Teplota- vlhkost - voda PS III 2012 Ing J.Mareček Ph.D.

Teplota- vlhkost - voda Vlastnosti stavebních konstrukcí se mění podle teploty a vlhkosti prostředí. Podle prostupu tepla a vlhkosti stavební konstrukcí se mění vlastnosti materiálu. Při návrhu, můžeme použít grafický model založený na prostupu tepla ve vztahu k tepelnému odporu konstrukce.

Prostup tepla stěnou v cm Rozměry v cm 3

Návrh 2 PROSTUP TEPLA – podklady Popis konstrukce typové stěny Řez stěnou v cm Vypočteme jednotlivé tepelné odpory vrstev Řez stěnou vyneseme v měřítku tepelných odporů. Popis venkovního a vnitřního prostředí Na svislou osu naneseme teplotu v interiéru a v exteriéru, označte rozdíl teplot Průběh teplot je mezi hraničními body je lineární. Na výkrese vyznačte teploty na hranici vrstev. 4

Prostup tepla v měřítku tepelných odporů stěny 0,5 1 1,5 2 2,5 3 R [m2K/W] θi Tep.odpor zdiva Tep.odpor izolace Rozdíl teplot Δt θe Tepelný odpor konstrukce včetně přechodových odporů 5

Návrh 2 PROSTUP TEPLA – POVRCHOVÁ TEPLOTA Grafické znázornění průběhu tepla vrstvami stěn. Skladbu stěn vyneseme na vodorovnou osu v měřítku tepelných odporů. Na svislou osu naneseme stupně návrhových teplot. Průběh teplot mezi hraničními body je lineární. Vlastnosti jsou v měřítku odporů. 6

Návrh 2 Prostup tepla – povrchová teplota Vykreslete řez obvodovým pláštěm v měřítku tepelných odporů jednotlivých vrstev,doplňte přestupní odpory. Okótujte celkový tepelný odpor stěny. Vyneste návrhové tepelné hladiny na vnitřním a vnějším líci stěny Odečtěte teplotu na povrchu a na hranicích jednotlivých vrstev 7

Prostup tepla v měřítku tepelných odporů stěny POVRCHOVÁ TEPLOTA INTERIÉRU ti POVRCHOVÁ TEPLOTA EXTERIÉRU Rozdíl teplot Δt te Tepelný odpor konstrukce včetně přechodových odporů RT 8

Grafické znázornění prostupu tepla U stěny =1,5 W/(m2K) Rsi = 0,125 m2K/W Rse =0,04 m2K/W θae = -15 oC θai = 20 oC θse = oC θsi = oC 9

Θ teplota na vnitřním povrchu = oC 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 R [m2K/W] θai Tepelný odpor Teplota [0C] 0,0 θae RTstěny = m2K/W R izolace = ……..m2K/W Rsi = 0,25 m2K/W při výpočtu vlhkosti Rse =0,04 m2K/W θae = -20 oC θai = …. oC Navrhněte vlhkost v místnosti tak, aby nedošlo ke kondenzaci na povrchu lehké stěny Θ teplota na vnitřním povrchu = oC 10

Θteplota na vnitřním povrchu = oC 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 R [m2K/W] θai Tepelný odpor Teplota [0C] 0,0 θae RTstěny = m2K/W R izolace = ……..m2K/W Rsi = 0,25 m2K/W při výpočtu vlhkosti Rse =0,04 m2K/W θae = -20 oC θai = …. oC Navrhněte vlhkost v místnosti tak, aby nedošlo ke kondenzaci na povrchu těžké stěny Θteplota na vnitřním povrchu = oC 11 11

Θteplota spáry stěny a vnitřního zateplení = oC 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 R [m2K/W] Max. hmotnost vlhkosti při teplotě 20 oC =17g/m3..100% 1.Podle teploty v místě spáry odečteme v tab. E1 max. vlhkost (H v g/m3) , která nesmí být překročena, pokud chceme aby nedocházelo ke kondenzaci. 2. Aby se mohla vlhkost odstranit je nutné aby se snížila hmotnost vlhkosti vzduch v interiéru (kde je 20 oC) ze 100 % na hodnotu H. Doporučená hodnota pro teplotu 20oC = H*100/17 [%] Rsi Rsizolace Rse Rstěny RTstěny = m2K/W R difuzně otevřená izolace = ……..m2K/W Rsi = 0,25 m2K/W při výpočtu vlhkosti Rse =0,04 m2K/W θae = -15 oC θai = 20 oC Θteplota spáry stěny a vnitřního zateplení = oC θsi = oC 12

