Difuzní tok a kondenzace vodní páry v konstrukci stěny - část 3: Kondenzace vodní páry v konstrukci
V předchozích částech bylo uvedeno, že difuzní tok vodní páry konstrukcí stěny je způsoben rozdílem částečných tlaků mezi oběma vzduchovými prostory. Pro zjišťování kondenzace vodní páry v konstrukci stěny se za kriteriální období považuje zimní období s nízkou teplotou venkovního vzduchu při nízké měrné vlhkosti.
1. Zobrazení vzniku kondenzace ve stěnové konstrukci (obr. 1)
V předchozích částech bylo uvedeno, že difuzní tok vodní páry (v.p.) konstrukcí stěny je způsoben rozdílem částečných tlaků v.p. mezi oběma vzduchovými prostory. Fára průběhu částečného tlaku je vedena mezi vlhčím vzduchovým prostorem a prostorem s nižší vlhkostí vzduchu. Tok difuzní vlhkosti závisí na difuzním odporu jednotlivých vrstev stěny. Při grafickém vyjádření bývají tloušťky stěn v měřítku difuzních odporů a pak průběh částečného tlaku pd je lineární. Pro zjišťování kondenzace vodní páry v konstrukci stěny se za kriteriální období považuje zimní období s nízkou teplotou venkovního vzduchu při nízké měrné vlhkosti.
Pro grafické zobrazení na obr. 1 se považuje levý líc stěny za venkovní prostor (e) a pravý líc stěny za vnitřní prostor za vnitřní prostor (i). Difuzní tok v.p. dosahuje v zimním období nejvyšších hodnot a jeho směr je zprava doleva, a proto přímka průběhu částečného tlaku v.p. směrem doleva klesá.
Tlak syté v.p. (pd") závisí na teplotě a má hodnoty vyšší než jsou hodnoty částečného tlaku v.p. (pd) pro příslušný stav vzduchu při stejné teplotě. U nízkých teplot vzduchu (v zimním období) se obě hodnoty tlaku vodní páry pd" a pd k sobě blíží.
Na obr. 1 je uveden příklad průběhu obou tlaků vodní páry pd a pd" na obecné stěně s tloušťkou v měřítku difuzního odporu. U grafického zobrazení na obr. 1A je naznačen lineární průběh částečného tlaku v.p. (pd) a nelineární průběh tlaku syté v.p. (pd"). Nelineární průběh je zde proto, že tloušťka stěny není v měřítku tepelného odporu, ale v měřítku difuzních odporů.
Na obr. 1A leží celý průběh částečného tlaku v.p. (pd) pod průběhem tlaku syté v.p. (pd"). Ke kondenzaci vodní páry nedochází.
Na obr. 1B je vyznačen stav, při kterém obě křivky pd a pd" mají v bodě dotyku T stejnou hodnotu. V rovině stěny v bodě T je dosaženo tlaku syté v.p. a dochází zde ke kondenzaci (v rovině T).
Na obr. 1C dochází k průniku obou křivek tlaků v.p. pd a pd". Pásmo průniku obou křivek, tedy mezi body X a Y, je teoretické pásmo kondenzace, při kterém je průběh pd nad průběhem pd". Stav, při kterém by částečný tlak v.p. daného stavu dosahoval vyšších hodnot než je tlak syté v.p., není pochopitelně reálný. Pásmo kondenzace s tloušťkou RK je proto pouze teoretické.
Reálný průběh částečného tlaku v.p. (pd) je na obr. 1D, na kterém je vyznačen dotyk křivky pd s křivkou pd". Místa dotyku křivky pd s křivkou pd", označené X a Y, vymezují skutečné pásmo kondenzace vodní páry o šířce RK.
Obr. 1 Zobrazení principu kondenzace v.p. v konstrukci stěny
Legenda k obrázku 1:
A - stav bez kondenzace, B - stav s kondenzací v rovině stěny,
C - stav s kondenzací v teoretickém pásmu RK, D - stav s kondenzací ve skutečném pásmu RK
pd - částečný tlak v.p.; pdi, pde - částečný tlak v.p. na vnitřním, resp. vnějším líci stěny, pd" - tlak syté v.p., Rk - pásmo kondenzace
2. Nestacionární podmínky vzniku kondenzace
V části 1 je popsán průběh měrné vlhkosti venkovního vzduchu během ročního období. Z měrné vlhkosti vzduchu byl stanoven částečný tlak v.p. ve venkovním prostoru. Měrná vlhkost venkovního vzduchu a z ní odvozený částečný tlak vodní páry má v průběhu roku proměnnou velikost a ve vztahu k vnitřnímu vzduchu i proměnný charakter vlhkostního toku, např. obvodovou stěnou.
