FIZYKA BUDOWLI. wilgoć w przegrodach budowlanych. przyczyny zawilgocenia przegród budowlanych

Transkrypt

1 FIZYKA BUDOWLI zagadnienia cieplno-wilgotnościowe pzegód budowlanych 1 wilgoć w pzegodach budowlanych pzyczyny zawilgocenia pzegód budowlanych wilgoć technologiczna związana z pocesem wytwazania i podukcji mateiałów budowlanych wilgoć budowlana, obejmująca zawilgocenie w takcie tanspotu, składowania mateiałów oaz stosowania spoiw do łączenia komponentów, obót budowlanych związanych z betonowaniem wilgoć z opadów atmosfeycznych, w tym wpływ zacinającego deszczu oaz wysokiej wilgotności powietza zewnętznego podciąganie kapilane wilgoci z guntu 1

2 wilgoć w pzegodach budowlanych wilgoć powstała w wyniku działania czynników eksploatacyjnych: kondensacji pay wodnej na wewnętznej powiezchni pzegody pzemieszczania się wilgoci i kondensacji wewnątz pzegody źle wykonanych lub uszkodzonych obóbek blachaskich wadliwie wykonanej instalacji wentylacyjnej baku nawiewników w stolace okiennej wadliwego ocieplenia pzegód niedogzania pomieszczeń (i inne) wilgoć wytwazana pzez użytkowników, wskutek pocesów fizjologicznych oaz gotowania, mycia, suszenia itp. sytuacje awayjne (awaie instalacji, powódź, woda gaśnicza) lub akty wandalizmu pzyczyny zawilgocenia pzegód budowlanych 2

3 skutki zawilgocenia pzegód budowlanych wzost pzewodności cieplnej pzez ich stuktuę i w efekcie zwiększenie stat ciepła pzez pzenikanie spadek wytzymałości, w tym możliwość ozmiękania mateiału (w pzypadku lekkich betonów komókowych, gipsów, gipsobetonów) malejącą twałość zniszczenia wywołane skuczem i pęcznieniem degadację mateiałów na skutek koozji biologicznej, chemicznej i mechanicznej kystalizację soli z oztwoów związków chemicznych na powiezchniach pzegód i w ich poach pzemazanie i niszczący wpływ powtazających się cykli zamazania / odtajania wody w stuktuze mateiału paa wodna w powietzu powietze to mieszania powietza suchego i pay wodnej paa wodna w powietzu może być opisana pzez: wilgotność względna powietza ϕ,% tempeatua mokego temometu t f,ºc ciśnienie cząstkowe pay wodnej w powietzu, mba, Pa zawatość wilgoci x w powietzu suchym, np. g/kg 3

4 wilgoć paa wodna wilgoć sopcyjna woda w stanie ciekłym wilgoć woda zawata w mateiale, powietzu, guncie, nie wywieająca ciśnienia hydostatycznego na obudowę budynku woda napoowa woda wywieająca ciśnienie hydostatyczne na obudowę budynku stan wilgotnościowy pzegód budowlanych aktualny i pzewidywany ozkład pzestzenny wilgoci w pzegodzie i pzewidywane tendencje jego zmian (pogłębiające się zawilgocenie lub wysychanie) mechanizmy tanspotu wilgoci w mateiałach poowatych tanspot wody w mateiale poowatym zależy od stuktuy poów, tj. ich wielkości, fomy i odzaju, sił i mechanizmów wywołujących pzepływ wilgoci pojawiających się w poszczególnych poach wyóżnia się dwa zasadnicze odzaje tanspotu wilgoci pzepływ w fazie gazowej (głównie dyfuzja, pzepływ laminany oaz efuzja) pzepływ w fazie ciekłej (głównie pzepływ kapilany) 4

5 dyfuzja Dyfuzja ozumiana jest jako poces samoczynnego mieszania się pzynajmniej dwóch lub większej ilości gazów, któy pzebiega tak długo, aż występujące óżnice koncentacji substancji uczestniczących w pocesie nie zostaną w pełni wyównane. Poces dyfuzji, pzebiegający w wyniku nieupoządkowanego uchu molekuł, pojawia się w układzie poów w sytuacji, gdy śednia doga swobodna molekuł gazu jest mniejsza od pomienia poów : <1 W waunkach nomalnego ciśnienia śednia doga swobodna cząsteczki pay wodnej wynosi 10-7 m, stąd typowa dyfuzja molekulana występuje w ciałach, któych poy mają pomień większy od 10-7 m. pzepływ molekulany - laminany Rodzaje stumienia lepkiego, nieściśliwego płynu stumień laminany stumień tubulentny To, któy z nich występuje, zależy od liczby Reynoldsa (Re). Opócz szybkości stumienia i lepkości płynu duże znaczenie mają uwaunkowania geometyczne. Z uwagi na małe pzekoje popzeczne poów w mateiałach budowlanych stumień laminany może się w nich pojawić się tylko wówczas, gdy: <<1 Zakłada się, że w sposób laminany będą pokonywane poy o pomieniu 10. Z uwagi na to, że śednia doga swobodna pay wodnej i powietza w waunkach nomalnego ciśnienia wynosi 10 7 m, można oczekiwać stumienia laminanego tylko w makopoach o pomieniach > 10 6 m. 5

