Паропроницаемость. Конвертируем величины.

Перевод величин паропроницаемости

     К сожалению, далеко не все производители паропроницаемых и пароограничивающих материалов, мембран и плёнок придерживаются единой меры измерения паропроницаемости, из-за чего становится проблематично сравнивать порой одинаковые мембраны по этому показателю, а использовать их во всяческих калькуляторах без предварительной обработки данных производителя и вовсе невозможно! 

Вот, например, сравните эти материалы:

  • влаговетрозащитная мембрана "Tyvek Solid" имеет сопротивление паропроницанию Rп = 0,03 м²·ч·Па/мг;

  • влаговетрозащинтая мембрана "Rockwool для стен" имеет паропроницаемость 1000 г/(м²·24 часа);

  • ветрозащитная плита "Isoplaat" имеет "проходимость водяного пара" 1х10^-9 кг/(м²сПа);

  • мембрана "Изоспан АМ" имеет паропроницаемость не менее 880. Не менее 880 чего?!  Наверное г/(м²·24 часа)...

  • маты "Steico flex" имеют показатель сопротивления диффузии водяного пара 1/2. Просто 1/2 и всё.

  • ветрозащитные плиты "Белтермо ТОР" имеют коэффициент паропроницаемости 3.

  • мембрана "Decker Klimat Aktiv" имеет величину Sd ~ 4,5 м.

Какой из них лучше пропускает пар?

      Некоторую ясность в это безобразие вносит Межгосударственный стандарт ГОСТ 25898 (Методы определения характеристик паропроницаемости) и EN 1931:2000. В конвертировании нам поможет табличка перевода единиц измерения паропроницаемости:

Термины, определения, размерности

В ГОСТ EN 1931:2000 прописаны следующие обозначения и определения:
 

  • Плотность потока водяного пара (density of moisture flow rate)   g,   кг/м²·сек. 
    Это масса водяного пара, проходящая в единицу времени через единицу площади материала при заданных значениях температуры, влажности и толщины образца. Определяют её в лабораторных условиях по изменению массы чаши с образцом за фиксированный промежуток времени. 
     

  • Относительная паропроницаемость (moisture permeance)   w,   кг/(м²·сек·Па).
    Величина, определяемая соотношением: w = g / Δp, где Δр - разность парциальных давлений паров воды с двух сторон образца. При проведении испытания при относительной влажности 75 % Δp = 2107 Па.
     

  • Паропроницаемость (moisture permeability) δ, кг/(м·сек·Па).
    Величина, определяемая соотношением: δ = w · d, где d − толщина образца, м.
     

  • Коэффициент сопротивления паропроницанию (moisture resistance factor)   μ,   безразмерная величина.
    Определяется она соотношением: μ = λв / δ, где λв - паропроницаемость воздуха, кг/(м·сек·Па). 
    В свою очередь, паропроницаемость воздуха вычисляется по формуле: 
                                                                    λв = 0,083/3600/(Rconst·T) · p0/P · (T / 273)^1.81
    где рнормальное атмосферное давление 1013,25 гПа;
    Rconst - газовая постоянная для водяного пара, равная 462 Н·м/(кг·К);
    Т - температура воздуха в кельвинах. Принятая в метрологии температура испытания +23°С = 296 К;
    P - среднее арифметическое атмосферное давление воздуха, 1139 гПа.
         Для упрощения расчетов все постоянные константы в формуле можно свести к одной константе, равной 1,97762E-7 при 23 °С, при этом формула преобразуется в:
                                                                   λв = 1,97762Е-7 / Р = 1,73628Е-10 кг/(м·сек·Па)
    или в другой единице измерения: λв = 1,73628Е-10 · 3,6Е9 = 0,625 мг/(м·час·Па)
        Величина λ в незначительной степени зависит от температуры и может с достаточной точностью при практических расчетах рассматриваться как константа, равная 0,625 мг/(м*ч*Па).
    Размотав клубок зависимостей в обратную сторону получаем следующую зависимость:
                                                                                 μ = 1,73628Е-10 · 2107 / (g · d)
     

  • Эквивалентная толщина слоя воздуха по диффузии пара (water vapour diffusion − equivalent air layer thickness)   Sd,   м.
    Величина, определяется соотношением:  Sd = μ ⋅ d
    где d − толщина образца, м.
       Таким образом, Sd характеризует толщину слоя воздуха (м), которая обладает равной паропроницаемостью со слоем конкретного материала толщиной d (м) и коэффициентом паропроницаемости μ
     

