t6 - Šíření vodní párykps.fsv.cvut.cz/upload/files/t6_sireni_vodni_pary.pdf · sou část...
TRANSCRIPT
Obecné principy
Šíření vlhkosti konstrukc í
Voda a vlhkost ve stavb ách:
Šíření vlhkosti konstrukc í
Voda a vlhkost ve stavb ách:
Šíření vlhkosti konstrukc í
Voda v konstrukc ích:- ve všech 3 skupenstvích:
součást sm ěsi plyn ů „vzduch“:- dusík, kyslík, argon, CO2, neon, helium, metan, kry pton,
vodík, xenon- tuhé aerosoly- vodní pára a další plyny
- směs má v dané nadmo řské výšce určitý atmosférický tlak
ŠíŠířřeneníí vlhkosti konstrukcvlhkosti konstrukc íí
Voda v konstrukc ích:- ve všech 3 skupenstvích:
- vodní pára- voda- led
Dalton ův zákon- celkový tlak sm ěsi plyn ů je sou čtem díl čích
tlaků:- dílčí složky: částečné (parciální) tlaky ve sm ěsi- ve SF: částečný tlak vodní páry (ve vzduchu)
John Dalton
(1766 –1844)
∑= itot pp
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
Šíření vlhkosti konstrukc í
Vodn í pára ve vzduchu:- její množství se vyjad řuje více zp ůsoby:
- absolutní (m ěrnou) vlhkostí- částečným tlakem vodní páry- relativní vlhkostí
DefiniDefiniččnníí ppřřestestáávkavka
Koncentrace vodní páry (water vapor concentration) [kg/m3]
v
Absolutní (měrná) vlhkost (specific humidity) [kg/kg]
x
Koncentrace nasycené vodní páry (saturated water vapor concentration) [kg/m3]
satv
Částečný (parciální) tlak vodní páry (partial water vapor pressure) [Pa]
p
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
DefiniDefiniččnníí ppřřestestáávkavkaČástečný (parciální) tlak nasycené vodní páry (saturated partial water vapor
pressure) [Pa]
satp
Relativní vlhkost (relative humidity) [%]
ϕ
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
Vlhkost materiálu se charakterizuje:- objemovou vlhkostí- hmotnostní vlhkostí
Šíření vlhkosti konstrukc í
Působen í okolí na materiál:
VVw.100=ψ
0
0.100m
mmu
−=
Šíření vlhkosti konstrukc íZávislost vlhkosti materiálu na okolní vlhkosti:
Šíření vodní páry vzduchem
Šíření vlhkosti konstrukc í
Šíření vlhkosti konstrukc í
Pohyb vodn í páry vzduchem:- difúze:
- hustota difúzního toku:
První Fick ův zákon 1φ
2φφ∇⋅−= Dg
∂∂
∂∂
∂∂−=∇−=
zp
yp
xp
pg zyxd δδδδ ,,
ŠíŠířřeneníí vlhkosti konstrukcvlhkosti konstrukc íí
Pohyb vodn í páry vzduchem:- difúze:
- pozvolné rozptylování částic v prost ředí- molekuly se pohybují náhodným zp ůsobem
z míst vyšší koncentrace do míst koncentrace nižší
- prostorové a časové rozložení část. tlak ů v.p.:
Druhý Fick ův zákon
Adolf E. Fick
(1828–1901)
Analogie k rovnici vedení tepla.
