4.5.2.
Hohidak
Vannak az épületszerkezeteknek olyan részei, ahol-a hoáramlás a szerkezet közepét jelento általános mezohöz képest megváltozik. E változás általában azt eredményezi, hogy a szerkezet ezen részének belso felületi homérséklete alacsonyabb homérsékletu az általános hely homérsékleténél. Az épületszerkezetek ezen részeit hohidaknak nevezzük. A hohidakat alapvetoen két szerkezeti tényezo eredményezi: - a szerkezet anyagában történo változás, pl. a téglafalba épített vasbeton pillér esetén. Ezeket a hohidakat anyagtól függo hohidaknak nevezzük. - a szerkezet geometriájában történo változás, pl. a falsarok amelynél a fal vezetése geometriailag általában 900-ot törik. Ezeket a hohidakat geometriai hohidaknak nevezzük. A hohidak hotechnikai szempontból is definiálhatók. Ezek szerint az épületszerkezetek azon részei, amelyekben 2, vagy 3 dimenziós hoáramlás alakul ki hohidaknak nevezzük. A 4.5.2/1. ábrán néhány jellegzetes hohíd látható.
:
1_
:!~
LT-csa~ozás
Ablak beépítés
I
c=Jc=J I Vasbeton pillér
~~-
I I
Falelem
csatlakozás
4.5.2/1. ábra Jellegzetes hohidak
A hohidak az alábbi tényezokkel jellemezhetok: A hohíd legalacsonyabb
homérséklete
A hohíd legalacsonyabb homérsékletét "tH" célszeru az ún. saját léptékben is megadni: (4-16.)
ahol 8 tH te tj
a hohíd a hohíd a külso a belso
legalacsonyabb homérséklete sajátléptékben, homérséklete oC-ban, léghomérséklet, léghomérséklet.
A vonalmenti hoátbocsátási tényezo A hohíd "ktvonalmenti hoátbocsátási tényezoje azt az 1 K-re eso többlet homennyiséget adja meg, amely a hohíd 1 m "vonalát" tartalmazó szerkezetrészen a rétegrendi hoátbocsátási tényezo által meghatározott értékhez képest távozik a belso térbo1. (Ld. a 4.5.2/2. ábrát). A vonalmenti hoátbocsátási tényezo mértékegysége: WImK
4.5.212. ábra Vonalmenti hoátbocsátási tényezo
4.5.3.
A hohidak hatását figyelembe vevo hoátbocsátási tényezo
A 4.5.3/1. ábrán látható homlokzaton több hohíd is meghatározható.
- 1 jelu hohíd T csatlakozás -
2 jelu 3 jelu 4 jelu 5 jelu
hohíd hohíd hohíd hohíd
közbenso födém-fal csatlakozás külso sarok tetofödém-fal csatlakozás ablakbeépítés , k14, 14
~k"'l ~
5, kIS, ls
, k12, 12
4.5.311. ábra. Hohidak egy homlokzati részleten
Legyen a homlokzati falszerkezet felülete "A", a többi jellemzo a 4.3.2/2. ábra szerint. A hohidak hatását is figyelembe vevo hoátbocsátási tényezo az alábbiak szerint írható:
(4-17.)
ahol még ismeretlen jellemzok: kH
ko
a hohidak hatását is figyelembe vevo hoátbocsátási tényezo, a rétegrendi hoátbocsátási tényezo.
4.5.4.
Ablakszerkezetek
hoátbocsátási
tényezoje Az ablakszerkezetek transzmissziós hoátbocsátási tényezojét három tényezo határozza meg: - a keret hoátbocsátási tényezoje; - az üveg hoátbocsátási tényezoje; - az üveg és a keret beépítésénél keletkezo hohíd. A fenti adatok figyelembevételével az ablakszerkezet transzmissziós hoátbocsátási tényezoje az alábbi módon számítható:
k T- Ak x kk + A u.. x k u.. + kl x 1 a Ak + Aü
(4-18.)
ahol keret hoátbocsátási tényezoje, k.. az üvegezés hoátbocsátási tényezoje, u a keret-üveg kapcsolat vonalmenti hoátbocsátási tényezoje, kl 1 a keret-üveg kapcsolat vonalának hossza, A..u az üvegezés felülete, Ak a keret felülete, kaT az ablak transzmissziós hoátbocsátási tényezoje.
kk
A fenti paramétereket szemlélteti az alábbi 4.5.4/1. ábra. a 1=2(a+b)
b
~
k.. u
4.5.4/1.
ábra A hoátbocsátási tényezo összetevoi
Az ablakszerkezeteken a belso térbe érkezo napsugárzás energiája a belso térben mint szoláris nyereség hasznosulhat. Meghatározható az ablakszerkezeteknek egy olyan hoátbocsátási tényezoje is, amelye szoláris nyereséget "levonja" a veszteségbol. Az ablakszerkezet szoláris hoátbocsátási tényezoje a (4-19.) összefüggéssei számítható: (4-19.)
ahol ak N Sn
a keret arány ak = Ai(Ak + Aü)··· az üvegszerkezet naptényezoje, a nyereségtényezo.
·,
/
4.5.5.
