ÉPÜLETFIZIKA. Páratechnika. Horváth Tamás. építész, egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem, Győr Építészeti és Épületszerkezettani Tanszék

Átírás

1 Páratechnika Horváth Tamás építész, egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem, Győr Építészeti és Épületszerkezettani Tanszék

2 Dalton törvénye A levegő kétkomponensű gázkeverék 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

3 Dalton törvénye 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 (intenzív mennyiségek) különbsége Molekula (tömeg, extenzív mennyiség) áramlást hozza létre

4 Dalton törvénye Dalton törvénye szerint egy gázelegy össznyomása egyenlő az egyes összetevőinek parciális nyomásösszegével. Empirikus törvény, John Dalton, A tökéletes, vagy ideális gázokra érvényes. A Dalton-törvényt nem teljesen követik a reális gázok. Az eltérés nagyobb nyomásoknál jelentős

5 A nedves levegő állapotjellemzői Össznyomás p k [Pa] Vízgőz résznyomása Száraz levegő résznyomása Telítési résznyomás p t [Pa] A vízgőz résznyomásának maximuma adott hőmérsékletű levegőben Levegő nedvessége, ill. szárazsága relatív, hőmérséklet függő Relatív nedvességtartalom φ [Pa/Pa; %] A levegőben lévő vízgőz résznyomásának és a hőmérsékleten lehetséges telítési résznyomás aránya Harmatpont T [ C] Az a hőmérséklet, ahol a lehűlő nedves levegő páratartalma elkezd lecsapódni.

6 A nedves levegő állapotjellemzői 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 1 m 3 levegőben lévő vízgőz tömege g-ban 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) [g/m 3 ] T [ C, K] i [J] i = m l c l t + m v c v t + m v r Az állapotjellemzők összefüggnek, bármely kettő meghatározza az összes többit.

7 Mollier diagram Függ. tengely: Nedvességtartam x [kg/kg] Vízsz. tengely: Száraz hőmérséklet Görbesereg: t [ C] Relatív nedvességtartalom φ [%] Ferde tengelyek: Nedves hőmérséklet Vízgőz résznyomás t v [ C] p [kpa] Entalpia h [kj/kg; kcal/kg]

8 Külső levegő légnedvessége (Budapest) [Fekete Iván]: Épületfizika kézikönyv. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1985.

9 Porózus anyagok nedvességfelvétele 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 NJ/c5nj03346b/c5nj03346b-f8_hi-res.gif,

10 Nedvességfelvétel, szorpciós izoterma Állandó hőmérsékleten végzett mérések eredménye (20 C) φ: a próbatestet körülvevő levegő relatív nedvesség tartalma [%] ω: a próbatest nedvességtartalma [m%, V%] ~ 75 %

11 4,5 Anyagok szorpciós izotermái 4,0 kavicsbeton cementvakolat gipsz fenyőfa kisméretű tömör téglafal B30 téglafal Porotherm 30 N+F Ytong 30 P2 Rockwool Multirock 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Austrotherm H80 0,0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Adatok forrása Auricon Energetic John Straube: Moisture and Materials

12 Anyagok szorpciós izotermái 1 cementhabarcs 2 kovaföld 3 kavicsbeton 4 mészhabarcs 5 gipsz 1 tufabeton 2 gázszilikát 3 salakbeton 4 téglatörmelék-beton 1 tetőcserép 2 falazótégla 3 klinker [Fekete Iván]: Épületfizika kézikönyv. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1985.

13 Megengedhető nedvességtartam 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

14 Páradiffúzió Egységnyi homlokfelületű, egyrétegű fal két felületén különböző páranyomás van Intenzív mennyiségek különbsége. A szerkezetben vízgőzáram indul meg. Egydimenziós, állandósult (stacioner) páravezetés. A gőzáramsűrűség ekkor: g = δ p d i p e = p i p e, ahol: G 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. Páraátadás jelensége létezik, de mértéke általában elhanyagolható.

