Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ ANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ Ing. Ondřej.

Prezentace na téma: "Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ ANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ Ing. Ondřej."— Transkript prezentace:

1 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

2 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

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

4 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

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

6 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

7 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

8 Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ OKRAJOVÉ PODMÍNKY Vnitřní prostředí: Vnější prostředí: Podle ČSN 06 0210 Metody CSN, CSN*, ISO, ISO*

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

10 Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ ROČNÍ BILANCE VODNÍ PÁRY CSN: Podle ČSN 73 0540-4 – časová diskretizace: měsíc ISO: Podle ČSN ISO 137 88 – časová diskretizace: měsíc CSN*: Podle ČSN 73 0540-4 – časová diskretizace: den interpolace kvadratickým splajnem ISO*: Podle ČSN ISO 137 88 – 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:

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

12 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

13 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

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

15 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

16 Vysoké učení technické v BrněFakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ VÝSLEDKY DISERTACE Okrajové podmínky Vnitřní prostředí: podle ČSN 06 0210 Vnější prostředí: metoda COND Běžné klimatické podmínky Extrémní klimatické podmínky

17 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

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

19 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

20 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 %

21 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

22 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

23 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

24 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