Difuze a kondenzace vodní páry

11.2.3

Difuze a kondenzace vodní páry

K difuzi vodní páry ve stavebních konstrukcích dochází za předpokladu, že konstrukce odděluje dvě prostředí s rozdílnými teplotními a vlhkostními podmínkami. V důsledku takto vzniklého gradientu částečných tlaků vodních par dochází v makrokapilárách stavebních materiálů k pohybu vlhkosti podle zákonů difuze od místa s vyšším parciálním tlakem vodní páry k místu s tlakem nižším.

 NahoruNORMOVÉ POŽADAVKY

Norma ČSN 73 0540 doporučuje navrhovat stavební konstrukce tak, aby v nich nedocházelo ke kondenzaci vodní páry.

Kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce se vždy hodnotí s bezpečnostní vlhkostní přirážkou ∆ φ _i = 5 %. Kromě posuzování konstrukcí ve vlhkých nebo mokrých provozech se tedy běžně uvažuje φ _i + Δ φ _i = 55 %.

 NahoruNormové požadavky

V případě, že v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry, musí být současně splněny tři následující požadavky:

• kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce (např. změnou statických nebo fyzikálních vlastností materiálu, vznikem plísní, degradací materiálu nebo výrazným snížením životnosti konstrukce),

• množství vodní páry zkondenzované v konstrukci během jednoho ročního cyklu musí být nižší nebo nanejvýše rovno množství vodní páry, které je schopno se v průběhu téhož cyklu vypařit,

• ročně zkondenzované množství vodní páry nesmí přesáhnout normativní limit, který činí:

  • pro jednoplášťové střechy, konstrukce se zabudovanými dřevěnými prvky, konstrukce s vnějším zateplovacím systémem, vnějším obkladem či jinými difuzně málo propustnými vnějšími vrstvami nižší z hodnot

    M_c,a =0,1 kgm^-2 a

    nebo 3% plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci při jeho objemové hmotnosti materiálu nad 100 kg/m³, při objemové hmotnosti materiálu do 100 kg/m³ platí limit 6% plošné hmotnosti

    • pro ostatní konstrukce nižší z hodnot

    M_c,a = 0,5 kgm^{-2 a nebo}

    5% plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci při jeho objemové hmotnosti materiálu nad 100 kg/m³, při objemové hmotnosti materiálu do 100 kg/m³ platí limit 10% plošné hmotnosti.

U konstrukcí s větranou vzduchovou vrstvou musí relativní vlhkost vzduchu proudícího v této vrstvě po celé délce této vrstvy splňovat podmínku

φ _cv < 90 %.

Uvedený požadavek, který musí být splněn i za bezvětří, minimalizuje riziko kondenzace vodní páry v prostoru vzduchové vrstvy a na přilehlém povrchu vnějšího pláště. U tohoto typu konstrukcí se z hlediska kondenzace vodní páry hodnotí samostatně jak souvrství od vnitřního povrchu k větrané vzduchové vrstvě (vnitřní plášť), tak souvrství od větrané vzduchové vrstvy k vnějšímu povrchu konstrukce (vnější plášť).

 NahoruZÁKLADNÍ VELIČINY

Součinitel difuzní vodivosti vodní páry δ _p (někdy též nazývaný součinitel difuze vodní páry) je jednou ze základních veličin, charakterizujících difuzní schopnost materiálu. Tento součinitel je možno považovat za již tradiční způsob vyjádření difuzních vlastností materiálu, který se v české odborné literatuře užíval po několik desetiletí. V současné době se prioritně využívá faktor difuzního odporu μ, což je bezrozměrná veličina, která udává, kolikrát je příslušný materiál pro vodní páru méně propustný než vzduch.

 NahoruSoučinitel difuzní vodivosti

Pro vzájemný přepočet těchto dvou jednotek platí vztah:

 NahoruFaktor difuzního odporu

kde je:

Pro běžné výpočty se užívá konstantní hodnoty N = 5,315 .10⁹ s^-1.

Další veličinou, vypovídající o difuzních vlastnostech materiálu, je ekvivalentní difuzní tloušťka vrstvy s_d – používá se především pro rychlé porovnání difuzních kvalit nátěrových a fóliových materiálů.

 NahoruEkvivalentní difuzní tloušťka

Ekvivalentní difuzní tloušťku materiálu lze určit ze vztahu:

s_d = μ . d (m)

Analogicky k tepelnému odporu se užívá i pojem difuzní odpor konstrukce Z_p. Pro jeho vyčíslení lze užít buď součinitele difuze vodní páry, faktoru difuzního odporu nebo ekvivalentní difuzní tloušťky.

Difuzní odpor vícevrstvé konstrukce se vyčíslí ze vztahu:

 NahoruDifuzní odpor

kde:

popřípadě:

ZJIŠTĚNÍ VÝSKYTU KONDENZACE VODNÍ PÁRY UVNITŘ KONSTRUKCE

Metodika zjištění výskytu kondenzace vodní páry uvnitř stavebních konstrukcí vychází z porovnání hodnot částečných (parciálních) tlaků vodní páry – skutečného částečného tlaku vodní páry p_v a částečného tlaku nasycené vodní páry p_v,sat v konstrukci. Částečný tlak vodní páry ve vzduchu je funkcí teploty a vlhkosti vzduchu a udává se v pascalech (Pa).

Zjištění výskytu kondenzace se s ohledem na rozsah výpočtu a požadavky na jeho přesnost vždy provádí pomocí výpočetní techniky.

