, книги которого хорошо известны в профессиональной среде.

J. F. Straube слегка касается истории исследования причин увлажнения ограждающих конструкций: «Диффузия водяного пара – это не весьма мощный механизм влагопереноса; его значение было признано лишь в 1950х годах, а в середине 1980х в Канаде появились практические рекомендации по этому вопросу». В связи с этим следует внести уточнения. Проблема влажности ограждающих конструкций была для России актуальной много лет назад. Например, так же до Октябрьской революции инженер А. Третьяков написал работу того же плана, что и рассматриваемая статья (и на том же научном уровне) [1]. Свое научное решение проблема начала получать в начале развития индустриального строительства в 1920–30х годах, прежде всего, в работах В. Д. Мачинского [2] и К. Ф. Фокина [3], же соответствующие методы расчета были введены в практику проектирования. Примерно в это же время аналогичные работы были проведены в США [4, 5], а в 1940 году вышло и руководство по расчету влажностного режима стен [6]. Все указанные исследования и методы расчета в качестве главного механизма влагопереноса рассматривали диффузию водяного пара (или более общее явление – паропроницаемость). В нашей стране в СНиП «Строительная теплотехника» включен раздел по расчету требуемого сопротивления паропроницанию ограждающих конструкций, который также предполагает паропроницаемость в качестве главного механизма влагопереноса. В 1950х годах в ФРГ был разработан аналогичный метод [7], который вошел в строительные нормы немецкоязычных стран под названием «Метод Глазера». Поэтому приведенная фраза J. F. Straube является ошибочной. Другое дело, что в современных условиях на диффузионный перенос водяного пара строители зачастую обращают мало внимания, в результате чего происходит преждевременное разрушение конструкций. Так, например, на фото показана стена здания, оштукатуренная цементнопесчаным раствором с малой паропроницаемостью. В результате при эксплуатации здания водяной пар из внутреннего воздуха диффундировал в стену и влага скапливалась под слоем наружной штукатурки. Через три года, вследствие промерзания и оттаивания, кирпичная кладка под слоем штукатурки начала разрушаться, а штукатурка отваливаться. Аналогичный случай давно был описан в учебнике К. Ф. Фокина [8], который выдержал четыре издания, описанный пример служил предупреждением многим поколениям отечественных инженеров.

Вообще следует отметить, что этот раздел строительной теплофизики наиболее полно разработан именно в нашей стране. Книги А. В. Лыкова и В. Н. Богословского издавались за рубежом и служили руководством для иностранных ученых и инженеров. Влажностный режим ограждающих конструкций в современной России активно исследуется в ряде организаций, прежде всего в НИИСФ и ВолгГАСА (проф. А. Г. Перехоженцев). За рубежом передовые позиции по исследованию этой проблемы занимает Институт строительной физики общества им. Фраунгофера в ФРГ (Prof. K. Gertis, dr. K. Kiessl, dr. H. M. Kunzel и др.).

Рассматриваемая статья, несомненно, полезна, и в первую очередь для тех, кто ранее не задумывался над этой проблемой. Кроме того, в ней обращается внимание на некоторые явления, про которые у нас «забыли». Например, про возможные протечки водопровода и увлажнения от них строительных конструкций. Или про увлажнение стен зданий дождевой водой при плохих водосточных трубах и про разрушения при этом стен. Считается, что это недопустимо, поэтому и не должно рассматриваться. но в современных условиях такие явления часто происходят. Следовательно, необходимо задумываться и об их последствиях.

Другая особенность статьи заключается в отсутствии «зацикливания» на влагопереносе в ограждающих конструкциях. анализируется поступление влаги в здание. Сделана попытка посмотреть на все влажностные циклы общим взглядом, учесть их комплексно.

В последнее десятилетие многие организации, ранее незнакомые с особенностями строительства и эксплуатации зданий в климатических условиях России (особенно иностранные), начали работать на отечественном рынке строительных услуг. Среди ошибок, допускаемых такими строителями, наблюдается и невнимательное отношение к влажностному режиму помещений и ограждающих конструкций.

Настоящая статья может привлечь большее внимание специалистов к данной актуальной проблеме.