Stan wilgotnościowy rzegród budowlanych dr inż. Barbara Ksit barbara.ksit@ut.oznan.l
Przyczyny zawilgocenia rzegród budowlanych mogą być nastęujące: wilgoć budowlana wrowadzona rzy rocesach mokrych odczas wykonywania rac budowlanych (n. tynkowaniu, betonowaniu, malowaniu), wilgoć z oadów atmosferycznych, wilgoć z odciągania kailarnego, wilgoć z kondensacji ary wodnej na/w rzegrodzie.
Srawdzenie możliwości wystąienia kondensacji ary wodnej na wewnętrznej owierzchni rzegród do 2008 temeratura wewnętrznej owierzchni rzegrody owinna być co najmniej o 1 0 C wyższa od temeratury unktu rosy. Warunek ten można zaisać oniższą zależnością: i t s + 1 [ 0 C] gdzie: i - temeratura wewnętrznej owierzchni rzegrody, t s - temeratura unktu rosy.
Przegrody budowlane należy tak rojektować, aby na ich owierzchni nie skralała się ara wodna. owstawanie zagrzybienia, utrata izolacyjności cielnej ściany a tym samym nasilenie zjawiska zawilgocenia a w okresie zimy rzemarzania niszczenie ściany, a w szczególności jej owierzchni w skrajnych sytuacjach, zalewanie omieszczeń. W omieszczeniach mokrych (łazienki, ralnie, it.) można douścić kondensację ary wodnej na owierzchniach ścian od warunkiem zabezieczenia tych owierzchni za omocą wykładzin wodoszczelnych, tynków lub owłok malarskich. Skralanie wilgoci zachodzi wówczas, gdy owietrze stykające się z chłodnymi owierzchniami rzegrody ochładza się oniżej temeratury unktu rosy.
Temeratura unktu rosy (t r ) czyli temeraturę, rzy której ciśnienie cząsteczkowe ary wodnej zawartej w owietrzu osiąga stan nasycenia, wyznaczać należy uwzględniając obliczeniowe arametry cielno wilgotnościowe owietrza wewnętrznego w omieszczeniu
Rozwiązania konstrukcyjne rzegród zewnętrznych owinny zabezieczać rzed zawilgoceniem owodowanym kondensacją ary wodnej. Kondensacja ary wodnej w rzegrodach jest douszczalna, ale ilość nagromadzonego kondensatu nie owinna rzekraczać douszczalnych wartości.
POWIERZE WILGOTNE stosunek gęstości ary do gęstości ary nasyconej rzy tejże temeraturze nazywamy wilgotnością względną, f, [%]; stoień nasycenia owietrza arą wodną to zawartość wilgoci, x, lub zwilżenia albo stoień masy. Zawartość wilgoci x określa ilość gramów H 2 O rzyadającej na 1kg gazu suchego.
Analityczne określanie stanu owietrza wilgotnego jest żmudne. Zadanie to znacznie ułatwia Wykres i-x (h-x), Molliera dla owietrza wilgotnego Na odstawie 2 sośród 6 wielkości : i, x, t, F, v, można określić z tego wykresu 4 ozostałe, a także rześledzić rocesy zachodzące w owietrzu wilgotnym
Wykres i (h) -x, Molliera jest narzędziem wsomagającym roces rojektowania i analizy stanu rzegród budowlanych, racy wszelkich instalacji klimatyzacyjnych, grzewczych i wentylacyjnych
Entalia H lub I (zawartość cieła) w termodynamice i chemii wielkość fizyczna będąca funkcją stanu, mająca wymiar energii, którą definiuje zależność:
Należy tu odkreślić, że zawartość ary wodnej w owietrzu zależy od jej temeratury. Dla każdej temeratury istnieje ewna maksymalna ilość ary wodnej, owyżej której nie można rzekroczyć, owyżej której ara wodna zawarta w owietrzu rzechodzi z fazy gazowej w fazę ciekłą. Stan, w którym zawartość ary wodnej w owietrzu w danej temeraturze jest maksymalna nazywamy stanem nasycenia, a ciśnienie cząsteczkowe stanu nasycenia symbolem s.