Epületszerkezetek hoátbocsátási tényezoje filtráció esetén
Az épület szerkezetek légáteresztése következtében megváltoznak a falszerkezet hotechnikai viszonyai a rétegrendi hoátbocsátási tényezovel meghatározható viszonyokhoz képest. A transzmissziós és filtrációs energiaáram együttes hatását abból a feltételbol szokás meghatározni, hogya falszerkezet bármely metszetében a levego homérséklete megegyezik a szerkezet homérsékletéveI. A kialakuló folyamatra olyan differenciálegyenlet írható fel, amely a falszerkezetben kialakuló hovezetés áramának megváltozását a levego hotartalmának megváltozás ával teszi egyenlové. Az egyenlet megoldásával a szerkezet filtrációs hoátbocsátási tényezoje az alábbi (4-20.) összefüggésseI határozható meg eLpcRo
kr= L x p x c ---
eLpcRo
-1
(4-20.)
ahol L (m3/sm2) p (kg1m3) c (Ws/kgK) Ro (m2sK/W)
a fajlagos filtrációs levegoforgalom, a levego surusége, a levego fajhoje, a szerkezet hoátbocsátási ellenállása.
A légáramlás hatására megváltozik a szerkezetben kialakuló homérséklet eloszlás is. A változás jellegét az alábbi, 4.5.5/1. ábrán rajzoltuk meg. oC
FAL belülrol kifelé nincs filtráció kívillrol befelé
x 4.5.511. ábra Homérsékleteloszlás filtráció esetén
4.5.6.
Filtráció épületekben
Az épület belso terei és a külso tér között légáramlási utak találhatók, amelyeket tudatosan kiépített szellozo nyílások, nyílászáró szerkezetek rései, illetve épületszerkezetek csatlakozási rései, esetleg az építoanyagok szerkezeti struktúrájából adódó áramlási lehetoséget jelentenek. Abban az esetben, ha a légáramlási utak két végpontja között nyomáskülönbség jön létre, a külso és belso tér között légáramlás alakul ki. Elégáramlási folyamatot filtrációnak nevezzük. A filtráció iránya mutathat a belso térbol a külso tér felé és fordítva. Az áramlást létrehozó nyomáskülönbségeket a gravitációs nyomások, a szél hatásából eredo nyomások, illetve a gépi szellozés által létrehozott nyomások eredményeznek. A gravitációs nyomáskülönbség az alábbi (4-21.) összefüggéssei számítható: L\px = L\p x g x hx
(4-21.)
ahol L\p egy tetszoleges légáramlási útra ható gravitációs nyomáskülönbség, L\p a sUfÚségkülönbség a külso, és belso tér között, g a gravitációs gyorsulás, hx a kérdéses légáramlási szinttol.
út függoleges
távolsága a vonatkoztatási
A szél hatásából eredo nyomáskülönbség:
L\p
=k
xi
x w2
(4-22.)
ahol még ismeretlen jellemzok: k aerodinamikai tényezo, w a szélsebesség. A "k" aerodinamikai tényezo mértékegység nélküli szám. Az értéke nem függ a szélsebesség nagyságától. Egy adott homlokzaton belül is változhat. Meghatározására nincs általános érvényu összefüggés, értékeit modell kísérletekkel határozzák meg.
A gépi szellozorendszer által létrehozott nyomáskülönbség függ a szellozési rendszer kialakításától, illetve az alkalmazott ventilátorok nyomásIégszállítás karakterisztikus görbéjétol. Egy épület filtrációs rendszere tehát helyiségekbol, a helyiségeket egymással, illetve a külso térrel összeköto légáramlási utakból áll. A légáramlási utak egy-egy légáramlási fizikai törvényszeruséget testesítenek meg. Az így felépített rendszerhez kapcsolódnak a peremfeltételek, amelyek tulajdonképpen az áramlásokat generálják. Többszintes épületnél a filtrációs modell összetettsége olyan mértéket ér el, hogya filtrációs áramlás számításánál a számítógépes numerikus modellek nem nélkülözhetok. A filtrációs vizsgálatok lefolytatását az alábbi kérdések megválaszolása teszi szükségessé: 1. Milyen filtrációs hoszükséglet rende1heto az egyes helyiségekhez? 2. A komfort tér szellozésre vonatkozó követelményei milyen mértékben teljesülnek? 3. Az állag védelmi meghibásodások elkerüléséhez szükséges levegoforgalmi igények milyen mértékben teljesülnek?
4.6.
Határolószerkezetek hotechnikai jellemzése nyári viszonyok között
4.6.1.
