Difúzní tok a kondenzace vodní páry v konstrukci stěny – část 1 – Vlhký vzduch a vznik difúzního toku
Vlhkostní tok stěnou konstrukce mezi rozdílným vzduchovým prostředím je způsoben dispozičním tlakem vodní páry, která je obsažená ve vzduchu. Metoda výpočtu průchodu difúzní vlhkosti, z prostředí s vyšším částečným tlakem vodní páry do prostředí s nižším částečným tlakem vodní páry stěnou oddělující obě prostředí, je podobná s předchozím tokem tepla při nahrazení:
- tepelného toku vlhkostním tokem,
- teplotního průběhu stěnou průběhem částečného tlaku vodní páry,
- tepelného odporu stěny difúzním odporem stěny,
- přestupu tepla na obou přestupových plochách přestupem vlhkosti.
1. Tlak vodní páry ve vzduchu
Plynné prostředí, např. vzduch, obsahuje v běžných podmínkách vodní páru. Obsah vodní páry ve vzduchu vyjadřuje stav vlhkosti, který je dán nejčastěji relativní vlhkostí a teplotou. Uvažujeme-li atmosférický tlak pro suchý vzduch, pak představuje vodní pára ve vzduchu dílčí nebo také částečný tlak, jehož velikost je přímo úměrná množství vlhkosti (vody) obsažené ve vzduchu.
V plynném prostředí je vhodné pro stanovení množství volit jednotku, která s teplotou nepodléhá objemovým změnám. Tou je jednotka hmotnosti (tj. 1 kg suchého vzduchu). Měrná vlhkost ve vzduchu nebo ve spalinách vyjadřuje obsah vody v kg, který je obsažený v jednom kilogramu suchého vzduchu, při atmosférickém tlaku 101,325 kPa. Měrné vlhkosti je přímo úměrný tlak vodní páry obsažený ve vzduchu, resp. ve spalinách.
Čím větší je obsah vody (větší měrná vlhkost) ve vzduchu, tím úměrně větší je hodnota tlaku vodní páry.
Stěnou, oddělující dvě vzduchová prostředí, např. venkovní a vnitřní prostor, se přetlačuje vlhkost, kterou nazýváme difúzní, z prostředí s vyšší vlhkostí, tj. s vyšším částečným tlakem vodní páry do prostředí s nižší vlhkostí, tj. nižším částečným tlakem vodní páry.
Na obr. 1 je graficky vyjádřen průběh částečného tlaku vodní páry jednovrstvou stěnou tloušťky d z materiálu o konstantním difúzním odporu. Dispoziční tlak pro difúzní tok vodní páry pcd je dán rozdílem částečných tlaků vodní páry od vnitřního vzduchového prostředí pdi a od vnějšího vzduchového prostředí pde. Hodnota částečných tlaků vodní páry na vnitřním povrchu stěny pdip a vnějším povrchu stěny pdep snižuje rozdíl pcd o přestupy vlhkosti u obou přestupových ploch a platí:
Obr. 1 Výpočtové schéma vlhkostního toku jednovrstvou stěnou - v délkovém měřítku
Legenda k obrázku:
G - difúzní vlhkostní tok, pdi - částečný tlak vodní páry vnitřního vlhčího prostředí, pde - částečný tlak vodní páry vnějšího suššího prostředí, pcd - dispoziční částečný tlak vodní páry, pdip - částečný tlak vodní páry na vnitřní přestupové ploše, pdep - částečný tlak vodní páry na vnější přestupové ploše, d - délka stěny
1.1 Prostup vlhkosti stěnou
Z podobnosti pro prostup tepla stěnou konstrukce můžeme vyjádřit i prostup vlhkosti stěnou, při jednotkové prostupové ploše S = 1 m2 podle vztahu:
Ud je součinitel prostupu vodní páry stěnou (g/m2hPa)
pdi částečný tlak vodní páry u vlhčího prostředí (Pa)
pde částečný tlak vodní páry u suššího prostředí (Pa)
Součinitel prostupu vodní páry se vyjadřuje na základě odporu při prostupu vodní páry Rd vztahem:
Odpor při prostupu vodní páry je podobně jako u tepelného odporu dán vztahem:
Rdi je odpor při přestupu vodní páry ze vzduchu do konstrukce podle vztahu:
Rde je odpor při přestupu vodní páry z povrchu konstrukce stěny podle vztahu:
Rdδ je difúzní odpor konstrukce stěny, který se stanoví podle vztahu
Pro jednotlivé vztahy značí uvedená symbolika:
hi - součinitel přestupu vodní páry na povrch stěny v prostředí s vyšším částečným tlakem (g/m2h)
he - součinitel přestupu vodní páry z povrchu stěny do prostředí s nižším částečným tlakem (g/m2h)
d - šířka vrstvy stěny (m)
δ - součinitel difúze vodní páry materiálu konstrukce (g/mhPa)
Přestup vlhkosti je ve výpočtu řešen shodně s přestupem tepla. Přestup vlhkosti závisí na součiniteli přestupu vlhkosti (h) ze vzduchu na povrch stěny a nebo naopak, podle intenzity proudění vzduchu podél stěny.
