DIFÚZNÍ VLASTNOSTI MATERIÁLŮ Z POHLEDU NOVÝCH TEPELNĚ TECHNICKÝCH NOREM. Petr Slanina

Transkript

1 DIFÚZNÍ VLASTNOSTI MATERIÁLŮ Z POHLEDU NOVÝCH TEPELNĚ TECHNICKÝCH NOREM Petr Slanina

2 DIFÚZNÍ VLASTNOSTI MATERIÁLŮ Z POHLEDU NOVÝCH TEPELNĚ TECHNICKÝCH NOREM Ing. Petr Slanina FSv, ČVUT v Praze, Thákurova 7, Praha 6, ČR, petr.lanina@fv.cvut.cz In lat year 2005 new Czech thermal-technical tandard CSN and CSN were effect. The tandard bring new evaluation of diffuion propertie of material and moiture tranport in contruction. Thee change are not alway with accord of known information in thi branch and till forgetting ome important influence in officiating of water vapour condenation inide the contruction. It can lead to incorrect aement of reult then to incorrect deign of whole envelop contruction. 1. Difúzní veličiny 1.1 Vzáemné vztahy veličin popiuící difúzní vlatnoti V minulém roce 2005 nabyly platnot nové tepelně technické normy ČSN a ČSN Tyto normy přinášeí změny v hodnocení difúzních vlatnotí materiálů, eichž difúzní vlatnoti e nově popiuí podle tzv. uchých veličin (uchý faktor difúzního odporu, uchá hodnota ekvivalentní tloušťky a uchý oučinitel difúzní vodivoti) repektive mokrých veličin (mokrý faktor difúzního odporu, mokrá hodnota ekvivalentní tloušťky a uchý oučinitel difúzní vodivoti). Vzáemné vztahy veličin e nemění a ou popány náleduícím vztahem: δo d dx = µ x d = d = (1) δpx N δpx kde d e tloušťka materiálu [m], dx uchá/mokrá hodnoty ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu [m], µ x uchý/mokrý faktor difúzního odporu [m], δ px uchý/mokrý oučinitel difúzní vodivoti materiálu [kg/(pa..m)], δ o oučinitel difúzní vodivoti vzduchu [kg/(pa..m)], N e teplotní difúzní funkce [ -1 ]. Za pímeno x v předcházeícím vztahu e doadí pímeno d (dry) v případě uché veličiny, v případě mokré veličiny pímeno w wet. Jednotlivé typy veličin by e nemí mezi ebou zaměňovat. Součinitel difúzní vodivoti vzduchu δ o závií na teplotě a barometrickém tlaku, ale tyto vlivy ou v normě ČSN EN ISO zanedbány a e uvažováno hodnotou δ o = 2x10-10 [kg/(pa..m)]. Lépe e možno použít hodnotu δ o = 1,8824 x [kg/(pa..m)], která e tanovena při atmoférickém tlaku p a = 98066,5 Pa a teplotě 10 C, což byly hodnoty, které e dříve uplatňovaly při měření difúzních vlatnotí materiálů. Přeněi lze oučinitel difúzní vodivoti podle vztahu uvedeného v normě ČSN Zdůvodnění dělení difúzních veličin a eich použití Nová norma e naží rozdělením difúzních veličin na uché a mokré přeněi popat tranport vlhkoti i upřenit hodnoty veličin pokytovaných od výrobců tavebních materiálů. Norma tanoví, že uché veličiny by e měly používat v případě, kdy relativní vlhkot ve vnitřním protředí pro zimní období e menší nebo rovna 60%. Mokré veličiny e používaí pro vyšší relativní vlhkot vnitřního protředí nad 60%, ale i pro přeněší hodnocení kontrukce. Toto dělení vychází z laboratorního měření difúze mikových metod, které e provádí dvěmi odlišnými způoby. Je to metoda WET-CUP mokra mika