Temeratura unktu rosy, t r
Dyfuzja ary Dyfuzja ary wodnej zachodzi zawsze w kierunku od środowiska o wyższej temeraturze do środowiska chłodniejszego. Para wodna dyfundująca rzez rzegrody budowlane w okresie zimowym naotyka na coraz chłodniejsze warstwy materiału. Jeżeli temeratura zawarta w orach materiału sadnie oniżej temeratury unktu rosy, ara wodna zawarta w owietrzu ulegnie skroleniu, zwiększając wilgotność materiału.
sorcja Sorcja wilgoci olega na ochłanianiu rzez materiał ary wodnej zawartej w owietrzu. Pochłanianie to odbywa się w dwojaki sosób: rzez rzyleganie cząsteczek ary wodnej do owierzchni orów, czyli adsorcje; oraz rzez rzenikanie ary wodnej w objętość ciała stałego czyli absorcje. Sorcyjność zależy od wilgotności względnej owietrza, w której znajdują się materiały, a w ewnym stoniu również od temeratury
Sorcyjności niektórych materiałów budowlanych
Desorcja jest to zjawisko, które olega na oddawaniu wilgoci do owietrza rzez materiał nadmiernie zawilgocony, aż do osiągnięcia równowagi sorcyjnej Kailarny ruch wilgoci może odbywać się, gdy w orach materiału jest obecna woda w fazie ciekłej wystęuje on więc tylko w materiałach hydrofilowych, czyli zwilżających się wodą.
Podciąganie kailarne wody rzez różne materiały
PN-EN ISO 13788:2003 Cielno-wilgotnościowe właściwości komonentów budowlanych i elementów budynku
Norma PN-EN ISO 13788:2003 srowadza roblem kondensacji ary wodnej na wewnętrznej owierzchni rzegród budowlanych do określenia temeratury gwarantującej uniknięcia krytycznej wilgotności, rzy której na wewnętrznej owierzchni rzegród wrowadziła mogłyby wystąić warunki do rozwoju grzybów strzękowych, oularnie zwanych grzybami leśniowymi. Warunkiem koniecznym rozwoju grzybów leśniowych jest odwyższona wilgotność odłoża. Według ustaleń normy PN-EN ISO 13788:2003 za kondensację ary wodnej na wewnętrznej owierzchni rzegród oza arametrami cielno-wilgotnościowymi owietrza odowiedzialne są jakość cielna elementu obudowy wewnętrzny doływ wilgoci temeratura owietrza wewnętrznego
Jakość cielna każdego elementu obudowy, rerezentowana rzez oór cielny, mostki cielne i oór rzejmowania cieła na wewnętrznej owierzchni rzegrody, która charakteryzowana jest czynnikiem temeraturowym na wewnętrznej owierzchni f Rsi. Czynnik temeraturowy na wewnętrznej owierzchni f Rsi wyrażony jest stosunkiem różnicy temeratur owierzchni wewnętrznej rzegrody si i temeratury owietrza zewnętrznego e do różnicy temeratur owietrza wewnętrznego i i zewnętrznego e f Rsi si i e e
Wewnętrzny doływ wilgoci Według zasad określonych w normie PN-EN ISO 13788:2003 doływ wilgoci określa się z zależności: i = e + gdzie: i ciśnienie cząsteczkowe ary wodnej w omieszczeniu w [Pa] e średniomiesięczne ciśnienie cząsteczkowe ary wodnej w owietrzu zewnętrznym w [Pa], nadwyżka wewnętrznego ciśnienia ary wodnej w [Pa]. Norma wrowadza ięć klas wilgotności wewnętrznej zależnej od rzeznaczenia omieszczeń Klasa wilgotności Budynek 1 owierzchnie magazynowe 2 biura, skley 3 mieszkania mało zagęszczone 4 mieszkania mocno zagęszczone, hale sortowe, kuchnie stołówki, budynki ogrzewane grzejnikami gazowymi bez rzewodów salinowych 5 budynki secjalne, n. ralnie baseny kąielowe, browary it.
