ZAGADNIENIA CIEPLNO-WILGOTNOŚCIOWE - WYMAGANIA

Transkrypt

1 Zakrs ćwczna 3: wymagana prawn w zakrs kształtowana przgród pod katm cplno-wlgotnoścowym rozkład tmpratury w przgrodz budowlanj unknęc kondnsacj mędzywarstwowj, rozkład prężnośc pary wodnj w przgrodz unknęc możlwośc rozwoju grzybów plśnowych na wwnętrznj powrzchn przgrody ZAGADNIENIA CIEPLNO-WILGOTNOŚCIOWE - WYMAGANIA Podstawa prawna Rozporządzn MI z dna r. w spraw warunków tchncznych, jak pownny odpowadać budynk ch usytuowan, Dz.U (22) Nr 75, poz. 69 z późnjszym zmanam Zał. 2 do rozporządzna Podstawa oblczń Norma PN-EN ISO 13788: 22 Cplno-wlgotnoścow właścwośc użytkow komponntów budowlanych lmntów budynku Tmpratura powrzchn wwnętrznj umożlwająca unknęc krytycznj wlgotnośc powrzchn kondnsacja mędzywarstwowa Mtoda oblczana PN-EN ISO (Informacj ogóln) Norma PN-EN ISO 13788: 22 podaj uproszczon mtody oblczna tmpratury wwnętrznj powrzchn komponntu budowlango, ponżj którj, przy danj tmpraturz wlgotnośc powtrza wwnętrzngo, prawdopodobny jst rozwój plśn, korozja lub kondnsacja pary na powrzchnach nprzpuszczalnych (np. oknach). Podaj równż mtody oszacowana ryzyka kondnsacj wwnętrznj wskutk dyfuzj pary wodnj.

2 Mtoda oblczń przdstawona przz PN-EN ISO 1337 bazuj na uproszczonj mtodz Glasra, opsującj przpływ dyfuzyjny oraz wntualn wykraplan wysychan wlgoc wwnątrz przgrody. Mtoda n uwzględna ważnych zjawsk fzycznych, objmujących mędzy nnym: wpływ zawlgocna na współczynnk przwodzna cpła matrałów, uwalnan absorpcję cpła utajongo, zmnność właścwośc matrałów w zalżnośc od zawartośc wlgoc, podcągan kaplarn transport wlgoc w faz ckłj w wwnętrznj strukturz matrału, ruch powtrza przz pęknęca lub wwnątrz przstrzn powtrznych, zawlgocn sorpcyjn matrałów. ROZKŁAD TEMPERATURY W PRZEGRODZIE Przgroda budowlana stanow barrę trmczną, która oddzla przstrzń o rgulowanj tmpraturz od środowska zwnętrzngo. Tmpraturę w dowolnj płaszczyźn x wyznacza sę z zalżnośc: U R, (1) x θ ( θ θ ) x w którj: θ tmpratura środowska, ⁰C U współczynnk prznkana cpła, W/(m 2 K) R opór cplny rozpatrywanych warstw przgrody,(m 2 K)/W ndksy: wwnętrzny zwnętrzny x oznaczn rozpatrywanj płaszczyzny Dla przgrody przdstawonj na rysunku 1 opsanj w tablcy 1 wykonano oblczna tmpratury na stykach warstw matrałowych (zalżnośc 2-9) przdstawono na rysunku 2. Przyjęto tmpraturę powtrza wwnętrzngo 2⁰C, tmpraturę powtrza zwnętrzngo -16⁰C. Rys.1. przkrój przgrody Ścana zwnętrzna Lp. Warstwa / matrał d, m λ, W/(mK) R, m 2 K/W Powtrz wwnętrzn,13 1 tynk c-w,15,82,18 2 bloczk gazobtonowy,24,35,686 trmozolacja (styropan/ 3 włna),15,38 3,947 4 cgła klnkrowa,12 1,5,114 Powtrz zwnętrzn,4 Opór całkowty R T 4,935 Współczynnk prznkana cpła U, W/(m 2 K),23 Tabl. 1. Współczynnk prznkana cpła ścany zwnętrznj Tmpratura na wwnętrznj powrzchn przgrody U R (2) θ ( θ θ ) s stąd dla rozpatrywanj ścany 2,23( 2 ( 16) ),13 19, C (3) - na styku warstwy 1 2 (4) ( ( 16) ) (,13+,18) 18,9 C 1 /2 2,23 2 W wzorach pojawa sę zalżność wyrażająca strumń cplny wymnany mędzy środowskam przz rozpatrywaną przgrodę: q U (5) ( θ θ ) po podstawnu danych dla przgrody uzyskuj sę W q,23( 2 ( 16) ) 7,38 (6) 2 m