tp
zp
zyp
yxp
x ∂∂=
∂∂+
∂∂+
∂∂
∂∂δ
∂∂δ
∂∂δDetaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích
pro studenty na webu…
Šíření vlhkosti konstrukc í
Pohyb vodn í páry vzduchem:- konvekce:
Vlhkostní procesy v konstrukci
Šíření vlhkosti konstrukc í
Šíření vlhkosti konstrukc í
Transport vodn í páry konstrukc í:
- způsob transportu vodní páry a vody závisí na:
ŠíŠířřeneníí vlhkosti konstrukcvlhkosti konstrukc íí
pohyb molekul bez vzájemných srážek
I. nízká vlhkost Probíhá:- difúze (v makrokapilárách)- efúze (v mikrokapilárách)
- termodifúze (běžně zanedbatelná)
Způsoby transportu v.p. konstrukc í:
( )TDpg Td grad grad ⋅+⋅−= δ
souč. termodifúze
teplota
rost
ou
c ío
bsa
h v
lhko
sti v
kap
iláře
i e
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
ŠíŠířřeneníí vlhkosti konstrukcvlhkosti konstrukc íí
rost
ou
c ío
bsa
h v
lhko
sti v
kap
iláře
III. vysoká vlhkost Probíhá:- kapilární vedení
Způsoby transportu v.p. konstrukc í:
i e
i e
i e
i e
Příčina transportu:- rozdíl kapilárních tlak ů
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
Šíření vlhkosti konstrukc í
rost
ou
c ío
bsa
h v
lhko
sti v
kap
iláře
Efekty:
Způsoby transportu v.p. konstrukc í:
i e
i e
i e
i e
šíření vodní páry konvekcí
i e
Šíření vlhkosti konstrukc í
Způsoby transportu v.p. konstrukc í:Efekty konvekce v.p. závisína orientaci proud ění:
- exfiltrace
- infiltrace
Šíření vlhkosti konstrukc í
Způsoby transportu v.p. konstrukc í:Efekty konvekce v.p. závisína orientaci proud ění:
- exfiltrace
- infiltracei e
Šíření vlhkosti konstrukc í
rost
ou
c ío
bsa
h v
lhko
sti v
kap
iláře
Rekapitulace transportníchmechanism ů: - difúze
- efúze- termodifúze- povrchová difúze- kapilární vedení- konvekce
Způsoby transportu v.p. konstrukc í:
i e
i e
i e
i e
Difúze vodní páry
Šíření vlhkosti konstrukc í
Difúze vodn í páry konstrukc í
pgd grad⋅−= δ
δδµ a=
DefiniDefiniččnníí ppřřestestáávkavkaFaktor difuzního odporu (water vapor resistance factor) [-]
µ
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
DifDif úúze vodnze vodn íí ppááry konstrukcry konstrukc íí
Faktor difúzn ího odporuDruhy faktoru difúzního odporu:- suchý
- stanovuje se za nízké vlhkosti (metoda suché misky)- pro posouzení kcí v prost ředí s RH < 60 %
- mokrý- stanovuje se za vysoké vlhkosti (metoda mokré misky)- pro posouzení kcí v prost ředí s RH > 60 %
- podle teploty p ři zkoušce- 10 C (dříve)- 23 C (dnes) δ
µ10108824,1 −⋅=
δµ
10109521,1 −⋅=
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
Difúze vodn í páry konstrukc íFaktor difúzn ího odporuTypické hodnoty faktoru difúzního odporu:- vzduch
- stavební materiály
Difúze vodn í páry konstrukc í
Faktor difúzn ího odporuTypické hodnoty faktoru difúzního odporu:- vzduch
- stavební materiály
DifDif úúze vodnze vodn íí ppááry konstrukcry konstrukc íí
Faktor difúzn ího odporuTypické hodnoty faktoru difúzního odporu:- vzduch
- do tl. 10 mm ... µ = 1- nad 10 mm … µ = 0,01/d (smluvní zohledn ění proud ění dle EN ISO 13788)
- stavební materiály- minerální vlákna ... µ = 2-5- EPS ... µ = 30-70- XPS ... µ = 80-150- pěnové sklo ... µ = 700 000- železobeton ... µ = 30-150- asfaltové pásy (hydroizolace) ... µ = 20 000 – 50 000- folie (hydroizolace) ... µ = 7 000 – 20 000- parozábrany ... µ = 50 000 – 1 000 000
obtížné m ěření, často nízká kvalita dat,nebo zcela nedostupné
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
DifDif úúze vodnze vodn íí ppááry konstrukcry konstrukc íí
Faktor difúzn ího odporuTypické hodnoty faktoru difúzního odporu:- vzduch
- do tl. 10 mm ... µ = 1- nad 10 mm … µ = 0,01/d (smluvní zohledn ění proud ění dle EN ISO 13788)
- stavební materiály- minerální vlákna ... µ = 2-5- EPS ... µ = 30-70- XPS ... µ = 80-150- pěnové sklo ... µ = 700 000- železobeton ... µ = 30-150- asfaltové pásy (hydroizolace) ... µ = 20 000 – 50 000- folie (hydroizolace) ... µ = 7 000 – 20 000- parozábrany ... µ = 50 000 – 1 000 000
U řady materiál ů (hlavn ě s vysokým µ, např. u parozábran) rozhodujíspoje a návaznosti na okolní kce.
Vliv net ěsností se obvykle uvažuje odhadem.Např. pro mechanicky upevn ěné parozábrany:- redukce µ 10x pro standardní provedení- redukce µ 100x pro podpr ůměrné provedení
Vždy tak, aby se zvýšila bezpe čnost výpo čtu!