Součinitel přestupu vlhkosti se stanovuje složitěji a méně přesně než součinitel přestupu tepla. Někdy se ve výpočtu přestup vlhkosti zanedbává. Pak se také odpovídající odpory při přestupu vodní páry Rdi + Rde ve výpočtu nestanovují.
1.2 Difúzní odpor vícevrstvé stěny
Difúzní odpor u vícevrstvé stěny Rdδ je podobně jako u tepelného odporu složen z difúzních odporů jednotlivých vrstev stěny a stanovuje se podle vztahu:
di je tloušťka vrstvy stěny (m)
δi součinitel difúze vodní páry materiálu vrstvy stěny (g/mhPa)
Difúzní tok při vedení vlhkosti stěnou (po zanedbání přestupu vlhkosti) se pak zjednoduší i v symbolice a vyjádří se vztahem:
Rd je difúzní odpor jednovrstvé stěnové konstrukce (Pam2h/g)
pdi částečný tlak vodní páry prostředí s vyšší vlhkostí (shodný s povrchem stěny) (Pa)
pde částečný tlak vodní páry prostředí s nižší vlhkostí (shodný s povrchem stěny) (Pa)
Vlhkostní tok konstrukce vícevrstvé stěny se pak vyjádří vztahem:
Rdi je difúzní odpor i-té vrstvy stěnové konstrukce (Pam2h/g)
Podle vztahu (6) je velikost vlhkostního toku G závislá na rozdílu částečných tlaků obou prostředí a nepřímo úměrná celkovému difúznímu odporu stěny.
Pro grafickou představu o přímkovém průběhu částečného tlaku vodní páry stěnou je proto nutné vyjádřit šířku stěny, resp. šířku vrstvy stěny difúzním odporem.
1.3 Průběh částečného tlaku v měřítku difúzních odporů (obr. 2)
Na obr. 2 je pro třívrstvou stěnu vyjádřen průběh částečného tlaku vodní páry pro stěnu o šířce tvořenou difúzním odporem Rd = Rd1 + Rd2 + Rd3. Každá vrstva s příslušným difúzním odporem je označena číslem vrstvy 1, 2, 3.
V mezních plochách mezi vrstvami stěny jsou označeny tyto plochy na obr. 2 čísly I a II.
Pro tyto mezní plochy lze grafickou metodou z lineárního průběhu částečných tlaků stanovit příslušnou velikost částečných tlaků pdI a pdII.
Pro mezní rovinu I stanovíme částečný tlak podle vztahu:
Pro mezní rovinu II stanovíme částečný tlak podle vztahu:
Stanovení částečného tlaku vodní páry v mezních rovinách I a II v měřítku difúzních odporů jednotlivých vrstev je potřebné pro zjišťování těchto bodů u průběhu částečného tlaku vodní páry, vyneseného v délkových mírách vrstev.
Obr. 2 Výpočtové schéma vlhkostního toku třívrstvou stěnou v měřítku difúzních odporů
Legenda k obrázku:
G - vlhkostní tok konstrukcí stěny; 1, 2, 3 - označení materiálových vrstev konstrukce stěny; R1, R2, R3 - difúzní odpory příslušných vrstev konstrukce stěny 1, 2, 3; pdi - částečný tlak vodní páry vnitřního vlhčího prostředí, pde - částečný tlak vodní páry vnějšího suššího prostředí, pI - částečný tlak mezi vrstvami 1 a 2, pII - částečný tlak mezi vrstvami 2 a 3
1.4 Průběh částečný tlaku v délkovém měřítku (obr. 3)
Při zobrazení průběhu částečného tlaku v rozměrovém měřítku (se skutečnými délkami vrstev) se u vícevrstvé stěny vytváří čára částečného tlaku vodní páry tvořená zalomenou přímkou, jak uvádí obr. 3.
