Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ ANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ Ing. Ondřej Fuciman Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav pozemního stavitelství Doktorská disertační práce

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ OBSAH 1. Současný stav problematiky 2. Cíl disertace 3. Metody a postupy zpracování 4. Výsledky disertace 5. Závěry

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ SOUČASNÝ STAV PROBLEMATIKY Šíření vlhkosti v pórovitých látkách Vliv vlhkosti na stavební materiály

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ ŠÍŘENÍ VLHKOSTI V PÓROVITÝCH LÁTKÁCH Difúze vodních par Hustota difúzního toku: Vodivost vlhkosti Pohyb kapalné vlhkosti při gradientu teploty i vlhkosti: Difúze vodních par současně s vodivostí vlhkosti

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ VLIV VLHKOSTI NA STAVEBNÍ MATERIÁLY Vliv vlhkosti na součinitel tepelné vodivosti Polystyren:

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ CÍL DISERTACE Lokalizace oblastí vzniklé vlhkosti Zpřesnění tepelně technických výpočtů Vliv vlhkosti na hodnotu součinitele tepelné vodivosti Nestacionární řešení, zvyšování efektivního součinitele prostupu tepla

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ METODY A POSTUPY ZPRACOVÁNÍ Okrajové podmínky Průběh teplot, průběh parciálního tlaku vodních par, průběh parciálního tlaku nasycených vodních par Roční bilance zkondenzované a vypařené vodní páry Tepelná vodivost materiálů Kapilární vodivost kapalné vlhkosti

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ OKRAJOVÉ PODMÍNKY Vnitřní prostředí: Vnější prostředí: Podle ČSN Metody CSN, CSN*, ISO, ISO*

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ PRŮBĚHY Průběh teplot: Průběh parciálních tlaků vodních par:

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ ROČNÍ BILANCE VODNÍ PÁRY CSN: Podle ČSN – časová diskretizace: měsíc ISO: Podle ČSN ISO – časová diskretizace: měsíc CSN*: Podle ČSN – časová diskretizace: den interpolace kvadratickým splajnem ISO*: Podle ČSN ISO – časová diskretizace: den interpolace kvadratickým splajnem COND: dtto ISO* – časová diskretizace: den interpolace kvadratickým splajnem započtení vlivu vytvářející se vlhkosti Pět metod lišících se ve stanovení okrajových podmínek:

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ TEPELNÁ VODIVOST MATERIÁLŮ Suchý materiál Vlhký materiál Pórovitost: Vlhkostní součinitel

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ KAPILÁRNÍ VODIVOST KAPALNÉ VLHKOSTI Eulerova metoda: Implicitní Eulerova metoda: Crank-Nicolsonova metoda: Základní rovnice popisující kapilární vodivost Časová diskretizace Prostorová diskretizace metodou sítí

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ KAPILÁRNÍ VODIVOST KAPALNÉ VLHKOSTI Pro j = 0: Vážený průměr w(n,j-1) a w(n-1,j-1) s váhou podle první derivace v bodě w(n-1,j-1): Počáteční podmínka Okrajové podmínky Integrační korekce

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ KAPILÁRNÍ VODIVOST KAPALNÉ VLHKOSTI Graf funkce w(x,  ) ověření konvergence pro 

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ VÝSLEDKY DISERTACE Skladby posuzovaných plochých střešních konstrukcí Konstrukce č. 1 Konstrukce č. 2 Konstrukce č. 3 Konstrukce č. 4 U = 0,224 W.m -2.K -1 (U < U N ) - vyhovující U = 0,697 W.m -2.K -1 (U > U N ) - nevyhovující U = 0,231 W.m -2.K -1 (U < U N ) - vyhovující U = 0,770 W.m -2.K -1 (U > U N ) - nevyhovující lehká konstrukce těžká konstrukce

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ VÝSLEDKY DISERTACE Okrajové podmínky Vnitřní prostředí: podle ČSN Vnější prostředí: metoda COND Běžné klimatické podmínky Extrémní klimatické podmínky