6 pzepływ molekulany Knudsena (efuzja) Pzy badzo niskich ciśnieniach substancji dyfundującej, względnie pzy małych pomieniach poów, tj. w waunkach, gdy spełniona jest nieówność: >>1 liczba zdezeń molekuł ze ściankami jest wyaźnie większa niż liczba wzajemnych zdezeń między molekułami. Ponieważ molekuły na ściankach poów są odbijane w sposób ozposzony, daje to w efekcie stumień masy podlegający innym zależnościom aniżeli te, któe dotyczą stumienia laminanego czy typowej dyfuzji. Ten odzaj pzepływu podlega opisowi zapoponowanemu pzez Knudsena i nazywany jest dyfuzją knudsenowską lub efuzją. Pzy dyfuzji pay wodnej pod nomalnym ciśnieniem ( 10-7 m) efuzja będzie dotyczyła ciasnych poów <10-8 m. opis pocesu dyfuzji, pzepływu laminanego oaz tanspotu Knudsena w mateiałach poowatych Foma tanspotu Dyfuzja Stumień laminany Tanspot Knudsena Stumień masy g D = P gad v g L = L gad v g K = K gad v Współczynnik tanspotu M 8R + M M 1 2 P = 2 N σ π L 1,2 T p Śednia swobodna doga Pomień poa 1 b 4 p 1 + π M T L = 1 3 8Ra 2 T 4 3 2πM 1 K = 1 3 R T Zakes poów > 10 7 m > 10 6 m < 10 8 m we wszystkich pzypadkach stumień masy opisany jest ównaniem typu stumień masy = współczynnik tanspotu gadient koncentacji 6

7 mechanizmy tanspotu wilgoci pzy óżnej wilgotności ϕ tanspot wilgoci w paktyce inżynieskiej Złożoność zjawiska tanspotu wilgoci powoduje tudności w doświadczalnym ozdzieleniu i pzebadaniu pojedynczych zjawisk, a w dalszej kolejności w łącznym ich ujęciu w jednym zapisie matematycznym. W zastosowaniach paktycznych kozysta się z opisu opatego na efektywnym współczynniku pzenoszenia wilgoci δ. We współczynniku tym znajdują ilościowy wyaz pojedyncze pocesy tanspotu, składające się na wypadkowy stumień wilgoci. w odniesieniu do wilgotności wyażonej w sposób objętościowy g = δ gadv v δ v [m 2 /s] w odniesieniu do ciśnienia cząstkowego pay wodnej g = δ gadp p δ p [kg/(m s Pa)] gdzie: g wekto gęstości stumienia wilgoci v wilgotność objętościowa w poach p ciśnienie cząstkowe pay w poach 7

8 definicje podstawowych wielkości g wekto gęstości stumienia wilgoci [kg/(m 2 s)] masa wilgoci pzenoszona do lub z układu, podzielona pzez czas i powiezchnię v wilgotność objętościowa [kg/m 3 ] masa pay wodnej podzielona pzez objętość mieszaniny gazów p ciśnienie cząstkowe pay wodnej [Pa] ciśnienie cząstkowe pay wodnej w mieszaninie gazów uwaga: w odniesieniu do stanu nasycenia używa się oznaczeń v n oaz p n np. dla T=20 C: v n = 17,29 g/m 3 oaz p n = 2340 Pa ϕ wilgotność względna [ ] lub [%] wilgotność objętościowa podzielona pzez wilgotność objętościową w stanie nasycenia w tej samej tempeatuze, tj. ϕ =v/v n ciśnienie cząstkowe pay wodnej podzielone pzez ciśnienie cząstkowe pay wodnej w stanie nasycenia w tej samej tempeatuze, tj. ϕ =p/p n t s tempeatua punktu osy [ C] tempeatua, pzy któej ciśnienie cząstkowe pay wodnej zawatej w powietzu staje się ciśnieniem stanu nasycenia podstawowe wielkości opisujące tanspot masy w pzegodach budowlanych zależność tempeatua pężność pay w stanie nasycenia p, Pa ,875 θ o 265,5+ θ θ < 0 C psat = 610,5 e θ, C 17,269θ o 237,5+ θ θ 0 C psat = 610,5 e p sat < 610,5Pa psat 265,5 ln 610,5 θ = psat 21,875 ln 610,5 p sat 610,5Pa psat 237,5 ln 610,5 θ = psat 17,269 ln 610,5 8

9 współczynnik opou dyfuzyjnego µ Współczynnik µ zgodnie z nomą PN-EN ISO 12572:2004 jest definiowany wzoem µ = δ / δ a δ a współczynnik pzenoszenia pay wodnej w powietzu [kg/(m s Pa)] wyznaczony w odniesieniu do ciśnienia cząstkowego pay wodnej δ współczynnik pzenoszenia pay wodnej danego mateiału [kg/(m s Pa)] wyznaczony w odniesieniu do ciśnienia cząstkowego pay wodnej Zgodnie z PN-EN ISO 12572:2004 watość δ a można wyznaczać ze wzou Schimea 1,81 0,083p0 T δ a = Rv T p 273 R v stała gazowa pay wodnej R v = 462 [N m/(kg K)] p 0 standadowe ciśnienie atmosfeyczne = 1013,25 [hpa] p śednie ciśnienie atmosfeyczne pzed badaniem [hpa] T tempeatua temodynamiczna [K] współczynnik opou dyfuzyjnego µ PN-EN 12524:2003 9

10 dyfuzyjnie ównoważna gubość wastwy powietza s d Watość ównoważnej dyfuzyjnie gubości wastwy powietza s d wyznacza się z zależności s d = µ d s d dyfuzyjnie ównoważna gubość wastwy powietza [m] µ współczynnik opou dyfuzyjnego pay wodnej [ ] d gubość wastwy mateiałowej [m] Dyfuzyjnie ównoważna gubość wastwy powietza s d [m] podaje gubość wastwy powietza o tym samym opoze dyfuzyjnym µ [-], jaki stawia wastwa mateiału o gubości d [m]. dyfuzyjnie ównoważna gubość wastwy powietza s d PN-EN 12524: