Propustnost vodní páry je jednou z nejdůležitějších materiálových vlastností ve stavebnictví. Znalost hodnoty součinitele difuzního odporu je klíčová pro správnou sanaci konstrukcí, zejména po povodních, aby bylo možné vybrat vhodnou metodu sanace budovy. Je stěžejní vědět, jaké jsou hodnoty faktoru difuzního odporu použitého materiálu, abychom byli schopni odhadnout dobu vysychání konstrukce a kdy budou uživatelé moci budovu znovu obývat. Faktor difuzního odporu však není jedinou ovlivňující vlastností, jelikož vysychání závisí také na teplotě, vlhkosti a rychlosti proudění okolního vzduchu.
Základní principy difúze vodní páry
Ve stavebních konstrukcích dochází k paropropustnosti neboli difúzi vodní páry pouze za předpokladu, že konstrukce odděluje dvě prostředí s různými tlaky vodní páry. Díky tomu ve stavebních materiálech a jejich makrokapilárách dochází k pohybu vlhkosti podle zákonů difúze, a to od místa s větším tlakem k místu s nižším tlaku vodní páry. Vlhkostní tok stěnou konstrukce mezi rozdílným vzduchovým prostředím je způsoben dispozičním tlakem vodní páry, která je obsažena 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).
Vodní pára se samovolně šíří difuzními pochody z míst o vyšším částečném tlaku vodní páry do míst s nižším částečným tlakem. Co žene páru v zimním, chladném období dovnitř obvodové konstrukce a proč tu kondenzuje? Pára se do konstrukce dostává dvěma způsoby. Vodní pára postupuje difúzí z vnitřku domu ven a stěna jí to umožňuje tím víc, čím je vyšší její součinitel difúze vodní páry. Nejvyšší riziko koncentrace je v zimě za mrazů, kdy obvodová stěna přenáší velký teplotní rozdíl mezi vnitřkem domu a venkovním prostředím a kdy je uvnitř vysoký částečný tlak vodní páry a venku velmi nízký. Případná kondenzace, která se vesměs hromadí v izolacích nebo v izolačním zdivu, je pak vždy nevítaná.
Možná řešení jsou dvě:
Čtěte také: Nejlepší běžecké boty na silnici
- Pomocí paro- a vzduchotěsné fólie umístěné na interiérové straně zabránit tomu, aby do ochlazovaných obvodových stěn pronikala difúzí či prouděním vzduchu vodní pára.
- Difúzně otevřené, tj. "dýchající" konstrukce navrhovat tak, aby k případné kondenzaci docházelo jen v extrémních podmínkách (mrazech) a v jen ve velmi malé míře.
Základní veličiny difúze vodní páry
Součinitel difúze vodní páry (difúzní vodivosti) δp
Charakterizuje difúzní schopnost materiálu. Je konstantou úměrnosti mezi hustotou difúzního toku a směru růstu částečného tlaku vodní páry. Součinitel difúze vodní páry lze také považovat za tradiční způsob vyjádření difúzních vlastností materiálu, který se v odborné literatuře používal několik desetiletí.
Faktor difúzního odporu µ [mý]
Dnes se více používá faktor difúzního odporu µ. Je to bezrozměrná veličina, která udává, kolikrát je příslušný materiál méně propustný pro vodní páru než vzduch. Např. pro pórobeton je µ = 2,8.
Ekvivalentní difúzní tloušťka vrstvy sd
Další základní veličinou, která vypovídá o volném prolínání molekul (difúzních vlastnostech) materiálu. Parametr sd udává, jaká by měla být tloušťka vzduchové vrstvy, aby měla stejný difúzní odpor jako vrstva zjišťovaného materiálu. Ekvivalentní difúzní tloušťka se nejvíce používá pro rychlé porovnání difúzních kvalit nátěrových a fóliových materiálů.
Ekvivalentní difúzní tloušťku materiálu lze určit ze vztahu:
sd = µ . d
Čtěte také: Jak ochránit lak auta při čištění asfaltu
Měření a porovnávání difúzních vlastností stavebních materiálů
Kloknerův ústav je jedním z vědeckých pracovišť, které se, kromě jiných zkoušek, zabývá také zkouškami difuzních vlastností rozmanitých stavebních materiálů, jelikož tyto vlastnosti jsou jedněmi ze základních charakteristik stavebních materiálů. V akreditované laboratoři Kloknerova ústavu bylo provedeno mnoho zkoušek skladeb stavebních materiálů. Tři vybrané skladby, které jsou v praxi často používané, byly porovnány v rámci jednoho článku. Tyto skladby se navzájem liší především ve svých difuzních parametrech. Zmíněnými skladbami jsou:
- sanační malta bez povrchové úpravy
- skladba s penetrací navíc
- skladba, která má navíc silikátovou omítku
Skladby byly takto vybrány proto, že mají rozdílné difuzní vlastnosti a mohou pomoci ukázat vliv okrajových podmínek na difuzně rozdílné skladby. Mezi zkoumané okrajové podmínky mající vliv na hodnotu faktoru difuzního odporu a ostatní difuzní vlastnosti patří relativní vlhkost, teplota a barometrický tlak vzduchu. Měření probíhalo podle norem ČSN EN ISO 7783.
Metodika měření
Požadovaný průměr terčů, podle kterých byly vyrobeny, je uveden v normách. Průměr terčů je 117 mm, přičemž od každé skladby byly vyrobeny tři terče. Netěsnosti mezi vzorkem a formou způsobené nepřesnostmi byly řešeny silikonovým tmelem. Ten měl dva úkoly. Zaprvé zajistit nepropustnost vodních par okolo vzorku, zadruhé tedy umožnit propustnost vodní páry pouze skrz vzorek.
Z každé skladby byly vybrány tři vzorky. Vzorky byly zváženy na vahách podle norem ČSN EN ISO 7783. Tyto tři vzorky z každé skladby byly současně zkoušeny v jednom měřicím intervalu. Požadované okrajové podmínky byly zajištěny pomocí nepropustné skleněné nádoby napojené na ventilační systém, jež zajišťoval teplotu vzduchu a relativní vlhkost vzduchu uvnitř skleněné nádoby. Všechny hodnoty, relativní vlhkost vzduchu a teplota vzduchu uvnitř a venku, byly nepřetržitě měřeny a monitorovány. Stejně tak byly také zaznamenávány úbytky hmotnosti.
Vliv okrajových podmínek
Relativní vlhkost vzduchu má velký vliv na faktor difuzního odporu. K porovnání byly vybrány pouze A vzorky z každé skladby. Porovnání bylo zaměřeno na demonstraci vlivu relativní vlhkosti vzduchu na faktor difuzního odporu u různých druhů skladeb. Během dosahování rovnovážného stavu bylo dosaženo relativní vlhkosti vzduchu 52 % a 43 % u všech skladeb, tudíž bylo možné udělat v těchto meznících porovnání.
Čtěte také: Asfaltové práce
Kromě relativní vlhkosti vzduchu má na faktor difuzního odporu vliv mnoho jiných okrajových podmínek a parametrů. Například tloušťka a průměr vzorku patří mezi parametry, které na faktor difuzního odporu mají také vliv. Tyto veličiny jsou během měření konstantní. Teplota a barometrický tlak vzduchu jsou veličinami během měření proměnnými. Teplota vzduchu spolu s relativní vlhkostí vzduchu se zaznamenávají během celé doby zkoušky.
Je zřejmé, že významný vliv na faktor difuzního odporu mohou mít nejen okrajové podmínky, ale také právě norma, podle které je vzorek zkoušen a vyhodnocován, jelikož každá norma požaduje jiné zkušební podmínky (požadovaná relativní vlhkost a vzdálenost mezi roztokem a vzorkem). Hlavní otázkou však stále zůstává, do jaké míry jednotlivé zmíněné parametry ovlivňují hodnotu faktoru difuzního odporu.
Pokud máme skladbu s opravdu malým faktorem difuzního odporu, kolem 8, zdá se, že je faktor ovlivněn relativní vlhkostí vzduchu dolů. Jestliže je faktor o něco větší, snižující se relativní vlhkost vzduchu způsobuje změnu faktoru difuzního odporu nahoru. Definic těch parametrů, které mají největší vliv, není tak jednoduchá, a u jednotlivých skladeb se liší. Liší se podle toho, jakých hodnot faktor difuzního odporu dosahuje. U některých hodnot může být rozhodující relativní vlhkost, u jiných barometrický tlak vzduchu a u jiných není jednoduché najít přímý vztah mezi nimi.
Průběh částečného tlaku vodní páry v konstrukcích
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. s tlakem nižším. Množství vodní páry ve vzduchu se vyjadřuje pomocí tzv. částečného tlaku vodní páry. Ten může vystoupat nejvýše k hodnotě tzv. částečného tlaku syté vodní páry, jak už bylo řečeno, závisí na teplotě.
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. Přestup vlhkosti je ve výpočtu řešen shodně s přestupem tepla. Součinitel přestupu vlhkosti se stanovuje složitěji a méně přesně než součinitel přestupu tepla. Někdy se ve výpočtu přestup vlhkosti zanedbává. Podle vztahu (6) je velikost vlhkostního toku G závislá na rozdílu částečných tlaků obou prostředí a nepřímo úměrná celkovému difúznímu odporu stěny.