U vrstev s vyšším difúzním odporem je průběh částečného tlaku dán strmější přímkou (vrstva 1) než u přímky, která přísluší vrstvě s nižším difúzním odporem (vrstva 2). Podle obr. 3 má nejnižší difúzní odpor poslední vrstva ve směru vlhkostního toku (vrstva 3).
Průběh částečného tlaku vodní páry vícevrstvou stěnou konstrukce budovy se stanovuje zejména proto, aby došlo k porovnání s průběhem tlaku syté vodní páry. Ten se pak stanovuje podle průběhu teploty v konstrukci stěny.
Oba výpočty, jak stanovení průběhu částečného tlaku, tak i stanovení průběhu teploty, mohou být uvažovány:
- při daném stavu teplot a vlhkosti obou prostředí (vnitřního i vnějšího). Většinou se volí stav při extrémních ustálených podmínkách vlhkosti a teplot,
- v průběhu charakteristického období (např. ročního období) s intervalovým záznamem průměrných hodnot. Takový výpočet je bilanční a je založen na předpokládaném, např. celoročním průběhu teplot a vlhkostí vzduchu u obou prostředí.
Obr. 3 Výpočtové schéma vlhkostního toku třívrstvou stěnou - v délkovém měřítku
Legenda k obrázku:
G - vlhkostní tok konstrukcí stěny; 1, 2, 3 - označení materiálových vrstev konstrukce stěny, pdi - částečný tlak vodní páry vnitřního vlhčího prostředí, pde - částečný tlak vodní páry vnějšího suššího prostředí, pI - částečný tlak mezi vrstvami 1 a 2, pII - částečný tlak mezi vrstvami 2 a 3; d1, d2, d3 - délka jednotlivých vrstev stěny
2. Vlastnosti vlhkého vzduchu
Pro posouzení vzniku kondenzace vodní páry na povrchu konstrukce nebo při prostupu vodní páry konstrukcí je výhodné posoudit stav vzduchu podle parametrů, které jsou uvedeny v psychrometrickém diagramu (h-x diagramu).
V h-x diagramu na obr. 4 jsou uvedeny závislosti stavových veličin vlhkého vzduchu, které jsou vztaženy na 1 kg suchého vzduchu při atmosférickém tlaku 101 325 Pa.
Každý bod na ploše diagramu představuje stav vlhkého vzduchu, který je popsán:
- teplotou (t) ve °C,
- relativní vlhkostí (φ) v %,
- měrnou vlhkostí (x) v g vody na 1 kg suchého vzduchu,
- částečným tlakem vodní páry (p) v kPa,
- hustotou (ρ) v kg/m3,
- entalpií (tepelným obsahem) (h) v kJ na 1 kg suchého vzduchu.
Základem osové soustavy je:
- teplota - na y-ové pořadnici,
- měrná vlhkost vzduchu na x-ové pořadnici.
V průsečíku teploty a měrné vlhkosti vzduchu jsou uvedeny ostatní parametry stavu vzduchu s vyznačením na stupnicích veličin vlhkého vzduchu:
- teplota vzduchu (t) má stupnici na y-ové pořadnici. Na této pořadnici y má vzduch nulovou vlhkost. Izotermy jsou čáry konstantních teplot, mají lineární průběh v závislosti na vlhkosti vzduchu,
- měrná vlhkost vzduchu (x) vyjadřuje hmotnostní obsah vody (v kg nebo g vztažených na 1 kg suchého vzduchu). Měrná vlhkost má stupnici na x-ové pořadnici, logicky od nulové hodnoty doprava vlhkost stoupá,
- relativní vlhkost (φ - dříve, nyní též φ) vyjadřuje v % obsah vodní páry vzhledem k obsahu vodní páry u nasyceného vzduchu. Jinak je to též poměr částečného tlaku vodní páry ve vzduchu k tlaku syté vodní páry na mezi sytosti.
Stupnice relativních vlhkostí vede šikmo zleva doprava.
Pro relativní vlhkost vzduchu platí, že:- při vyšší teplotě vzduchu se relativní vlhkost snižuje,
- při vyšší měrné vlhkosti vzduchu se relativní vlhkost zvyšuje.
- částečný tlak vodní páry (p) má shodnou stupnici s měrnou vlhkostí na x-ové pořadnici. S vyšším obsahem vodní páry ve vzduchu, tj. s vyšší vlhkostí vzduchu lineárně stoupá i částečný tlak vodní páry.
- hustota vzduchu (ρ) má stupnici na ose y v opačném směru než je stupnice teplot vzduchu. S vyšší teplotou vzduchu se hustota vzduchu snižuje (vzduch je lehčí). Čáry konstantních hustot, jak jsou uvedené na obr. 4, jsou vyznačeny čárkovaně s tendencí mírného poklesu s rostoucí vlhkostí vzduchu. Oproti izotermám (čárám konstantních teplot), které jsou vyznačeny plně, mají čáry konstantní hustoty vyšší pokles. Je tím vyjádřeno, že čím vyšší je obsah vodní páry ve vzduchu, při stejné teplotě, tím je hustota vzduchu nižší.
- tepelný obsah (entalpie) (h) vyjadřuje množství tepla při daném stavu vlhkého vzduchu, vztažené na 1 kg suchého vzduchu. Stupnice entalpie s lineárním průběhem má osu stoupání zleva doprava. Má počátek v nulové teplotě suchého vzduchu (při teplotě suchého vzduchu t = 0°C je nulový i tepelný obsah vzduchu h = 0 kJ/kg).
Nejčastěji je stav vlhkého vzduchu dán měřením teploty a relativní vlhkosti a z těchto hodnot lze pak stanovit v psychrometrickém diagramu i další parametry vzduchu. Pro naměřené hodnoty stavu vzduchu, označené na obr. 4 bodem A je:
- teplota t = 20 °C a
- relativní vlhkost φ = 60 %
a tím získáme z diagramu podle obr. 4 s grafickou přesností další hodnoty:
- měrnou vlhkost x = 9 g/kgs.v.
- částečný tlak vodní páry p = 1,4 kPa
- tepelný obsah vzduchu h = 46 kJ/kgs.v.
- hustotu ρ = 1,16 kg/m3.
Obr. 4 Psychrometrický diagram vlhkého vzduchu osové soustavy veličin
Legenda k obrázku:
t (°C) - teplota
ρ (kg/m3) - hustota
x (g/kgs.v.) - měrná vlhkost
pd (kPa) - částečný tlak vodní páry
h (kJ/kgs.v.) - tepelný obsah (entalpie)
φ (%) - relativní vlhkost
3. Parametry pro kondenzaci vodní páry (obr. 5)
Využití h-x diagramu při stanovení kondenzace vodní páry na povrchu obvodové stěny nebo v konstrukci stěny při difúzi vodní páry, je naznačeno na obr. 5.
V diagramu je zvýrazněna křivka nasycení vzduchu vodní párou (φ = 100 %).
3.1 Rosný bod vzduchu (bod A')
Při ochlazování vzduchu se podle obr. 5 svisle po ose teplot dosahuje postupně vyšších relativních vlhkostí. Po dosažení relativní vlhkosti φ = 100 % dochází ke kondenzaci vodní páry v bodě A'. Tento stav ochlazeného vzduchu nazýváme rosný bod vzduchu a vyjadřujeme jej teplotou kondenzace vodní páry ve vzduchu, jinak též teplotou rosného bodu vzduchu. Pro stav vzduchu A podle obr. 5 je rosný bod označen A', resp. teplotou rosného bodu tRA = 12 °C. U místnosti, ve které je stav vzduchu A, bude na každém povrchu místnosti (např. okně nebo chladném předmětu), kde je nižší teplota než 12 °C, kondenzovat ve vzduchu obsažená vodní pára.
3.2 Mez sytosti vodní páry (bod A'')
Při konstantní teplotě vzduchu, např. 20 °C, a nižší relativní vlhkosti než je 100 %, dovoluje vzduch přijímat další zvýšení vlhkosti až do meze, kterou opět představuje křivka nasycení vzduchu vodní párou - relativní vlhkost φ = 100 %.