3 a DRY-CUP uchá mika. Obě metody vycházeí z podobných principů, kdy měřeným vzorkem difundue vodní pára a v záviloti na čae e vypočte potřebná difúzní veličina. Obě metody e liší rozdílnými okraovými podmínkami. Při metodě WET-CUP Obr.1 e používá relativní vlhkoti vzduchu 50% a 95% při kontantní teplotě 23 C. Vzhledem k tené teplotě a rozdílné relativní vlhkoti vzduchu dochází k difundaci vodních par krze měřený vzorek z protředí vyšší relativní vlhkotí vzduchu t. z protředí vyšším parciálním tlakem vodních par. Vážením zkušební miky i e vzorkem e vypočtou difúzní vlatnoti vzorku; například mokrá hodnota ekvivalentní difúzní tloušťky e vypočte z náleduícího vztahu. dw o A t = δ m (2) kde A e plocha vzorku [m 2 ], t čaový rozdíl [], rozdíl čátečných tlaků vodních par [Pa], m.. změna hmotnoti [kg]. Při metodě DRY-CUP e používaí hodnoty relativní vlhkoti vzduchu 0% a 50% opět při kontantní teplotě 23 C. Hodnota ekvivalentní difúzní tloušťky vzorku e vypočte podle vztahu (2). Přeněší popi a použití mikových metod lze nalézt v technických normách [4,5,7]. Obr.1 Schéma měření difúzních vlatnotí materiálů metoda WET-CUP Obr.2 Graf záviloti oučinitele difúzní vodivoti materiálu na relativní vlhkoti [1,2] Rozdíl ve výledcích obou metod tkví v tom, že materiál e proputný pro vodní páry v záviloti na relativní vlhkoti, ve které e zkoumaný vzorek nachází. Na grafu Obr. 2[1,2] e zobrazena závilot oučinitele difúzní vodivoti materiálu a relativní vlhkoti, ve které e vzorek nachází. Z grafu e patrné ak dochází k rozdílu ve výledcích obou metod měření i ak okraové podmínky (relativní vlhkot protředí) ovlivňuí výledky měření. Graf na obr. 2, kde hodnota oučinitele difúzní vodivoti materiálu rote e vzrůtaící relativní vlhkotí. Tonto graf e pouze pro proputné materiály (např. tepelné izolace, papíry, difúzně proputné nátěry apod.). Pro málo proputné materiály (hydroizolační páy, parotěnící zábrany atd.) e podle [1] hodnoty oučinitele difúzní vodivoti materiálu mění minimálně v záviloti na relativní vlhkoti. Tyto výledky ou v rozporu normou ČSN EN ISO 12572, kde e uvedeno, že při vyšších vlhkotech dochází k nížení tranportu vodní páry. Podle nové normy ČSN e pro metodu DRY-CUP možno použít i iných okraových podmínek než e uvedeno výše, a to pro relativní vlhkoti protředí 0% a 85%.

4 Požití těchto okraových podmínek povede podle grafu Obr.2 k iným naměřeným výledkům než u běžné metody DRY-CUP a tyto okraové podmínky nekoreponduí definicí metody DRY-CUP podle normy ČSN EN ISO Norma ČSN taktéž zpříňue měření difúzních vlatnotí materiálů, neboť tanovue minimálně 6ti měření od ednoho vzorku, aby mohla být vyádřena eho hodnota difúzní veličiny (například mokrá hodnota ekvivalentní difúzní tloušťky). Naproti tomu norma ČSN EN ISO 12572, která popiue metodu měření proputnoti vodních par tavebních výrobků, předepiue náležitou přenotí provét pouze tři měření od ednoho vzorku materiálu repektive pět měření od daného materiálu, pokud plocha vzorku e menší než 0,02 m 2. V normě ČSN e uvedena hranice použití ednotlivých metod na hodnotě relativní vlhkoti vzduchu v interiéru 60%. Vzhledem k principu měření difúzních vlatnotí podle mikových metod by bylo v hodněší tuto hranici nížit na relativní vlhkot 50%. V normách ČSN a ČSN EN ISO e nadou uché difúzní vlatnoti materiálů, neboť experimentální výledky pro tanovení mokrých difúzních veličin neou k dipozici. V normách ou především uváděny hodnoty pro homogenní materiály a pro nehomogenní pouze pro zdící prvky. Přitom hodnota ekvivalentní difúzní tloušťky málo proputných materiálů výrazně kleá počtem četných nehomogenit (otvory způobené protupuícími prvky nebo nedokonalým napoením páů). 2. Nehomogenita materiálů a eich difúzní vlatnoti podle nových norem Ve tavební fyzice a čekých normách ČSN , ČSN EN ISO e etkáváme e vztahem popiuící tranport vlhkoti, který vychází z Fickova zákona difúze: r g = δ grad p (3) kde δ oučinitel difúzní vodivoti materiálu, p čátečný tlak vodní páry, g r hutota difúzního toku. Hnací ilou tranportu vlhkoti e zde gradient čátečného tlaku vodní páry, který amozřemě půobí ve všech měrech teně. Vlatnoti materiálu vyadřue oučinitel difúzní vodivoti δ. Vněší vlivy ovlivňuící tranport vlhkoti neou v tomto vztahu vyádřeny. Avšak výpočet kondenzace vlhkoti ve tavebních kontrukcích e v oučané době počítá pomocí Glaerových metod, které ou popány v normách ČSN EN ISO nebo ČSN Při těchto výpočtech e pro výpočet kondenzace vodních par v kontrukci zednodušue vztah (3) na vztahy: g δ δ (4) d µ d o = p. = = δ o. kde ednotlivé veličiny ou popány výše. d Tyto ednoduché vztahy uvažuí pouze ednorozměrnou hutotu difúzního toku vlhkoti a to nečatěi pouze ve měru kolmém na ouvrtví tavební kontrukce. Toto zednodušení e možné pouze v případě homogenních vlatnotí použitých materiálů a rovinného upořádání celé kontrukce. Ve kutečnoti však materiály zabudované do tavební kontrukce ou čato nehomogenní ať už v důledku poškození nebo kontrukčního upořádání. Součaně e obevuí i kontrukční detaily, které nemaí rovinný ráz, a tudíž pro ně nelze aplikovat normové metody pro výpočet zkondenzované vlhkoti.

