GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

Átírás

1 GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

2 A levegő kétkomponensű gázkeverék Levegő = száraz levegő + vízgőz 1. doboz, 1. állapot: Két hermetikusan elzárt rekeszben két féle gáz Molekulák száma: n és m Nyomás a dobozban: p n és p m 1. doboz, 2. állapot: Összenyitott rekeszek, a gázok vegyülnek Mindkét gáz a doboz teljes térfogatának kitöltésére törekszik, mintha a másik gáz jelen sem lenne (Dalton törvénye szerint) Nyomása dobozban: p k =p n +p m Össznyomás Résznyomás 2 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

3 Dalton törvénye szerint egy gázelegy össznyomása egyenlő az egyes összetevőinek parciális nyomásösszegével. Ezt az empirikus törvényt John Dalton 1801-ben állította fel mérései alapján A tökéletes, vagy ideális gázokra érvényes. A Dalton-törvényt nem teljesen követik a reális gázok. Az eltérés nagyobb nyomásoknál jelentős. 2. doboz, 1. állapot: Két hermetikusan elzárt rekeszben két gázelegy Különböző résznyomásokkal De azonos össznyomással 2. doboz, 2. állapot: A zárás megszüntetésével A két gáz elegyedni kezd, mivel A résznyomások különbsége Intenzív mennyiségek különbsége Molekula (tömeg) áramlást hozza létre Extenzív mennyiségek áramlása 3 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

4 Össznyomás Vízgőz résznyomása Telítési résznyomás A vízgőz résznyomásának maximuma adott hőmérsékletű levegőben p k [Pa] p[pa] p t [Pa] Harmatpont: Az a hőmérséklet, ahol a lehűlő nedves levegő páratartalma elkezd lecsapódni. Levegő nedvessége, ill. szárazsága relatív, hőmérséklet függő Relatív nedvességtartalom φ[pa/pa; %] A levegőben lévő vízgőz résznyomásának és a hőmérsékleten lehetséges telítési résznyomásnak az aránya 4 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

5 Abszolút nedvességtartam x[g/kg; %] 1 kg levegőben lévő vízgőz tömege g-ban Telítési nedvességtartam x t [g/kg; %] A vízgőz tömegének maximuma adott hőmérsékletű levegőben Ennél több pára is lehet a levegőben: víz (köd) vagy jég (dér) formájában Vízgőz koncentráció [g/m 3 ] 1 m 3 levegőben lévő vízgőz tömege g-ban Az állapotjellemzők összefüggnek, bármely kettő meghatározza az összes többit. Hőmérséklet Száraz hőmérséklet Nedves hőmérséklet (nedves, párolgó hőmérővel) Hőtartalom (entalpia) A száraz levegő hőtartalma A vízgőz un. érezhető hőtartalmából A vízgőz un. rejtett hőtartalmából (párolgáshő) T[ C, K] i[j] 5 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

6 Függ. tengely: Nedvességtartam x[kg/kg] Vízsz. tengely: Száraz hőmérséklet t[ C] Görbesereg: Relatív nedvességtartalom φ[%] Ferde tengelyek: Nedves hőmérséklet t v [ C] Vízgőz résznyomás p[kpa] Entalpia h[kj/kg; kcal/kg] 6 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

7 Állandó hőmérsékleten végzett mérések eredménye (20 C) φ: a próbatestet körülvevő levegő relatív nedvesség tartalma [%] ω: a próbatest nedvességtartalma [m%, V%] Porózus szerkezetű anyag nedvességfelvétele: A vízgőz a pórusok felületéhez tapad Nagy pórus felülete Kis pórus felülete A víz telíti a pórusokat Kis pórus térfogata Nagy pórus térfogata ~ 75 % 7 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

8 Lucfenyő Rétegelt falemez Cellulóz szigetelés (Fa?)rostlemez Stukkó (gipsz?) Habarcs Beton Égetett anyagtégla 8 John Straube: Moisture and Materials

9 a) 1 cementhabarcs 2 kovaföld 3 kavicsbeton 4 mészhabarcs 5 gipsz b) 1 tufabeton 2 gázszilikát 3 salakbeton 4 téglatörmelékbeton c) 1 tetőcserép 2 falazótégla 3 klinker 9 [Fekete Iván]: Épületfizika kézikönyv. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1985.

10 Az a nedvességtartalom, ami mellett a nedvességtartalomtól függő fizikai-kémiai hatások a rendeltetést még nem akadályozzák vagy zavarják Korrózió / korhadás Hővezetés befolyásolása Fagyveszély Általában a szorpciós telítettséghez tartozó nedvességtartam Szilikát anyagú építőanyagok Néhány esetben a kapilláris kondenzációs határhoz tartozó nedvességtartalom Fa Szálas hőszigetelések Fagynak kitett porózus szerkezeteknél 10 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

11 Egységnyi homlokfelületű, egyrétegű fal két felületén különböző páranyomás van > a szerkezetben vízgőzáram indul meg. Egydimenziós, állandósult páravezetés Páraátadás jelensége létezik, de elhanyagolható A gőzáramsűrűség ekkor:, ahol: g gőzáramsűrűség kg/m 2 s δ a páravezetési tényező kg/mspa d helykoordináta m p a vízgőz résznyomása Pa G páravezetési ellenállás (d/δ) m 2 spa/kg több réteg esetén az ellenállások összegezhetők 11 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

12 t: hőmérsékleteloszlás p: az egyes rétegekben kialakuló gőzáramsűrűség csökkenés úgy aránylik a teljes gőzáramsűrűséghez, ahogy az egyes rétegek ellenállásai a teljes páravezetési ellenálláshoz. p t : telítési páranyomás, hőmérséklet alapján adott p mindig legyen kisebb mint p t ellenkező esetben páralecsapódásra lehet számítani φ: relatív nedvességtartalom (p/p t ) ω: anyag nedvességtartama (a szorpciós izotermák szerint) Nedvességre érzékeny anyagok esetében φ és ω értéke összevetendő a határértékkel 12 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

13 Hőmérséklet lépték használata Előnye, hogy nem kell felszerkeszteni a p t (telítési páranyomás) ívet 13 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

14 Rétegrend (kintről befelé): 1,5 cm homlokzati vakolat 10 cm égetett agyagtégla falazat, válaszfallapból 3 cm kiszellőztetett légrés 12 cm kőzetgyapot hőszigetelés 30 cm vályogtégla kitöltő falazat, teherhordó égetett agyagtégla pillérekkel, falszakaszokkal 1,5 cm agyagvakolat 14 WinWatt diagram (fent) Auricon Energetic diagram (lent)

15 Ha a vizsgálat szerint a szerkezet kondenzáció veszélyes: Részletesebb vizsgálattal (nem állandósult folyamatra) igazolhatja Állandósult folyamat kialakulásához hónapokra lenne szükség B30-as falazat 60 nap, 20 C, 65 % belső és -2 C, 90 % külső légállapot esetén Rétegrend rétegeinek cseréje Ideálisan kialakított rétegrendben a páravezetési ellenállások belülről kifele haladva egyre csökkennek! Rétegrend kiegészítése páraszellőző réteggel Külső oldal közelében Tökéletes kiszellőztetés: 2-5 cm légréteg, vonal menti, folytonos kiszellőzéssel Részleges kiszellőztetés: kisebb légrés, pontszerű kiszellőztetés, nagy áramlási ellenállás többdimenziós páraáramlás jön létre Rétegrend kiegészítése párafékező réteggel Belső oldal közelében 15 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

16 16 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

17 17 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

18 Átszellőztetett réteges falak esete Lapostetők esete Vízhatlan szigetelő réteg páradiffúziós ellenállása nagyon nagy Pontszerű és vonal menti páraszellőzők Nem tökéletes a szellőzés Kiszellőztető, gőznyomás elosztó rétegnek is van ellenállása Célszerű lapostető rétegrend kialakítás Kis páravezetési tényezőjű teherhordó födém (pl. vasbeton) Alacsony páravezetési tényezőjű elosztó réteg (pl. paplan) A gőznyomáselosztó réteg melegben tartása 18 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

19 Folyamat A szellőzőtől legtávolabbi pontnál a vízgőz áthalad a födémen Elvezető rétegben elindul a szellőző felé A gőzáram gyarapodik az út folyamán Kilép a szellőzőn résznyomás esik esik nő esik 19 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