Pro vznik kondenzace vodní páry z difuzního toku stěnou konstrukce v atmosférickém prostředí, je rozhodující zimní období. Kriteriální hodnota pro nejnižší vlhkost při nejnižší teplotě venkovního vzduchu je v části 1 na obr. 8 vyznačena symbolem "Z". Při klimatických podmínkách uvedených pro symbol "Z" je možnost vzniku kondenzace vodní páry v obvodové stěně nejvyšší.
Dále uvedené obecné zásady, vysvětlené na grafických schématech, popisují tento jediný kriteriální stav. Během roku se venkovní podmínky a zejména teplota vzduchu mění a následně se teplotně přizpůsobuje i obvodová stěna. Ohřívání, resp. ochlazování stěny proudícím vzduchem podél vnějšího líce a od sálavého účinku sluneční radiace má vliv na průběh tlaku syté vodní páry a mění se i podmínky pro vznik kondenzace vodní páry ve stěnové konstrukci. V obecné poloze se ohříváním konstrukce stěny z venkovního prostoru zvyšuje hodnota tlaku syté v.p. Zjednodušeně platí, že při vyšší teplotě konstrukce stěny se vzdaluje průběh křivky tlaku syté v.p. (pd") od křivky částečného tlaku v.p. daného stavu (pd). Nebezpečí průniku obou křivek se snižuje, resp. eliminuje.
3. Stacionární podmínky vzniku kondenzace
K možnosti kondenzace významnou měrou přispívá složení (materiál) a tloušťka stěnové konstrukce, resp. jednotlivých vrstev stěny. Z hlediska materiálového složení stěny, resp. stěnové vrstvy, je pro difuzní tok rozhodující difuzní odpor stěny, resp. vrstvy, kterým se vyjadřuje stupeň propustnosti difuze vodní páry v příslušné stěnové vrstvě.
Uspořádáním jednotlivých vrstev stěny s různým difuzním odporem se vytváří tvarový průběh křivek částečného tlaku v.p. stěnou konstrukce. Difuzní odpor jednotlivých vrstev tedy rozhoduje o průběhu částečného tlaku v.p. při daném stavu.
O křivce tlaku syté v.p. v konstrukci rozhoduje teplota v daném místě stěny. Průběh teplot v konstrukci závisí na tepelném odporu jednotlivých vrstev stěny. Tepelný odpor je funkcí vodivosti materiálu λ a tloušťky d. Čím je nižší teplota v dané části konstrukce stěny, tím je nižší hodnota tlaku syté v.p. a tím více se přibližuje křivce průběhu částečného tlaku v.p. daného stavu.
4. Charakteristika průběhu částečného tlaku v.p. (pd) vícevrstvé stěny (obr. 2)
U vícevrstvé konstrukce stěny je hodnota difuzního odporu jednotlivých vrstev dána mírou velikosti směrnice přímky průběhu. Na obr. 2 jsou zobrazeny 3 varianty (varianta A, B, C) uspořádání vrstev. Třívrstvá stěna má řazení vrstev 1, 2 a 3 ve směru difuzního toku v.p.. Pro instruktivnost jsou všechny vrstvy o stejné tloušťce.
Z trojice vrstev 1 až 3 je vrstva s:
- nejmenším difuzním odporem Rmin s nejnižší směrnicí přímky průběhu,
- vyšším difuzním odporem Ropt s vyšší směrnicí přímky průběhu,
- nejvyšším difuzním odporem Rmax s nejvyšší směrnicí přímky průběhu.
Obr. 2 Průběh částečného tlaku v.p. v třívrstvé stěně s variantním uspořádáním vrstev A, B, C
a) Charakteristika křivky A (obr. 2A)
Na obr. 2A je vyznačen průběh částečného tlaku v.p. při řazení vrstev se sestupným difuzním odporem tak, že:
- vrstva 1 má difuzní odpor Rmax,
- vrstva 2 má difuzní odpor Ropt,
- vrstva 3 má difuzní odpor Rmin.