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ Konstrukce č. 3 U = 0,224 W.m -2.K -1 U ef = 0,225 W.m -2.K -1 (+ 0.5 %) U extr = 0,226 W.m -2.K -1 (+ 0,9 %) u m,extr = 2,39 % VÝSLEDKY DISERTACE U = 0,231 W.m -2.K -1 U ef = 0,232 W.m -2.K -1 (+ 0.5 %) U extr = 0,233 W.m -2.K -1 (+ 0,9 %) u m,extr = 2,52 % Konstrukce č. 2 U = 0,697 W.m -2.K -1 U ef = 0,723 W.m -2.K -1 (+ 3.7 %) U extr = 0,749 W.m -2.K -1 (+ 7,5 %) u m,extr = 38,97 % Konstrukce č. 4 U = 0,770 W.m -2.K -1 U ef = 0,836 W.m -2.K -1 (+ 8.6 %) U extr = 0,876 W.m -2.K -1 (+ 13,8 %) u m,extr = 97,41 % Konstrukce č. 1

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ Konstrukce č. 1 Konstrukce č. 3 VÝSLEDKY DISERTACE Konstrukce č. 2 Konstrukce č. 4

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ Konstrukce č. 1 Konstrukce č. 3 VÝSLEDKY DISERTACE Konstrukce č. 2 Konstrukce č. 4 lehká, U < U N lehká, U > U N těžká, U < U N těžká, U > U N

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ VÝSLEDKY DISERTACE Extrémní nárůst hmotnostní vlhkosti u m,extr = 146 % u m,rok = 144 % u m,extr = 59 % u m,rok = 58 % Běžné klimatické podmínky Extrémní klimatické podmínky u m,extr = 97 % u m,rok = 46 % u m,extr = 39 % u m,rok = 18 %

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ Zvýšení hodnoty efektivního součinitele prostupu tepla U ef Zateplená konstrukce (U < U N )Nezateplená konstrukce (U > U N ) Běžné klim. podm.Extrémní klim. podm.Běžné klim. podm.Extrémní klim. podm. lehká konstrukce + 0,5 % + 3,7 %+ 7,5 % těžká konstrukce + 0,5 % + 8,6 %+ 13,6 % Zvýšení hodnoty extrémního součinitele prostupu tepla U extr Zateplená konstrukce (U < U N )Nezateplená konstrukce (U > U N ) Běžné klim. podm.Extrémní klim. podm.Běžné klim. podm.Extrémní klim. podm. lehká konstrukce + 0,9 % + 7,5 %+ 13,3 % těžká konstrukce + 0,9 % + 13,8 %+ 21,8 % Extrémní hodnoty hmotnostní vlhkosti u m,extr Zateplená konstrukce (U < U N )Nezateplená konstrukce (U > U N ) Běžné klim. podm.Extrémní klim. podm.Běžné klim. podm.Extrémní klim. podm. lehká konstrukce 2,4 %3,7 %39,0 %58,4 % těžká konstrukce 2,5 %3,9 %97,4 %146,0 % VÝSLEDKY DISERTACE

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ 1.Posouzením se prokázalo, že existence kapalné vlhkosti má značný vliv na tepelnou vodivost materiálů. 2.Největší nárůst hodnoty součinitele prostupu tepla byl zaznamenán u konstrukcí nedokonale tepelně izolovaných – zejména v kritických dnech roku (značný nárůst potřeby energie). 3.Nárůst hodnoty součinitele prostupu tepla se dále zvyšuje v extrémních klimatických podmínkách – zejména v kritických dnech roku (značný nárůst potřeby energie). ZÁVĚRY

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ 4.Negativní vliv vlhkosti byl zaznamenán u těžkých konstrukcí výrazněji. 5.Bylo prokázáno, že nárůst hodnoty hmotnostní vlhkosti v tepelně izolační vrstvě u nedokonale izolovaných konstrukcí roste až do extrémních hodnot, což s sebou přináší mnoho negativních důsledků. 6.Bylo zjištěno, že výrazný nárůst součinitele prostupu tepla vykazují konstrukce, jejichž tepelně izolační vrstva je charakterizována velmi nízkou hodnotou i hodnotou . ZÁVĚRY

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ 1.Zjišťování a zpřesňování vstupních parametrů 2.Rozšířit jednorozměrné vlhkostní pole na trojrozměrné 3.Analýza transportu vlhkosti v případě úplného nasycení 4.Rozvoj a optimalizace aplikačního programu TEPTECH PLÁN DALŠÍHO VÝZKUMU