3 Tmpratura na styku warstwy 2 3 (7) (,13+,18 +,686) 13,9 C 2 /3 2 7,38 - na styku warstwy 3 4 (8) (,13+,18 +, ,947) 14,9 C 3/ 4 2 7,38 - na zwnętrznj powrzchn przgrody 3/ 4 2 7,38 2 7,38 (,13+,18 +, ,947+,114) ( 4,935,4) 15,8 C (9) Rys. 2. Rozkład tmpratury w rozpatrywanj ścan z zaznaczoną płaszczyzną przmarzana UWAGA: najwększy spadk tmpratury następuj w warstw trmozolacj ROZKŁAD PRĘŻNOŚCI PARY WODNEJ W PRZEGRODZIE - SPRAWDZENIE WARUNKU UNIKNIĘCIA KONDENSACJI MIĘDZYWARSTWOWEJ W projktowanj przgrodz budowlanj układ warstw matrałowych pownn zapwnać brak kondnsacj, mędzy matrałam w sąsdnch warstwach, pary wodnj mgrującj przz przgrodę. Norma PN-EN ISO 13788: 23 opsuj mtodę okrślana roczngo blansu wlgoc w komponnc budowlanym (kondnsacja wlgoc w okrs zmowym wysychan w okrs ltnm) oraz maksymalnj lośc wlgoc zakumulowanj w wynku kondnsacj wwnętrznj. Norma n objmuj procsu wysychana przgród z wlgoc tchnologcznj budowlanj. Oblczna kondnsacj wlgoc w wnętrzu przgrody prowadz sę, przyjmując założna: początkowo lmnt jst całkowc wysuszony, układy są jdnowymarow, warunk wlgotnoścow są już ustalon, n rozważa sę ruchu powtrza przz warstwy przgrody lub wwnątrz nj, matrały użyt do budowy przgrody n są hgroskopjn, transport wlgoc odbywa sę jdyn przz czystą dyfuzję pary wodnj. Oblczna prowadz sę dla wszystkch dwunastu msęcy roku przy założnu, ż cała wlgoć budowlana uprzdno wyschła. W ocn konstrukcj porównuj sę rzczywsty rozkład cśnna pary wodnj w przgrodz, wynkający z warunków środowska wwnętrzngo zwnętrzngo oraz charaktrystyk warstw matrałowych, z rozkładm prężnośc pary wodnj w stan nasycna (wynkającym z ustalonj tmpratury na stykach warstw matrałowych). Przyjmuj sę jdną z trzch ocn konstrukcj z uwag na możlwość wystąpna kondnsacj mędzywarstwowj: 1. n przwduj sę kondnsacj na żadnj powrzchn stykowj w żadnym z msęcy konstrukcja kwalfkowana jst jako wolna od kondnsacj mędzywarstwowj (rys.3b),

