Szorpciós izoterma laboratóriumi mérési. módszerének kidolgozása

Átírás

1 TDK Dolgozat. mérési. módszerének kidolgozása WEFWEFWFE Szerzők: Borzási Attila Bosznay Ákos Konzulensek: Dr. Tóth Elek DLA Dr. Józsa Zsuzsanna 2010/2011 I félév 0

2 Kivonat Az épületfizikai vizsgálatok teljes és pontos elvégzéséhez elengedhetetlen a kérdéses szerkezetben alkalmazott építőanyagok nedvességtartalmának ismerete. Jelen pillanatban a páratechnológiai számításokat hiányosan, vagy még inkább egyáltalán nem lehet elvégezni az anyagokkal kapcsolatos adatok hiányában. Dolgozatunk témájaként ebből a problémából kiindulva keressük a megfelelő vizsgálati módszert, amivel megkaphatjuk az úgynevezett szorpciós izoterma görbéket. Ezen görbék segítségével megadhatóak a páratechnológiai számításokhoz szükséges nedvességtartalmi értékek, amelyek adott levegő páratartalom mellett igazak. Abstract The correct and the exact measurement of the moisture content of building materials used in the structure in question is vital. To date the moisture measurement methods are inconsistent or we cannot even do them because of lack of sufficient data about the materials. The aim of our essay is to find the method to get the so called sorption isotherms using the above mentioned problem as a starting point. With the help of these graphs we can supply the required moisture content values necessary to complete the moisture calculations, which will be correct in the given humidity range. 1

3 Tartalom 1. Bevezetés.. 3. oldal 2. Hőtechnikai méretezés. 4. oldal 2.1 Áttekintés oldal 2.2 Nedvességtechnikai alapfogalmak. 5. oldal 2.3 Szorpciós izoterma görbe oldal 2.4 A vizsgálatok célja oldal 3. A mérés bemutatása oldal 3.1 A mérőeszköz oldal 3.2 A Mac nedvesség meghatározó mérleg. 11.oldal 3.3 A mérési eljárás bemutatása. 12.oldal 4. A mérések bemutatása anyagonként oldal 4.1 HVB 5 erősen javított mészhabarcs. 14.oldal 4.2 HVB 2 javított mészvakolat. 16.oldal 4.3 Ytong falazóelem 17.oldal 4.4 Ytong falazóelem mérése a stabilitási idő változtatásával oldal 4.5 Wienerberger POROTHERM HS tégla vizsgálata.. 21.oldal 5. Összesítés oldal 6. További célok a kísérletekkel. 24.oldal 7. Irodalomjegyzék.. 26.oldal 8. Mellékletek oldal 8.1 MSZ :1991 részlet.. 27.oldal 8.2 Vizsgált anyagok szorpciós izoterma görbéi oldal 2

4 A TDK dolgozat szakmai tartalma kapcsolódik a "Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen" című projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az ÚMFT TÁMOP /B-09/1/KMR programja támogatja. 1. Bevezetés A XXI. századra, az élet minőségének, a kényelemérzet javításának érdekében az épített terekben olyan állapotokat próbálunk fenntartani, amelyek a külső környezeti hatásoktól megvédenek minket. Ez a kényelemérzet azonban sok energiába kerül számunkra, ami viszont nem áll rendelkezésünkre végtelen mennyiségben. Minél tudatosabban és szakszerűbben tervezzük meg a szerkezetünket, annál észszerűbben tudunk gazdálkodni az energiával és annál kevésbé terheljük meg környezetünket a felesleges energiafogyasztással.[1] Az 1991-es MSZ /Épületek és épülethatároló szerkezetek hőtechnikai számításai/ [7] megjelenése óta eltelt 20 évben mind az építőipar, mind az építőanyagokkal szemben támasztott minőségi igény megváltozott. Az új építőanyagok egyre szélesebb körű megjelenésével azonban elmaradt a gazdaságos határoló szerkezetek tervezéséhez szükséges anyagok páratechnikai tulajdonságaira jellemző úgynevezett szorpciós izoterma görbék meghatározása. A napjainkban végzett hőtechnikai számításokhoz szükséges értékeket így vagy táblázatos formában közelítéssel, vagy 20 évvel ezelőtti anyagokra vonatkozó adatokkal lehet figyelembe venni!ezek az értékek nem megfelelő pontosságúak, az új anyagok esetében sokszor nem is léteznek, ami a részletes páratechnikai számítás elvégzését nem teszi lehetővé. Az épületfizikai vizsgálatok teljes és pontos elvégzéséhez elengedhetetlen a kérdéses szerkezetben alkalmazott építőanyagok telítési megengedett kezdeti nedvességtartalmának ismerete, amit a szorpciós izotermagörbékről lehetne leolvasni. Ezek hiányában jelenleg a páratechnikai számításokat hiányosan, vagy még inkább egyáltalán nem lehet elvégezni. A szakirodalomban sokféle szorpciós izoterma modell létezik.[3] Popovski és Mitrevski módszere a multiplikációs [4] és az additív [5] módszer, mi azonban ettől eltérő módon vizsgáljuk az anyagok szorpciós izotermáját, amit 3. pontban fejtünk ki bővebben. 3

5 2. A páratechnikai számításhoz szükséges jellemzők Az MSZ :1991 páratechnikai számítása eljárásának megfelelően a keresztmetszetek ellenőrzése során, a megengedhető relatív páratartalommal ( m) és a megengedhető relatív nedvességtartalommal ( m) kell számolni, aminek meghatározásához viszont szükség van az anyag szorpciós izoterma görbéjére. A szerkezetek nedvességviszonyainak ellenőrzésénél a kezdeti nedvességtartalmat a ( k) az anyagok szorpciós izotermájából, a 60%-os relatív páratartalomhoz tartozó nedvességtartalommal kapjuk meg. [7] 2.1. Áttekintés: Éves nedvességmérleg vizsgálata állandósult állapot esetén.[2] A hőmérséklet függvényében (t) megrajzoljuk a rétegrendben a vízgőz telítési nyomásgörbéjét. s) Megrajzoljuk a parciális vízgőznyomás vonalát. r) Ellenőrizzük, hogy a két nyomáseloszlás görbéje, metszi-e egymást? Összemetsződés esetén, végre kell hajtani a parciális nyomáseloszlás vonalának a korrekcióját. A parciális és telítési nyomás értékek hányadosaként kiszámoljuk a réteghatárokra a relatív páratartalom értékeket. Ezután a relatív páratartalom eloszlását ábrázoljuk a szerkezetben. ( = r / s) A szerkezetet alkotó anyagok - hez tartozó [m%] nedvességtartalmát le kell olvasni a szorpciós izoterma görbékről. A szerkezeti rétegek egyensúlyi nedvességtartalom eloszlását, a középértékekkel be kell rajzolni a keresztmetszetbe. ( E1- E2- E3) 2.1 ábra [2] 4

6 Következő lépésként szükségünk van a stacioner állapot kialakulásához, az átmeneti idő (T Á ) megállapítására, amihez azonban az alábbi nedvességtartalom mennyiségek kellenek. 2.2 Nedvességtechnikai alapfogalmak [7] Kezdeti nedvességtartalom (ω k ) a) Az a nedvességmennyiség, amely a feltöltődési folyamat kezdeten jellemző. Más adat hiányában a nyár végi állapotban jellemző 60 % relatív légnedvesség tartalomhoz tartozó értek (tömeg %) használható b) Az épület használatba vétele utáni első fűtési szezon kezdetén fennálló nedvességtartalom: mértéke: kézi falazó elemekre: K > S ; betonra: K S; műanyaghabokra: K < S Telítési nedvességtartalom ( s) A szorpciós izotermán =100 % relatív légnedvességhez tartozó egyensúlyi nedvességtartalom tömeg %-ban Megengedhető nedvességtartalom ( m) Az a maximális nedvességtartalom, amely a rendeltetésszerű használatot még nem akadályozza, és a hővezetési tényező nem nő meg zavaró mértekben, valamint az építőanyagok és/vagy szerkezetek, szilárdsága és állékonysága nem csökken. Ezt az értéket megtudhatjuk a minősítési iratokból, a gyártói tanúsítványból, vagy a szabvány adataiból. Ha ezek egyike sem áll rendelkezésünkre, akkor a 75%-os légnedvességhez tartozó nedvességtartalomhoz tartozó értéket kell figyelembe venni. 5

7 Egyensúlyi nedvességtartalom ( e) Az adott klimatikus viszonyok mellett ( t hőmérséklet, φ relatív páratartalom) a porózus építőanyagban kialakuló nedvességtartalom. Meghatározása: Szorpciós izotermákkal -->? Kezdeti kapilláris kondenzáció ( kk) A relatív légnedvesség megengedett értéke az a lehűlő határoló szerkezetek belső felülete mentén lévő határrétegben fellépő relatív légnedvesség, amely mellett e felület felületképző rétegében a kapilláris kondenzáció megkezdődik. Láthatjuk, hogy a különböző nedvességtartalmakat a szorpciós görbékből, azok jellegzetes pontjaiból kaphatjuk meg, így nélkülözhetetlen a görbék előállítása Szorpciós izoterma görbe Az építő - és szigetelőanyagok túlnyomó többsége pórusos szerkezetű. E pórusok összesített felülete rendkívül nagy lehet, aminek fontos szerepe van a nedvesség felvételében és megkötésében. Az anyagok nedvességfelvételére a szorpciós izoterma jellemző. Az izoterma görbéket állandó hőmérsékleten (általában 20 o C) veszik fel úgy, hogy az adott hőmérsékletű és relatív nedvességtartalmú levegőbe helyezett próbatestek egyensúlyi nedvességtartalmát mérik meg. (Ez azt jelenti, hogy a vizsgálat során megvárjuk, amíg a próbatest tömege állandósul.) A szorpciós izoterma diagramjának vízszintes tengelyén a próbatesttel érintkező levegő relatív nedvességtartalma, a függőleges tengelyen az anyag (tömeg, vagy térfogatszázalékban kifejezett) nedvességtartalma szerepel. A szorpciós izoterma görbéjének általában van egy inflexiós pontja, ahol a görbe meredeksége hirtelen megnő. Ez a pont jelzi a kapilláris kondenzáció kezdetét, amikor is a nedvesség már nemcsak a pórusok felületét borítja, hanem pórusokból kialakuló összefüggő járatok keresztmetszetét annyira leszűkíti, hogy kialakul a kapilláris szívóhatás. Ez az ún. kapilláris kondenzáció az építőipar szokványos anyagi esetében általában =75%-os relatív nedvességtartalom mellett alakul ki. 6

8 Általában ezt a 75%-ot vesszük alapul, de pl. Poroton 30-as téglánál ~50% körül van az inflexiós pont, ezért fontos, hogy az építőanyagokra specifikusan határozzuk meg a görbéket. A másik nevezetes pont a =100%-os relatív nedvességtartalom és az anyagnak az ahhoz tartozó telítési nedvességtartalma. A 2.3 ábra mutatja a szorpciós görbék általános alakját ábra: szorpciós izoterma görbe Megállapítható, hogy a páratechnikai számítások elengedhetetlen feltétele az izotermagörbék ismerete. Amennyiben sikerül meghatározni az adott anyagok szorpciós izoterma görbéit, akkor a szabványos számítási eljárás szerint folytatható a szerkezet nedvességtechnikai vizsgálata. 7

9 Az alábbi ábra segítségével, áttekinthetően végigkövethetők a teljes számítás lépései ábra: Számítási - döntési algoritmus nedvességviszonyok vizsgálatára szerkezetekben 8

10 2.4. A vizsgálatok célja A páratechnikai számítástok fenti sémáját végignézve egyértelművé válik, hogy a számításhoz szükséges szorpciós izotermák hiánya miatt nem kaphatunk megfelelő eredményeket. Ezért kezdtük el kutatni, hogy milyen módszerekkel lehetne az építőanyagokra jellemző izotermagörbéket előállítani. Hosszas vizsgálódás után sem találtunk megfelelő kész mérőeszköz erre a célra, ezért az élelmiszeriparban széles körben alkalmazott, aktív víz kimutatására használt LabMaster-aw rendszerrel kezdtük el a kísérletünket. 9

11 3. A mérés bemutatása 3.1. A mérőeszköz bemutatása A LabMaster-aw rendszert kifejezetten egy mérési mintában található víz arányának meghatározására fejlesztették ki. Ezt az arányt az élelmiszeriparban vízaktivitásnak (aw) is nevezik. A vízaktivitásnak kevés köze van egy minta víztartalmához, ennek ellenére e két fogalmat még ma is sokan összekeverik. A víztartalom a víz (H 2 O) szabad és kötött formájának pillanatnyilag fennálló arányát írja le egy mintában. A víztartalom indirekt, azonban zavarmentes meghatározása a LabMaster-aw-vel is lehetséges. [8] A vízaktivitás rendkívül precíz és gyors meghatározásának előfeltétele egy kiváló nedvességmérő elem, amit szenzornak is nevezünk. Ennek lehetőleg nagy működési tartománnyal kell rendelkeznie (0 100% rf). További fontos tulajdonsága a pontos, reprodukálható mérési eredmény. A LabMaster-aw rendszerben integrált 3.1. ábra: a LabMaster-aw mérőeszköz ellenálló, elektrolit szenzor található. Újszerű kémiai összetétele alapján ez a szenzor eddig el nem ért pontosságot és reprodukálhatóságot biztosít. [8] A készülék segítségével a légmentes mérőkamrában a hőmérséklet precízen szabályozható, 0 C 50 C ±0.2K tartományban. Megemlítendő azonban, hogy a sóoldatok által előállított páratartalom 25 C esetén a legpontosabb, ettől eltérő hőmérsékleten valamelyest változnak az értékek. Ezt az alábbi táblázat szemlélteti. [8] Jelen vizsgálatainkat 25 C-on végeztük. 10

12 A készülék lehetővé teszi a deszorpció vizsgálatát is, ha a folyamatot megfordítjuk és a legmagasabb légnedvességet előállító sótól haladunk lefelé. Mivel a készülék jelzi azt az időt, amíg a minta állandósult állapotba nem kerül, így ezt feljegyezve további érdekes információkra tehetünk szert (milyen gyorsan telítődik a vizsgált anyag, ezzel következtetve a kockázatra egy adott szerkezet esetében). A készülékhez 6 sóoldat tartozik, amelyek tabletta formátumban vannak. Ezeket a készülék mérőkamrájába helyezzük a mintakosárban lévő mintánk alá. A rendszer a minta fölött található szenzorral figyeli a kamrában lévő levegő relatív légnedvességtartalmát, ami az éppen behelyezett sóoldat értékéhez közelít, így kialakítva az állandósult állapotot ábra: a szorpció és deszorpció folyamatábrái 3.3.ábra: a rendszerhez használható egyes sóoldatok jellemzői, összetételei és értékeik különböző hőmérsékletek esetén 11

13 3.2. A Mac nedvesség meghatározó mérleg Az eszköz különböző relatív páratartalmak esetén a szárazanyag nedvesség felvételét, illetve leadását segíti meghatározni. A mérés kezdetén a minta tömegét határozzuk meg, majd a halogén és infravörös izzókkal való melegítés során távozó nedvességtartalom távozását figyeljük folyamatosan. Ennek segítségével a vizsgált anyag nedvesség, illetve szárazanyag tartalma megfigyelhető a kijelzőn ábra: a LabMaster-aw műszer és a Mac nedvesség meghatározó mérleg 3.4. A mérési eljárás bemutatása a mérőkosár kis mérete miatt nem tudunk egész építőanyagokat vizsgálni, így egy megfelelően kis méretű (műszerbe helyezhető) mintát kell kialakítani, majd következhet a minta kiszárítása a kiszárított minta lemérésével megkapjuk a száraz tömeget 12

14 az első sótabletta (amivel 11%-nak megfelelő relatív páratartalmat lehet előállítani a műszer mérőkamrájában) elhelyezését követően a mintát a mintakosárban rátesszük a tablettára és elkezdődhet a mérés a mérőkamrában a megfelelő hőmérséklet esetén elkezdődik a mérési folyamat, így kivárjuk az egyensúlyi állapotot amint a mintánk állandósult állapotba kerül, kivesszük a készülékből, gyorsan beletesszük a légmentesen záró csészébe és ismét lemérjük, így megkapjuk a nedves tömeget (a csésze és a mintakosár levonása után) a nedves tömeg és a száraz tömeg különbsége a mintában lévő nedvesség, ami segítségével meghatározható a minta nedvességtartalma (tömegszázalékban) nedves száraz száraz megismételjük a 3-6. lépéseket mind az 5 további sóoldat esetében (33%, 58%, 75%, 84%, 97%) a kiszámított nedvességtartalmak és a feljegyzett légnedvességtartalmak ábrázolásával megkaphatjuk a szorpciós izoterma görbét az alábbi képen látható az egyik minta teljes mérését nyomon követő 4. ábra, ami a NovalogMC program és a műszerhez csatlakoztatott számítógép segítségével készült. Megfigyelhető a 6 mérési lépcső, a stabil állapotok elérésének pontja és ideje, valamint a vizsgálat időtartama. 3.5.ábra: az egyik HVB 2-es minta mérésének követése a NovalogMC programban 13

15 4. A mérések bemutatása anyagonként Jelen dolgozat keretében 4 különböző anyaggal foglalkoztunk: javított mészvakolattal (HVB2), erősen javított mészhabarccsal (HVB5), Ytong falazóelemmel és Wienerberger Porotherm HS téglával. Az anyagokból készített mintákról készült képek, valamint az összes elkészült szorpciós izoterma görbe a hozzájuk tartozó értékekkel táblázatos formában megtalálhatóak mellékletként. Megadtuk a vizsgált minták száraz tömegét (m sz ), nedves tömegét (m n ), térfogatát (v), testsűrűségét ( ), vízfelvételét tömegszázalék (m%) és térfogatszázalékban (v%). (4.0 ábra) A vízzel telített minták térfogatát Arkhimédész törvénye alapján, vízkiszorítással végeztük el az Építőanyagok tanszékének laboratóriumában. A vízfelvételt az [(m sz -m n )/m sz ]*100 képlet alapján, míg a térfogatszázalékot a (vízfelvétel* /1000 képlettel számoltuk. Az Ytong mintánk térfogatát sajnos nem tudtuk meghatározni ilyen módon, mivel a minta a víz felszínén úszott. anyag neve minta száma kiszárított tömeg *g+ nedves tömeg [g] térfogat [cm3] testsűrűség [kg/m3] vízfelvétel*m%+ V% HVB 2 HVB 5 W. tégla Ytong 1 11,14 12,64 6, ,5 23,8 2 3,29 3,64 1, ,6 18,9 1 7,53 8,43 3, ,0 20,2 2 6,25 7,01 3, ,2 20,5 1 3,85 4,85 2, ,0 43,3 2 4,33 5,42 2, ,2 42,7 1 4,1 7,18 nem mért cca ,1 37,5 2 5,16 9,04 nem mért cca ,2 37,6 4.0 ábra 14

16 4.1. HVB 5 erősen javított mészhabarcs 4.1. ábra: az öt különböző HVB 5-ös minta szorpciós izoterma görbéi A mérésről: az anyagot saját kezűleg kevertük be a szakirodalomban fellelhető receptúrák alapján az Építőanyag Tanszék laborjában az első négy mérésünk igen eltérő eredményeket adott, ami több körülmény miatt is történhetett: - egyrészt az augusztus eleji nagy meleg miatt, - másrészt a mérési módszerünk miatt, mert a mérlegen a mérőüveget és mintaszitát eltárázva az állandósult állapotú mintát lemérve rögtön a minta tömegét kellett volna megkapnunk, azonban a mérleg nem tartotta az eltárázott -66,667g-ot, hanem folyamatosan változott az ezredérték, így pontatlan lett az eredmény - mivel a műszerbe a már említett módon jóval kisebb mintát tudtunk vizsgálni, mint egy egész falazóelem vagy tégla például, így az először nem olyan nagy problémának tűnő ezrednyi tömeg-eltérésekről később derült ki, hogy ezek miatt nem kaptunk használható eredményt 15

17 - a kis méretű minták miatt bizonyos esetekben eltérő lehetett a porozitás, illetve anyagösszetétel a méréseket 5 perces úgynevezett stabilitási idővel végeztük (a gyors, perces vizsgálati idők elérése érdekében) és eltérő légnedvességi pontoknál mértük le a minták tömegét a sóoldatok pontos értékei helyett (pl. 11%-os sóoldat esetében %-oknál is stabilnak jelezte a mintát a műszer) a grafikonon látható 5. görbét (világoskék színnel jeleztük az ábrán, jele HVB 5) egy már októberi méréssorozat után készítettük el, miután úgy döntöttünk, hogy a mérések alatt szerzett tapasztalatok alapján megpróbálunk közelebb kerülni az MSZ-ben található cementvakolat szorpciós izoterma görbéjéhez, így 30 perces stabilitási idővel és precízebb tömegméréssel végeztük el a mérést Konklúziók: 4.2. ábra: az MSZ-ben megtalálható cementvakolat szorpciós izoterma görbéje [7] a mérőedények eltárázása helyett később áttértünk a teljes tömeg lemérésére, majd abból levontuk a mérőedények tömegét a műszerbeállításoknál az ún. stabilitási idő növelése szükséges az állandósult állapot közelítése érdekében a kezdeti méréseknél az MSZ-ben található cementvakolat szorpciós izoterma görbéjéhez képest majdnem ötöd akkora maximális mért nedvességtartalmakat kaptunk, aztán az 5. mintánál már jóval közelebbi eredményre jutottunk, de még így is kérdéseket vet fel a különbség (jó lenne tudni az MSZ-ben szereplő cementvakolat pontos összetételét, hogy megvizsgálhassuk és összehasonlíthassuk a meglévő és megkapott szorpciós izoterma görbéket) az inflexiós pont mind az MSZ szerinti görbénél, mind a saját mérés esetében nagyjából az 50%-os páratartalomhoz esik 16

18 4.2. HVB 2 javított mészvakolat 4.3. ábra: a három különböző HVB 2-es minta szorpciós izoterma görbéi A mérésről: a HVB 5-höz hasonlóan ezt a mintadarabot is mi készítettük el nagyobb figyelmet fordítottunk a tömegmérésre, azonban a kamrában eltöltött időt ekkor még nem növeltük az MSZ-ben található cementvakolattól diagramjának értékeitől mondhatni még távolabb kerültünk, de ez várható volt, hiszen: a HVB 5-nél kevesebb cementet tartalmazott a habarcs (a HVB 2 csak javított mészhabarcs, míg a HVB 5 erősen javított), így a tömörsége is kisebb volt Konklúziók: a problémákat valamelyest sikerült kiküszöbölni és bár vannak eltérések a görbék között, de nagyságrendileg jól közelítő eredményeket kaptunk 17

19 4.3. Ytong falazóelem 4.4. ábra: az Ytong falazóelemből készített első két minta szorpciós izoterma görbéi A mérésről: a mintaként szolgáló Ytong falazóblokk egy nagyobb darabját szintén az Építőanyag Tanszék laborjából sikerült beszerezni az első minta végigmérése után vált ismertté, hogy Ytong esetében nem szabad 100 C fölött szárítani, mert akkor az abban lévő gipsztartalom kristályvize is kiég, így fals eredményeket kaphatunk a második minta esetében már betartottuk a maximum 100 C-ig való szárítást az anyag porózussága miatt jóval tovább tartott 1-1 páratartalom esetében a stabilitás elérése még az első minta esetében is, amikor még az 5 perces beállítással próbálkoztunk a második mintánál már 30 perces beállítással még hosszabb mérési idővel szembesültünk 18

20 Konklúziók: a látható különbségek egyrészt adódhatnak a kiszárítás eltérő módjától, valamint a már említett stabilitási beállítástól a legfeltűnőbb eltérést a 11%-os és a 97%-os sók esetében tapasztaltuk, mivel ott kisebb légnedvességtartalom mellett jelzett stabil állapotot a műszer 4.4. Ytong falazóelem mérése a stabilitási idő változtatásával 4.5. ábra: az Ytong falazóelemből készített 3. minta szorpciós izoterma görbéi A mérésről: a 3 mérési sorozatot ugyanazzal a mintával végeztük, csak a stabilitási időt változtattuk, azonban az iskolai tanulmányok időbeli kötöttségei miatt nem tudtuk azonnal lemérni a műszer által stabilnak jelzett mintát, az tovább maradt bent, ezzel tovább növelve a mérési pontosságot a stabilitási idő növelésével előfordult, hogy a 2-3 óra alatt kialakuló stabil állapot olykor 8 órára is megnőtt 19

21 a szárítás a már említett maximális 100 C-ig történt mivel egy mintát használtunk mind a 3 méréssorozat során, így lehetőség adódott a többszörösen telített és kiszárított minta súlyának ellenőrzésére Konklúziók: a szorpciós izoterma görbék nagyon közel vannak egymáshoz, az eltérés csak 80% felett látványos mivel az anyag porózussága miatt az 5 perces beállítás esetében is több órán át tartott a folyamat, így az eredményeket illetve nem kaptunk lényeges eltérést, csupán az utolsó (97%-os) só esetében kijelenthetjük, hogy a mérés pontosságát alapvetően az befolyásolja, hogy a minta mennyi időt tölt a kamrában, így mennyi ideje van a beállított páratartalom mellett a nedvesség felvételére a többszöri telítés utáni kiszárításokat követő tömegmérések alapján a mintánk száraz tömege nem változott, így az eljárás tömegmérés része bizonyítottan is helyes, működik 20

22 4.5. Wienerberger Porotherm HS tégla vizsgálata 4.6. ábra: a Wienerberger Porotherm HS téglából készített minta szorpciós izoterma görbéje ábrák: az MSZ-ben megtalálható téglák szorpciós izoterma görbéi [7] 21

23 A mérésről: az egyetlen igazi viszonyítási alapunk, mivel a szabványban szereplő építőanyagokat nem állt módunkban vizsgálni (régi mivoltukból adódóan, vagy például a cementhabarcs esetében a pontos összetétel hiánya miatt), azonban a téglákat áttekintve elmondható, hogy a mérésünk eredményesnek mondható, hiszen az MSZ /2 szabványban közölt diagramhoz nagyon hasonló izoterma görbét sikerült előállítani a mérést a korábbi tapasztalatok alapján, az ott megszerzett tudásnak megfelelően végeztük el (állandósult állapot kialakulására hagyott idő, tömeg mérése és számítása) Konklúziók: az MSZ-ben megtalálható téglák között mai Wienerberger falazóelem természetesen nem szerepel, azonban hasonló értékkel és görbével rendelkező téglák találhatók (mint pl. az Őrbottyáni kettősméretű, vagy a PF 30 Poroton falazótégla) és a porózusságból adódóan a várt eredményt kaptuk a vizsgálat során lényeges különbség a szabványban szereplő, hasonló viselkedésű téglákhoz képest, hogy az általunk vizsgált minta kapilláris telítődése csupán 75% körül kezdődik a többi 50%-ához képest. A szabvány alap esetnek a ϕ kk =75%-ot veszi, így a mi mérésünk a szabványos értékhez közelálló eredményt adott. 22

24 5. Összefoglalás Az épületfizikai vizsgálatok teljes és pontos elvégzéséhez elengedhetetlen a kérdéses szerkezetben alkalmazott építőanyagok telítési megengedett kezdeti nedvességtartalmának ismerete, amit a szorpciós izotermagörbékről lehet leolvasni. Ezek hiányában jelenleg a páratechnikai számításokat hiányosan, vagy még inkább egyáltalán nem lehet elvégezni. Ezért kezdtük el kidolgozni, az erre a problémára megoldást adó kísérletünket. A külföldi gyakorlatban többféle módon is elvégzett vizsgálatok közül számunkra a sóoldatok segítségével előállított relatív légnedvességtartalom volt elérhető, így ezzel az eljárással kezdtünk foglalkozni. A mérések alapján a problémákat és kérdéseket kiküszöbölve fejlesztettük az eljárást. A mérések által szerzett tapasztalatok összesítve: A mérőedények tömegének eltárázása helyett célszerűbb áttérni a teljes tömeg lemérésére, majd abból levonni a mérőedények tömegét, így kiküszöbölve a mérleg esetenként előforduló pontatlanságát. A mérés pontosságát alapvetően az befolyásolja, hogy a minta mennyi időt tölt a kamrában, így mennyi ideje van a beállított páratartalom mellett a nedvesség felvételére. Kijelenthetjük, hogy a stabilitási időt a maximális 30 percre állítva nagyon jól közelítő eredményhez jutunk, a kamrában kialakuló légnedvességtartalom közel áll a műszerbe helyezett aktuális sóoldat értékéhez és a stabilnak jelzett minta további műszerben hagyása nem változtat lényegesen az eredményen. Nem szabad megfeledkezni az egyes anyagok tulajdonságairól (mint például az Ytong falazóelem esetében a megengedhető maximális szárítási hőmérsékletről). Érdemes ellenőrzésképpen a 6 sóoldat segítségével megvizsgált mintát újra kiszárítani. 23

25 Bár vannak eltérések az egyes anyagok előállított szorpciós izoterma görbéi között, de nagyságrendileg jól közelítő eredményeket kaptunk és a mérések számának növelésével, majd a kapott szorpciós izoterma görbék kiátlagolásával használható és megfelelően kis hibahatáron belüli eredményre juthatunk. Az MSZ /2-ben megtalálható szorpciós izoterma görbékkel rendelkező anyagok közül csupán a téglák között találtunk a mai Wienerberger falazóelemhez hasonló értékkel és görbével rendelkező téglákat (mint pl. az Őrbottyáni kettősméretű, vagy a PF 30 Poroton falazótégla) és a porózusságból adódóan a várt eredményt kaptuk a vizsgálat során. Lényeges különbség azonban, hogy az általunk vizsgált Wienerberger Porotherm HS tégla kapilláris telítődése csupán 75% körül kezdődik a már fentebb említett téglák 50%-ához képest. A szabvány alapesetnek a φ kk =75%-ot veszi, így a mi mérésünk a szabványos értékhez közelálló eredményt adott. Összességében elmondható, hogy a kezdeti problémából kiindulva sikerült kialakítani egy megfelelő mérési eljárást, amivel megkaphatjuk az anyagok szorpciós izoterma görbéjét, így elvégezhetőek lesznek a páratechnikai számítások. 24

26 6. További célok a kísérletekkel Egy anyag szorpciós izoterma görbéjének előállításához nem elég egy mintát megvizsgálni, több mérés szükséges, azonban nem szabad megfeledkezni arról sem, hogy természetesen a mérés legtöbbször egyszeri és megismételhetetlen a mérési pontosság, illetve az anyag vízfelvétele miatt, így azonos eredményekre nem lehet számítani. Azonban minél több mérésből származó adattal rendelkezünk, annál inkább közelíthető a valóság azok kiátlagolásával. A további mérések elvégzésén túl az egyik legnagyobb feladat a kapott eredményekből egy kiátlagolt szorpciós izoterma görbe előállítása. Ez megtehető grafikus úton a mérésekből származó görbéket felhasználva, azonban a későbbi számítás és felhasználás miatt pontosabb eredményre jutnánk, ha viszonylag egyszerű matematikai közelítéssel ábrázolni lehetne a szorpciós izoterma görbét, akár szakaszolva azt, hiszen egy matematikai függvény egyes pontjait egzakt módon megkaphatjuk, ezzel is növelve a pontosságot. Az ábrán a HVB 2-es javított mészvakolat mérési eredményeit ábrázoltuk, amiket egy harmadfokú görbével közelítettünk ábra: a Graph nevezetű programmal elvégzett görbe-közelítés 25

27 7. Irodalomjegyzék [1] Prof. Zöld András Az új épületenergetikai szabályozás. 2. kiadás. BAUSOFT kiadó. Pécsvárad [2] Dr. Tóth Elek egyetemi docens Homlokzati falak páratechnikája előadás. [3] C. Van den Berg, S. Bruin.In water Activity:Influenences on food quality. Academic Press, New York (1981) [4] D. Popovski, V. Mitrevski.11th Polish Drying Symposium (2004) [5] D. Popovski, V. Mitrevski.11th Polish Drying Symposium (2005) [6] D. Popovski, V. Mitrevski. Electonic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry.(2006) [7]. MSZ [8]. Gépleírás: Novasina, a division of Axair Ltd. WMH Company. 26

28 8. Mellékletek 8.1. MSZ részlet 5. Nedvességviszonyok a szerkezetekben 5.1. Az épületek határolószerkezeteit úgy kell kialakítani, hogy a szerkezetet alkotó anyagok nedvességtartalma üzemszerű viszonyok mellett a megengedett nedvességtartalom értéke alatt maradjon. A megengedett nedvességtartalom értékeket az M.3.2. melléklet tartalmazza Az épület használatbavételét követő száradási időszakban a nedvességre nem érzékeny anyagok nedvességtartalma a megengedett értékeket túlllépheti, ha a kezdeti nedvességtartalom szükséges mértékű csökkenésének feltételei biztosítottak. A szokványos kezdeti nedvességtartalom értékeket az M.3.3. melléklet tartalmazza A határolószerkezetek megengedett nedvességtartalomra történő ellenőrzését lehetőleg méréssel vagy instacioner matematikai-fizikai modellen kell elvégezni. Ilyen vizsgálati lehetőség hiányában azokban az esetekben, amelyekben az egydimenziós vízgőzáram tekinthető jellemzőnek, a következő pontokban közölt ellenőrzési mód alakalmazható. (Az algoritmust az M.3.5. melléklet szemlélteti) Az ellenőrzési eljárás első szakaszának célja az egyensúlyi nedvességtartalom meghatározása, amelyet szerkesztéssel kombinálva célszerű elvégezni. A számításokhoz a külső légállapot jellemzőket a következők szerint kell felvenni: - fűtött helyiségek határolószerkezeteinek ellenőrzésekor: t e = -2 C, φ e = 90% - pince feletti födém esetében: t e = +5 C, φ e = 75% - tartósan (több héten keresztül) +10 C alá hűtött helyiségek külső térrel vagy hűtés nélküli helyiséggel érintkező határolószerkezeteiben kialakuló nyári páradiffúzió esetére: t e = 22 C, φ e = 60% - egyéb esetekre az M melléklet értékei az irányadók. A belső légállapot adatok a , illetve az M.1.8. és M.1.9. melléklet szerint vehetők figyelembe. A számítás, illetve szerkesztés menetét az M.3.6. melléklet tartalmazza. Eredményét az M.3.2., M.3.3. és M.3.4. mellékletek adataival összevetve ellenőrizendő, hogy a határolószerkezet az egyensúlyi nedvességtartalmak szempontjából megfelelő-e. Megfelelő a szerkezet, ha - a parciális nyomás mindenhol kisebb, mint a telítési érték, és - a relatív nedvességtartalom egyetlen rétegben sem haladja meg a megengedhető nedvességtartalomhoz tartozó értéket, valamint - a kezdeti nedvességtartalom (ω k ) kisebb a szorpciós telítettségi nedvességtartalomnál (ω s ) Ha az 5.4. szerinti feltételek valamelyike nem teljesül, a szerkezet alkalmasságát az M.3.7. mellékletben közölt további számítási eljárással lehet megítélni Ha a szerkezetre nem az egydimenziós vízgőzáram jellemző (például egyhéjú melegtetők esetében), akkor a parciális nyomás eloszlását a többdimenziós áramlás képét meghatározó szerkezeti megoldás (például vonalmenti vagy pontszerű párakiszellőzési rendszer) alapján kell figyelembe venni. 6. Nedvességviszonyok a felületeken 6.1. Szokványos használatú helyiségekben a rendeltetésszer használatnak megfelelő belső léghőmérséklet, nedvességfejlődés és légcsere mellett a határolószerkezet legkedvezőtlenebb szakaszán a belső felületi hőmérséklethez tartozó relatív levegő nedvességtartalomnak alacsonyabbnak kell lennie a szerinti (φ kk ) megengedett értéknél. 27

29 6.2. A 6.1. követelmény 6.3., illetve 6.4. szerinti teljesítéséhez a következőket kell figyelembe venni: Szokványos használatú helyiségekben a külső nyílászárókat (beleértve a keret- és tokszerkezeteket is), valamint a légtechnikai rendszerekkel el nem látott nagy nedvességterhelésű helyiségekben a határoló- és nyílászáró szerkezeteket vízálló anyagból kell készíteni vagy vízálló felületképzéssel kell ellátni. Az anyag, illetve a felületképzés vízálló, ha abban a kapilláris kondenzáció, illetve azon a felületi kondenzáció a rendeltetésszerű használatot akadályozó vagy zavaró elváltozást nem okoz A rendeltetésszerű használatnak megfelelő nedvességfejlődés megállapításához lakó és középületek esetére az M.4.1. melléklet tartalmaz tájékoztató adatokat. Ipari és mezőgazdasági rendeltetésű helyiségek esetében a nedvességfejlődés a technológiai adatszolgáltatásból határozható meg A rendeltetésszerű használatnak megfelelő légcseréről a vonatkozó szabvány, az ehhez tartozó fűtőteljesítmény fedezetről az MSZ /3 szabvány intézkedik. Ha más szempontból (égési levegő utánpótlása, helyiségben tartózkodó személyek száma stb.) nagyobb légcsere nem szükséges, a kötelező légcsereszám előírt értékét a helyiség nedvességmérlege szabja meg Szokványos felületképzésű lakószobák, közösségi és szállás célú helyiségek esetében a részletes méretezés elhagyható, ha - a határolószerkezetek legkedvezőtlenebb szakaszain a belső felület saját léptékben mérthőmérséklete nem kisebb 0,65-nál és - a légcsere méretezési értéke (amelynek fűtőteljesítmény fedezete biztosított!) nem kisebb, mint 25 m 3 /h, fő. Az időszakosan nagy nedvességterhelésű helyiségek (köztük a konyhák, fürdőszobák) esetében a részletes méretezés elhagyható, ha határolószerkezeteinek anyaga vagy felületképzése vízálló A 6.3.-ban foglaltaktól eltérő esetekben a 6.1. szerinti követelményt kielégítő értékek a következő módon határozhatók meg. Az egyes adatok függvénykapcsolatát az állagvédelmi méretezés alapjául szolgáló külső hőmérséklet mellett az M.4.2. és az M.4.3. melléklet tartalmazza. Ezen összefüggésekben a fajlagos nedvességfelvétel (delta c) az egységnyi szellőző levegő térfogat árammal eltávolított nedvességet fejezi ki: Δc = W / L ahol W a nedvességfejlődés g/h-ban és L a szellőző levegő térfogata árama m 3 /h-ban. Az ábrákon szereplő három érték (Δc, Θ, t i ) közül a feladat jellegének megfelelően kettő szabadon, illetve az adottságok vagy egyéb körülmények függvényében rögzíthető, a harmadik érték az ábrákból határozandó meg. Ugyanez az eljárás alkalmazandó a légtechnikai berendezések tervezése során is a légtechnikai rendszer által kezelt levegő jellemzőinek a határolószerkezetek felületi állagvédelmi szempontból való ellenőrzésére. 28

30 Anyag nedvességtartalma, ω (m%) TDK dolgozat 8.2. Vizsgált anyagok szorpciós izoterma görbéi HVB 5 (I) ω (m%) 0,02 0,00 0,05 0,09 0,16 0,35 ϕ (%) 7,30% 32,70% 55,30% 70,50% 77,80% 91,10% HVB 5 (I) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) HVB 5 (I) 29

31 HVB 5 (II) ω (m%) 0,06 0,11 0,19 0,22 0,28 0,44 ϕ (%) 9,80% 32% 56,60% 73,10% 79,80% 90% HVB 5 (III) ω (m%) 0,07 0,18 0,21 0,30 0,30 0,41 ϕ (%) 10,80% 32,10% 56,70% 72,30% 79% 88,30% 30

32 Anyag nedvességtartalma, ω (m%) Anyag nedvességtartalma, ω (m%) TDK dolgozat HVB 5 (IV) ω (m%) 0,03 0,19 0,25 0,45 0,50 0,59 ϕ (%) 7% 31,40% 46,10% 73,20% 80,80% 88,00% HVB 5 (IV) 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) HVB 5 (IV) HVB 5 ω (m%) 0,09 0,15 0,22 0,31 0,44 1,11 ϕ (%) 11,40 32,60 57,50 75,20 84,00 96,50 1,20 HVB 5 1,00 0,80 0,60 0,40 HVB 5 0,20 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) 31

33 Anyag nedvességtartalma, ω (m%) TDK dolgozat HVB 2 (I) ω (m%) 0,03 0,07 0,10 0,14 0,19 0,32 ϕ (%) 9,70% 31,80% 56,30% 72,00% 82,40% 93,20% 0,35 HVB 2 (I) 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 HVB 2 (I) 0,05 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) 32

34 Anyag nedvességtartalma, ω (m%) Anyag nedvességtartalma, ω (m%) TDK dolgozat HVB 2 (II) ω (m%) 0,03 0,05 0,11 0,13 0,16 0,27 ϕ (%) 11,80% 31,50% 55,80% 73,90% 81,30% 92,60% 0,30 HVB 2 (II) 0,25 0,20 0,15 0,10 HVB 2 (II) 0,05 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) HVB 2 (III) ω (m%) 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,39 ϕ (%) 11,30% 32,00% 56,60% 74,30% 82,70% 94,00% HVB 2 (III) 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) HVB 2 (III) 33

35 Anyag nedvességtartalma, ω (m%) TDK dolgozat Ytong (I) ω (m%) 0,55 1,35 1,66 1,90 2,15 3,19 ϕ (%) 3,40% 32,10% 56,70% 74,40% 82% 91% 3,50 Ytong (I) 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Ytong (I) 0,50 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) 34

36 Anyag nedvességtartalma, ω (m%) TDK dolgozat Ytong (II) ω (m%) 0,43 0,85 1,04 1,28 1,59 3,72 ϕ (%) 11,30% 32,40% 57,10% 74,80% 83,50% 94,60% 4,00 Ytong (II) 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Ytong (II) 0,50 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) 35

37 Anyag nedvességtartalma, ω (m%) TDK dolgozat Ytong (III),5 min ω (m%) 0,55 0,90 1,18 1,49 1,73 2,55 ϕ (%) 11,10% 32,70% 57,00% 73,50% 83,10% 90,40% 3,00 Ytong (III),5 m 2,50 2,00 1,50 1,00 Ytong (III),5 m 0,50 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) 36

38 Anyag nedvességtartalma, ω (m%) Anyag nedvességtartalma, ω (m%) TDK dolgozat Ytong (III),15 min ω (m%) 0,47 0,82 1,06 1,41 1,73 4,44 ϕ (%) 12,00% 32,50% 57,00% 75,00% 83,60% 96,50% 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Ytong (III),15 m 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) Ytong (III),15 m Ytong (III),30 min ω (m%) 0,51 0,90 1,22 1,41 1,49 3,61 ϕ (%) 12,30% 32,60% 57,00% 74,80% 83,50% 96,20% Ytong (III),30 m 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Ytong (III),30 m Relatív légnedvességtartalom, ϕ (%) 37

39 tégla ω (m%) 0,34 0,56 0,68 0,73 0,84 1,46 ϕ (%) 10,70 32,40 57,30 74,80 84,00 96,80 38