Понятие ветрозащиты

Понятие ветрозащиты
Под ветром будем понимать любое направленное перемещение воздушных масс (конвекцию), в том числе и через ограждающие конструкции зданий.
Ветронепроницаемые (ветроизолированные, непродуваемые, ветрозащитные) стены — это самый главный элемент любой бани.
Никакая теплоизоляция не сможет выполнить свою функцию, если в потолке, стенах и полах оставить сквозные щели, через которые тепло (в виде потоков теплого воздуха) может свободно уйти из бани наружу, а холод (в виде потоков холодного воздуха) войти с улицы внутрь бани. Потери тепла за счёт движения воздуха называются конвективными.
Человек с древнейших времен научился прятаться от ветра. Нора или пещера, шалаш из веток и листьев, чум из шкур, юрта из ковров и войлока, палатка из ткани, одежда или постель с одеялом спасали от холода прежде всего тем, что делали воздух вокруг человека неподвижным, а неподвижный воздух является хорошим теплоизолятором. Ну и конечно же непродуваемые конструкции удерживают внутри себя теплый воздух.
В то же время ветрозащитные материалы, вообще говоря, вовсе не должны обладать способностью изолировать от воды, водяных паров и тепла. Более того, по принципу узкой специализации они должны изолировать исключительно только от ветра. Это является особенно важным замечанием потому, что мы говорим о ветрозащите для человека. Являясь живым существом, человек по своей природе загрязняет воздух водяными парами, углекислым газом и другими известными и неизвестными веществами. Всё это означает, что ветрозащита в виде полностью герметичной водопаровоздухонепроницаемой капсулы вовсе не является идеальным техническим решением. Герметичная капсула не может обеспечить не только комфорт, но и элементарные условия для выживания. Воздух в капсуле необходимо либо регенерировать (возвращать в прежний вид физико-химическими приёмами, принятыми, например, на подводных лодках или космических кораблях), либо очищать удалением (выведением наружу) накапливающихся примесей, либо вообще менять на свежий.
Поясним это на простейшем примере повседневной одежды. Чтобы защитить тело от сквозняков (а свитер от продувания), человек одевает ветровку (ветрозащитную верхнюю одежду). Если ветровка не только ветронепроницаема, но и паронепроницаема, то накапливающиеся под ветровкой водяные пары (от выделений и испарения пота) не могут выйти наружу, увлажняют кожу и нижнюю одежду, а также, например, свитер. Такая паронепроницаемая ветровка (например, синтетическая) «не дышит» и воспринимается человеком как «душная». Чтобы избавиться от ощущения духоты, человек делает продухи в ветровке (например, у ворота, прикрываемого ветропродуваемым шарфом) или расстегивает ветровку то на одну пуговицу, то на две, а то и вовсе распахивается. Такой способ удаления влаги из-под ветровки методом смены воздуха (в котором собственно и находится водяной пар) в строительстве называется вентилированием (то есть ограниченной продуваемостью) и будет рассмотрен отдельно. Здесь укажем лишь, что вентилировать можно через одно отверстие (продух, канал, щель), а можно через большее количество мелких. Можно вентилировать принудительно (например, похлопывая, стягивая рукой или растягивая одежду), а можно проветривать за счёт естественного напора ветра. Отличительным признаком вентиляции является ее регулируемость, в то время как естественная ветропродуваемость сооружения малоконтролируема и определяется зачастую не проектом, а качеством монтажа изоляции.
Другим способом предотвращения духоты одежды является обеспечение паропроницаемости материала одежды (ветровки). Имеется в виду, что в паронепроницаемой ветровке можно изготовить большое количество очень мелких сквозных отверстий (пор). Иными словами, речь идёт, казалось бы, о том же вентиляционном принципе, но через огромное количество микроотверстий (причем, естественно, нерегулируемых). Тем не менее, физическая сущность паропроницаемости (диффузной) в корне отличается от сущности ветропродуваемости, имеющей место в случае вентиляции. Дело в том, что воздух является вязкой субстанцией, вследствие чего движется вблизи стенок каналов (у поверхности пор) очень медленно. А это значит, что скорость движения воздуха в мелких отверстиях ограничена (рис. 15). Изготавливая в паро-воздухонепроницаемой ветровке вместо нескольких относительно крупных отверстий миллион не просто мелких, а очень мелких отверстий, мы создаём крайне большие газодинамические сопротивления направленным потокам масс воздуха в узких каналах. Фактически мы создаём барьер ветру, делаем воздух в отверстиях практически неподвижным. В то же время молекулы, составляющие воздух, движутся в неподвижном воздухе так же, как в подвижном (хаотично со средними скоростями, равными скорости звука 300 м/сек), беспрепятственно проходя туда-сюда через отверстия, усредняя состав воздуха слева и справа от отверстия (рис. 16). Происходит перемешивание двух объемов воздуха (слева и справа от отверстия) при практически полном отсутствии перемещений масс воздуха. При этом молекулы воды (так же как и молекулы углекислого газа и других антропогенов) уходят из-под одежды через микроотверстия ткани ветровки «на улицу» и вместо них (чтобы сохранить равенство давлений) с «улицы» через ветровку приходят молекулы азота и кислорода.