  • Сопротивление паропроницанию,    Rп,    м²·ч·Па/мг.
      В приложении A к ТКП 45-2.04-43-2006 "Строительная теплотехника" приведены справочные данные по паропроницаемости многих строительных материалов μ, мг/(м·ч·Па). Но в расчётах зачастую требуется сопротивление паропроницанию слоя ограждающей конструкции Rп, Определяется оно соотношением:
    Rп = d / δ, где d - толщина слоя; δ - коэффициент паропроницаемости материала, мг/(м·ч·Па) по приложению А.
    Так же есть взаимосвязь с плотностью потока водяного пара g, обозначенная в ГОСТ 25898 (формула 2):
    Rп = Δp / g · Rв, где Rв - сопротивление паропроницанию воздуха, м² ⋅ ч ⋅ Па/мг, определяемое по формуле
    Rв = 1/μв,где μв – паропроницаемость воздуха в испытательном сосуде, (равна 0,625 мг/м · час · Па)

 

Для работы калькулятора необходим установленный флеш-плеер. Установить его бесплатно можно на сайте https://get.adobe.com/ru/flashplayer/
Последнее время появились проблемы с флеш-плеером из-за обновлений браузеров и плагина, не зависящие от автора сайта. Решение проблем здесь.

Некоторые пояснения к калькулятору.
  • В основном, для расчётов паропроницаемости необходимо знать толщину материала, поэтому ввод ряда величин невозможен до тех пор, пока толщина равна 0.

  • Производители некоторых материалов не указывают толщину своих изделий (например, мембраны Delta), но зато указывают две величины паропроницаемости, из которых косвенно можно вычислить толщину. Поэтому, не указывая толщину, можно ввести параметры Sd и δ. Толщина будет вычислена из следующей зависимости:
    R = Sd/δв, где δв - паропроницаемость воздуха; δ = d/R    =>   d = R·δ. 

  • При выборе материала из каталога его "паспортные" данные выделены голубым цветом и не пересчитываются.

  • Данные в столбце пересчитываются относительно последней введённой цифры.

  • Для некоторых материалов расчётные данные сильно не совпадают с данными из документов (только для случаев, когда указана пара характеристик паропроницаемости), однако приводятся в калькуляторе без изменений. Чтобы изменить порядок расчёта других данных относительно требуемого вам параметра, поставьте курсор на значение этого параметра и нажмите "Enter" - калькулятор пересчитает данные так, как-будто значение под курсором является исходным. Несовпадение данных обусловлено специфическими условиями проведения измерений, а не неправильным расчётом, можете попробовать изменить настройки калькулятора (например, задать температуру 38°С и влажность 85% - некоторые производители пишут характеристики для таких условий).

  • Параметры материалов из каталога менять нельзя, но в пустые колонки можете вписывать любые свои данные.

  • Толщину плёнок, мембран и пароограничительных материалов менять нельзя - у них заводские характеристики.

  • Толщину общестроительных материалов из каталога можно менять.

  • Запись 10е3 означает 10·10³.  Таким же образом можно и вводить данные. Например 1.5·10¹² = 1.5е12. 

  • Конечно же, "е" для записи степени десятки исключительно английская, не русская! Хотя они и похожи внешне.

  • Разделитель дробной части - точка (например: 3.14, но не 3,14).

  • Ввод нуля в любое поле очищает столбик материала. 

  • Обращайте особое внимание на размерность данных, которые хотите ввести или получить.

  • После ввода любой цифры нажимаем "Enter" (почему-то не для всех очевидно).

  • Каталог пока небольшой, но будет пополняться. Дополнился полным списком общестроительных материалов из ТКП, для сравнения.

  

Возвращаемся к нашему примеру
  • влаго-ветрозащитная мембрана "Tyvek Solid" имеет сопротивление паропроницанию Rп = 0,03 м²·ч·Па/мг - эта единица измерения пригодна для использования в теплотехническом калькуляторе, потому её оставляем как есть и попытаемся сравнивать именно с ней.
     

  • влаго-ветрозащитная мембрана "Rockwool для стен "имеет "паропроницаемость" 1000 г/(м²·24 часа). Судя по размерности приведённой величины, это плотность потока водяного пара в сутки! Неприменимая величина для влажностного расчёта. Для операции с этой величиной нам необходимо её трансформировать в единицу измерения мг/м²·ч.

g = 1000/24 = 41667 мг/(м²·ч).  Зная плотность потока водяного пара легко вычислить относительную паропроницаемость ω (мг/(м²·ч·Па)) по формуле:

ω = g / Δp = 41667 / 2110 = 19,7 мг/(м²·ч·Па)