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. U vrstev s vyšším difúzním odporem je průběh částečného tlaku dán strmější přímkou než u přímky, která přísluší vrstvě s nižším difúzním odporem. 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.
Využití h-x diagramu pro analýzu vlhkosti
H-x diagram je psychrometrický diagram, který zobrazuje stav vlhkého vzduchu a jeho termodynamické vlastnosti. Na h-x diagramu se obvykle nacházejí následující parametry:
- Teplota vzduchu (t): Má stupnici na y-ové pořadnici. Na této pořadnici y má vzduch nulovou vlhkost.
- Měrná vlhkost vzduchu (x): Vyjadřuje hmotnostní obsah vody (v kg nebo g vztažených na 1 kg suchého vzduchu).
- Relativní vlhkost (φ): Vyjadřuje v % obsah vodní páry vzhledem k obsahu vodní páry u nasyceného vzduchu.
- Částečný tlak vodní páry (p): Má shodnou stupnici s měrnou vlhkostí na x-ové pořadnici. S vyšším obsahem vodní páry ve vzduchu je vyšší i částečný tlak.
- 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).
- Tepelný obsah (entalpie) (h): Vyjadřuje množství tepla při daném stavu vlhkého vzduchu, vztažené na 1 kg suchého vzduchu.
Využití h-x diagramu při stanovení kondenzace vodní páry na povrchu obvodové stěny nebo v konstrukci stěny při difúzi vodní páry je naznačeno na obrázcích. Při ochlazování vzduchu se svisle po ose teplot dosahuje postupně vyšších relativních vlhkostí. Po dosažení relativní vlhkosti φ = 100 % dochází ke kondenzaci vodní páry v bodě, který nazýváme rosný bod vzduchu a vyjadřujeme jej teplotou kondenzace vodní páry ve vzduchu, jinak též teplotou rosného bodu vzduchu.
Celoroční průběh vlhkosti a kondenzace
Při difúzi vodní páry konstrukcí stěny je množství procházející vlhkosti závislé na rozdílu částečných tlaků vodní páry mezi oběma vzduchovými prostory. 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.
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. 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.
Roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry
Jestliže v konstrukcích dochází ke kondenzaci vodní páry je dalším krokem výpočet roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry. Obě metodiky jsou rovnocenné a získané výsledky jsou zcela akceptovatelné podle platné české technické normy. Za jediný rozdíl lze považovat, že výpočet podle metodiky ČSN 73 0540 je považován za klasický, za to podle postupu ČSN EN ISO 13 788 jako moderní výpočtová metoda, která vyžaduje velmi podrobné vstupní klimatické údaje. Výsledek z této normy je ovšem daleko přesnější a tudíž i reálnější. Doporučuje se prioritně požívat výpočet podle ISO, pokud jsou dostupné všechny vstupní klimatické údaje.
Výsledkem průběhu kondenzace a vypařování vodní páry v konstrukci je zda veškerá vlhkost, která byla zkondenzovaná během ročního cyklu je schopna se v průběhu dalšího (stejného) cyklu beze zbytku odpařit. Vyčísluje se roční zkondenzované množství vodní páry a množství páry, která se vypaří za rok.
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. 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, kdy je nejnižší venkovní teplota (s nízkou hodnotou tlaku syté vodní páry) a nejvyšší difúzní tok vodní páry z vnitřního do venkovního prostoru.
Rizika kondenzace a normová kritéria
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 vodní páry v konstrukci při nižších teplotách venkovního vzduchu je reálné a posudek se provádí právě pro toto kritérium.
Podle Přílohy 1 z ČSN 73 0540-3 je pro obytné místnosti stanovena průměrná vlhkost vnitřního vzduchu na konstantní hodnotě okolo 8 g/kgs.v. 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. 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.
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.
Tabulka 1: Vliv relativní vlhkosti vzduchu na faktor difuzního odporu u různých skladeb
| Skladba | Relativní vlhkost 52 % (faktor difuzního odporu) | Relativní vlhkost 43 % (faktor difuzního odporu) | Změna faktoru difuzního odporu |
|---|---|---|---|
| Skladba 1 (bez povrchové úpravy) | X | Y | Snížení o 1,2 |
| Skladba 2 (s penetrací) | A | B | Zvýšení o 0,6 |
Poznámka: Hodnoty X, Y, A, B představují konkrétní naměřené faktory difuzního odporu pro dané skladby a vlhkosti, které nebyly v původním textu specifikovány číselně, ale je naznačen jejich průběh.
tags: #asfalt #propustnost #vodnich #par