Šíření vlhkosti konstrukcí. Obecné principy

Transkript

1 Šíření vlhkosti konstrukcí Obecné principy

2 Šíření vlhkosti konstrukcí Voda a vlhkost ve stavbách:

3 Šíření vlhkosti konstrukcí Voda v konstrukcích: - ve všech 3 skupenstvích:

4 Šířen ení vlhkosti konstrukcí Voda v konstrukcích: - ve všech 3 skupenstvích: - vodní pára - voda - led součást směsi plynů vzduch : - dusík, kyslík, argon, CO2, neon, helium, metan, krypton, vodík, xenon - tuhé aerosoly - vodní pára a další plyny John Dalton ( ) - směs má v dané nadmořské výšce určitý atmosférický tlak Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích Daltonův zákon pro studenty na webu - celkový tlak směsi plynů je součtem dílčích tlaků: - dílčí složky: částečné (parciální) tlaky ve směsi - ve SF: částečný tlak vodní páry (ve vzduchu) p tot = pi

5 Šíření vlhkosti konstrukcí Vodní pára ve vzduchu: - její množství se vyjadřuje více způsoby: - absolutní (měrnou) vlhkostí - částečným tlakem vodní páry - relativní vlhkostí

6 Definiční přestávka Absolutní (měrná) vlhkost (specific humidity) [kg/kg] x Koncentrace vodní páry (water vapor concentration) [kg/m 3 ] v Koncentrace nasycené vodní páry (saturated water vapor concentration) [kg/m 3 ] v sat Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích Částečný (parciální) tlak vodní pro studenty páry (partial na water webu vapor pressure) [Pa] p

7 Definiční přestávka Částečný (parciální) tlak nasycené vodní páry (saturated partial water vapor pressure) [Pa] p sat Relativní vlhkost (relative humidity) [%] ϕ Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu

8 Šíření vlhkosti konstrukcí Působení okolí na materiál: Vlhkost materiálu se charakterizuje: - objemovou vlhkostí - hmotnostní vlhkostí V ψ = 100. w V m m u = 100. m 0 0

9 Šíření vlhkosti konstrukcí Závislost vlhkosti materiálu na okolní vlhkosti:

10 Šíření vlhkosti konstrukcí Šíření vodní páry vzduchem

11 Šíření vlhkosti konstrukcí Pohyb vodní páry vzduchem: - difúze: - hustota difúzního toku: První Fickův zákon 1 φ g = D φ φ 2 g d p p = δ p = δ x, δ y, δ z x y p z

12 Šířen ení vlhkosti konstrukcí Pohyb vodní páry vzduchem: - difúze: - pozvolné rozptylování částic v prostředí - molekuly se pohybují náhodným způsobem z míst vyšší koncentrace do míst koncentrace nižší - prostorové a časové rozložení část. tlaků v.p.: Druhý Fickův zákon Detaily p p p p k δ tématu + jsou δ k dispozici + δ v prezentacích = x x pro ystudenty y na zwebu z t Adolf E. Fick Analogie k rovnici vedení tepla. ( )

13 Šíření vlhkosti konstrukcí Pohyb vodní páry vzduchem: - konvekce:

14 Šíření vlhkosti konstrukcí Vlhkostní procesy v konstrukci

15 Šíření vlhkosti konstrukcí Transport vodní páry konstrukcí: - způsob transportu vodní páry a vody závisí na:

16 rostoucí obsah vlhkosti v kapiláře Šířen ení vlhkosti konstrukcí Způsoby transportu v.p. konstrukcí: I. nízká vlhkost Probíhá: - difúze (v makrokapilárách) - efúze (v mikrokapilárách) pohyb molekul bez vzájemných srážek i e - termodifúze (běžně zanedbatelná) g d = δ ( grad p + D gradt ) T teplota Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu souč. termodifúze

17 rostoucí obsah vlhkosti v kapiláře Šířen ení vlhkosti konstrukcí Způsoby transportu v.p. konstrukcí: III. vysoká vlhkost Probíhá: - kapilární vedení Příčina transportu: - rozdíl kapilárních tlaků i i e e Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích i pro studenty na webu i e e

18 rostoucí obsah vlhkosti v kapiláře Šíření vlhkosti konstrukcí Způsoby transportu v.p. konstrukcí: šíření vodní páry konvekcí Efekty: i i e e i e i e

19 Šíření vlhkosti konstrukcí Způsoby transportu v.p. konstrukcí: Efekty konvekce v.p. závisí na orientaci proudění: - exfiltrace - infiltrace i e

20 Šíření vlhkosti konstrukcí Způsoby transportu v.p. konstrukcí: Efekty konvekce v.p. závisí na orientaci proudění: - exfiltrace - infiltrace i e

21 rostoucí obsah vlhkosti v kapiláře Šíření vlhkosti konstrukcí Způsoby transportu v.p. konstrukcí: Rekapitulace transportních mechanismů: - difúze - efúze - termodifúze - povrchová difúze - kapilární vedení - konvekce i i i e e e i e