Ve směru difuzního toku se řadí vrstvy s postupně se snižujícím difuzním odporem. Tento charakteristický tvar křivky A je jednoznačně doporučován pro eliminaci vzniku kondenzace. Zejména nízká směrnice přímky průběhu ve třetí vrstvě, která je u venkovního prostoru, je pro zamezení vzniku kondenzace rozhodující.
b) Charakteristika křivky B (obr. 2B)
Na obr. 2B je naznačen průběh částečného tlaku v.p. při opačném řazení vrstev s difuzním odporem od nejmenšího k nejvyššímu R tak, že:
- vrstva 1 má difuzní odpor Rmin,
- vrstva 2 má difuzní odpor Ropt,
- vrstva 3 má difuzní odpor Rmax.
Charakteristické pro křivku B je vydutí průběhu částečného tlaku v.p. Většinou, při kritických stavech venkovního vzduchu dochází u charakteristické křivky B ke kondenzaci v.p. ve vrstvách stěny 2 a 3.
c) Charakteristika křivky C (obr. 2C)
Na obr. 2C je naznačen průběh částečného tlaku v.p. při nízkém difuzním odporu střední vrstvy stěny tak, že:
- vrstva 1 má difuzní odpor Rmax,
- vrstva 2 má difuzní odpor Rmin,
- vrstva 3 má difuzní odpor Rmax.
Při charakteristické křivce C je pro možnost vzniku kondenzace v konstrukci nepříznivě vysoký difuzní odpor vnější vrstvy 3. Při sledovaném kriteriálním stavu v zimním období dochází ke kondenzaci v oblasti přechodu mezi vrstvou 2 a 3.
5. Charakteristika průběhu tlaku syté v.p. (pd") (obr. 3)
Při třívrstvé stěně se stejnou tloušťkou vrstev, shodně s obr. 2, se předpokládá pro instruktivnost nepřímá závislost mezi tepelným odporem RT a difuzním odporem R. Nejčastěji tepelně izolační materiály mají nízký difuzní odpor a opačně. Je proto pro zjednodušenou představu dále uvažováno pro vrstvu stěny:
- s vysokým difuzním odporem Rmax nízký tepelný odpor RTmin,
- s nízkým difuzním odporem Rmin vysoký tepelný odpor RTmax.
Obr. 3 Průběh tlaku syté v.p. v třívrstvé stěně s variantním uspořádáním vrstev A, B, C
U variant shodně uspořádaných vrstev třívrstvé stěny, podle obr. 2, jsou na obr. 3 zobrazeny průběhy tlaků syté v.p. (pd").
a) Charakteristika křivky A (obr. 3A)
Při vyšším tepelném odporu vnější vrstvy stěny 3, než je tepelný odpor vrstvy 2 a vrstvy 1, je průběh křivky pd" "vypouklý", neboť teplota ve vrstvách stěny 2 a 1 je vysoká. Ke kondenzaci vodní páry ve stěnové konstrukci podle obr. 3A nemůže docházet, jak plyne z porovnání obr. 2A a 3A.
b) Charakteristika křivky B (obr. 3B)
Při nízkém tepelném odporu RTmin vnější vrstvy stěny 3 a vysokém tepelném odporu RTmax vnitřní vrstvy stěny 1 má křivka průběhu pd" prudce klesající charakter ve směru difuzního toku. Charakteristika křivky pd je způsobena nízkou teplotou ve stěně (chladná stěna), neboť tepelně izolační vrstva je na vnějším líci stěny - vrstva 1.
Při porovnání s průběhem pd na obr. 2B lze s jistotou uvažovat s průnikem obou křivek a tím ke vzniku kondenzace v rozmezí vrstev 2 a 3.
c) Charakteristika křivky C (obr. 3C)
Při tepelně izolační vrstvě uvnitř konstrukce (vrstva 2) křivka průběhu pd se dvěma čárami má příznivý tvar ve vrstvě 2 a 3. Rozhodující pro vznik kondenzace je však velikost tepelného odporu a tloušťka venkovní vrstvy 3. Při běžných podmínkách je riziko kondenzace reálné, i když je nižší než u varianty B.
Article describes graphic display of condensation's rise in wall insulator construction and characteristic curves of partial pressure's process for multiply walling with various difusion resistance.