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

ÉPÜLETFIZIKA

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

Dalton törvénye

ÉPÜLETFIZIKA

• 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: pn és pm

• 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: pk=pn+pm • Össznyomás • Résznyomás

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

Dalton törvénye

ÉPÜLETFIZIKA

• 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


Dalton törvénye

ÉPÜLETFIZIKA

• Dalton törvénye szerint egy gázelegy össznyomása egyenlő az egyes összetevőinek parciális nyomásösszegével. • Empirikus törvény, John Dalton, 1801. • A tökéletes, vagy ideális gázokra érvényes. • A Dalton-törvényt nem teljesen követik a reális gázok. • Az eltérés nagyobb nyomásoknál jelentős.

http://hu.wikipedia.org/wiki/Dalton-t%C3%B6rv%C3%A9ny http://cnx.org/resources/f98153025fa4d4fddf8e1943540e9c380a9cd954/CNX_Chem_09_03_DaltonLaw1.jpg http://thescienceclassroom.org/wp-content/uploads/2013/05/JOHN_DALTON_REICH-CHEMMISTRY.jpg

A nedves levegő állapotjellemzői

ÉPÜLETFIZIKA

• Össznyomás

pk [Pa]

• Vízgőz résznyomása • Száraz levegő résznyomása

• Telítési résznyomás

pt [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 • Az a hőmérséklet, ahol a lehűlő nedves levegő páratartalma elkezd lecsapódni.

Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007. http://docplayer.hu/docs-images/26/8485694/images/15-0.jpg

T [°C]

A nedves levegő állapotjellemzői

ÉPÜLETFIZIKA

• Abszolút nedvességtartam

x [g/kg; %]

• 1 kg levegőben lévő vízgőz tömege g-ban

• Telítési nedvességtartam • A vízgőz tömegének maximuma adott hőmérsékletű levegőben • Ennél több pára is lehet a levegőben: víz (köd) vagy jég (dér) formájában

• Vízgőz koncentráció

xt [g/kg; %]

[g/m3]

• 1 m3 levegőben lévő vízgőz tömege g-ban

• Hőmérséklet

T [°C, °K]

• Száraz hőmérséklet • Nedves hőmérséklet (nedves, párolgó hőmérővel)

• Hőtartalom (entalpia) • A száraz levegő hőtartalma • A vízgőz un. érezhető hőtartalmából • A vízgőz un. rejtett hőtartalmából (párolgáshő)

i [J] 𝑖 = 𝑚𝑙 𝑐𝑙 𝑡 + 𝑚𝑣 𝑐𝑣 𝑡 + 𝑚𝑣 𝑟

• Az állapotjellemzők összefüggnek, bármely kettő meghatározza az összes többit.


Mollier diagram

ÉPÜLETFIZIKA

Függ. tengely: • Nedvességtartam x [kg/kg]

Vízsz. tengely: • Száraz hőmérséklet

t [°C]

Görbesereg: • Relatív nedvességtartalom φ [%]

Ferde tengelyek: • Nedves hőmérséklet tv [°C] • Vízgőz résznyomás p [kPa] • Entalpia h [kJ/kg; kcal/kg] http://www.engineeringtoolbox.com/docs/documents/27/AirPsychrometricChart.gif Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

Külső levegő légnedvessége (Budapest)

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

Porózus anyagok nedvességfelvétele

ÉPÜLETFIZIKA

• 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

Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007. http://pubs.rsc.org/services/images/RSCpubs.ePlatform.Service.FreeContent.ImageService.svc/ImageService/Articleimage/2016/ NJ/c5nj03346b/c5nj03346b-f8_hi-res.gif, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la1011082?journalCode=langd5

Nedvességfelvétel, szorpciós izoterma

ÉPÜLETFIZIKA

• Állandó hőmérsékleten végzett mérések eredménye (20 °C) • φ: a próbatestet körülvevő levegő relatív nedvesség tartalma [%] • ω: a próbatest nedvességtartalma [m%, V%]

~ 75 %


4,5

Anyagok szorpciós izotermái 4,0

ÉPÜLETFIZIKA

kavicsbeton 3,5 cementvakolat gipsz fenyőfa

3,0

2,5

kisméretű tömör téglafal 2,0 B30 téglafal

1,5

Porotherm 30 N+F 1,0

Ytong 30 P2 Rockwool Multirock Austrotherm H80

0,5

0,0 0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

Adatok forrása Auricon Energetic John Straube: Moisture and Materials http://www.buildingscience.com/documents/digests/bsd-138-moisture-and-materials

100%

Anyagok szorpciós izotermái

ÉPÜLETFIZIKA

1 cementhabarcs 2 kovaföld 3 kavicsbeton 4 mészhabarcs 5 gipsz

1 tufabeton 2 gázszilikát 3 salakbeton 4 téglatörmelék-beton

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

1 tetőcserép 2 falazótégla 3 klinker

Megengedhető nedvességtartam

ÉPÜLETFIZIKA

• 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


Páradiffúzió

ÉPÜLETFIZIKA

• 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 𝑑

𝑝𝑖 − 𝑝𝑒 =

𝑝𝑖 −𝑝𝑒 , 𝐺

ahol:

• g gőzáramsűrűség • δ a páravezetési tényező

kg/m2s kg/msPa

• d helykoordináta

m

• p a vízgőz résznyomása

Pa

• G páravezetési ellenállás (d/δ)

• Több réteg esetén az ellenállások összegezhetők.

• Páraátadás jelensége létezik, de mértéke általában elhanyagolható.

http://www.betonopus.hu/notesz/mertekegyseg/mertekegyseg.htm Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

m2sPa/kg

Anyagok páratechnikai jellemzői

ÉPÜLETFIZIKA

Páradiffúziós (páravezetési) tényező

Páradiffúziós ellenállás

Páradiffúziós ellenállási szám

Páradiffúziós egyenértékű légréteg vastagság

δ

R δ, G

μ

sd

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.

kg/msPa, g/msMPa

m²sPa/kg, m²sMPa/g

arányszám, nincs

m

δ=d/Rδ

Rδ=d/δ

μ=δlevegő/δ

sd=μ×d

vasbeton (20 cm)

0,008×10-9

25×109

25

5

mészvakolat (1 cm)

0,024×10-9

0,0012×109

8,3

0,083

exp. polisztirol (10 cm)

0,040×10-9

10-20×109

20-40

2-4

kőzetgyapot (10 cm)

0,120×10-9

0,8×109

1,6

0,16

levegő (5 cm)

0,200×10-9

0,25×109

1

0,05

Jellemző Jele

Definíció

Mértékegysége Átszámolás

http://szigetelesinfo.hu/fogalmak/hoszigeteles

Páradiffúzió, réteges falban

ÉPÜLETFIZIKA

• t: hőmérsékleteloszlás • p: az egyes rétegekben kialakuló gőzáramsűrűség csökkenés úgy aránylik a teljes gőzáramsűrűséghez, ahogy az egyes rétegek ellenállásai a teljes páravezetési ellenálláshoz. • pt: telítési páranyomás, hőmérséklet alapján adott • p mindig legyen kisebb mint pt ellenkező esetben páralecsapódásra lehet számítani

• φ: relatív nedvességtartalom (p/pt) • ω: anyag nedvességtartama (a szorpciós izotermák szerint) • Nedvességre érzékeny anyagok esetében φ és ω értéke összevetendő a határértékkel


Páradiffúzió, réteges falban

ÉPÜLETFIZIKA

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)

Páralecsapódás a szerkezetben

ÉPÜLETFIZIKA

• 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


Fal rétegrend páraszellőző réteggel

ÉPÜLETFIZIKA

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


• 5 cm

átszellőztetett légrés

• 5 cm

mészkő lapburkolat

Egyensúlyi állapotban nincs páralecsapódás.

Auricon Energetic diagram (lent)

Fal rétegrend párafékező réteggel

ÉPÜLETFIZIKA

1. állapot •

2,5 cm

gipszkarton burkolat

•

15 cm


•

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


•

2 cm

OSB lapburkolat

•

2,5 cm

átszellőztetett légréteg

•

1 cm

pala burkolat

Egyensúlyi állapotban nincs páralecsapódás.

Auricon Energetic diagram (lent)

Állandósult, többdimenziós vízgőzáram

ÉPÜLETFIZIKA

• 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


Vonalmenti páraszellőztetés

ÉPÜLETFIZIKA

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 • Kilép a szellőzőn


nő esik

Pontszerű páraszellőztetéssel

ÉPÜLETFIZIKA

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!


Konvektív nedvességtranszport

ÉPÜLETFIZIKA

• 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


Határolószerkezetek felületeinek állagvédelme

ÉPÜLETFIZIKA

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


Nedvességfejlődés

ÉPÜLETFIZIKA

• 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

• Egy adag száradó ruha centrifugálva / centrifugálás nélkül

40

50-200 / 100-500

• Nedvességterhelés tervezési értékei • Lakószoba

200

• Konyha (csúcs)

250 (600-1500)

• Fürdőszoba (csúcs)

250 (700-2500)

• Eltávolítás • Páradiffúzió • Szellőzés

nem jelentős, ~3% megoldandó, ~97%

• Filtráció • Manuális szellőztetés • Gravitációs vagy gépi szellőztetés


Szellőztetés

ÉPÜLETFIZIKA

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] • mt: levegővel távozó vízgőz [g/h] • mb: levegővel belépő vízgőz [g/h]

• Vízgőz-koncentrációban kifejezve:

• L: a szellőző levegő térfogatárama [m3/h] • c: a vízgőz koncentráció [g/m3]

𝑊 = 𝑚𝑡 − 𝑚𝑏 𝑊 = 𝐿𝑐𝑡 − 𝐿𝑐𝑏 = 𝐿Δ𝑐

• De nem csak párát, hőt is visz, amit pótolnunk kell • A szellőztetési hőigény: • ρ: a levegő sűrűsége [g/m3] • c: a levegő fajhője [J/gK]

𝑄𝑠𝑧 = 𝐿𝜌𝑐 𝑡𝑖 − 𝑡𝑒

• Jó tervezéssel, hővisszanyeréssel ez csökkenthető


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

Recommend Documents