15 Anyagok páratechnikai jellemzői Jellemző Páradiffúziós (páravezetési) tényező Páradiffúziós ellenállás Páradiffúziós ellenállási szám Páradiffúziós egyenértékű légréteg vastagság Jele δ R δ, G μ s d Definíció Megmutatja, hogy egységnyi parciális nyomáskülönbség hatására egységnyi idő alatt mennyi vízgőz halad át egységnyi vastagságú anyag egységnyi felületén. Megmutatja egy épületszerkezet adott vastagságú rétege mekkora párafékező képességgel rendelkezik. Megmutatja, hogy milyen vastag anyag páradiffúziós ellenállása egyenlő 1 m levegő ellenállásával. Megmutatja, hogy milyen vastag levegőréteggel egyenértékű az adott vastagságú anyag páradiffúziós ellenállása. Mértékegysége kg/mspa, g/msmpa m²spa/kg, m²smpa/g arányszám, nincs m Átszámolás δ=d/r δ R δ =d/δ μ=δ levegő /δ s d =μ d vasbeton (20 cm) 0, mészvakolat (1 cm) 0, , ,3 0,083 exp. polisztirol (10 cm) 0, kőzetgyapot (10 cm) 0, , ,6 0,16 levegő (5 cm) 0, , ,05

16 Páradiffúzió, réteges falban 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

17 Páradiffúzió, réteges falban 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 WinWatt diagram (fent) Auricon Energetic diagram (lent)

18 Páralecsapódás a szerkezetben Ha a vizsgálat szerint a szerkezet kondenzáció veszélyes: Részletesebb vizsgálat (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

19 Fal rétegrend páraszellőző réteggel 1. állapot 25 cm vasbeton fal 15 cm kőzetgyapot hőszigetelés 5 cm mészkő lapburkolat Egyensúlyi állapotban páralecsapódás van a 2. rétegben. 2. állapot 25 cm vasbeton fal 15 cm kőzetgyapot hőszigetelés 5 cm átszellőztetett légrés 5 cm mészkő lapburkolat Egyensúlyi állapotban nincs páralecsapódás. Auricon Energetic diagram (lent)

20 Fal rétegrend párafékező réteggel 1. állapot 2,5 cm gipszkarton burkolat 15 cm kőzetgyapot hőszigetelés 2 cm OSB lapburkolat 1 cm pala burkolat Egyensúlyi állapotban páralecsapódás van a 2. rétegben. 2. állapot 2,5 cm gipszkarton burkolat 1 réteg párazáró fólia 15 cm kőzetgyapot hőszigetelés 2 cm OSB lapburkolat 2,5 cm átszellőztetett légréteg 1 cm pala burkolat Egyensúlyi állapotban nincs páralecsapódás. Auricon Energetic diagram (lent)

21 Állandósult, többdimenziós vízgőzáram 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

22 Vonalmenti páraszellőztetés Folyamat lapostetőben 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 Kilép a szellőzőn esik

23 Pontszerű páraszellőztetéssel Folyamat A szellőzőtől legtávolabbi pontnál a vízgőz áthalad a födémen résznyomás esik Elvezető rétegben elindul a szellőző felé esik A gőzáram gyarapodik az út folyamán nő A rendelkezésre álló keresztmetszet (hengerpalást) csökken Kilép a szellőzőn esik A magas parciális nyomás miatt páralecsapódás alakulhat ki a szerkezetben! nő

24 Konvektív nedvességtranszport 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

25 Határolószerkezetek felületeinek állagvédelme Belső felület esetén teljesülnie kell: Elegendően magas hőmérséklet a kellemes hőérzethez Rosszul hőszigetelt szerkezet esetén alacsony felületi hőmérsékletek 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 a szorpciós tulajdonságok megváltoztatásával Nedvességfejlődés csökkentésével Fokozott szellőztetéssel

26 Nedvességfejlődés 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 nem jelentős, ~3% Szellőzés megoldandó, ~97% Filtráció Manuális szellőztetés Gravitációs vagy gépi szellőztetés

27 Szellőztetés 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 W = m t m b W = Lc t Lc b = LΔc Q sz = Lρc t i t e