Doporučená vlhkost místnosti 10% ??? 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 R [m2K/W] 17g*10%=1,7g Rsizolace Rsi Rse Rstěny 2g(100%)>1,7g Doporučená vlhkost místnosti 10% ??? RTstěny =0,8 m2K/W R izolace = …2,5.m2K/W Rsi = 0,25 m2K/W při výpočtu vlhkosti Rse =0,04 m2K/W θae = -15 oC θai = 20 oC Θteplota spáry stěny a vnitřního zateplení = oC θsi = oC 13

Θteplota spáry stěny a vnitřního zateplení = 8 oC 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 R [m2K/W] 17g*...45%=…7,5g 8,2g(100%)>7,5.g Rsizolace Rsi Rse Rstěny Doporučená max. vlhkost místnosti 45% RTstěny a 5cm pol. Z ext =2 m2K/W R izolace = …1.m2K/W Rsi = 0,25 m2K/W při výpočtu vlhkosti Rse =0,04 m2K/W θae = -15 oC θai = 20 oC Θteplota spáry stěny a vnitřního zateplení = 8 oC θsi = oC 14

Θteplota spáry stěny a vnitřního zateplení =7 oC 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 R [m2K/W] 17g*40%=….7.g 7,7g(100%)>7g Rsizolace Rsi Rse Rstěny Doporučená vlhkost místnosti 40% RTstěny porotherm 0,3m =1.7 m2K/W R izolace = …1.m2K/W Rsi = 0,25 m2K/W při výpočtu vlhkosti Rse =0,04 m2K/W θae = -15 oC θai = 20 oC Θteplota spáry stěny a vnitřního zateplení =7 oC θsi = oC 15

Příklad 1 vlhkost v interiéru 30% T02B struskopemzobeton tl 36 cm RT=0,8 m2K/W Grafické znázornění Hmotnost vlhkosti vzduchu v gramech 17,25 5,17 20 oC Povrchová teplota 100% 30% 12,04 5,17 14 oC 100% 43% -15 oC Míra nasycení vzduchu parami Rsi= 0,125 RT=0,8 16

Příklad 2 – zvýšený odpor na přestupu tepla při vlhkosti 30% T02B struskopemzobeton tl 36 cm RT=0,925 m2K/W Grafické znázornění Hmotnost vlhkosti vzduchu v gramech 17,25 5,17 20 oC Povrchová teplota 100% 30% 9,38 5,17 10 oC 100% 55% -15 oC Míra nasycení vzduchu parami Rsi= 0, 25 RT=0,925 17

Příklad 3 při vlhkosti interiéru 60% T02B struskopemzobeton tl 36 cm RT=0,8 m2K/W Grafické znázornění Hmotnost vlhkosti vzduchu v gramech 17,25 10,35 20 oC Povrchová teplota 100% 60% 12,04 10,35 14 oC 100% 86% -15 oC Míra nasycení vzduchu parami Rsi= 0,125 RT=0,8 18

V rozích místností dochází ke kondenzaci Příklad 4 – zvýšený odpor na přestupu tepla při vlhkosti 60% T02B struskopemzobeton tl 36 cm RT=0,925 m2K/W Grafické znázornění Hmotnost vlhkosti vzduchu v gramech 17,25 10,35 Povrchová teplota 20 oC 100% 60% 9,38 10,35 10 oC 100% 110% -15 oC Míra nasycení vzduchu parami Rsi= 0, 25 V rozích místností dochází ke kondenzaci RT=0,925 19

RT=0,925 Grafické znázornění Příklad 5 – zvýšený odpor na přestupu tepla při vlhkosti 50% T02B struskopemzobeton tl 36 cm RT=0,925 m2K/W Grafické znázornění Hmotnost vlhkosti vzduchu v gramech 17,2g 8,6g Povrchová teplota 20 oC 100% 50% 9,38g 10 oC 100% ……% -15 oC Míra nasycení vzduchu parami Rsi= 0, 25 RT=0,925 20

Návrh 5 Zateplení kontaktní izolací U (stávající panel) =1,5 W/(m2K) U (zat.polystyren. 0,1m) = Rsi = 0,125 m2K/W Rse =0,04 m2K/W θae = -15 oC θai = 20 oC θse = oC θsi = oC 21

Návrh 6 Zateplení odvětrávaným pláštěm U (stávající panel) =1,5 W/(m2K) U (zat.polystyren 0,1m) = Rsi = 0,125 m2K/W Rse = m2K/W θae = -15 oC θai = 20 oC θse = oC θsi = oC 22