Pokud je plocha otvor ů vyšší než 1 % z celkovéplochy materiálu, hodnota µ
nepřesáhne limit:
max. µ = 0,27/d
(tj. µ.d = max. 0,27 m, m ěřeníprof. Mrlíka)
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
DifDif úúze vodnze vodn íí ppááry konstrukcry konstrukc íí
Faktor difúzn ího odporuTypické hodnoty faktoru difúzního odporu:- vzduch
- do tl. 10 mm ... µ = 1- nad 10 mm … µ = 0,01/d (smluvní zohledn ění proud ění dle EN ISO 13788)
- stavební materiály- minerální vlákna ... µ = 2-5- EPS ... µ = 30-70- XPS ... µ = 80-150- pěnové sklo ... µ = 700 000- železobeton ... µ = 30-150- asfaltové pásy (hydroizolace) ... µ = 20 000 – 50 000- folie (hydroizolace) ... µ = 7 000 – 20 000- parozábrany ... µ = 50 000 – 1 000 000
Zvláštní p řípad: nepropustné materiály se spárami (nap ř. plechy)
vodní pára difunduje spárami: jde o spárovou difúzi
∑ ⋅⋅⋅⋅+=
)(10312,5 9 ldA
A
d
ekv
Λµ
µ
Výpočet výsledného ekviv. faktoru dif. odporu z charakte ristického výseku o ploše A, zohled ňuje se délka spár ( l), jejich spárová dif. vodivost známá z m ěření (Λ), tlouš ťka materiálu d a jeho faktor µ
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
Difúze vodn í páry konstrukc í
Další difúzn í parametry:- ekvivalentní difúzní tlouš ťka
dsd ⋅= µ
- difúzní odpor
NdZp ⋅⋅= µ
[m/s] δd
Zp =
PožadavkyČSN 730540-2a Glaserova metoda
Šíření vlhkosti konstrukc í
Difúze vodn í páry konstrukc í
Tím se rozum í:
Požadavky ČSN 730540-2:– kondenzát nesm í ohrozit funkci konstrukce
Požadavky ČSN 730540-2:– kondenzát nesm í ohrozit funkci konstrukce
–
Difúze vodn í páry konstrukc í
Dvoupláš ťové kce:
- podstatné zkrácení životnosti- plísn ě- objemové zm ěny- výrazné zvýšení hmotnosti- degradace materiálu
– veškerý kondenzát se musí odpa řit– množství kondenzátu nesm í překročit limit:
Difúze vodn í páry konstrukc íVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:1. ověření rizika kondenzace
2. posouzení ročního cyklu
Difúze vodn í páry konstrukc íVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:1. ověření rizika kondenzace
Glaserova metoda(H. Glaser, 1958: problémy chladíren a mrazíren)
Předpoklady:
Okrajové podmínky:
DefiniDefiniččnníí ppřřestestáávkavkaNávrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu (design outdoor air relative
humidity) [%]
Relativní vlhkost venkovního vzduchu odvozená z dlouhodobých měřenípro klimatické podmínky ČR.Používá se empiricky stanovenázávislost na venkovní teplotě:
eϕ
17,39
5,315393
−−⋅
=e
ee θ
θϕ
Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu (design indoor air relative
humidity) [%]
iϕ Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
DifDif úúze vodnze vodn íí ppááry konstrukcry konstrukc ííVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:1. ověření rizika kondenzace
� za nejnižších venkovních teplot
� nezbytné pro konstrukce s nepřípustnou kondenzací
� posouzení ročního cyklu
� pro postupně se měnící venkovní podmínky
� roční množství zkondenzované vodní páry
� možnost odpaření
Postup Glaserovy metody:- graficko -početní metoda- dílčí kroky:
1. průběh teploty
Rtep. odpory díl čích vrstev (vyneseny od interiéru)Rsi Rse
skladba st řechy
stejná hodnota jako u výpo čtu sou č. prostupu tepla U(tj. 0,13/0,10/0,17 W/(m 2K))
θsi
θe
θai
θse
uvažují se všechny vrstvy!
(krom ě vrstev nad h.i.)Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
DifDif úúze vodnze vodn íí ppááry konstrukcry konstrukc ííVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:1. ověření rizika kondenzace
� za nejnižších venkovních teplot
� nezbytné pro konstrukce s nepřípustnou kondenzací
� posouzení ročního cyklu
� pro postupně se měnící venkovní podmínky
� roční množství zkondenzované vodní páry
� možnost odpaření
Další typické p řípady:- jednovrstvé zdivo
pe
p i
sd
sdA
psat,A
Ns
ppg
dA
AsatidA ⋅
−= ,
Ns
ppg
dB
eBsatdB ⋅
−= ,
A B
sdB
psat,B
oblast kondenzace (širší zóna)
ekv. dif. tlouš ťky díl čích vrstev (od interiéru)
dBdAc ggg −=
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
Difúze vodn í páry konstrukc íVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:2. posouzení ročního cyklu
Cíl posouzení:
Dvě základní metodiky:ČSN 730540 EN ISO 13788
opakující seGlaserova
metoda
Difúze vodn í páry konstrukc íVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:2. posouzení ročního cyklu
Okrajové podm ínky: ČSN 730540
Difúze vodn í páry konstrukc íVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:2. posouzení ročního cyklu
ČSN 730540
- OK,konec výpo čtu
+
množství kondenzátu
θe = (θe+5) až 25
kondenzace?+ -
množstvíkondenzátu
množstvíodparu
Postup: start: θe
kondenzace?
roční množství zkondenzované v.p. a vypa řitelné v.p.
∑ ⋅= jjcac tMM ,, ∑ ⋅= jjevaev tMM ,,
Difúze vodn í páry konstrukc íVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:2. posouzení ročního cyklu
Okrajové podm ínky: EN ISO 13788
Difúze vodn í páry konstrukc íVýpočet:
▫ dvě základní úlohy:2. posouzení ročního cyklu
EN ISO 13788Postup: určení 1. měsíce
s kondenzací
existuje?- OK,
konec výpo čtu
+poč. měsíc až poslední
množství kondenzátuv kci na konci m ěsíce
(se zohledn ěním p ředchozího stavu)
roční změny v obsahuzkondenzované v.p.
DefiniDefiniččnníí ppřřestestáávkavkaPrůměrná měsíční relativní vlhkost vnitřního vzduchu (monthly mean indoor
air relative humidity) [%]
mi ,ϕ
Zvýšení částečného tlaku vodní páry vlivem vnitřního provozu (increase of
partial water vapor pressure due to internal activity) [Pa]
p∆
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
DifDif úúze vodnze vodn íí ppááry konstrukcry konstrukc íí
Srovnání používaných metodik:
EN ISO 13788ČSN 730540
model reality-(interiér beze zm ěn,
nezachytí letní kondenzaci,rel. hrubá data pro exteriér)
+(prom ěnná φi + θai, kondenzace
nejen v zim ě, možná volba 1.měsíce, lepší model exteriéru,
více let ve výpo čtu)ověření rizika kondenzacev extrémníchpodmínkách
+(hodnocení pro návrh.venkovní teplotu θe)
-(hodnocení jen pro pr ům.
měs. teploty)
bezpečnostvýpo čtu
?(bezpečnější pro
jednovrstvé kce, p řeceňujeodpa řování do interiéru)
?(většinou p říznivějšívýsledky, n ěkdy ale
naopak)
Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu…
Difúze vodn í páry konstrukc íDvouplášťové konstrukce:- hodnotí se:
Výpočet dle ČSN 730540-4:- zjednodušený 2D model- postup:
Principy vlhkostněbezpečného navrhování
Šíření vlhkosti konstrukc í
Principy navrhov áníCíl:
Analogie vlhkostní rovnováhy (Straube & Burnett, 2005)
bezpečnávlhkostně akumulačníkapacita
zvlhčování
vysušování
Principy navrhov áníZákladní zásada:
Principy navrhov ání
Principy navrhov áníNejvhodn ější materiály pro parozábrany:
Problemati čtější řešení:
Pro parozábrany vždy nutné zajistit:
Principy navrhov áníPozor na zám ěny:
Alternativa folií v d řevostavbách a podkrovích :
Principy navrhov áníKapilárn ě aktivní materiály:
Principy navrhov áníKapilárn ě aktivní materiály:
Nelze-li dodržet, používají se krom ě parozábrany i kapilárn ě aktivnímateriály:
Princip kapilárn ě aktivních izolací:
e
ie
ie
iPodm ínka dobré funkce:
Principy navrhov áníDalší vybrané problémy:
- siln ě tep. izolované podlahy na terénu :
Další vybrané problémy:
- zateplování z interiéru :
Principy navrhov ání