Рис. 15. Эпюры (пространственные распределения) скоростей газового (воздушного) потока в отверстиях разного размера (при одном и том же перепаде давлений на перфорированной мембране). Наличие вязкости заставляет газ течь у краёв отверстия медленно. Поэтому газ через мелкие отверстия проходит с трудом.
Рис. 16. Иллюстрация диффузии молекул через мелкие отверстия мембраны. При размере отверстий 0,01 мм воздух через них практически не проходит даже при сильных порывах ветра (при перепадах давления на мембране порядка 100Па = 0,001 атм). Однако молекулы воздуха (азота, кислорода) и водяных паров имеют размер порядка одной миллионной миллиметра и поэтому проходят через отверстие совсем не ощущая его размеров. В результате взаимной встречной диффузии происходит перемешивание газов справа и слева от мембраны. В частности, если слева сначала было много молекул воды (чёрных точек), то газ слева от мембраны осушается.
Таким образом, ограждающие конструкции можно разделить на ветропродуваемые (ветропроницаемые) и ветронепродуваемые (ветронепроницаемые). Ветропродуваемые (ветропроницаемые) конструкции в официальных документах называются воздухопроницаемыми, что не вполне точно и создаёт множество недоразумений. Ветропродуваемые конструкции пропускают ветер (то есть массы воздуха), но многие существенно защищают от ветра, поэтому часто называются ветрозащитными. С улучшением ветрозащитных свойств изолирующего материала и с улучшением качества укладки материала (например, с уменьшением зазоров между досками или между листами картона), ветрозащитные свойства изолирующего модуля, естественно, улучшаются. Если неконтролируемое поступление воздуха через ветропродуваемые ограждающие конструкции становится настолько малым, что перестаёт влиять на тепловой баланс здания и уже не создаёт заметный воздухообмен помещения, то ограждающие конструкции называют ветронепродуваемыми (воздухонепроницаемыми, ветронепроницаемыми), хотя и пропускают молекулы воздуха.
Ветронепродуваемые ограждающие конструкции подразделяются на герметичные (не пропускающие молекул газа) и негерметичные (имеющие микроскопические сквозные отверстия и пропускающие молекулы воздуха и водяных паров). Такие негерметичные ветронепродуваемые ограждающие конструкции называются паропроницаемыми, точнее, газопроницаемыми (диффузионными мембранами). Если же паропроницаемость мала (из-за малости числа отверстий или даже из-за их полного отсутствия), то ограждающие конструкции называются паронепроницаемыми (газонепроницаемыми, полными диффузными барьерами, пароветрозащитными, пароветронепроницаемыми и т. п.). Терминология в литературе встречается совершенно различная, но наиболее целесообразны узкие чёткие понятия.
В дальнейшем ветропродуваемость конструкции будем оценивать официальным парометром — воздухопроницаемостью. Воздухонепроницаемые конструкции будем оценивать паропроницаемостью. Простейшим воздухонепроницаемым, но паропроницаемым материалом является строительный картон, широко используемый в антисептированном виде в Европе и США. В нашей стране в дачном строительстве в этом качестве более распространен пергамин (строительный картон, слегка пропитанный битумом), хоть и пахучий, но более устойчивый к воздействию влаги материал. Отличить воздухонепроницаемую плёнку от пароизолирующей очень легко: достаточно смочить сильнопахнущими духами одну сторону плёнки и понюхать другую. Запах, как и пар, распространяется путём перемещения молекул через поры плёнки.
В то же время ветропарозащитные материалы до сих пор не стандартизированы (даже по показателям назначения). Поэтому границы между ветрозащитными и пароизоляционными материалами весьма условны и определяются конкретными условиями эксплуатации и даже монтажа (см. далее). Так, например, ясно, что если ветровка обеспечивает вывод влаги из одежды при обычной повседневной носке, то она, тем не менее, сможет стать слишком душной (недостаточно паропроницаемой) при выполнении человеком тяжелой физической работы.
Защита от направленных потоков масс воздуха может подразумевать защиту и от дождя, в том числе и от брызг, увлекаемых потоками воздуха. Поэтому, по крайней мере, внешний (верхний) ветрозащитный слой (в том числе и кровля) должен обеспечивать изоляцию от капельной воды. При этом ясно, что дождеветрозащитную конструкцию вовсе нельзя отождествлять с гидроизолирующей, хотя бы потому, что она может содержать сквозные щели (например, в виде нахлестов шиферных листов или черепицы), недоступные текущим сверху вниз по крыше потокам воды. Иными словами, гидрозащитные материалы имеют дело с каким-то определенным удерживаемым объемом воды (в том числе и в виде влаги в земле), а брызго-дождезащитные материалы хоть и являются водонепроницаемыми, но имеют дело с текущей сверху вниз водой. Так, черепица на крыше успешно выполняет дождезащитные функции только до тех пор, пока на крыше не появятся скопления воды (лужи) у преград текущей воде.