Nyári hoterhelés napléghomérséklet
A nyári hoterhelést a napsugárzás eredményezi. A határoló szerkezet külso felülete a napsugárzás bizonyos hányadát elnyeli. Az elnyelt energia egy része a környezetnek adódik át, a másik része a belso tér irányába halad vezetés seI. (Lásd a 4.6.1/1. ábrát.)
w
tkf
O
Belso tér felé
Külso térnek átadódik
4.6.111. ábra A külso felület homérlegének komponensei
A három energia komponens között az alábbi mérlegegyenlet teremt kapcsolatot:
ahol
qs az elnyelt sugárzási energia hányad, qe a külso tér irányába áramló energia,
qj a belso tér irányába áramló energia. A fenti mérlegegyenletbe összefüggéseket:
helyettesítve
az egyes komponenseket
leíró
ahol I a
(W/m2) a napsugárzás intenzitása,
a külso felület napsugarakra vonatkoztatott abszorpciós tényezoje,
ae (W/m2K) a külso oldali hoátadási tényezo, tkf (OC) a külso oldali homérséklet, te (OC) a külso homérséklet, ti (OC) a belso homérséklet, k (W/m2K) hoátbocsátási tényezo a külso felület és a belso tér között. A belso térbe beáramló energiát úgy is számíthatjuk, hogy egy "tN" fiktív külso homérsékletet képzelünk el, s e homérsékletu térbol "ae" hoátadási tényezovel "érkezik" a hoáram a külso felületre. Az alábbi összefüggés ezt az elgondolást juttatja kifejezésre:
melybol a "tN" értékét kifejezve, kapjuk:
Ixa
tN=--+t ae
e
(4-26.)
A fenti összefüggéssei meghatározott "tN" homérsékletet sékletnek nevezzük.
naplég homér-
Tekintettel arra, hogy nyári viszonyok között mind a "te", mind a ,,1" értékei változnak, a "tN" is az ido függvényében változó paraméter. A "tN" idobeli változása jól követheto szinuszos függvénykapcsolattal, így jellemzo paraméterének határozható meg egy "AN" amplitúdó, és egy "tNK" közepes homérséklet.
4.6.2.
Hoelnyelés, hoinercia
Az elozo pontban Írtakból is következik, hogy a nyári viszonyok során kialakuló hotechnikai folyamatok szinuszos jelleguek. Olyan hotechnikai jellemzoket kell tehát bevezetnünk, amelyek szinuszos hotechnikai folyamatok jellemzésére szolgálnak. Tekintsünk egy homogén anyaggal kitöltött félteret. Hozzunk létre az anyag felületén szinuszos homérsékletváltozást. Ez a homérsékletváltozás nyilván az anyag belsejében található, a külso felülettel párhuzamos síkokban is kialakul, csak csökkeno amplitúdóval. A szinuszos homérsékletváltozások az anyagban szinuszosan változó hoáramokat gerjesztenek. A hoáram, illetve homérsékletek változása nincs egy periódusban. A hoáram a homérséklethez képest 1/8 periódussal "siet". Ha a hoáram suruségének amplitúdóját elosztjuk a homérséklet változásának amplitúdójával, az anyag hoelnyelési tényezojéhez jutunk: A
i!
s= t
(4-27.)
ahol s (W/m2K) hoelnyelési tényezo, Aq (W/m2) a hoáramsuruség amplitúdója, At (K) a homérsékletváltozás amplitúdója. Az anyag hoe1nyelési tényezoje a kérdéses anyag fizikai jellemzoivel számszeruleg is meghatározható:
x n; x s=V. 12 T
ahol T (s) A (W/mK) p (kg/m3) c (J/kgK)
A x P x
C
(4-28.)
periódusido, hovezetési tényezo, suruség, fajho.
Egy adott falszerkezet esetén meghatározható a szerkezet hoelnyelési tényezoje. Ha a hoe1nyelési tényezot megszorozzuk a falszerkezet hovezetési ellenállásával a hotehetetlenségi (hoinercia) tényezohöz jutunk: D=Rxs
(4-29.)
ahol D a hotehetetlenségi tényezo, R a szerkezet hovezetési ellenállása, s hoelnyelési tényezo. Egy szerkezet különbözo rétegeinek hotehetetlenségi tényezoi összegezhetok:
A hotehetetlenségi tényezo arra vonatkozóan ad tájékoztatást, hogya szerkezet belsejében a homérséklet csillapodásának hulláma hogyan helyezkedik el a szerkezetben. Ha egy szerkezet hotehetetlenségi tényezoje D=8,5 kb. egy egész homérsékleti hullám (1) alakul ki. A szerkezet belseje felé haladva fokozatosan csökkeno amplitúdó egy bizonyos "x" mélységben a felére csökken. A szerkezet azon zónáját, amely a külso felület és az "x" érték közé esik, az eros ingadozások zónáj ának nevezzük. Az eros ingadozások zónájára fennáll az alábbi összefüggés:
d D = R x s =-x x s = 1
(4-31.)
A fenti összefüggésbol az "x" meghatározható. A fenti paraméterek közti kapcsolatok az alábbi 4.6.2/1. ábrán rajzoltuk meg.
A
A
\-!-I
I
4.6.2/1. ábra Homérséklethullám a falszerkezetben
4.6.3.
Homérsékletcsillapítás,
fáziskésés
A határolószerkezet külso oldalát, ahol a napsugárzás hatása érvényesül "támadott", a belso oldalát "védett" oldalnak nevezzük. Az elozoekben írtakból következik, hogya védett oldalon észlelheto homérséklethullám kisebb amplitúdójú lesz, mint a támadott oldalról induló homérséklethullám. (Lásd a 4.6.3/1. ábrát.)
FAL
4.6.311. ábra Homérésklethullám
csillapodása a falszerkezetben
A támadott oldalon mért homérséklet amplitúdót osztva a védett oldalon észlelheto amplitúdóval a szerkezet homérséklet csillapítási tényezojéhez jutunk:
'lJ
ahol
'lJ
AT = Av
(4-32.)
homérséklet csillapítási tényezo,
AT amplitúdó a támadott oldalon, Av amplitúdó a védett oldalon. Az egyes szerkezeti rétegek csillapítási tényezo értékei összeszorzódnak, és az eredo homérsékletcsillapítási tényezot adják:
(4-33.) A szerkezetekben található légrétegeknek is van csillapítása. A védett oldalon mérheto homérséklet változása nem csak abban különbözik a támadott oldalon mérheto homérséklet ingadozástói, hogy amplitúdója lényegesen kisebb, hanem abban is, hogy a belso felületen kialakuló szinuszos homérsékletváltozás a támadott oldalhoz képest késik. Ezt a késést fáziskésésnek nevezzük. A fáziskésés gyakorlatilag azt jelenti, hogy külso felületen észlelt állapot mennyi ido alatt ér a belso felületre.
Az egyes rétegek által okozott fáziskésések összeadódva adják a szerkezet eredo fáziskésését:
Mind a csillapítást, mind a fáziskésést alapvetoen a szerkezetben meghatározható egyes rétegek "D" értékei, illetve azok sorrendje (réteg sorrend) határozza meg.
4.6.4.
Naptényezo
A naptényezo üveg szerkezetek jellemzoje. Az üvegszerkezeteket éro napsugárzás egy része visszaverodik, egy része elnyelodik, illetve az üvegszerkezeten keresztülhaladva a belso térbe jut. (Lásd az 4.6.4/1. ábrát.) Az egyes komponenseket az üveg "R" reflexiós tényezoje, "A" abszorpciós tényezoje, illetve "T" transzmissziós tényezoje fejezi ki. A fenti tényezok között az alábbi mérlegegyenlet teremt kapcsolatot. 1= I x A + I x R +1 x T
(4-35.)
IxT
4.6.411. ábra Napsugárzás intezitásának komponensei
A belso térbe bejutó energiát két komponensbol áll: qT = IT
qa = a x (t U..- t.)I Az elso komponens az elozoekben említett transzmittált hányad. A második komponens egy hoátadásból származó komponens, amely abból adódik, hogy az elnyelt energiahányad felmelegíti az üveget, amely a környezetének adja át energiáját. A fentiekben ismertetett két energiakomponens összegét határozzuk meg 3 mm vastag üvegrétegre. A kapott értéket nevezzük QSRO. Egy tetszoleges üvegezés naptényezoje az alábbiak szerint számítható:
(4-36.)
ahol Nx Qx
egy tetszoleges üvegezés naptényezoje, egy tetszoleges üvegezésen átáramló energia, QSRO 3 mm vastag üvegezésen beáramló energia.
4.7.
A hoátbocsátási tényezore vonatkozó méretezési elvek
4.7.1.
Hotechnikai minimumra való méretezés elve
A méretezési elvhez kapcsolódó fobb épületfizikai jellemzoket a 4.7.1/1. ábrán rajzoltuk meg. Pa
ps
ts
4.7.111. A harmatponti homérséklet
A hotechnikai minimumra való méretezési elv azt mondja ki, hogya határoló szerkezetnek legalább olyan hoszigetelo értékúnek kell lennie, hogy ne alakuljon ki a belso felületen páralecsapódás. A határ. esetben ez az alábbi hoáramsúrúséget jelenti:
ahol még ismeretlen jellemzo: ts a belso légállapothoz tartozó harmatponti homérséklet. A hoáramsúrúség a "k" hoátbocsátási tényezovel is felírható:
(4-38.)
A fenti két összefüggés összevetése alapján a hoátbocsátási tényezore az alábbi összefüggést határozhatjuk meg:
k = aj x (tj - ts) (t.I - t e)
(4-39.)
A gyakorlati esetekben a (ti - ts) különbség módosítására különbözo ,,~" korrekciós tényezo elsosorban a szerkezet fajlagos tömegétol, illetve a szerkezet funkciójától függött. Az alábbi táblázatban a ,,~" értékeinek néhány értékét foglaljuk össze: 4.7.1/1. táblázat A ,,~" korrekciós tényezo értékei 100-300 500-700 >700 300-500 05 07 1 1 055 09 1 07 O2 095 075 0.85 085 08 08 06 095 0,6 0,45 0,4 0,5
<100
Szerkezet földdel érintkezo érintkezo fal földdel padló
Fajlagos tömeg (kg/m2)
1 0805 35 2 0,7
A méretezési módszer egyik hátránya, hogy bár a hoátbocsátási tényezonek jelentos szerepe van az épület energiaforgaImában, nem tükröz energetikai szemléletet.
4.7.2.
Hotechnikai optimum méretezési elve
A hotechnikai minimum méretezési elve azt juttatja kifejezésre, hogya hoszigetelés vastagságaként egy költségfüggvény minimumához tartozó hoszigetelési vastagságot, mint optimum értéket alkalmazzuk. A vizsgált költségfüggvényünk (KR) alapvetoen két, a hoszigetelés vastagságától függo ellentétes tendenciájú költségcsoportból tevodik össze (lásd a 4.7.2/1. ábrát): - beruházás, illetve építési jellegu költségek (Kl), - futési, illetve üzemeltetés jellegu költségek (K2).
K (Ft/m2)1
Kl
Kz dszig (cm) 4.7.211. ábra Költségfüggvények
Az optimális szigetelési vastagság meghatározása a gyakorlatban nem terjedt el, bár az optimális szigetelési vastagság ismerete bizonyos gazdasági változást enged az építmény hoszigeteléssei kapcsolatos költségeinek alakulására, amelyek különösen nagyobb, vagy nagy darabszámú építménynél, illetve folyamatos energetikai üzem (pl.: hutoház) esetén segítik a beruházási döntéseket. Az optimális hoszigetelés vastagság ritkán történo alkalmazásának okai a következok: - AKI, illetve K2 függvények pontos értékei számos esetben nehezen állíthatók elo. - Az árak változásának hatása nehezen vizsgálható, ennek viszont azért van jelentosége, mert az építmények több 10 évre épülnek. - A beruházások versenyeztetésének rendszerébol következoen, számos esetben a tervek még hoszigetelés szempontjából sem konkrétak, így nem ismert a hoszigetelés mint termék, csak fobb jellemzoi. A fentiekbol következtethetünk arra, hogy az optimumra való méretezés elve, nem energia, hanem költségcentrikus, így a méretezési eljárást tévesen nevezik esetenként a "hotechnikai optimum méretezési elvének".
4.7.3.
"Egyenlo tér, egyenlo energia" méretezési elv
Túzzük ki célul, hogy valamennyi épület 1 m3-be ugyanannyi hoenergiát vezetünk be. Ebben az esetben az alábbi összefüggést írhatjuk fel:
-V-
C_kxA
ahol C (W/m3K) k (W/m2K) A (m2) V (m3)
(4-40.)
állandó, az 1 m3 futött térbe bevezetett energia, az épület átlagos hoátbocsátási tényezoje, az épület külso felülete, az épület futött térfogata.
A fenti összefüggés csak akkor alkalmazható, ha olyan hoátbocsátási tényezoket határoz meg, amelyek a valóságos szerkezeteken is eloállíthatóak. A hazai épületek AN hányadosa 0,2-1,2 m2/m3 intervallumba esik. A kisebb AN arányokhoz a nagyobb, a nagyobb AN arányokhoz a kisebb épületek tartoznak. A nagyobb épületek esetén nagyobb hoátbocsátási tényezo értéket alkalmazhatunk. Ha például a "k" értékére AN = 0,2 arány mellett 1,1 W /m2K értéket határozunk meg, akkor a fenti összefüggés szerint a "C" értékére 0,22 W /m2K érték adódna. Megjegyzés: a 1,1 W/m2K érték (illetve az e körüli érték) felvételét az indokolja, hogy figyelembe kell venni a hotechnikai minimumhoz tartozó követelmény értékét is, amely falszerkezetnél általában 1,5 W/m2K közelében van. Mivel tudjuk, hogy az összefüggésben szereplo "k" hoátbocsátási tényezo átlagos érték, ezért nála kedvezotlen érték is elofordulhat, így az 1,1 W/m2K érték felvétele esetén a kedvezotlenebb (nagyobb) értékek még a hotechnikai minimumhoz tartozó 1,5 W/m2K érték alatt tarthatók. Ha tehát AN = 0,22 m2/m3, és k = 1,1 W/m2K értékek figyelembe vételévei a "C" értékére az alábbi értéket kapjuk: C = 0,22 W/m3K Ezen "C" érték felhasználásával rozhatjuk:
az AN = 1,2 esetre "k" értékét meghatá-
Ez a hoátbocsátási tényezo azonban olyan kis érték, hogy hazai szerkezeteinkkel általános esetben nem teljesítheto. Ez azt jelenti, hogy a fenti alapösszefüggést a gyakorlat szempontjából át kell alakítani. Az átalakításhoz az alábbi két matematikai transzformációt célszeru végrehajtani: - Egy
"CI" konstanst
hozzá kell adni a függvényhez,
hogya
A/V =
1,2 mZ/m3 értéknél is elfogadható "k" értéket kapjuk.
- Mivel a fenti múvelettel az AN = 0,2 mZ/m3 értéknél is megnöveltük a "k" értékét (ahol viszont elfogadható volt), ezért a "C" konstans értékét is meg kell változtatni (csökkenteni) Cz-re. A fenti múveletekkel "beállíthatók " a CI és Cz értékek, s a "k" értékére a (4-41.) összefüggés adódik:
A hazai MSZ-04.140/2. sz. szabványban a CI és Cz konstans ok értékei a következok:
4.8.
Nedvesség az épületszerkezetekben
4.8.1.
Nedvességhatások
Az épületeket, illetve azok szerkezeteit több nedvességhatás is éri. Építési nedvesség: az építési nedvesség további komponensekre osztható:
Építési nedvesség
- a technológiai folyamat során bevitt víz, - az építoanyag nedvessége, - az építés alatt a szerkezetbe jutó meteorológiai nedvesség. Talajnedvesség: talajpára, vagy cseppfolyós állapotban kerülhet a szerkezetbe. Helyesen szigetelt épületek esetén ezzel a nedvességhatással nem kell számolni. Meteorológiai nedvesség: a határoló szerkezetekbe légköri csapadékként hó, eso formájában jut.
Talajnedvesség
Meteorológiai nedvesség
Üzemi nedvesség: foleg ipari tevékenységgel hozható összefüggésbe, vagy olyan terekben, ahol víznek jelentos szerep jut (pl. fürdok, uszodák).
Üzemi nedvesség
Higroszkópikus nedvesség: a higroszkópikus nedvességhatást általában sók okozzák. Elofordulása inkább régebbi épületeknél jellemzo, ahol egyéb szigetelési hiányosságok következtében a talajból sók jutnak be a szerkezetbe, annak is a levegovel érintkezo rétegeibe. A környezo levegoben lévo vízpárából egy bizonyos relatív nedvességtartalom felett vizet kötnek meg, s nedves foltokat eredményeznek.
Higroszkópikus
Kondenzáció: egyes esetekben elofordulhat a hidegebb belso felületeken páralecsapódás is. Van a páralecsapódásnak egy olyan változata is, amely közvetlenül nem érzékelheto, mivel a szerkezet belsejében következik be. E szerkezeten belüli kondenzációt páradiffúziós, illetve a szerkezetbe bejutó konvektív páraáramok okozzák.
nedvesség
Kondenzáció
4.8.2.
Szorpciós izoterma, megengedheto nedvességtartalmak
Szorpciós izoterma
Szorpciós izoterma
Ha valamely építoanyagból készített mintadarabot kiszárít juk, majd egy állandó homérsékletu és állandó relatív páratartalmú térbe helyezzük, akkor egy bizonyos ido után a minta nedvességtartalmának növekedését tapasztaljuk. Egy bizonyos ideig a nedvességtartalom értéke fokozódik, majd egy értéken állandósul. Ha a kísérletet egy másik relatív páratartalmú térbe megismételjük, az állandósult nedvességtartalomra egy másik értéket kapunk. Ha a kísérletet 0-100% relatív páratartalom között több pontban is megismételjük, nedvességtartalom (w) - relatív páratartalom (ep) közötti függvénykapcsolathoz jutunk. Ez lesz a vizsgálat tárgyát képezo anyag szorpciós izotermája. A szorpciós izotermának három zónáját különböztetjük meg (lásd 4.8.2/1. ábra).
c
o
100
4.8.211. ábra A szorpciós izoterma jellegzetes szakaszai
Az elso zóna O-tóI az "A" pontig tart. Ebben a zónában a kapillárisok falára egy molekula réteg vízpára kötodik meg. Ezt a zónát monomolekuláris zónának nevezzük. A második zóna az A-B pontok között helyezkedik el. Ebben a zónában a kapillárisok falán több molekula vastagságú vízpára kötodik meg, s ezért ezt a zónát polimolekuláris zónának nevezzük. A B pont után a kapillárisokban lecsapódik a vízgoz, s ezért a B-C közti szakaszt kapilláris kondenzáció zónáj ának nevezzük. Építoanyagoknál az "A" pontnak 10-20% relatív páratartalom, a "B"-nek 75-85% relatív páratartalom felel meg. A 100% relatív páratartalomhoz tartozó értéket (C pont) szorpciós telítettségi értéknek nevezzük.
ledheto
;égtartalom
Megengedheto nedvességtartalom Az épületfizikai folyamatok során az épületszerkezeteken keresztül nedvességvándorlási folyamatok is kialakulnak. Az épületszerkezetek pórusaiban is bizonyos relatív páratartalom értékek alakulnak ki. E páratartalom értékeknél az anyag a szorpciós izotermának megfeleloen nedvességet vesz fel. Az a nedvességtartalom, amelyet az anyag felvehet, az elozoekben írtak szerint a szorpciós telítési értékkel egyenlo. Épületfizikailag az építoanyagokban normális folyamatok mellett nem lehet magasabb nedvességtartalom a szorpciós telítettségi értéknél. Ez a tény azt jelenti, hogy az épületfizikai megengedheto nedvességtartalmat a szerkezet belsejében a szorpciós telítettségi értékkel tehetjük egyenlové. Vannak olyan esetek, amelyeknél e megengedheto nedvességtartalom értéket nem a szorpciós telítettségi nedvességtartalommal tesszük egyenlové. Ilyenek lehetnek a belso, vagy a külso vakolat nedvességviszonyai. A külso vakolatnál nyilván magasabb nedvességet engedünk meg a szorpciós telítettségi értéknél, mivel a szerkezet ezen része gyorsan leadja a többletnedvességet. A belso vakolatnál a megengedheto nedvességtartalom alacsonyabb a szorpciós telítettségi értéknél, mivel a penészesedés már a kapilláris kondenzáció zónájában megkezdodhet.
4.8.3.
Páradiffúzió az épületszekezetekben
A 3.2. pontban láttuk, hogy az épületszerkezet két oldalán fennálló parciális vízgoznyomás különbség a szerkezeten keresztül páradiffúziót indít meg. A szerkezeten átáramló vízgozáram surusége a következo összefüggéssei számítható: (4-42.)
ahol g
a vízgozáram surusége, Pi a belso oldali parciális vízgoznyomás, Pe a parciális vízgoznyomás a külso térben, RR a szerkezet eredo páradiffúziós ellenállása, amely az egyes ré-
tegek páradiffúziós ellenállásainak (RI = ~ ) összegébol tevodik össze. Az egyes rétegekben kialakuló parciális ny6másesések az alábbi összefüggéssei számíthatók: APi = g x Ri
ahol
(4-45.)
- APi az i-edik rétegben kialakuló parciális nyomásesés, - Ri i-edik réteg páradiffúziós ellenállása.
Ha valamennyi rétegnek meghatározásra kerültek a parciális vízgoznyomás esései, akkor az egyes réteghatárokon kialakuló homérsékletek függvényében meghatározható a szerkezetben kialakuló parciális vízgoznyomás esés. Ezt a parciális vízgoznyomás esést célszeru a telíté si nyomás homérséklet diagramba berajzolni az utóbbi ábra (4.8.3/1. ábra) szerint.
3
P (pa)
2
1
Pé
4.8.3/1. ábra A parciális vízgoznyomás eloszlása a falszerkezetben
Az ábrán egy 3 rétegu szerkezetben kialakuló páradiffúziós folyamatot tüntettunk fel. Látható, hogy a parciális nyomásvonal nem metszi a telítési nyomás vonalát, tehát a szerkezetben pára-kondenzáció nem alakul ki. Abban az esetben, ha a parciális vízgoznyomás vonala metszi a telítési nyomás vonalát a szerkezetben páralecsapódás alakul ki. Egy ilyen esetet rajzoltunk meg a 4.8.3/2. ábrán. P (pa)
pe
4.8.3/2. ábra A kondenzációs zóna szerkesztése
Kérdés az, hogy hogyan határozható meg a szerkezetnek azon része, amelyben a kondenzáció lezajlik, s amely részt kondenzációs zónának nevezzük. A szerkesztés menete a következo: - azon rétegben, amelyekben a metszés adódik, a parciális nyomás vonalát meghosszabbít juk úgy, hogy aPi = állandó, illetve a Pe = állandó egyenesekkel metszéspontok alakuljanak ki. - e metszéspontokból a telíté si nyomás görbéjéhez érintot húzunk azokban a rétegekben, amelyekben a metszések kialakulnak. - ha az érinto nem szerkeszthetó meg, akkor a metszéspontokat a réteghatáron adódó telítési nyomás értékkel kötjük össze. A 4.8.3/2. ábrán látható szerkesztés szerint a kondenzációs zóna kezdetét a "K" pont, végét a "V" pont jelenti. Abban az esetben, ha a szerkezetben kondenzáció alakul ki, megszüntetését három féle módon érhetjük el: - a szerkezet egyik rétegének cseréjével, - párafékezo réteg beépítésévei, - a szerkezet kiszelloztetésével.
4.8.4.
Penészesedéssel összefüggésbe hozható tényezok kapcsolata
A penészesedéssel (te) külso (epe) külso (t) belso (W) belso
az alábbi tényezok hozhatók kapcsolatba:
homérséklet, relatív páratartalom, léghomérséklet, téri nedvességfejlodés,
(Lsz) szellozo levegoforgalom,
(8)
a hohíd belso felületi homérséklete.
A fenti hat tényezo függvényében igen bonyolult lenne a penészesedés vizsgálata. A fenti tényezok közül vannak olyanok, amelyeket bizonyos okok miatt a késobbiekben állandónak tekintünk, s így az összefüggések lényegesen egyszefÚsödnek. Ezek a tényezok a következok: A külso léghomérséklet (te) A külso homérséklet értékét a vonatkozó szabvány (MSZ-04.140/2) meghatározza. t e =-5
Co
A külso relatív páratartalom (epe) A külso relatív páratartalom és a külso homérséklet között egy viszonylag jól definiálható kapcsolat van. Ez azt jelenti, ha eloír juk a külso léghomérsékletet, akkor gyakorlatilag a külso relatív páratartalom értékei is adottnak tekinthetok. A belso nedvességfejlodés (W) A fent nevezett szabvány a belso téri nedvességfejlodést is meghatározza, pl. lakószobában W = 200 g/h értékkel vehetjük figyelembe. A hohíd legalacsonyabb homérséklete (8) Egy adott helyiségben, amelyben a penészesedés elofordul, egy adott hohíd homérséklettel állunk szemben, sannak értékét a vizsgálat alatt nyilvánvalóan nem változtat juk. Minél alacsonyabb a hohíd belso felületi homéréklete - 1 m3 szellozo levegovel-, annál kevesebb nedvességet távolíthatunk el a belso térbol.
A fentieket összegezve, célszeru a belso homérséklet szükséges szellozo levegóforgalmat meghatározni. A fentiekben említett tényezok kapcsolatrendszerét nedvességmérlegével határozhatjuk meg.
függvényében
a
a kérdéses belso tér
A helyiség nedvességmérlege a következo formában írható fel:
(4-44.) ahol mt a távozó levegovel eltávolított vízgozáram, me a helyiségbe belépo levegovel beszállított vízgozáram, W a helyiségben fejlodo nedvesség. A levegovel szállított vízgozáram általában m =Vx n x C
(4-45.)
ahol V a helyiség térfogata, n a légcsereszám, C a vízgoz koncentrációja. A fenti összefüggésben az "n x V" szorzat az "Lsz" szellozo levegóforgalommal egyenlo. A vízgoz koncentrációja az alábbi összefüggésseI számítható:
C
=
_P
RxT
=
x Pt RxT
q:>
(4-46.)
ahol p a parciális vízgoznyomás, R a vízgozállandó, T a levego abszolút homérséklete, q:>a relatív nedvességtartalom, Ps a vízgoz telítési nyomása. A fentiekben leírt egyenletek egy egyenletrendszert alkotnak és az elozoekben említett hat tényezo figyelembevételével azokat megoldva, a szellozo levegoforgalom (Lsz), a belso léghomérséklet (ti) függvényekhez jutunk.
Egy ilyen függvény tendenciáját a 4.8.4/1. ábrán rajzoltuk meg.
Lsz (m3/h
4.8.411. ábra A szellozo levego változása a belso homérséklet függvényében
~
4.9.
Epületfizikai jellemzóK vizsgálata
Az épületfizikai vizsgálatok célja valamely építoanyag, vagy épületszerkezet alapveto épületfizikai jellemzojének meghatározása. Az épületfizikai vizsgálatok két nagy csoportra oszthatók: - anyagvizsgálatok, - szerkezetvizsgálatok. Számos esetben elofordul, hogy valamely épületfizikai jellemzo, vagy épületfizikai folyamat alakulása a jelenséget leíró differenciálegyenlet megoldásával, vagy a folyamat számítógépes numerikus modellezés éveI jól követheto. Ezekben az esetekben a költséges, és idoigényes laboratóriumi vizsgálatok jól helyettesíthetok a számítógépes szimulációkkal. Tekintettel arra, hogyavizsgálatok részletes ismertetése lényegesen túl megy e könyv adta korlátokon, a következokben csak a jelentosebb vizsgálatokat soroljuk fel.
4.9.1. -
Anyagvizsgálatok
Hovezetési tényezo meghatározása. Páravezetési tényezo meghatározása. Szorpciós izotermák felvétele. Nedvességvezetési tényezo meghatározása. Emissziós tényezo meghatározása. Hoelnyelési tényezo meghatározása. Fajho meghatározása. Porozitás meghatározása. Nedvességtartalom meghatározása. Hodilatációs együttható meghatározása. Hoátadási tényezo meghatározása. Üveg szerkezetek transzmissziós tényezojének meghatározása. Fagyállóság vizsgálata. Vízfelvétel vizsgálata. Vízáteresztés vizsgálata.
4.9.2.
Szerkezetvizsgálatok
- Tömör határoló szerkezet hoátbocsátási tényezojének meghatározása laboratóriumban. - Tömör határoló színi viszonyok - Ablakszerkezet - Ablakszerkezet zött.
szerkezet hoátbocsátási tényezojének vizsgálata helyközött. hoátbocsátási tényezojének meghatározása. naptényezojének vizsgálata helyszíni viszonyok kö-
- Ablakszerkezet naptényezojének vizsgálata laboratóriumban. - Hohíd legalacsonyabb homérsékletének vizsgálata helyszíni viszonyok között. - Ablakszerkezet légáteresztésének vizsgálata laboratóriumban. - Ablakszerkezet légáteresztésének vizsgálata helyszíni viszonyok között. - Ablakszerkezet szélállóságának vizsgálata. - Ablakszerkezet csapóeso-állóságának vizsgálata. - Tömör határoló szerkezet homérsékletcsillapítási gálata. - Padlószerkezet hoelnyelésének vizsgálata.
tényezojének vizs-
4.9.3.
Számítógépes szimulációk
- Inhomogén falazó elemek eredo hovezetési tényezojének vizsgálata 2 dimenziós hofokmezovel. - Inhomogén falazó elemekbol készült falszerkezet hoátadási tényezojének meghatározása 3 dimenziós hofokmezo számítógépes szimulációjával. - Hohidak legalacsonyabb homérsékletének meghatározása 2, vagy 3 dimenziós hofokmezok számítógépes szimulációjával. - Hohidak vonalmenti hoátbocsátási tényezojének meghatározása hofokmezok számítógépes értékeléséveI. - Többdimenziós páradiffúziós folyamatok vizsgálata a parciál vízgoznyomás mezok szimulációjával. - Határolószerkezet tuzállósági vizsgálatának szimulációja. - Nedves szerkezetek száradásának szimulációja. - Szerelt tetoszerkezetekben kialakuló konvektív páraáramlás szimulációja. - Körszimmetrikus páranyomás eloszlásának számítógépes vizsgálata, pontszefU páraszellozok esetén. - Filtrációs áramok szimulációja épületekben, különbözo feltételek esetén.