Na obr. 5 je vyjádřením meze sytosti vodní páry u stavu vzduchu A, pro danou teplotou tA = 20 °C, bod A'', tvořící průsečík izotermy 20 °C s křivkou relativní vlhkosti 100 %. Nejčastěji se však tento stav, označený bodem A, pro příslušnou teplotu popisuje na spodní stupnici x-ové pořadnice tlakem vodní páry na mezi sytosti. Platí pak, že pro teplotu tA = 20 °C je tlak syté vodní páry ve vzduchu dán hodnotou pDA'' = 2,38 kPa.
Obr. 5 Příklad stanovení parametrů vzduchu stavu A pro kondenzaci vodní páry
Legenda k obrázku:
A' (tRA) - rosný bod (teplota rosného bodu vzduchu)
A'' (pDA'') - tlak syté vodní páry
4. Vlhkost vzduchu v průběhu roku
Při difúzi vodní páry konstrukcí stěny je množství procházející vlhkosti závislé na rozdílu částečných tlaků vodní páry mezi oběma vzduchovými prostory. Nejčastěji uvažujeme na obou lících obvodové stěny venkovní a vnitřní vzduchové prostředí.
Průběh vlhkosti vzduchu ve vnějším prostředí během ročního období je závislý na klimatických podmínkách, které jsou většinou popsány měřenou hodnotou relativní vlhkosti a teplotou vzduchu. V zimním topném období, kdy jsou nízké teploty vzduchu, má venkovní vzduch nejvyšší relativní vlhkost. V letním období je při vyšších teplotách vzduchu nižší relativní vlhkost vzduchu. Z hlediska měrné vlhkosti je vnější vzduchové prostředí charakteristické:
- nízkou měrnou vlhkostí v zimních měsících, zejména v měsíci lednu a únoru,
- vysokou měrnou vlhkostí v letních měsících, zejména v červnu až září.
Úměrně tak, jak je produkována vlhkost ve vnitřním prostoru budovy, např. od lidí a z jejich činnosti a dále v závislosti na intenzitě větrání vnitřního prostoru se mění i vlhkost vzduchu. Větráním vnitřního prostoru venkovním vzduchem odvádíme velmi často vlhkost z místnosti v případě, že ve venkovním prostředí je nižší vlhkost než ve vnitřním prostoru.
4.1 Měření celoročního průběhu vlhkosti (obr. 6)
Na obr. 6 je graficky vyznačen celoroční průběh měrné vlhkosti vzduchu, který u vnitřního prostoru vychází z měření v nevytápěných knižních archivech při celoročním přirozeném větrání venkovním vzduchem. Paralelně s měřením ve vnitřních prostorech proběhlo měření vzduchu ve venkovním prostoru v blízkosti budovy archivu. Na základě průběžného měření relativních vlhkostí a teplot vnitřního a venkovního vzduchu byly výpočtem stanoveny průběhy měrné vlhkosti x a částečných tlaků vodní páry ve vzduchu pd. V diagramu na obr. 6 jsou tyto hodnoty graficky zobrazeny.
Průběh vlhkosti v časovém období od ledna až do prosince je vyznačen na stupnici y-ové pořadnice tak, že:
- vlevo na pořadnici y je stupnice měrné vlhkosti x (g/kgs.v.),
- vpravo na pořadnici y je stupnice odpovídajících částečných tlaků vodní páry ve vzduchu pd (kPa).
Průběh vlhkosti vnitřního vzduchu je na obr. 6 vyznačen vodorovnou přímkou v plné čáře, označené písmenem (i).
Průběh vlhkosti venkovního vzduchu je vyznačen graficky křivkou tvaru sinusoidy, která je označena písmenem (e).
a) Průběh vlhkosti venkovního vzduchu
Z naměřených hodnot vyplývá, že největší vlhkosti venkovního vzduchu je dosahováno v letních měsících, konkrétně v měsíci červenci. Letní měsíce bývají velmi teplé a teplý vzduch do sebe může přijmout daleko více vlhkosti než vzduch studený. S ochlazováním vzduchu ve venkovním prostředí, tj. snížením teploty venkovního vzduchu se snižuje i schopnost chladného vzduchu absorbovat v sobě vodní páru. Tak jak se snižuje obsah vodní páry ve vzduchu s nižší teplotou, tak úměrně se snižuje i částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu. Velmi nízké hodnoty částečného tlaku vodní páry u venkovního vzduchu při relativně vyšších částečných tlacích vodní páry u vnitřního vzduchu v místnosti, vedou k největšímu rozdílu obou částečných tlaků. K největšímu možnému toku vlhkosti z vnitřního prostředí do venkovního prostředí proto dochází v zimních studených dnech s nízkou měrnou vlhkostí.
b) Průběh vlhkosti vnitřního vzduchu
Vlhkost vzduchu ve vnitřním prostoru budovy je závislá na produkci vlhkosti a způsobu větrání. U většiny občanských objektů je zdrojem vlhkosti v budově přenos vodní páry do vzduchu od člověka a jeho činnosti, např. vaření, sprchování, koupání, z volné hladiny bazénu apod. U většiny budov se používá přirozené nebo nucené větrání, při kterém se do budovy (místnosti) přivádí venkovní vlhkostně neupravený vzduch. To během roku ovlivňuje i průběh měrné vlhkosti vnitřního vzduchu. Zvýšeným větráním se vzduch v zimních měsících v budově vysušuje. U přirozeného větrání, zejména exfiltrací, je v zimních měsících intenzita větrání několikanásobně vyšší než v letních měsících, kdy rozdíl mezi teplotou venkovního a vnitřního vzduchu je snížen na minimum.
U měřeného objektu - nevytápěných archivů byla, podle záznamu z měření až do konce června, relativně rovnoměrně nízká vlhkost vzduchu právě z důvodu intenzivního větrání venkovním vzduchem s určitou setrvačností. Od měsíce července a dále až do konce roku je vlhkost v místnosti zvýšena, oproti stavu v první polovině roku, právě v důsledku přívodu vlhkého venkovního vzduchu v letním období. Od měsíce června až do začátku září je vzduch vlhčí. Podle diagramu na obr. 6 byla zvolena průměrná vlhkost vnitřního vzduchu na konstantní hodnotě okolo 8 g/kgs.v..
Obr. 6 Průběh měřené vlhkosti vybraného objektu během ročního období v 7 hodin ráno
Legenda k obrázku:
Zjednodušený kontinuální průběh vlhkosti v ročním období pro:
- e - venkovní vzduch,
- i - vnitřní vzduch
i - vlhkost vzduchu v interiéru, e - vlhkost venkovního vzduchu,
x (g/kgs.v.) - měrná vlhkost, pd (kPa) - částečný tlak vodní páry,
Z - vyznačení extrémního rozdílu částečných tlaků vodní páry pdZ v zimním období
L - vyznačení extrémního rozdílu částečných tlaků vodní páry pdL v letním období
4.2 Průběh venkovní vlhkosti v h-x diagramu (obr. 7)
Na obr. 7 je zobrazeno narůstání a pokles vlhkosti venkovního vzduchu v psychrometrickém diagramu.
Jak vyplývá z obr. 6, byly nejnižší hodnoty měrné vlhkosti naměřeny v měsíci únoru.
Od nejnižší hodnoty měrné vlhkosti xemin = 2 g/kgs.v. narůstá vlhkost v průběhu první poloviny roku až do hodnoty xemax = 10 g/kgs.v..
Od této hodnoty dosažené v červnu je během druhé poloviny roku postupný pokles měrné vlhkosti až na hodnotu xe = 4 g/kgs.v. a pokles pokračuje dál v průběhu ledna a února.
Na obr. 7 je vyznačen průběh částečného tlaku vodní páry shodně s měrnou vlhkostí vzduchu. Vlhkostní tok stěnou oddělující vnější a vnitřní prostředí je závislý na rozdílu částečných tlaků vodní páry mezi oběma prostředími. Větší rozdíl částečných tlaků přináší i větší tok vlhkosti a toho je zjevně dosaženo v zimních měsících. Odpovídá to známé zásadě, že v zimním období je z budovy, která není jinak větrána, významnější odvod difúzní vlhkosti obvodovou stěnou, pokud má nízký difúzní odpor, jak tomu bylo u klasické zděné stěny.
V letních měsících bývá vlhkostní tok opačný z venkovního prostředí do vnitřního prostoru. Při dosažení rovnosti částečných tlaků na obou lících stěny vlhkostní tok ustává.