Należy srawdzić temeraturę wewnątrz rzegrody 4,5 ti Uc R ( ti te)( Ri R6 5) Przykładowo: Temeratura na styku warstw 4 i 5
E.1
Rozkład temeratury w rzegrodzie F=0,55 t ri =14 o C F=0,75 t re =-11 o C
Projektowanie rzegród od kątem uniknięcia rozwoju leśni f Rsi U 1 U R 1 si R T R R T si gdzie: U wsółczynnik rzenikania cieła wyznaczony wg zasad odanych w PN-EN ISO 6946: R si oór rzejmowania cieła równy 0,25 [m 2 K/W] R T całkowity oór cielny rzegrody wyznaczony wg zasad odanych w normie PN-EN ISO 6946: srawdzenie warunku normowego f Rsi f Rsi, max rzeczywisty czynnik temeraturowy f Rsi. maksymalny obliczeniowy czynnik temeraturowy f Rsi max skali roku
Kondensacja międzywarstwowa wg PN- EN ISO 13788:2003 srawdza się do sorządzenia rocznego bilans wilgoci i obliczenia maksymalnej wilgoci zakumulowanej z owodu kondensacji wewnętrznej. Obliczenia rowadzi się rzy założeniu jednowymiarowego rzeływu cieła i wilgoci w warunkach stanu ustalonego, nie uwzględniając ruchu owietrza ani rzez element budowlany, ani w jego wnętrzu Zakłada się, że transort wilgoci olega wyłącznie na dyfuzji ary wodnej g 0 x 0 rzeuszczalność owietrza w odniesieniu do ciśnienia cząsteczkowego ary wodnej [kg/(m.s.pa)], 0 = 2 x 10-10 [ kg/(m.s.pa)] różnica ciśnienia ary wodnej między rozatrywanymi rzekrojami [Pa] 0 s d
ZAŁOŻENIA Obliczenia rowadzi się rzy założeniu s d = d jednowymiarowego rzeływu cieła i wilgoci w warunkach stanu ustalonego, nie uwzględniając ruchu owietrza ani rzez element budowlany, ani w jego wnętrzu. s d - dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy owietrza [m] - wsółczynnik ooru dyfuzyjnego (stała materiałowa, którą należy rzyjmować wg danych od roducenta lub dla niektórych materiałów z normy PN-EN 12524), d - grubość warstwy materiału [m]. W celu ustalenia czy w rzegrodzie wystęuje kondensacja ary wodnej- sorządza się wykres rozkładu ciśnień nasycenia ary wodnej s i ciśnień rzeczywistych w komonencie w skali grubości warstw owietrza s d
Rozkład temeratury i ciśnienia ary nasyconej Należy obliczyć temeraturę na każdej owierzchni styku materiałów, zgodnie z: R n n e i e RT Przy założeniu warunków stanu ustalonego, rozkład temeratury w każdej warstwie jest liniowy, atrz rysunek 1. Rysunek 1 - Rozkład temeratury w wielowarstwowym elemencie budowlanym: (a) wykreślony w funkcji grubości oszczególnych warstw, (b) wykreślony w funkcji ooru cielnego oszczególnych warstw Mając temeraturę, należy obliczyć ciśnienie ary nasyconej na każdej owierzchni styku materiałów.
Rozkład ciśnienia ary wodnej Wykres ciśnień stanu nasycenia jest linią łamaną, natomiast wykres ciśnień rzeczywistych jest linią rostą łączącą unkt i i e. Jeśli wykres ciśnień stanu nasycenia znajduje się nad wykresem ciśnień rzeczywistych w rzegrodzie nie wystęuje kondensacja Rysunek 2 - Dyfuzja ary wodnej w wielowarstwowym elemencie budowlanym w rzyadku braku wewnętrznej kondensacji
Jeżeli ciśnienie ary wodnej rzekracza wartość ciśnienia ary nasyconej na którejkolwiek owierzchni styku, należy wykreślić ciśnienie ary w ostaci szeregu linii, które stykają się w tak wielu unktach, jak to tylko możliwe, z rofilem ciśnienia ary nasyconej, ale go nie rzekraczają, atrz rzykłady na rysunku 3 i 4. Punk ty te wskazują owierzchnie styku, na których wystąi kondensacja. Rysunek 3 - Dyfuzja ary wodnej z wewnętrzną kondensacją na jednej łaszczyźnie stykowej.