где Δp – разница давлений насыщенного водяного пара в испытательном сосуде и давление водяного пара в камере вокруг сосуда, при влажности 75% и температуре 23°С  Δp = 2110 Па;

g – плотность потока водяного пара, мг/(м² · ч);

Величина относительной паропроницаемости обратна сопротивлению паропроницанию, т.е.:

Rп = 1/ω = 1 / 19,7 = 0,05 м²·ч·Па/мг

  • ветрозащитная плита "Isoplaat" толщиной 25 мм имеет "паропроницаемость" 1Е-9 кг/(м²·с·Па). На самом деле это относительная паропроницаемость. Переведём его в "часовую" размерность по табличке выше: 

ω = 1Е-9 * 3,6Е9 = 3,6 мг/(м²·ч·Па)

Чтобы получить Сопротивление паропроницанию, нам нужно получить обратную величину:

Rп = 1/w = 1/3,6 = 0,28 м²·ч·Па/мг

Поскольку это плитный материал, помимо сопротивления паропроницанию обладающий ещё и хорошей теплопроводностью, то для расчётов нам было бы хорошо получить величину паропроницаемости материала μ (мг/(м·ч·Па). Коэффициент паропроницаемости определяют по формуле

μ = d / Rп = 0,025 / 0,28 = 0,09 мг/(м·ч·Па)

где d − средняя толщина испытываемого образца, в нашем примере d = 0.025 м. 
 

  • ветрозащитная плита "Isoplaat" толщиной 12 мм имеет паропроницаемость 1,5E-9 кг/(м²·с·Па)

Rп = 1 / (1,5E-9 * 3,6E9) = 1 / 5,4 мг/(м²·ч·Па) = 0,185 м²·ч·Па/мг

μ = d / Rп = 0,012 / 0,185 = 0,065 мг/(м·ч·Па)
 

  • мембрана Изоспан АМ имеет паропроницаемость не менее 880. (не менее 880 чего?!  Неизвестно!) Тут нечего считать, и Изоспан выпадает из сравнения. 
     

  • ветрозащитные плиты "Белтермо" имеют показатель 3. Это безразмерный коэффициент паропроницаемости строительного материала. Он является относительным значением сопротивления материала паропереносу по сравнению со свойствами сопротивления паропереносу воздуха. Например, значение µ = 1 для минеральной ваты означает, что она проводит водяной пар так же хорошо, как и воздух. А значение µ = 10 для газобетона означает, что этот строительный материал проводит пар в 10 раз хуже воздуха. Паропроницаемость воздуха 0,625 мг/м·ч·Па.

Плита Белтермо имеет показатель µ = 3, это значит, что паропроницаемость плиты в три раза хуже, или 

δ = 0,625 / 3 = 0,208 мг/(м·ч·Па)

При толщине плиты 50мм сопротивление паропроницанию плиты Белтермо ТОР:

Rп = 0,05 / 0,208 = 0,24 м²·ч·Па/мг
 

  • маты "Steico flex" имеют показатель сопротивления диффузии водяного пара 1/2. Я так понимаю, что это отношение сопротивления паропереноса воздуха к сопротивлению паропереноса материала, и эту дробь следует рассматривать как µ = 2 в предыдущем примере с Белтермо. 

µп = 0,625 / 2 = 0,313 мг/(м·ч·Па)

При толщине 50мм сопротивление паропроницанию матов Steico flex:

Rп = 0,05 / 0,313 = 0,160 м²·ч·Па/мг
 

  • мембрана "Decker Klimat Aktiv" имеет величину Sd ~ 4,5 м. Это значит, что мембрана пропускает пар в таком же объёме, как слой воздуха шириной 4,5 метра. Из формулы Sd = µ · d, зная толщину материала d = 0,45 мм, мы можем вычислить коэффициент сопротивления паропроницанию µ =  Sd/d.  µ = 4,5 / 0,00045 = 10000. Эта цифра показывает, что мембрана такой ширины пропускает в 10 000 раз меньше пара, чем воздушная прослойка такой же ширины, или

µп = 0,625 / 10000 = 0,0000625 мг/(м·ч·Па)

При толщине мембраны 0,45 мм сопротивление паропроницанию составит:

Rп = 0,00045 / 0,0000625 = 7,2 м²·ч·Па/мг

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Насколько точно считает калькулятор и стоит ли ему верить? Действительно, если выбрать материал с двумя известными величинами, и ввести в соседний столбик калькулятора такие же данные - они вряд-ли совпадут! Но принцип измерения паропроницаемости действительно очень условный и не надёжный. Вот тому яркий пример. 
      Возьмём для примера пароизоляционную мембрану от DuPont, модель AirGuard® Reflective. Согласно рекламной брошюре (стр. 11) паропроницаемость (Sd) её равна 2000 метров. Однако, на этом же сайте есть и техническая спецификация на этот продукт, в которой указана паропроницаемость в диапазоне от 500 до 2000 м, а так-же указана плотность потока водяного пара = 2,04е-10 кг/(м²·с). Расчёт на калькуляторе выдаёт плотность потока водяного пара g = 1,2е-10 кг/(м²·с). Вроде бы различие почти в два раза, однако, если ввести рядом в столбик нужную толщину и величину g, калькулятор выдаёт значение Sd = 1191 м, что полностью вписывается в диапазон, указанный в технической спецификации. Довольно часто в технической спецификации на ту или иную мембрану показатель Sd имеет допуск вдвое больший самой величины! 
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Сверка калькулятора с заводскими данными

  Сверка результатов расчёта калькулятора с расширенными данными от производителя кровельной гидроизоляционной супердиффузионной мембраны Dach Decker 135. 
       Попался мне в руки листок с технической информацией из упаковки мембраны Dach Decker 135, в котором было указано больше одного параметра паропроницаемости (!) и это не могло не вызвать у меня интереса проверить теоретические расчёты моего калькулятора. Итак, вот фотка этого листа:     

       Перечислю важные для нашего расчёта строки:

  • Толщина: 0,65 мм;

  • Коэффициент Sd: 0,03 м;

  • Паропропускаемость при 38°С/85%RH: 3200 г/м² ­· 24ч (± 400);

  • Паропропускаемость при 23°С/85%RH: 1400 г/м² ­· 24ч (± 200);

 

     Очень важным для расчётов является указание условий испытаний, при которых были получены эти данные, и для сравнительного анализа их непременное указание является решающим!

        К сожалению, в большинстве общих справочных данных по материалам этой информации нету, но сейчас у нас цель - проверить корректность расчётов калькулятора. Правильность соотношения величины коэффициента Sd и паропропуска-емости при различных условиях! В связи с этим использовать выбор материала из имеющегося в калькуляторе каталога не стоит, так как там "забиты" максимальные параметры, не имеющие привязки к условиям. 
Этап 1 (+38°С / 85% RH)
    Итак, в настройках калькулятора задаём температуру воздуха 38°С, влажность 85%, нажимаем ввод (чтобы применились введённые данные) и вводим данные в столбик материала:

  • Толщина материала: 0.65 мм;

  • Плотность потока g: 3200 г/м² ­· 24ч.

Нажимаем ввод и получаем данные Sd = 0.0275 ≈ 0.03 м.

Соответствует заводским данным!

 Проведём обратную проверку, вводим:

  • Толщина материала: 0.65 мм;

  • Коэффициент Sd: 0.03 м.

Нажимаем ввод и получаем данные g = 2932, что входит в диапазон 3200 (± 400) г/м² ­· 24ч.
Соответствует заводским данным!
 

Этап 2 (+23°С / 85% RH)
    В настройках калькулятора задаём температуру воздуха 23°С, влажность 85%, нажимаем ввод (чтобы применились введённые данные) и снова вводим соответствующие данные в столбик материала:

  • Толщина материала: 0.65 мм;

  • Плотность потока g: 1400 г/м² ­· 24ч.

Нажимаем ввод и получаем данные Sd = 0.0256 ≈ 0.03 м.

Соответствует заводским данным!

       Проведём обратную проверку, вводим:

  • Толщина материала: 0.65 мм;

  • Коэффициент Sd: 0.03 м.

Нажимаем ввод и получаем данные g = 1195, что практически входит в диапазон 1400 (± 200) г/м² ­· 24ч. 
(Достаточно немного округлить среднее давление воздуха до 1130 гПа в настройках калькулятора и результат будет точно входить в диапазон.)
Соответствует заводским данным!

     Этот пример показывает, что калькулятор считает правильно, и методика перевода одних величин в другие тоже верная. Но, информация по паропрокусканию в размерности г/м² ­· 24ч (g) мало пригодна для сравнения материалов без обязательного указания условий при которых получены эти величины! И даже выбор материала в каталоге калькулятора и сравнение его с другими из того же каталога тоже не будет абсолютно корректным, поскольку не известны условия...

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

P.S.

    Если кто-то из читателей обладает более конкретными методиками расчёта и приведения величин к единому параметру - напишите мне, буду рад доработать материал на сайте для общего блага.

Спасибо всем, кто помогает проекту! Любая ваша помощь значима!

Российский руб.

© 2015 «Project - House».  

Сайт Дмитрия Петрова