4 2. kondnsacja występuj na jdnj lub wększj lczb powrzchn stykowych, al w każdj przwduj sę odparowan kondnsatu podczas msęcy ltnch nalży rozpatrzyć możlwość dgradacj matrałów wrażlwych na zawlgocn oraz pogorszn właścwośc cplnych komponntu (rys.3c), 3. kondnsacja występuj na jdnj lub wększj lczb powrzchn stykowych, a kondnsat n wyparowuj całkowc w trakc msęcy ltnch jst to nkorzystna ocna konstrukcj, przgroda pownna być przprojktowana (rys.3c). W przypadku, gdy konstrukcja n spłn okrślongo krytrum projktowgo, można zastosować dokładnjsz mtody (np. wspomagan komputrow) w clu wykazana prawdłowośc proponowango rozwązana. Programm pozwalającym na taką ocnę jst WUFI-POL. a. b. c. Rys. 3. Dyfuzja pary wodnj w wlowarstwowym lmnc budowlanym w przypadku braku wwnętrznj kondnsacj (b) oraz z wwnętrzną kondnsacją w jdnj płaszczyźn stykowj (c) Algorytm postępowana objmuj: 1. wyznaczn rozkładu prężnośc pary wodnj w stan nasycna: komponnt dzl sę na warstwy, dla których okrśla opory cpln R oraz równoważn dyfuzyjn warstwy powtrza s d (wg wzoru 1), wyznacza sę rozkład tmpratury w przkroju poprzcznym przgrody (jak na rys. 2), dla wyznaczonych tmpratur okrśla sę prężność pary wodnj w stan nasycna p sat (korzystając z tablcy w norm lub zalżnośc tmpratura prężność), 2. okrśln cśnna pary wodnj w środowsku wwnętrznym zwnętrznym (wzór 11) oraz na stykach warstw matrałowych (np. z proporcj), 3. porównan wartośc oblcznowych grancznych (stanu nasycna) cśnna pary wodnj, 4. ocna konstrukcj. W przypadku wystąpna jdnj lub klku płaszczyzn stykowych oblcza sę masę kondnsującj odparowującj wlgoc (oblczna dotyczą 12 msęcy). Dyfuzyjn równoważna grubość warstwy: s µ d d, j j j (1) Wykrs rozkładu cśnna pary wodnj w przgrodz wykonuj sę z uwzględnnm zastępczych grubośc warstw matrałowych, równych dyfuzyjn równoważnym gruboścom warstw powtrza - s d, wyznaczonych zgodn z (1). Wykonan zolacj trmcznj z styropanu lub włny mnralnj (przy zachowanu tgo samgo współczynnka przwodzna cpła) n przyczyn sę do zmany zolacyjnośc cplnj przgrody, al wpłyn na rozkład prężnośc pary wodnj z uwag na nn wartośc współczynnka oporu dyfuzyjngo µ obu matrałów. Na rysunku 4 przdstawono przkrój ścany zwnętrznj (wg rys. 1 tabl. 1) z przyjęcm w warstw trmozolacj zamnn włny mnralnj styropanu. Do oblczń cśnna pary wodnj w powtrzu wwnętrznym przyjęto wlgotność względną powtrza 55%, w powtrzu zwnętrznym 9%. Wartośc cśnna pary wodnj nasyconj, okrślon dla tmpratur na stykach warstw matrałowych, nalży połączyć lnam prostym. Jżl n ma zakumulowango kondnsatu z poprzdngo msąca, profl cśnna pary nalży narysować jako lnę łączącą wartość cśnna pary wodnj: wwnętrzną p zwnętrzną p. Kondnsacja mędzywarstwowa n występuj, jżl profl cśnna pary n przkracza cśnna pary nasyconj w żadnj z powrzchn stykowych.

5 Tabl. 2. Zstawn rozkładu tmpratury oraz prężnośc pary wodnj dla analzowanj ścany zwnętrznj Warstwa d λ R µ s d Θ p sat p m W/(m. K) m 2 K/W m C Pa Pa powtrz 2, 234 p 1287 R wwnętrzn s,13 19, tynk c-w,15,82,18 2, , bton komórkowy,24,35, , , styropan 6 9, 133,15,38 3,947 włna mnralna 1, , cgła klnkrowa,12 1,5, , - 15, powtrz R zwnętrzn s,4-16, 15 p 135 Rys. 3. Rozkład prężnośc pary wodnj w rozpatrywanj ścan zwnętrznj, trmozolacja altrnatywn wykonana z styropanu włny mnralnj Z analzy rozkładu cśnń (rys.4 tabl. 2) wynka, ż w przgrodach z ścanką lwacyjną wykonaną z cgły klnkrowj konczn jst zastosowan szczlny dobrz wntylowanj. Przgroda pownna zostać przprojktowana ponown ocnona na okolczność możlwośc wystąpna kondnsacj na stykach warstw matrałowych. Krytyczna wlgotność powrzchn Ryzyko wystąpna rozwoju plśn na powrzchn matrałów wrażlwych na wlgoć zachodz już przy wlgotnośc względnj powtrza przwyższającj około 8% utrzymującj sę przz klka koljnych dn. Na przbg zjawska kondnsacj powrzchnowj mają wpływ: tmpratura wlgotność powtrza zwnętrzngo,

