Prawa strona równania jest sumą pochodnych cząstkowych:

Transkrypt

1 entro fazy Prawa strona równana jest sumą ochodnych cząstkowych: S cśnena dzałającego od strony fazy chemcznego otencjału fazy Przeływ ceła od (bez wymany masy) owoduje zmanę składowej T, a rzenoszene substancj fazy wywołane jest wływem czynnków, określających tzw. ełny otencjał termodynamczny: θ F T c df w ρ c c μ F m μ θ S w c F ν g dt θdm Energa swobodna Entroa właścwa materału Potencjał wsólny dla wszystkch faz df SdT θdm Wymana ceła Wymana wlgoc

2 Potencjał wlgoc to odstawowe ojęce z omawanego zakresu. Jest on tzw. θ motorem rzeływu wlgoc (odobne jak temeratura jest otencjałem rzeływu ceła) Wrowadzono skalę otencjałów wlgoc, rzyjmując za odstawowy materał bbułę fltracyjną (ma ona w stane suchym 0 W (ston wlgoc). Przy rzeływe wlgoc odbywa sę jej ochłanane rzewodzene Pochłanane wlgoc określa sę ojemnoścą wlgotnoścową materału (c w ): c w μ θ Zależny od zawartośc wlgoc () otencjału wlgotnośc () kg/kg 0 W Przewodzene wlgoc rzez materał określa zależność: g w b w θ Natężene strumena wlgoc jest zależne od wsółczynnka rzewodnośc wlgoc (b kg/m 0 Wh) gradentu otencjału wlgotnośc ( - 0 W/m) W raktyce badań ruchu wlgoc stosuje sę zależność: g w b h ρ o W b h wsółczynnk rzewodzena wlgoc, m 2 /h, o gęstość suchego materału, kg/m 3 w

3 Dyfuzja ary wodnej Ruch wlgoc w materale budowlanym odbywa sę od wływem gradentu cśnena cząstkowego ary wodnej (), który jest w tym rzyadku otencjałem wlgotnośc (warunek: sorcja wlgoc rzez materał jest ścśle zwązana z tym materałem oraz dla fazy cekłej jest nezmenna) Strumeń wlgoc osuje rawo Fca: g w δ δ x - wsółczynnk arorzewodnośc (g/mhpa), /x sadek cśnena na jednostkę n. grubośc rzegrody (wzdłuż os X) Przy zmanach cśnena cząstkowego ary wodnej (wzrost) w orach materału dochodz do ochłanana wlgoc (absorcja) lub rzy zmnejszanu wydzelana sę wlgoc (desorcja) Przy założenu równowag otencjałów ary wody, zmana cśnena o owoduje wzrost wlgotnośc o W, a węc: ΔW κδ - to arochłonność właścwa materału W raktyce oblczeń rocesów rzeływu wlgoc srawdzana możlwośc wykrolena ary wodnej koneczne jest zdefnowane stosunku cśneń cząstkowych ( ) nasycena ( s ) 100% s T dem.

4 Przenkane ary wodnej Osuje go jedna z ostac równana Fca: e g gw, 2 H m h H c 1 β c n j 1 d δ j j 1 β e, e cśnena cząstkowe ary wodnej w owetrzu wewnętrznym zewnętrznym, H c całkowty oór rzenkana wlgoc dla rzegrody, Pahm 2 /g =0,0385 g/mhpa wsółczynnk wnkana ary wodnej e + 0,0769 g/mhpa wsółczynnk odływu ary wodnej W czase rzenkana ary wodnej rzez rzegrody może wystąć jej kondensacja owodująca zawlgocene rzegród, a w konsekwencj ogorszene ch zolacyjnośc celnej oraz zmnejszene trwałośc W jednym z rzekrojów rzegrody może wystąć równość obu cśneń, co oznacza oczątek rocesu kondensacj wlgoc. Temeratura zewnętrzna odowadająca takemu stanow nos nazwę temeratury oczątku kondensacj t s t oczątek kondensacj B te t oczątek kondensacj s t te