Návrh7 Zateplení místností s vlhkostí větší než 70 % U (stávající panel) =1,5 W/(m2K) U (zat.polystyren 0,1m) = Rsi = 0,125 m2K/W Rse =0,04 m2K/W θae = -15 oC θai = 20 oC θse = oC θsi = oC 23

Vlhkost venkovního vzduchu podle teploty 24

25

Změny hmotnosti par v závislosti na provozu místnosti Popis činnosti Pracující člověk 300 g/hod Odpočívající člověk 60 Provoz bytové kuchyně 1500 Sprchování v jedné sprše 2600 Koupání ve vaně 700 26

Větrání v místnosti po dosažení relativní vlhkosti 80 % Počáteční stav: Místnost velikosti 30m3 θai = 20 oC Přítomno 10 osob Počáteční relativní vlhkost 50% Doporučený interval větrání po ….. hod 27

Vlhkost z pohledu jejího časového vývoje vlhkost se mění nejen během výroby, ale i po celou dobu životnosti konstrukce výrobní vlhkost –významně klesá podle prostředí skladovací vlhkost – ovlivňuje způsob následného zpracování materiálu trvalá vlhkost – u materiálů zabudovaných do konstrukce kritická vlhkost – maximální přípustná vlhkost materiálu zabudovaného do konstrukce, po překročení této hodnoty materiál podstatně mění své vlastnosti (pevnost, objem, tepelnou vodivost,chemické vlastnosti apod.) 28 28

Základní stádia vlhkosti kontakt molekul pevných látek a vodní páry, vytváří se povlak molekul - stabilní vztah Skupenství plynné Molekuly vodní páry se pohybují samostatně, bez trvalých přímých vazeb mezi sebou - nestabilní vztahy Skupenství kapalné Kondenzát v makropórech základního materiálu ve formě vody se chová jako voda 29 29

Monomolekulární sorpce u dřeva (chemická sorpce, adsorpce) Touto teorií je vysvětlována sorpce při RVD 0-7%, což odpovídá φ≤20%. V důsledku značné pevnosti vazeb vodíkovými můstky (4-40 kJ.mol-1) jsou molekuly vody v monomolekulární vrstvě zahuštěny na hustotu 1,3 g.cm-3. Nízká rovnovážná vlhkost dřeva ještě nezpůsobuje významnější bobtnání buněčné stěny, proto monomolekulární sorpce není doprovázena změnami a dislokacemi v krystalické oblasti celulózy 30

Polymolekulární sorpce Následující fází absorpce je polymolekulární sorpce nad vrstvičkou molekul vody poutaných přes vodíkové můstky sorpčních míst se adsorbují další molekuly, které vytvářejí polymolekulární vrstvu. Molekuly vody se pohybují v rámci daného prostoru směrem podle rozdílu parciálních tlaků. Vlhký vzduch v pórech má stejné vlastnosti jako plyn s příměsí vlhkosti. Pokud se změní prostředí v interiéru, změní se i proudění vlhkosti aniž by se stěna zahřívala do úrovně skupenského tepla. 31

Polymolekulární sorpce S rostoucí vzdáleností molekul vody od povrchu sorbentu klesá vliv vazeb vodíkovými můstky a fyzikální vlastnosti adsorbované vody se blíží vlastnostem vody kapalné. 32

Polymolekulární sorpce Průměrná hustota takto vázané vody se pohybuje kolem 1,0-1,2 g.cm-3 a povrchové napětí odpovídá vodě kapalné. S rostoucí tloušťkou polymolekulární sorpce je spojováno značné bobtnání buněčné stěny, jehož důsledkem je také rozevření původně nedostupných krystalických oblastí celulózy a vytváření mezokapilár. Touto teorií je vysvětlována sorpce při RVD7-15%, což odpovídá φ od 20 do 70%. 33

Smáčení povrchu vodou 34 34

Kapilární kondenzace  Při relativní vlhkosti vzduchu vyšší než 70% dochází v mikro- a mezokapilárách ke kapilární kondenzaci, která závisí na poloměru kapilár zvláště v mezokapilárách buněčné stěny o poloměru 5.10-8-10-6m může docházet ke kondenzaci vzdušné vlhkosti již při relativní vzdušné vlhkosti nižší než stav nasycení. Prostor pro kondenzaci musí být dostatečně velký, tak aby se mohly molekuly spojit, odevzdat skupenské teplo a vytvořit vazby odpovídající vlastnostem kapaliny. 35