6 jakość trmczna lmntów obudowy budynku (opór cplny, mostk cpln, gomtra oraz wartość współczynnka przjmowana cpła na wwnętrznj powrzchn), tmpratura wlgotność powtrza wwnętrzngo, sposób ogrzwana pomszczna (cągł, okrsow z osłabnm lub przrwam). Jakość cplną lmntu obudowy budynku charaktryzuj sę mnmalną bzwymarową tmpraturą wwnętrznj powrzchn (zwaną czynnkm tmpraturowym), konczną do unknęca krytycznj wlgotnośc powrzchn rozwoju plśn f Rs,mn. Warunk projktowy okrślony jst następująco: czynnk tmpraturowy projktowango komponntu budowlango f Rs pownn zawsz być wększy od mnmalnj wymaganj wartośc czynnka tmpraturowgo f Rs,mn (okrślongo na podstaw warunków klmatu wwnętrzngo zwnętrzngo) zgodn z zalżnoścą: f >. (11) Rs f Rs,mn Oblczna prowadz sę dla każdgo z dwunastu msęcy w typowym roku mtorologcznym, okrślając: wlgotność powtrza wwnętrzngo, dopuszczalną wlgotność objętoścową w stan nasycna lub cśnn cząstkow pary nasyconj na powrzchn, przyjmując krytyczną wlgotność względną na powrzchn, a następn ustala sę mnmalną tmpraturę rozpatrywanj powrzchn. Dan nzbędn do oblczń objmują śrdn msęczn tmpratury wlgotnośc względn powtrza zwnętrzngo oraz oblcznową tmpraturę powtrza wwnętrzngo. Zgodn z normą PN-EN ISO w pomszcznach z wntylacją naturalną, wlgotność powtrza wwnętrzngo wyznacza sę z zalżnośc: p p + p (12) Wartość nadwyżk wwnętrzngo cśnna pary wodnj p p p wyznacza sę w zalżnośc od klasy wlgotnośc wwnętrznj, okrślonj w tablcy 3 tmpratury zwnętrznj wg rysunku 4 (dan zaczrpnęt z normy PN-EN ISO 13788). Ponadto wprowadza sę mnożnk 1,1 dla cśnna cząstkowgo pary wodnj objmujący ndokładność mtody wynkającą z przyjęca w oblcznach warunków stanu ustalongo. W rzczywstośc zmany tmpratury powtrza zwnętrzngo, promnowana słonczngo, bzwładność sorpcj ogrzwan z przrwam, mogą wpłynąć na stan wlgotnośc powrzchn, stąd (12) przyjmuj postać: p p + 1, 1 p, (13) Tabl. 3. Klasy wlgotnośc wwnętrznj zgodn z normą PN-EN ISO Klasa wlgotnośc Charaktrystyka budynku lub powrzchn p sat, hpa 1 powrzchna magazynowa, p sat < 2,7 2 bura, sklpy, 2,7 p sat < 5,4 3 mszkana mało zagęszczon, 5,4 p sat < 8,1 4 mszkana mało zagęszczon, hal sportow, kuchn, stołówk, budynk ogrzwan grzjnkam gazowym bz przwodów spalnowych, 8,1 p sat < 1,8 5 budynk spcjaln (praln, browary, basny kąplow) p sat 1,8 Czynnk tmpraturowy projktowango komponntu okrśla sę z wzoru: f 1 U R 1 U s Rs, (14) przyjmując wartość oporu przjmowana cpła na powrzchn wwnętrznj zalcan przz PN-EN ISO (tabl. 4). Wartość czynnka tmpraturowgo f Rs okrśla sę z wzoru: ϑ θ θ θ s f Rs. (15)