ROČNÍ BILANCE KONDENZACE A VYPAŘOVÁNÍ VODNÍ PÁRY

 NahoruBilance kondenzace a vypařování

V případě, že v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry, je dalším krokem hodnocení konstrukce vyčíslení časového průběhu kondenzace a vypařování vodní páry.

Současná česká tepelně technická legislativa (5) připouští v této oblasti dvě metodiky výpočtu, a sice starší původní českou (skoro již klasickou) metodiku dle ČSN 73 0540, která pracuje s ročně zkondenzovaným a vypařitelným množstvím vodní páry a novější metodiku podle ČSN EN ISO 13788 (6), která v období modelového roku hodnotí průběh kondenzace a vypařování v jednotlivých měsících.

Výsledkem výpočtu "klasickou“ metodikou je konstatování o aktivní (vyhovující) či pasivní (nevyhovující) roční bilanci kondenzace a vypařování, výpočet podle ISO normy (6) končí zjištěním, zda kondenzační zóna je na konci modelového roku suchá (konstrukce vyhovuje) nebo vlhká (konstrukce nevyhovuje).

Výpočtové hodnocení se provádí pro vnější i vnitřní konstrukce s výjimkou konstrukcí přilehlých k zemině. Podle požadavku normy se preferuje hodnocení podle metodiky (6) s tím, že při nedostatku údajů o návrhových klimatických parametrech se pro vnější konstrukce připouští výpočet podle ČSN 73 0540-4. Je-li proveden výpočet podle obou citovaných metodik, s normovými požadavky se porovnává méně příznivý výsledek.

Jedinou reálnou možností pro vyhodnocení kondenzace a vypařování vodní páry v průběhu ročního cyklu je (vzhledem k rozsáhlosti výpočtu, velkému množství vstupních údajů a možnosti rychlého zpracování případných variantních řešení) použití výpočetní techniky. Tento výpočet je obvykle součástí programů, sloužících ke komplexnímu tepelně technickému hodnocení stavebních konstrukcí.

 NahoruDIFUZE VODNÍ PÁRY SPÁRAMI A OTVORY

 NahoruSpárová difuze

V praxi se vyskytuje řada konstrukcí, které jsou buď zcela nebo téměř nepropustné pro difundující vodní páru. Buď se jedná o konstrukce ze zcela paronepropustných materiálů (např. konstrukce z tvarovaných plechových prvků) nebo některá z vrstev konstrukce je omezeně paronepropustná (např. mechanicky kotvená parotěsná fólie ve skladbě lehkého obvodového pláště). V obou případech není možno uvažovat příslušnou konstrukci jako bezespárou plošnou vrstvu, ale je třeba do výpočtu zahrnout vliv difuze vodní páry spárami, popřípadě otvory, způsobenými technickým a technologickým řešením skladby konstrukce.

Experimentální výzkum, provedený v oblasti difuze vodních par bodově poškozenými materiály, prokázal, že pokud podíl otvorů činí více než 1 % celkové plochy základního materiálu, difuzní vlastnosti perforovaného prvku již nezávisejí na jeho materiálu a například takto poškozená parotěsná fólie je z pohledu jejích difuzních vlastností zcela nefunkční.

ZÁSADY PRO NAVRHOVÁNÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ Z HLEDISKA DIFUZE A KONDENZACE VODNÍ PÁRY

Hlavní zásadou pro navrhování vrstvených stavebních konstrukcí z hlediska difuze a kondenzace vodní páry je správné řazení jednotlivých vrstev konstrukce z hlediska jejich difuzního odporu. Optimální skladba je v tomto případě taková skladba, kde difuzní odpor vrstev klesá směrem od vnitřního k vnějšímu povrchu. Znamená to, že vrstva s nejvyšším difuzním odporem je situována na vnitřním líci konstrukce, vrstva s nejnižším difuzním odporem naopak na líci vnějším. Někteří autoři doporučují, aby se velikost součinu součinitele tepelné vodivosti a faktoru difuzního odporu jednotlivých vrstev snižovala od interiéru směrem k exteriéru.

Uvedené zásady je třeba chápat jako teoretický návod pro ideální návrh konstrukce. Její striktní dodržení v praxi je někdy téměř nemožné a vyskytuje se řada konstrukcí, jejichž vrstvy jsou řazeny v přímém protikladu s uvedenou zásadou, viz např. jednoplášťová střešní konstrukce s klasickou skladbou vrstev.

V případě, že je třeba navrhnout skladbu konstrukce, na jejímž vnějším líci je vrstva s velmi vysokým nebo i absolutním difuzním odporem (sklo, plech apod.), jsou teoreticky možné dva přístupy řešení:

• před vnější parotěsnou vrstvu vřadit větranou vzduchovou vrstvu a konstrukci řešit jako dvouplášťovou,

• také na vnitřní líc konstrukce navrhnout vrstvu se stejným nebo je-li to možné s vyšším difuzním odporem, než je na líci vnějším. V tomto případě je však třeba zajistit, aby materiály, které jsou uvnitř skladby konstrukce v podstatě parotěsně uzavřeny, měly v době zabudování minimální vlhkostní obsah.

Z hlediska výpočtového hodnocení navrhovaných konstrukcí je třeba v případě, že skladba konstrukce obsahuje parotěsné vrstvy se spárami, styky nebo spoji, uvažovat vliv spár na snížení difuzního odporu těchto vrstev a vždy do výpočtu zahrnout vliv spárové difuzní vodivosti. Nedodržení této zásady velmi často vede k výraznému zkreslení skutečného chování konstrukce a výskytu obtížně odstranitelných poruch.

 NahoruPŘÍKLAD VÝPOČTU

Vstupní údaje