5 Wsółczynnk naływu odływu ary wodnej oraz e jako małe w stosunku do oorów dyfuzyjnych warstw materałowych są zazwyczaj w oblczenach omjane. Do oceny możlwośc ojawena sę kondensacj wgłębnej koneczna jest znajomość rozkładów temeratur oraz wartośc cśneń nasycena cśneń cząstkowych. W tym mejscu należy odkreślć, że jedyne zmana cśneń cząstkowych ma charakter lnowy. Określene cśneń nasycena ary wodnej, wymaga dysonowana tylko wartoścam temeratur, zaś dla cśneń cząstkowych nezbędna jest znajomość drugego arametru orócz jego temeratury. Dotyczy to główne rzegród welowarstwowych, dla których cśnena cząstkowe na grancach warstw oblcza sę z rawa sadku cśneń cząstkowych: H w e H j w j j H H j w w e gdze oraz e to cśnena cząstkowe w środowsku wewnętrznym zewnętrznym (Pa), j jest cśnenem cząstkowym na j-tej grancy warstw materałowych (Pa), H w to całkowty oór dyfuzyjny rzegrody (m 2 hpa/g), zaś H j w jest oorem dyfuzyjnym warstw ołożonych rzed rozatrywaną ch grancą ocząwszy od wnętrza (m 2 hpa/g)

6 W czase rzenkana ary wodnej rzez rzegrody może wystąć jej kondensacja owodująca zawlgocene rzegród, a w konsekwencj ogorszene ch zolacyjnośc celnej oraz zmnejszene trwałośc. W jednym z rzekrojów rzegrody wystą równość obu cśneń. Wystą zatem oczątek kondensacj. Temeratura zewnętrzna odowadająca takemu stanow nos nazwę temeratury oczątku kondensacj Warstwa zolacj celnej ownna być umeszczana o zewnętrznej strone rzegrody (rzyadek A). W nnym rzyadku (B) może zachodzć kondensacja, której unknąć można stosując warstwę arozolacj od wewnętrznej częśc rzegrody (arozolacja jest warstwą rzecwdzałającą rzenkanu ary wodnej z omeszczena do zewnętrznych warstw rzegrody, wykonywaną z tworzyw sztucznych, czasem okrytych cenką warstwą alumnum); sełna ona rolę oóźnacza rzenkana ary, co zazwyczaj jest wystarczające, gdyż mała lość ary ma zazwyczaj szansę wyarować rzez dalsze warstwy rzegrody)

7 W rzyadku stwerdzena stnena w rzegrodze rzekrojów, w których P S, możlwe jest oblczene lośc dyfundującej ary wodnej. W tym celu rzegrodę należy umeścć na wykrese, którego rzykładem jest rzykład z rysunków onżej. Dla rzegrody tej wykreślono lne cśneń nasycena cząstkowych. Nastęne rzerowadzając z unktów P oraz e P styczne do ln cśneń nasycena, znajduje sę unkty stycznośc (1 2 na rys.), które określają różnce cśneń cząstkowych. Ilość dyfundującej ary wodnej wynos: g w H H 2e Przy omocy tego tyu wykresów można określać ne tylko różnce cśneń cząstkowych koneczne dla oblczena lośc dyfundującej ary wodnej, ale także srawdzć rzy jakej wlgotnośc względnej owetrza w omeszczenu ne nastą kondensacja jaka dodatkowa zolacja aroszczelna jest otrzebna, aby w danych warunkach zaobec kondensacj e

8 t t Wystąene w rzegrodze strefy kondensacj określonej jej rzekrojam, w których cśnene ary wodnej są wększe od cśneń nasycena. s te strefa kondensacj s te strefa kondensacj Są różne metody określana lośc jak samego faktu wykralana sę wlgoc w rzegrodze budowlanej. Wśród nch możemy wyróżnć metody: Fokna, Glasera, Andjurowcz, który rozwnął metodę Glasera. Metoda Fokna Glasera są ze sobą owązane, są oarte na tych samych zasadach oblczenowych. Należy zaznaczyć że Glaser osługuje sę w swoch oblczenach ne wsółczynnkem ooru dyfuzyjnego, lecz wskaźnkem ooru dyfuzyjnego. Wartość odaje, le razy oór dyfuzyjny danego materału jest wększy od ooru dyfuzyjnego warstwy owetrza tej samej grubośc tej samej temeraturze

9 W metodze Glasera wszystke otrzebne wartośc znajduje sę sosobem grafcznym. Na os odcętych zaznacza sę rzekrój rzegrody, roorcjonalne do oorów dyfuzyjnych danej rzegrody, natomast na os rzędnych cśnene ary wodnej cząstkowe nasycena. Wykres cśnena cząstkowego w takm układze wsółrzędnych jest lną rostą. Lnę cśneń nasycena tworzy sę na odstawe znajomośc, w oszczególnych unktach rzekroju rzegrody, wartośc temeratur

10 Andjurowcz rozwja teorę metodę Glasera, zadając sobe ytane: Czy w czase kedy warunk klmatyczne ne srzyjają wykralanu sę wlgoc (okres letn), wlgoć nagromadzona w rzegrodze sę odaruje z rzegrody? W rzyadku nektórych rzegród, fakt że rzyrost wlgoc jest wększy od douszczalnego, ne mus oznaczać dyskwalfkacj rozwązana tej rzegrody. Jeżel kondensacja wlgoc nastęuje w orowatym materale rzegrody wlgoć ta ma możlwość odływu z rzegrody w okrese, gdy temeratura owetrza zewnętrznego jest wyższa od temeratury oczątku kondensacj, rzegrody take można douścć do warunkowego zastosowana. Warunkem jest srawdzene, czy rzegroda w danym okrese wyschne 1. Sorządzamy wykresy rozkładu temeratury cśneń ary wodnej w skal ooru dyfuzyjnego, analogczne do rysunku odanego wyżej, dla temeratury t e = -5C wlgotnośc względnej owetrza e = 85% 2. Wyznaczamy owerzchne maksymalnej kondensacj PMK, w unkce gdze jest max. Różnca omędzy wykresam s e

11 3. Określamy oór dyfuzyjny dla częśc rzegrody lcząc od wewnętrznej owerzchn do łaszczyzny PMK 4. Dla owerzchn PMK dla warunków: t e = 0C e = 85% oblczamy cśnena ary wodnej. 5. Jeżel > s to oblczena owtarzamy dla kolejnych arametrów owetrza zewnętrznego: t e = +5C e = 85% 6. Jeżel < s to oblczena rzerywamy wyznaczamy taką temeraturę, dla której s = 0. Jest to tzw. temeratura oczątku kondensacj t e 7. Wyznaczamy, korzystając z norm, lczbę dn o temeraturze równej lub nższej od t e oraz temeraturę średną okresu kondensacj t e 8. Mając temeratury t e t e oraz odowadające m wartośc cśnena nasycena, oblczamy lość wykralającej sę wlgoc ze wzoru, gdze Z lczbą dn w których wykrala sę wlgoć: 1 2 e kg W 24 Z, 2 H 1 H 2e m Ostatnm etaem jest oblczene rzyrostu wlgotnośc materału U, w którym nastąła kondensacja, amętając że jest on funkcją gęstośc materału, a nastęne orównane go z wartoścą maksymalną U max, określoną normą. Jeżel U>U max to znak że rzegroda sę ne wysuszy, a gdy U U max to rzegroda w czase okresu letnego ulegne osuszenu

12 Przykłady Tynk waennocementowe cegła ełna Kondensacja ary wodnej 8g (od temeratury t e = -9 0 C); zdolność odarowana 3667g Tynk waennocementowy (2cm), cegła ełna (78cm) wełna mneralna Ne ma mejsce wykrolene ary wodnej (temeratura krytyczna t e = C)

13 Tynk waennocementowy (2cm), cegła ełna (78cm), tynk (2cm) wełna mneralna Newelke wykrolene ary wodnej (temeratura krytyczna t e = C) Gładź waennocementowa (1cm), żelbet (15cm), wełna mneralna (7cm), żelbet (10cm), styroan (5cm) Kondensacja ary wodnej 666g (od temeratury t e = +3 0 C); zdolność odarowana 6619 g

14 Bale sosnowe łyty styroanowe Kondensacja ary wodnej 48g (od temeratury t e = -4 0 C); zdolność odarowana 3831 g Bale sosnowe łyty z wełny mneralnej Ne ma mejsce wykrolene ary wodnej (temeratura krytyczna t e = C)

15 Tynk waennocementowy (2cm), ustak żużlobetonowy (25cm), styroan (5cm), cegła ełna (12cm) tynk jw. (2cm) Kondensacja ary wodnej 45g (od temeratury t e = -3 0 C); zdolność odarowana 2557 g Tynk waennocementowy (2cm), ustak żużlobetonowy (25cm), styroan (5cm), cegła ełna (12cm), tynk jw. (2cm) wełna mneralna. Brak kondensacj ary wodnej

16 Procesy rzeływu (ruchu) owetrza Pomędzy omeszczenam a otoczenem zewnętrznym stneje cągła wymana owetrza, a dynamka tego rocesu zależy ne tylko od sł naturalnych, ale od racy urządzeń wentylacyjnych Watr rędkość kerunek Rodzaj rozwązane wentylacj Rodzaj zabudowa terenu Budynek Różnca temeratur t - te otwory, szczelny, okna, kanały Eksloatacja budynku Różnce cśneń Przeływ owetrza

17 a t > te, Vzew = 0 b t = te, Vzew > 0 t te Vzew t te c t > te, Vzew > 0 Rozkład różncy cśneń Vzew a) wywołanych różncą temeratur, t te b) wywołanych dzałanem watru, c) rzy równoczesnym dzałanu temeratury watru

18 Jedną z charakterystycznych cech materałów budowlanych jest rzeuszczalność owetrza. Powetrze rzenka rzez wększość tych materałów. Ilośc tego owetrza mogą meć raktyczne znaczene jedyne w rzyadku materałów orowatych, włóknstych lub sykch, a także w złączach łyt ścennych, w mejscach osadzena stolark budowlanej w rzegrodach oraz rzez neszczelnośc w stolarce. W zależnośc od temeratury kerunku rzeływu owetrza rzez rzegrody neszczelnośc, a także lośc tego owetrza, zmane ulegać mogą temeratury w omeszczenach, a rzede wszystkm - rozkłady temeratur w rzegrodach, a co z tym jest zwązane, stan celnowlgotnoścowy warstw materałowych w tych rzegrodach Podstawowe znaczene dla określana gęstośc strumena owetrza rzenkającego rzez materał budowlany (szczelny) mają warunk cśnenowe. Osuje to wzór Darcyego: grad g Jednostkowa lość owetrza rzenkającego rzez szczelny w rzegrodach jest węc uzależnona od gradentu cśneń, a wsółczynnkem roorcjonalnośc jest wsółczynnk nazywany wsółczynnkem fltracj lub rzenkana owetrza

19 Przenkane ceła rzez rzegrody rzeuszczalne dla owetrza Przy fltracj owetrza ole temeratur oraz roces rzejmowana ceła na owerzchnach orowatej rzegrody ulega znacznej zmane. Wywołane jest to rzenoszenem rzez strumeń owetrza ewnej lośc ceła. Natężene rzeływu owetrza rzenkającego rzez rzegrodę jest newelke zazwyczaj mnejsze od 10 m 3 /hm 2 owerzchn. Powetrze rzez ory kalary rzeływa z bardzo małym rędkoścam (rzy lczbe Reynoldsa około 0,05) jego temeratura we wszystkch rzekrojach rzegrody raktyczne borąc równa jest temeraturze materału rzegrody. Okolczność ta w znacznym stonu uraszcza matematyczną analzę rocesu rzenkana ceła rzez rzeuszczalną dla owetrza rzegrodę Jednoczesny rzeływ ceła owetrza (materał orowaty) Podstawowym rzykładem jest blans celny elementarnej warstwy Δx ołożonej w odległośc x od zewnętrznej owerzchn rzegrody, rzez którą owetrze zewnętrzne rzenka (nfltruje lub eksfltruje) w lośc G : G aa(δ ) α sgn(δgn( kg/(spa)