7 Rys. 4. Klasy wlgotnośc względnj w zalżnośc od tmpratury powtrza zwnętrzngo, zgodn z normą PN-EN ISO Tabl. 4. Oblcznowa wartośc oporu przjmowana cpła R s stosowan w sprawdzanu krytrum unknęca ryzyka powrzchnowj kondnsacj pary wodnj Zgodn z normą PN-EN ISO 13788, PN-EN ISO PN-EN ISO 13788, PN-EN ISO R s, m 2. K/W Rodzaj usytuowan przgrody w pomszcznu,13 przgroda przzroczysta, rama oknna, drzw lub przgroda w pomszcznu nogrzwanym,,25 komponnt usytuowany w górnj strf pomszczna (np. pod suftm) lub ścana zwnętrzna zasłonęta kotarą, PN-EN ISO ,35 przgroda usytuowana w dolnj częśc pomszczna (przy podłodz, okolc podoknnka), PN-EN ISO ,5 ścana zwnętrzna przysłonęta wysokm mblam z zachowanm nwlkgo przśwtu, PN-EN ISO , ścana zwnętrzna z ścśl wbudowanym wyposażnm mblowym Wartość cśnna pary wodnj w stan nasyconym można wyznaczyć z zalżnośc: 17,269T 237, 5+ T p sat,5 61 dla T C, 21,875T 265, 5+ T p sat,5 61 dla T < C, (16) zaś tmpraturę T, odpowadającą danj wartośc cśnna pary wodnj nasyconj, z wzorów: psat 237,5ln 61,5 psat 17,269 ln 61,5 T dla p sat 61,5 Pa, psat 265,5 ln 61,5 psat 21,875 ln 61,5 T dla p sat < 61,5 Pa. Do sprawdzna warunku, zwązango z unknęcm ryzyka występowana rozwoju plśn na powrzchn matrałów (11), przyjmuj sę wartość maksymalną czynnka tmpraturowgo f Rs,mn wyznaczongo dla wszystkch dwunastu msęcy w roku, a msąc, dla którgo wartość ta została okrślona nos nazwę msąca krytyczngo (w Polsc zwykl jst to grudzń, styczń lub luty). (17)

8 Przykład Sprawdzć ryzyko wystąpna rozwoju plśn na powrzchn ścany zwnętrznj z rys. 1 tabl. 1, przyjąć mszkalną funkcję obktu, tmpraturę wwnętrzną +2 C oraz warunk klmatyczn dla Szczcna. Dan klmatyczn typowgo roku mtorologczngo stacj mto Szczcn-Dąb odczytano z bazy umszczonj na stron Zdfnowano: śrdną msęczną tmpraturę powtrza zwnętrzngo w stycznu: 1,1 C, śrdną msęczną wlgotność względna powtrza zwnętrzngo w stycznu: 89,3 %, oblcznową tmpraturę powtrza wwnętrzngo: 2 C. W typowym msącu stycznu otrzymano następując wartośc: cśnn pary wodnj nasyconj powtrza zwnętrzngo: p sat (θ ) 661 Pa, cśnn cząstkow pary wodnj powtrza zwnętrzngo: p ϕ p sat, Pa, nadwyżka wwnętrzngo cśnna pary wodnj: p sat (1,1) 765 Pa, prężność pary w powtrzu wwnętrznym p , Pa, dopuszczalna wartość cśnna pary wodnj nasyconj, uwzględnająca dopuszczalną wlgotność względna na powrzchn ϕ s 8%: p sat (ϑ s ) p., , Pa, mnmalna dopuszczalna tmpratura powrzchn: ϑ s,mn 15,8 o C, mnmalny czynnk tmpraturowy: f Rs,78. Wynk analogcznych oblczń dla pozostałych msęcy roku zstawono w tablcy 5. Tabl. 5. Oblczna mnmalngo czynnka tmpraturowgo na podstaw klasy wlgotnośc wwnętrznj stacja odnsna Szczcn-Dąb, typ budynku mszkalny m-c θ ϕ p sat p p sat p p sat ( s) s,mn f Rs - ⁰C - Pa Pa Pa Pa Pa ⁰C ,1, ,8,78 2 -,2, ,4,77 3 4, ,1,69 4 7,8, ,7, ,7, ,2, ,9, ,1, ,6, ,1, ,5, ,,2 9 13,9, ,,51 1 8, ,9, ,9, ,7, , ,7,76 Msącm krytycznym (z maksymalną wartoścą mnmalngo czynnka tmpraturowgo) jst w analzowanych warunkach grudzń: f Rs,78. Czynnk tmpraturowy analzowanj ścany zwnętrznj wynos: 1,23,25,95 1,23 f. Rs Sprawdzając warunk (8.4) otrzymuj sę: f,95 > f,78, Rs Rs, mn warunk został spłnony n przwduj sę ryzyka wystąpna plśn