22 Šíření vlhkosti konstrukcí Difúze vodní páry

23 Difúze vodní páry konstrukcí g d = δ grad p δa µ = δ

24 Definiční přestávka Faktor difuzního odporu (water vapor resistance factor) [-] µ Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu

25 Difúze vodní páry konstrukcí Faktor difúzního odporu Druhy faktoru difúzního odporu: - suchý - stanovuje se za nízké vlhkosti (metoda suché misky) - pro posouzení kcí v prostředí s RH < 60 % - mokrý - stanovuje se za vysoké vlhkosti (metoda mokré misky) - pro posouzení kcí v prostředí s RH > 60 % - podle teploty při zkoušce 10 1, C (dříve) Detaily k tématu jsou k dispozici µ = v prezentacích pro studenty na webu - 23 C (dnes) δ µ = 1, δ 10

26 Difúze vodní páry konstrukcí Faktor difúzního odporu Typické hodnoty faktoru difúzního odporu: - vzduch - stavební materiály

27 Difúze vodní páry konstrukcí Faktor difúzního odporu Typické hodnoty faktoru difúzního odporu: - vzduch - stavební materiály

28 Difúze vodní páry konstrukcí Faktor difúzního odporu Typické hodnoty faktoru difúzního odporu: - vzduch - do tl. 10 mm... µ = 1 - nad 10 mm µ= 0,01/d (smluvní zohlednění proudění dle EN ISO 13788) - stavební materiály - minerální vlákna... µ = EPS... µ = XPS... µ = pěnové sklo... µ = Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu - železobeton... µ = asfaltové pásy (hydroizolace)... µ = folie (hydroizolace)... µ = parozábrany... µ = obtížné měření, často nízká kvalita dat, nebo zcela nedostupné

29 Difúze vodní páry konstrukcí Faktor difúzního odporu Typické hodnoty faktoru difúzního odporu: - vzduch - do tl. 10 mm... µ = 1 - nad 10 mm µ= 0,01/d (smluvní zohlednění proudění dle EN ISO 13788) - stavební materiály - minerální vlákna... µ = 2-5 U řady materiálů (hlavně s vysokým µ, např. u Pokud parozábran) je plocha rozhodují - EPS... µ = spoje a návaznosti na okolní kce. otvorů vyšší než 1 % z celkové - XPS... µ = plochy materiálu, hodnota µ -Vliv pěnové netěsností sklo... se µ = obvykle uvažuje odhadem. nepřesáhne limit: -Např. železobeton pro Detaily mechanicky... µ k = tématu upevněné jsou k parozábrany: dispozici v prezentacích - redukce asfaltovéµ pásy 10x pro (hydroizolace) standardní pro studenty... provedení µ = 20 na 000 webu max. µ = 0,27/d - redukce folie (hydroizolace) µ 100x pro... podprůměrné µ = provedení (tj. µ.d = max. 0,27 m, měření - parozábrany... µ = prof. Mrlíka) Vždy tak, aby se zvýšila bezpečnost výpočtu!

30 Difúze vodní páry konstrukcí Faktor difúzního odporu Typické hodnoty faktoru difúzního odporu: - vzduch - do tl. 10 mm... µ = 1 - nad 10 mm µ= 0,01/d (smluvní zohlednění proudění dle EN ISO 13788) - stavební materiály - minerální vlákna... µ = 2-5 Zvláštní případ: nepropustné materiály se spárami (např. plechy) - EPS... µ = XPS... µ = A µ ekv = Detaily k tématu jsou k dispozici A v prezentacích - pěnové sklo... µ = železobeton... µ = vodní pára difunduje + 5, d ( Λd l) - asfaltové pásy (hydroizolace) pro studenty... µ = 20 na 000 webu spárami: jde o µ spárovou - folie (hydroizolace) difúzi... µ = Výpočet výsledného ekviv. faktoru dif. odporu z charakteristického - parozábrany... µ výseku = o ploše A, zohledňuje 000 se délka spár (l), jejich spárová dif. vodivost známá z měření (Λ), tloušťka materiálu d a jeho faktor µ

31 Difúze vodní páry konstrukcí Další difúzní parametry: - ekvivalentní difúzní tloušťka s d = µ d - difúzní odpor d Z p = δ = µ d N Z p [m/s]

32 Šíření vlhkosti konstrukcí Požadavky ČSN a Glaserova metoda

33 Difúze vodní páry konstrukcí Požadavky ČSN : kondenzát nesmí ohrozit funkci konstrukce Tím se rozumí:

34 Difúze vodní páry konstrukcí Požadavky ČSN : kondenzát nesmí ohrozit funkci konstrukce veškerý - podstatné kondenzát zkrácení se musí životnosti odpařit množství - plísně kondenzátu nesmí překročit limit: - objemové změny - výrazné zvýšení hmotnosti - degradace materiálu Dvouplášťové kce:

35 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 1. ověření rizika kondenzace 2. posouzení ročního cyklu