20 2 d t dr 2 dt cg 0 te t te dr e c e GR t GR 1 x 0 c x 1 1 Wływ rzenkana owetrza na jednostkowe otrzeby celne 1. straty ceła zwązane z jego rzenkanem 2. Jw. lecz suma otrzeb wynkających z rzenkana ceła ogrzewana owetrza nfltrującego. 3. Jw. lecz nfltracja owetrza rzez orowaty materał. 4. Jw. eksfltracja owetrza rzez orowaty materał. M - wsółczynnk chłodzena rzegrody, będący stosunkem ceła naływającego na rzegrodę rzy wystęowanu rzenkana owetrza, do ceła rzy jego omnęcu. względny wsółczynnk wymany ceła towarzyszącej zjawsku nfltracj owetrza, który jest określony stosunkem ojemnośc celnej strumena owetrza do wsółczynnka rzenkana ceła

21 Lna nr 1 obrazuje nam zmanę rzenkana owetrza zewnętrznego (zmnego), lna nr 2 zmanę rzenkana ceła owetrza, lna nr 3 tylko rzenkane ceła, lna nr 4 zmanę rzenkana owetrza wewnętrznego na zewnątrz (eksfltracja). Przedstawone zmennośc, doskonale charakteryzują nektóre raktyczne możlwośc wynkające z rzenkana owetrza rzez orowate materały budowlane. Możlwośc te są zwązane ze zmnejszenem zaotrzebowana na ceło, zarówno rzy nfltracj jak eksfltracj owetrza (obszary A B na rysunku). Wraz ze wzrostem nfltracj wsółczynnk chłodzena M szybko rośne: dla > 4 straty ceła są rawe całkowce okrywane cełem rzenoszonym z owetrzem (odobne dla eksfltracj rzy <- 4) χ c GR 0 Przy nfltracj owetrza, strumeń celny na wewnętrznej owerzchn rzegrody osąga wartość maksymalną. W marę zblżana sę do owerzchn zewnętrznej wartość q ulega zmnejszenu. Zjawsko to jest sowodowane odzyskwanem (częścowym zwrotem do omeszczena) tej częśc ceła, która nagrzała owetrze zewnętrzne rzeływające rzez rzegrodę narzecw strumena ceła. Wsółczynnk chłodzena równy jest stosunkow naływającego na rzegrodę strumena ceła q wew rzy wystęowanu fltracj do strumena ceła q 0 braku fltracj owetrza: cgr 0 χ q c G wew 1 χe ε : cgr 0 χ q e 1 R e 1 0 0

22 Przy dużych loścach owetrza nfltrującego rzez orowatą rzegrodę straty ceła w ujęcu konwencjonalnym ne będą wystęowały, gdyż nemal cała lość ceła rzewodzonego rzez rzegrodę zostane wykorzystana (rzejęta) na ogrzewane naływającego owetrza zewnętrznego. Istneje węc możlwość wykorzystana efektu nagrzewana sę owetrza w materale orowatym rzegrody uwzględnena go w analze ekonomcznej wentylacj omeszczeń Zużyce ceła można znaczne zmnejszyć, jeżel zamast zwykłego rzewetrzana z odgrzewanem owetrza zewnętrznego rzyjąć, że rzewetrzane omeszczena będze odbywać sę rzez zewnętrzną orowatą rzegrodę Przeływ ceła rzez rzegrodę w strefe neszczelnego ołączena elementów rzegród Tyowym rzykładem tego tyu neszczelnośc są złącza łyt ścennych (lub stroów). Przez szczelnę mogą rzeływać znaczne lośc owetrza sęgające nawet 5 m 3 /mh rzy = 1daPa. Podobne jak to wystęuje w materale orowatym, owetrze to ogrzewa sę od materału szczelny, jednak jego temeratury na wloce do omeszczena jest z reguły znaczne nższa od temeratury na wewnętrznej owerzchn rzegrody. Najstotnejsze znaczene ma obnżene temeratury na wewnętrznej owerzchn w oblżu szczelny. Jej obnżene zależy głowne od lośc owetrza rzeływającego rzez ne oraz od materału termozolacyjnego zastosowanego w rzegrodze. Im wększy jest oór celny rzegrody (tzn. małe wsółczynnk rzewodzena λ rzez termozolację), tym bardzej oddzałuje nfltracja na obnżene temeratury owerzchnowej w oblżu szczelny