Strumień kondensacji Strumień kondensacji jest różnica między ilością wilgoci rzenoszonej do owierzchni stykowej ilością wilgoci rzenoszonej od owierzchni stykowej, na której wystęuje kondensacja: g c 0 i c S' dt S' dc c e S' dc W rzyadku komonentu budowlanego z więcej niż jedną~ owierzchnia stykowa, na której wystęuje kon densacja, należy odać ilość kondensacji na każdej owierzchni stykowej. Strumień kondensacji oblicza się dla każdej owierzchni stykowej, na której wystąi kondensacja, na odstawie różnicy kątów nachylenia nastęujących o sobie linii rostych, tzn., w rzyadku dwóch owierzchni kondensacji (atrz rysunek 4):
Parowanie Jeżeli na jednej owierzchni stykowej lub na większej liczbie owierzchni stykowych istnieje kondensat zakumulowany w orzednich miesiącach ciśnienie ary wodnej owinno być równe ciśnieniu ary nasyconej, a rofil ciśnienia ary owinien być linią rostą narysowaną między wartościami rerezentującymi ciśnienie ary wewnątrz, łaszczyznę kondensacji i ciśnienie na zewnątrz Strumień arowania oblicza się jako Rysunek 5 - Parowanie z owierzchni stykowej w komonencie budowlanym e ev 0 S' i dt c S' dc c S' dc e UWAGA - Wyrażenia na strumień arowania i kondensacji są takie same. Umownie kondensacja ojawia się wtedy, gdy wyrażenie jest dodatnie, a arowanie - gdy jest ujemne.
W komonencie budowlanym z więcej niż jedna owierzchnia kondensacji strumień arowania oblicza się oddzielnie dla każdej owierzchni stykowej, atrz rysunek 6. Rysunek 6 - Parowanie z komonentu budowlanego, w którym kondensacja wystąiła w dwóch owierzchniach stykowych Strumienie arowania, rzy dwóch owierzchniach arowania, oblicza się jako: Na owierzchni stykowej c1: Na owierzchni stykowej c2: Jeżeli ilość zakumulowanego kondensatu na jakiejś owierzchni stykowej, obliczona od koniec miesiąca, jest ujemna, należy rzyjąć ja równa zeru. 1 2 1 2 1 2 0 1 ' ' ' ' dc dc e c dc dt c c ev S S S S g 1 2 1 2 2 2 0 2 ' ' ' ' dc dc c c dc dt c i ev S S S S g
1.4.7. Parowanie i kondensacja W komonencie budowlanym z więcej niż jedną owierzchnia kondensacji mogą istnieć miesiące, w których kondensacja ojawi się w jednej łaszczyźnie, a arowanie w innej, atrz rysunek 7. Rysunek 7 - Parowanie w jednej owierzchni i kondensacja w innej, w komonencie budowlanym, którym kondensacja ojawiła się w dwóch łaszczyznach Strumień kondensacji, g c, lub arowanie g ev, oblicza się oddzielenie dla każdej owierzchni stykowej Kondensacja omiędzy warstwami 1 i 2: Kondensacja omiędzy warstwami 3 i 4: 1 1 1 1 2 0 ' ' ' dc e c dc dt c c c S S S g 1 2 1 2 2 2 1 0 ' ' ' ' dc dc c c dc dt c c ev S S S S g
Kryteria stosowane rzy ocenie konstrukcji Należy odać wyniki obliczeń zgodnie z a), b) lub c), zależnie od tego, co jest właściwe. a) Nie rzewiduje się kondensacji na żadnej owierzchni stykowej w żadnym miesiącu. W tym rzyadku określić konstrukcję jako wolna od wewnętrznej kondensacji. b) Kondensacja wystęuje na jednej owierzchni stykowej lub na większej liczbie owierzchni stykowych, ale z każdej z nich rzewiduje się wyarowanie kondensatu odczas miesięcy letnich. W tym rzyadku należy odać maksymalna ilość kondensatu wystęująca na każdej z owierzchni stykowych oraz miesiąc, w którym maksimum wystąi. Należy również rozważyć ryzyko degradacji materia łów budowlanych oraz ogorszenia właściwości cielnych w wyniku obliczonej maksymalnej ilości wilgo ci, zgodnie z wymaganiami zawartymi w rzeisach i wskazówkach w normach wyrobów. c) Kondensacja na jednej owierzchni stykowej lub na większej liczbie owierzchni stykowych nie wyarowuje całkowicie odczas miesięcy letnich. W tym rzyadku należy odać, że ocena konstrukcji wyadła nieomyślnie, a także ustalić maksymalna ilość wilgoci, która ojawi się na każdej z owierzchni stykowych oraz ilość wilgoci ozostałej o 12 miesiącach na każdej owierzchni stykowej.