36 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 1. ověření rizika kondenzace Glaserova metoda (H. Glaser, 1958: problémy chladíren a mrazíren) Předpoklady: Okrajové podmínky:

37 Definiční přestávka Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu (design outdoor air relative humidity) [%] ϕ e Relativní vlhkost venkovního vzduchu odvozená z dlouhodobých měření pro klimatické podmínky ČR. Používá se empiricky stanovená 93 θe 3153,5 ϕe = závislost na venkovní teplotě: θ e 39,17 Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu (design indoor air relative humidity) [%] ϕi Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu

38 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 1. ověření rizika kondenzace za nejnižších venkovních teplot Postup Glaserovy nezbytné metody: pro konstrukce s nepřípustnou kondenzací - graficko-početní posouzení metoda ročního cyklu θ ai - dílčí kroky: pro postupně se měnící θ si venkovní podmínky 1. průběh teploty roční množství zkondenzované vodní páry možnost odpaření uvažují se všechny vrstvy! (kromě vrstev nad h.i.) skladba střechy stejná hodnota jako u výpočtu Detaily souč. k tématu jsou k dispozici v prezentacích prostupu tepla U pro studenty na webu (tj. 0,13/0,10/0,17 W/(m 2 K)) θ se θ e R R si tep. odpory dílčích vrstev (vyneseny od interiéru) R se

39 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 1. ověření rizika kondenzace za nejnižších venkovních teplot Další typické nezbytné případy: pro konstrukce s nepřípustnou kondenzací posouzení ročního cyklu A B - jednovrstvé zdivo s da pro postupně se měnící venkovní podmínky roční množství zkondenzované p i vodní páry gc = gda gmožnost db odpaření g g da db = = p p i s s p da sat, B db sat, A Detaily N k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu p N e p sat,a p sat,b oblast kondenzace (širší zóna) s db p e ekv. dif. tloušťky dílčích vrstev (od interiéru) s d

40 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 2. posouzení ročního cyklu Cíl posouzení: Dvě základní metodiky: ČSN EN ISO opakující se Glaserova metoda

41 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 2. posouzení ročního cyklu Okrajové podmínky: ČSN

42 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 2. posouzení ročního cyklu roční množství zkondenzované v.p. a vypařitelné v.p., a = Mc j t j M ev, a Mev, j t M c, = j ČSN Postup: + start: θ e kondenzace? množství kondenzátu - OK, konec výpočtu θ e = (θ e +5) až kondenzace? množství kondenzátu množství odparu

43 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 2. posouzení ročního cyklu Okrajové podmínky: EN ISO 13788

44 Difúze vodní páry konstrukcí Výpočet: dvě základní úlohy: 2. posouzení ročního cyklu Postup: určení 1. měsíce s kondenzací EN ISO existuje? + poč. měsíc až poslední - OK, konec výpočtu roční změny v obsahu zkondenzované v.p. množství kondenzátu v kci na konci měsíce (se zohledněním předchozího stavu)

45 Definiční přestávka Průměrná měsíční relativní vlhkost vnitřního vzduchu (monthly mean indoor air relative humidity) [%] ϕ i,m 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

46 Difúze vodní páry konstrukcí Srovnání používaných metodik: ČSN EN ISO (interiér beze změn, nezachytí letní kondenzaci, rel. hrubá data pro exteriér) + (hodnocení pro návrh. venkovní teplotu θ e )? (bezpečnější pro jednovrstvé kce, přeceňuje odpařování do interiéru) model reality ověření rizika kondenzace v extrémních podmínkách bezpečnost výpočtu + (proměnnáφ i + θ ai, kondenzace nejen v zimě, možná volba 1. měsíce, lepší model exteriéru, více let ve výpočtu) - (hodnocení jen pro prům. měs. teploty) Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu? (většinou příznivější výsledky, někdy ale naopak)

47 Difúze vodní páry konstrukcí Dvouplášťové konstrukce: - hodnotí se: Výpočet dle ČSN : - zjednodušený 2D model - postup:

48 Šíření vlhkosti konstrukcí Principy vlhkostně bezpečného navrhování

49 Principy navrhování Cíl: bezpečná vlhkostně akumulační kapacita zvlhčování vysušování Analogie vlhkostní rovnováhy (Straube & Burnett, 2005)

50 Principy navrhování Základní zásada:

51 Principy navrhování

52 Principy navrhování Nejvhodnější materiály pro parozábrany: Problematičtější řešení: Pro parozábrany vždy nutné zajistit:

53 Principy navrhování Pozor na záměny: Alternativa folií v dřevostavbách a podkrovích :

54 Principy navrhování Kapilárně aktivní materiály:

55 Principy navrhování Kapilárně aktivní materiály: Princip kapilárně aktivních izolací: e Nelze-li dodržet, používají se kromě parozábrany i kapilárně aktivní materiály: i e e i Podmínka dobré funkce: i

56 Principy navrhování Další vybrané problémy: - silně tep. izolované podlahy na terénu:

57 Principy navrhování Další vybrané problémy: - zateplování z interiéru: