Difuzní tok a kondenzace vodní páry v konstrukci stěny - část 2
Difúzní tok vodní páry v zimním a letním období
Jak bylo již v části 1 uvedeno, dochází k vlhkostnímu toku stěnou v důsledku rozdílu částečného tlaku v obou vzduchových prostředích, oddělených stěnovou konstrukcí. Vlhkost prostupuje stěnou z prostředí s vyšším částečným tlakem do prostředí s nižším částečným tlakem.
V průběhu ročního období se měrná vlhkost vzduchu mění zejména u venkovního prostředí, jak je naznačeno např. na obr. 7 v části 1.
Teplota vzduchu, resp. konstrukce stěny ovlivňuje tlak syté vodní páry a tím i případnou kondenzaci vodní páry. Tak jak se mění vlhkost a teplota vzduchu, tak proměnná je velikost difúzního toku.
V další části příspěvku jsou pro instruktivnost zvoleny dva charakteristické stavy difúzního toku, vyznačené na obr. 7 v části 1 příspěvku jako:
- stav Z - zimní,
- stav L - letní.
Graficky je průběh tlaku vodní páry zobrazen pro oba stavy na jednovrstvé stěně s obecně použitým materiálem.
1. Stanovení difúze vodní páry v zimním období Z
Při předpokládaném průběhu částečného tlaku vodní páry ve venkovním vzduchu podle sinusoidy a při přibližné konstantní vlhkosti ve vnitřním prostředí jsou při posudku rozhodující zimní období Z s nejnižšími teplotami venkovního vzduchu a zároveň s nízkými hodnotami částečného tlaku vodní páry.
1.1 Parametry vzduchu Z (obr. 1)
Pro zimní podmínky podle obr. 1 byly zvoleny parametry vzduchu pro:
- stav 1 vnitřního vzduchu v místnosti s teplotou t1 = 20 °C a relativní vlhkostí φ = 60 %,
- stav 2 venkovního vzduchu s teplotou t2 = -10 °C a relativní vlhkostí φ = 80 %.
Měrná vlhkost vzduchu v místnosti má hodnotu x1 = 9 g/kgs.v. a měrná vlhkost venkovního vzduchu je x2 = 1,2 g/kgs.v..
Difúzní vlhkost bude pronikat obvodovou stěnou z vnitřního prostoru (i) do venkovního prostoru (e) při rozdílu částečného tlaku vodní páry:
pd1 - pd2 = 1,4 - 0,2 = 1,2 kPa
Obr. 1
Obr. 1 Příklad vstupních parametrů vzduchu pro difúzní tok stěnou v zimním období Z
1 (i) - parametry vzduchu v interiéru budovy, 2 (e) - parametry venkovního vzduchu
x1 - x2 - rozdíl měrných vlhkostí vzduchu stavu 1 a 2
1.2 Parametry syté vodní páry (obr. 2)
Pro určení tlaku syté vodní páry byl použit psychrometrický diagram, zobrazující stavy vzduchu pro zimní období Z.
Hodnota tlaku syté vodní páry u vnitřního vzduchu místnosti je označena stavem 1'' (při t1'' = 20 °C a φ'' = 100 %).
S grafickou přesností pro vnitřní vzduch při stavu 1'' jsou dány:
- měrná vlhkost vzduchu syté vodní páry hodnotou x1'' = 15 g/kgs.v.,
- tlak syté vodní páry hodnotou pd1'' = 2,32 kPa.
Vzduch s parametry stavu 1 se může sytit maximálně měrnou vlhkostí o hodnotu:
x1'' - x1 = 15 - 9 = 6 g/kgs.v.
Do stavu nasycení vodní párou může od stavu 1 vzduch zvýšit částečný tlak vodní páry o:
pd1'' = 2,32 - 1,39 ≅ 2,32 - 1,4 = 0,9 kPa
Hodnota tlaku syté vodní páry u venkovního vzduchu je označena stavem 2'' při t2'' = -10 °C a φ'' = 100 %.
S grafickou přesností pro venkovní vzduch při stavu 2' jsou dány:
- měrná vlhkost vzduchu syté vodní páry hodnotou x2'' = 1,6 g/kgs.v.
- tlak syté vodní páry hodnotou pd2'' = 0,25 kPa
Vzduch s parametry stavu 2 se může sytit měrnou vlhkostí maximálně o:
x2'' - x2 = 1,6 - 1,2 = 0,4 g/kgs.v.)
Do stavu nasycení vodní parou může od stavu 2 vzduch zvýšit částečný tlak vodní páry maximálně o:
pd2'' - pd2 = 0,25 - 0,19 = 0,06 kPa
Tento tlakový rozdíl představuje téměř zanedbatelnou hodnotu a vzduch při tak nízkých teplotách dosahuje hodnot úrovně tlaku syté vodní páry.
Obr. 2
Obr. 2 Stanovení tlaků syté vodní páry stavu 1 a 2 při difúzním toku v zimním období Z
x1'' - x1, (pd1'' - pd1) - rozdíly měrných vlhkostí (tlaků vodní páry) pro stav vzduchu 1 a stav vzduchu 1'' (na mezi sytosti vodní páry)
x2'' - x2, (pd2'' - pd2) - rozdíly měrných vlhkostí (tlaků vodní páry) pro stav vzduchu 2 a stav vzduchu 2'' (na mezi sytosti vodní páry)
1.3 Zobrazení toku tepla a vlhkosti jednovrstvou stěnou (obr. 3)
Na obr. 3 je demonstrativní grafická ukázka toku tepla a vlhkosti jednovrstvou stěnovou konstrukcí mezi vnitřním prostředím (i) a venkovním prostředím (e).
Údaje z obr. 1 a 2 vyjadřují tok tepla a vlhkosti při uvažování stavu vnitřního vzduchu 1 a vnějšího vzduchu 2.
Průběh teplot jednovrstvou stěnou z prostředí 1 do prostředí 2 je lineární, zjednodušeně bez uvažování přestupu tepla na obou lících stěny.
Vyznačení měrné vlhkosti u obou prostředí má vyjadřovat rozdílnost vlhkostí určující částečný tlak vodní páry.
Částečný tlak vodní páry jednovrstvou stěnou s konstantním difúzním odporem má lineární průběh se zanedbáním přestupu vlhkosti na obou lících stěny.
Z rozdílu tlaků syté vodní páry pd1'' a pd2'' u obou prostředí se může uvažovat teoretický lineární průběh tak, jak je lineární i průběh teplot v konstrukci stěny mezi teplotami t1 = 20 °C a t2 = -10 °C.
Pro názornost byly použity extrémní podmínky nízké teploty venkovního vzduchu pod bodem mrazu, u kterých ještě psychrometrický diagram uvádí odlišnosti v relativní vlhkosti vzduchu.
Tam, kde je čára průběhu tlaku syté vodní páry (pd") blízká čáře průběhu částečného tlaku v.p. prostupující vlhkosti (pd), nastává nebezpečí jejich vzájemného průniku a tedy nebezpečí kondenzace vodní páry.
Podle obr. 3 k takovému stavu může docházet:
- v období nízkých venkovních teplot (zimní období),
- u venkovního povrchu stěny,
- při vyšším difúzním odporu vrstvy ne straně prostupové stěny,
- při nízkých teplotách v konstrukci stěny (u obvodového líce je malý tepelný odpor vrstvy).
Obr. 3
Obr. 3 Příklad tepelně vlhkostních parametrů vzduchu uvedených na obr. 1 a 2 pro prostup tepla a vlhkosti jednovrstvou stěnou v zimním období Z
1 (i) - vnitřní líc stěny (vnitřní prostředí), 2 (e) - vnější líc stěny (venkovní prostředí)
t - průběh teploty stěnou, x - parametry měrné vlhkosti vzduchu,
pd - průběh částečného tlaku vodní páry, pd'' - teoretický průběh tlaku vodní páry na mezi sytosti
2. Stanovení difúze vodní páry v letním období
Při předpokládaném průběhu částečného tlaku vodní páry ve venkovním vzduchu přibližně podle sinusoidy a při konstantní vlhkosti ve vnitřním prostředí vychází často stav, kdy měrná vlhkost venkovního vzduchu je v létě vyšší než u vzduchu vnitřního.
Zvolme pro letní období stav, kdy:
- venkovní vzduch má vyšší teplotu a nižší relativní vlhkost,
- vnitřní vzduch má nižší teplotu a vyšší relativní vlhkost.
Na obr. 6 je uvedeno, že venkovní vzduch má vyšší měrnou vlhkost (je vlhčí, ačkoliv má nižší relativní vlhkost) než je měrná vlhkost vnitřního vzduchu.
2.1 Parametry letního stavu vzduchu L (obr. 4)
Pro letní podmínky podle obr. 4 byly zvoleny parametry vzduchu pro:
- stav 1 vnitřního vzduchu v místnosti s teplotou t1 = 20 °C a relativní vlhkostí φ = 60 %,
- stav 2 venkovního vzduchu s teplotou t2 = 23 °C a relativní vlhkostí φ = 55 %.
Měrná vlhkost vzduchu v místnosti má hodnotu x1 = 9 g/kgs.v. a měrná vlhkost venkovního vzduchu je x2 = 10 g/kgs.v..
Difúzní vlhkost bude pronikat obvodovou stěnou z venkovního prostoru (e) do vnitřního prostoru (i) při rozdílu částečného tlaku vodní páry:
pd2 - pd1 = 1,55 - 1,4 = 0,15 kPa
Obr. 4
Obr. 4 Příklad vstupních parametrů vzduchu pro difúzní tok stěnou v letním období L
1 (i) - parametry vzduchu v interiéru budovy, 2 (e) - parametry venkovního vzduchu
x2 - x1 - rozdíl měrných vlhkostí stavu 1 a 2
pd2 - pd1 - rozdíl částečných tlaků vodní páry u stavu vzduchu 1 a 2
2.2 Parametry syté vodní páry (obr. 5)
Pro určení tlaku syté vodní páry byl použit psychrometrický diagram, zobrazující stavy vzduchu pro letní období L.
Hodnota tlaku syté vodní páry u vnitřního vzduchu místnosti je označena stavem 1'' (při t1'' = 20 °C a φ'' = 100 %).
S grafickou přesností pro vnitřní vzduch při stavu 1'' jsou dány:
- měrná vlhkost vzduchu syté vodní páry hodnotou x1'' = 15 g/kgs.v.,
- tlak syté vodní páry hodnotou pd1'' = 2,32 kPa.
Vzduch s parametry stavu 1 se může sytit maximálně měrnou vlhkostí o hodnotu:
x1'' - x1 = 15 - 9 = 6 g/kgs.v.
Do stavu nasycení vodní párou může od stavu 1 vzduch zvýšit tlak vodní páry o:
pd1'' = 2,32 - 1,39 ≅ 2,32 - 1,4 = 0,9 kPa
Hodnota tlaku syté vodní páry u venkovního vzduchu je označena stavem 2'' při t2'' = 23 °C a φ'' = 100 %.
S grafickou přesností pro venkovní vzduch při stavu 2" jsou dány:
- měrná vlhkost vzduchu syté vodní páry hodnotou x2'' = 18,3 g/kgs.v.
- tlak syté vodní páry hodnotou pd2'' = 2,8 kPa
Vzduch s parametry stavu 2 se může sytit měrnou vlhkostí maximálně o:
x2'' - x2 = 18,3 - 10 = 8,3 g/kgs.v.)
Do stavu nasycení vodní parou může od stavu 2 vzduch zvýšit tlak vodní páry maximálně o:
pd2'' - pd2 = 2,8 - 1,55 = 1,25 kPa
Obr. 5
Obr. 5 Stanovení tlaků syté vodní páry stavu 1 a 2 při difúzním toku v letním období L
x1'' - x1, (pd1'' - pd1) - rozdíly měrných vlhkostí (tlaků vodní páry) pro stav vzduchu 1 a stav vzduchu 1'' (na mezi sytosti vodní páry)
x2'' - x2, (pd2'' - pd2) - rozdíly měrných vlhkostí (tlaků vodní páry) pro stav vzduchu 2 a stav vzduchu 2'' (na mezi sytosti vodní páry)
2.3 Zobrazení toku tepla a vlhkosti jednovrstvou stěnou (obr. 6)
Na obr. 4 je demonstrativní grafická ukázka toku tepla a vlhkosti jednovrstvou stěnovou konstrukcí mezi vnějším prostředím (e) a vnitřním prostředím (i).
Údaje z obr. 4 a 5 vyjadřují tok tepla a vlhkosti při uvažování stavu vnitřního vzduchu 1 a vnějšího vzduchu 2.
Průběh teplot jednovrstvou stěnou z prostředí 2 do prostředí 1 je lineární, zjednodušeně bez uvažování přestupu tepla na obou lících stěny. Vyznačení měrné vlhkosti (x) u obou prostředí má vyjadřovat rozdílnost vlhkostí určující částečný tlak vodní páry.
Částečný tlak jednovrstvou stěnou s konstantním difúzním odporem má lineární průběh se zanedbáním přestupu vlhkosti na obou lících stěny.
Z rozdílu tlaků syté vodní páry pd1'' a pd2'' u obou prostředí se může uvažovat teoretický lineární průběh tak, jak je lineární i průběh teplot v konstrukci stěny mezi teplotami t1 = 20 °C a t2 = 23 °C.
Pro názornost byly použity extrémní podmínky vyšší teploty venkovního vzduchu než je teplota uvnitř budovy.
Skutečný průběh vlhkostního toku stěnou je závislý i na součiniteli přestupu vlhkosti na vnějším a vnitřním líci stěny.
Tlak syté vodní páry na mezi sytosti je vyšší než je nejvyšší hodnota částečného tlaku v konstrukci. Tím, že pd'' je vyšší než maximální pd, je při jakémkoliv materiálovém složení vrstev průběh částečného tlaku stěnou vždy mimo riziko kondenzace stěny.
Obr. 6
Obr. 6 Příklad tepelně vlhkostních parametrů vzduchu uvedených na obr. 4 a 5 pro prostup tepla a vlhkosti jednovrstvou stěnou v letním období L
1 (i) - vnitřní líc stěny (vnitřní prostředí), 2 (e) - vnější líc stěny (venkovní prostředí)
t - průběh teploty stěnou, x - parametry měrné vlhkosti vzduchu,
pd - průběh částečného tlaku vodní páry, pd'' - teoretický průběh tlaku vodní páry na mezi sytosti
For determination of condensation of water vapour in wall is necessary to know process of partial pressure of water vapour and process of temperature in wall. Article features yearly process of partial pressure of water vapour from normative indicators.