20 Folyamat résznyomás A szellőzőtől legtávolabbi pontnál a vízgőz áthalad a födémen esik Elvezető rétegben elindul a szellőző felé esik A gőzáram gyarapodik az út folyamán nő A rendelkezésre álló keresztmetszet (hengerpalást) csökken nő Kilép a szellőzőn esik A magas parciális nyomás miatt páralecsapódás alakulhat ki a szerkezetben! 20 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

21 Nedves levegő két térrész között áramolni kezd össznyomáskülönbség hatására Szellőztetés Szerkezet réseiben áramló nedves levegő A nedves levegő a szerkezetben lehűl és a nedvesség egy része lecsapódik Főleg szerelt jellegű szerkezeteknél figyelhető meg a jelenség A konvektív légáram jelentős mennyiségű hőt szállíthat ki az épületből Példa: Bent: 20 C, 60 % Kint: -2 C, 90 % 1 m hosszú rés a szerkezeten Nyomáskülönbség 10 Pa Kürtőhatás, szél, szellőztető berendezés Kiszellőző levegő: 1 kg/h A belső levegőben 8,50 g/kg vízgőz van A lehűlt levegőben maximum 3,05 g/kg lehet Lecsapódott mennyiség: 5,45 g/kg minden órában Egy fűtési idényben ez cca. 20 kg 21 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

22 Belső felület esetén általában teljesülnie kell: Elegendően magas hőmérséklet a kellemes hőérzethez Rosszul hőszigetelt szerkezet esetén alacsony A sugárzásos hőcsere miatt a léghőmérsékletet emelni kell Elegendően magas hőmérséklet a páralecsapódás elkerüléséhez Csomópontok, jellemzően hőhidas szerkezetek környékén is Harmatpontnál alacsonyabb hőmérsékletű felületen Már a kapilláris kondenzációs határ elérése (~ 75 %) is veszélyes lehet A felület tulajdonságai csökkentsék a penészképződés kockázatát Penészképződés feltételei: Gombaspóra jelenlét (van) Tápanyag jelenléte (van) Nedvesség jelenléte (befolyásolható) Ha 5 egymást követő napon, napi 12 vagy több órában fennállnak a feltételek a gombásodás megkezdődik Lehetőségek: Felületképzés szorpciós tulajdonságainak megválasztásával <> ~ 75 % Nedvességfejlődés csökkentésével Fokozott szellőztetéssel 22 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

23 Az épületekben pára képződik Nedvességfejlődés W[g/h] Egy ember, kis/közepes/nagy intenzitású tevékenység közben 50 / 150 / 250 Egy szobanövény 5-15 Szabad vízfelszín egységnyi felülete 40 Egy adag száradó ruha centrifugálva / centrifugálás nélkül / Nedvességterhelés tervezési értékei Lakószoba 200 Konyha (csúcs) 250 ( ) Fürdőszoba (csúcs) 250 ( ) Eltávolítás Páradiffúzió Szellőzés Filtráció Emberi szellőztetés Gravitációs vagy gépi szellőztetés nem jelentős megoldandó 23 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

24 Szellőztetéskor: A beérkező levegő felvesz a belső levegő nedvességtartalmából, majd távozik. Egységnyi térfogatú levegő annyi vízgőzt tud a belső térből eltávolítani, amennyi a belső levegő vízgőz tartalma és a saját maximális vízgőz tartalma (koncentrációja) közötti különbség. Tömegben kifejezve: W: nedvességfejlődés [g/h] m t : levegővel távozó vízgőz [g/h] m b : levegővel belépő vízgőz [g/h] Vízgőz-koncentrációban kifejezve: L: a szellőző levegő térfogatárama [m 3 /h] c: a vízgőz koncentráció [g/m 3 ] De nem csak párát, hőt is visz, amit pótolnunk kell A szellőztetési hőigény: ρ: a levegő sűrűsége [g/m 3 ] c: a levegő fajhője [J/gK] Jó tervezéssel, hővisszanyeréssel ez csökkenthető 24 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

25 25 [Fekete Iván]: Épületfizika kézikönyv. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1985.