5 Norma ČSN zohledňue kontrukce, kde nelze uvažovat ednorozměrné šíření vlhkoti pomocí difúzního odporu celé kontrukce. Tento vztah vyádřený pomocí ekvivalentní hodnoty ekvivalentní difúzní tloušťky e: d, ekv = A A d, kde d,ekv e ekvivalentní hodnota ekvivalentní difúzní tloušťky nehomogenní vrtvy. kontrukce [m], A... e plocha -tého výeku kontrukce tanoveného tak, aby byl homogenní [m 2 ], S d,... e ekvivalentní difúzní tloušťka -tého výeku kontrukce o ploše A, tanovený pro ednorozměrné šíření vlhkoti [m]. Problematické e ve vztahu (5) doplnit vlatnot například v mítě proděravění materiálu, takovým způobem, aby daný vztah šlo aplikovat na konkrétní případy nehomogeních materiálů. Tento problém bude uveden v přednášce. 3. Závěr Tímto přípěvkem bych rád upozornil na některé nové poznatky, které e obevily v tepelně technických normách ČSN a ČSN eich některé rozpory. 1) Nové tepelně technické normy definuí difúzní veličiny materiálů na mokré a uché t. podle metod experimentálního měření difúze. 2) Normy ice tanovuí při akých podmínek lze tyto nově definované difúzní veličiny použít, ale toto rozdělení neodpovídá experimentálnímu měření difúzních vlatnotí. 3) Nové normy upravuí a zpříňuí experimentální měření difúzních vlatnotí materiálu, což e v rozporu normami [4,6,7], které popiuí tyto metody měření. 4) Nové normy tále bohužel neřeší vícerozměrné šíření vlhkoti. To může vét až k chybným návrhům obalových kontrukcí a zkrácení eich životnoti. Text byl zpracován za podpory MSM Literatura: [1] TRECHSEL, H.P. Manual on Moiture Control in Building, Serie ASTM manual erie, MNL [2] HUTCHEON, B., HANDEGORD, G. Building Science for a Cold Climate. National Reearch Council of Canada: p. ISBN [3] ČSN : 2005 Tepelná ochrana budov Čát 1 až Čát 4. [4] ČSN : 2000 Stanovení oučinitele difúze vodní páry tavebních materiálů. Všeobecná čát. [5] ČSN : 1975 Měření oučinitele difúze vodní páry tavebních materiálů metodou bez teplotního pádu. [6] ČSN EN 12524: 2001 Stavební materiály a výrobky Tepelně vlhkotní vlatnoti Tabulkové návrhové hodnoty. [7] ČSN EN ISO 12572: 2002 Tepelně vlhkotní chování tavebních materiálů a výrobků. Stanovení protupu vodní páry. [8] ČSN EN ISO 13788: 2002 Tepelně vlhkotní chování tavebních dílců a tavebních prvků Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení kritické povrchové vlhkoti a kondenzace uvnitř kontrukce Výpočtové metody. (5)