5. Rizika kondenzace vodní páry v konstrukci
Ke kondenzaci vodní páry v konstrukci dochází, pokud dosahuje teoretický částečný tlak vodní páry na mezi sytosti nižší hodnoty než jakou má částečný tlak vodní páry v daném místě stěny. Riziko kondenzace je tedy v těch místech stěny, kde je tak nízká teplota a vytváří se tak značná blízkost skutečného částečného tlaku pd s tlakem syté vodní páry pd''.
Na obr. 7 bylo přibližně vyznačeno pásmo rizika kondenzace vodní páry v oblastech nízkých teplot venkovního vzduchu.
V závislosti na nízkém rozdílu částečných tlaků (pd'' - pd) byla odhadnuta pásma kondenzace v konstrukci. Pásmo označené písmenem B může být považováno za oblast se značnou možností kondenzace vodní páry u venkovního líce stěny. Riziko kondenzace v pásmu B odpovídá teplotám venkovního vzduchu od -5 °C do 0 °C, s rozdílem částečných tlaků pdB'' - pdB = 0,63 - 0,48 = 0,15 kPa.
Uvedené úvahy o možnosti případné kondenzace mají spekulativní charakter a jsou vyznačeny pouze z instruktivních důvodů.
Reálnost případného kondenzačního pásma v konstrukci stěny vychází z konkrétního materiálového a geometrického složení vrstev stěny.
Obr. 7 Zobrazení narůstání a poklesu vlhkosti (částečných tlaků vodní páry)
venkovního vzduchu v psychrometrickém diagramu podle naměřených hodnot z obr. 6
Legenda k obrázku:
A - oblast pravděpodobné kondenzace vodní páry v konstrukci stěny,
B - oblast případné kondenzace vodní páry v konstrukci stěny
6. Zjednodušený průběh částečných tlaků vodní páry (obr. 8)
Měřený průběh vlhkosti a odtud vypočtený i průběh částečného tlaku vodní páry venkovního vzduchu je během ročního období graficky zobrazen na obr. 6.
Naměřené hodnoty jsou ovlivněny nejen konkrétním tepelně vlhkostním klimatem v měřeném roce, ale i stavebními podmínkami okolí místa měření, např. měřením v uzavřeném dvoře mezi budovami s akumulací tepla a se sálavým účinkem fasád.
Přibližným proložením regresní křivky se získá kontinuální průběh vylučující extrémy a lze odhadnout, že průběh vlhkosti vytváří křivku sinusoidového tvaru.
6.1 Extrémní hodnoty difúze vodní páry
Nejnižší hodnota částečných tlaků vodní páry venkovního vzduchu během ročního období je označena bodem Z. Vymezuje se největší úsek vytvořený rozdílu částečného tlaku vnitřního a venkovního vzduchu, vyjádřený v bodě Z vztahem:
ΔpdZ = pdZi - pdZe
Při tomto rozdílu částečných tlaků vodní páry se vytváří:
- nejvyšší tok vlhkosti z vnitřního prostoru do venkovního prostoru obvodovou stěnou,
- nejnižší teplota venkovního vzduchu,
- nejnižší rozdíl částečného tlaku vodní páry daného stavu a tlaku syté vodní páry, vyjádřená vztahem:
ΔpdZe' = pdZe'' - pdZe
Uvedený vztah je kriteriální pro posouzení vzniku kondenzace.
7. Normová kritéria vlhkosti (obr. 8)
Podle Národní metodiky výpočtu energetické náročnosti budov je průměrná měsíční hodnota měrné vlhkosti venkovního vzduchu vyjádřena v tabulce 3.
| Měsíc | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| x (g/kgsv) | 2,8 | 3,0 | 3,6 | 4,6 | 6,4 | 8,0 | 9,2 | 8,9 | 7,5 | 5,6 | 4,3 | 3,3 |
Tab. 3 Měrná vlhkost venkovního vzduchu
Podle Přílohy 1 z ČSN 73 0540-3 je pro obytné místnosti, např. obývací pokoj, návrhová:
- teplota vzduchu v zimním období ti = 20 °C,
- relativní vlhkost vzduchu φ = 50%.
Na obr. 8 je průběh měrné vlhkosti podle tab. 3 zobrazen křivkou s charakteristikou tvaru sinusoidy. Křivka je označena symbolem "e". Vyjadřuje, téměř shodně s naměřenými hodnotami průběh vlhkosti z obr. 6, extrémní meze vlhkosti vzduchu:
- s nejvyšší hodnotou v měsíci červenci - označeno symbolem L (léto). Měrná vlhkost je xL = 9,2 g/kgsv,
- s nejnižší hodnotou v měsíci lednu - označeno symbolem Z (zima). Měrná vlhkost je x = 2,8 g/kgsv.
Stav vlhkosti vnitřního vzduchu vyjadřuje vodorovná přímka označená symbolem "i". Popisuje se tím konstantní relativní vlhkost φ = 50 % při výpočtové teplotě místnosti ti = 20 °C.
Na obr. 8 je na pravé y - ové pořadnici vyznačena stupnice částečných tlaků vodní páry pd, odpovídající stupnici měrné vlhkosti vzduchu x.
a) Difúzní tok v letních měsících L
V letních měsících proniká vlhkost konstrukcí stěny z venkovního prostoru do vnitřního prostoru budovy. Podle obr. 8 je nejvyšší dispoziční rozdíl částečných tlaků v.p. v měsíci červenci stanoven s grafickou přesností:
pdL = 1,4 - 1,1 = 0,3 kPa
Částečný tlaky na mezi sytosti v.p. jsou vysoko nad stavovými hodnotami částečných tlaků v konstrukci a proto za žádných okolností nemůže docházet ke kondenzaci v konstrukci.
b) Difúzní tok v zimních měsících Z
V zimních měsících proniká vlhkost z vnitřního prostředí budovy do venkovního prostoru. Podle obr. 8 je nejvyšší dispoziční rozdíl částečných tlaků v měsíci lednu stanoven s grafickou přesností:
pdZ = 1,1 - 0,4 = 0,7 kPa
Riziko kondenzace vodní páry v konstrukci při nižších teplotách venkovního vzduchu je reálné a posudek se provádí právě pro toto kritérium.
c) Neutrální body průběhu částečného tlaku
K vyrovnání vlhkosti vnitřního vzduchu s venkovním vzduchem dochází podle normového průběhu vlhkosti v měsíci květnu a září, při vyrovnání částečného tlaku na pd = 1,1 kPa. Vlhkostní tok konstrukcí při vyrovnání částečných tlaků ustává.
Obr. 8 Průběh měrné vlhkosti venkovního vzduchu podle Národní metodiky výpočtu ENB pro:
e - venkovní vzduch, i - vnitřní vzduch
Legenda k obrázku:
i - vlhkost vzduchu v interiéru, e - vlhkost venkovního vzduchu,
x (g/kgs.v.) - měrná vlhkost, pd (kPa) - částečný tlak vodní páry,
Z - vyznačení extrémního rozdílu částečných tlaků vodní páry pdZ v zimním období
L - vyznačení extrémního rozdílu částečných tlaků vodní páry pdL v letním období
8. Celoroční bilance vlhkosti
Z průběhu obou hodnot částečných tlaků, vnitřního a venkovního vzduchu vyplývá, že vlhkostní tok je v průběhu roku proměnný od nejvyššího odvodu vlhkosti z budovy v zimním období až po opačný směr toku vlhkosti, ke kterému může docházet v létě. Integrací obou křivek (e) a (i) na obr. 8 můžeme stanovit roční bilanci průtoku vlhkosti stěnou.
Extrémní případ vlhkostního toku je dosahován v zimních měsících v bodě označeném Z. Pro posouzení stěnové konstrukce a vzniku kondenzace vodní páry ve stěně není rozhodující celoroční bilance difúze vodní páry, ale okamžitá difúze v kriteriálním bodě v zimních měsících, např. v bodě Z, kdy je nejnižší venkovní teplota (s nízkou hodnotou tlaku syté vodní páry) a nejvyšší difúzní tok vodní páry z vnitřního do venkovního prostoru.
Diffusion flow of water vapour in wall is reckoning similar with flow of air through flue or with heat flow throuh wall. For determination of diffusion flow of water vapour through wall is necessary to know condition of air, its temperature and humidity. On diagram h-x are introduced values of partial pressures for condition of humidity and temperature of air.
