8. týždeň

Náplň cvičenia:

  • Bilancia kondenzácie v konštrukcii

Potrebné pomôcky:

  • kalkulačka
  • rysovacie pomôcky
  • milimetrový papier

Úloha:

  • výpočet bilancie kondenzácie v konštrukcii obvodovej steny A

Trochu teórie:

Ročnú bilanciu je možné vykonať dvoma spôsobmi, a to podľa ČSN EN 13788 a ČSN 730540. Jeden výpočet je na základe priemerných teplôt po sebe nasledujúcich mesiacov a druhý vyjadruje ročné skondenzované množstvo a množstvo kondenzátu ktoré sa odparí na základe referenčných teplôt a ich početnosti. V cvičení je výhodne využiť druhú spomínanú metódu.

Tento postup je založený na priemerných teplotách vonkajšieho vzduchu, ktoré sú odstupňované po 5°C. Početnosti dní s týmito teplotami je uvedená v norme ČSN 730540-3. Rovnako, ako sa overovalo riziko kondenzácie v konštrukcii v minulom zadaní, sa overuje kondenzácia aj tu, akurát je výpočet opakovaný niekoľko krát, a to pre referenčné vonkajšie teploty. Napríklad 9-krát pre teploty odstupňované po 5°C (-15°C, -10°C, -5°C, 0°C, 5°C, 10°C, 15°C, 20°C, 25°C) a referenčné vlhkosti vonkajšieho vzduchu. Rozdiel je aj v tom, že kondenzácia najčastejšie nastáva iba pri veľmi nízkych teplotách (-15°C, -10°C). Preto pokiaľ pri vyšších teplotách je zistené, že ku kondenzácii nedochádza, uvažuje sa kondenzačná zóna, ktorá vychádzala v minulom kroku (prípadne krokoch), a teda uvažujeme v nej tlak vodných pár rovný tlaku nasýtených vodných pár.

8_1

Skúsme toto znázorniť na príklade, uvažujme zloženú konštrukciu, priebeh tlakov vodných pár (plné čiary) a nasýtených tlakov vodných pár (čiarkované čiary) je zobrazený pre teploty (-15°C, -10°C, -5°C, 0°C) na vyššie uvedenom obrázku. Kvôli prehľadnosti nebudeme znázorňovať ďalšie referenčné teploty.

Je potrebné si všimnúť, že čiarkovaná červená krivka nasýtených vodných pár a červená priamka priebeh tlakov vodných pár v konštrukcii sa pretínajú. Znamená to teda že pri teplote -15°C v konštrukcii teoreticky nastáva kondenzácia. Ďalšie krivky sa už nepretínajú, čo je vidieť aj z tabuľky.

8_2

Jediný vypočítaný tlak vodných pár \rho_x, ktorý je vyšší ako tlak nasýtených vodných pár \rho_{sat,x}, je okolo bodu č.4 pri vonkajšej teplote -15°C. V iných bodoch a pri iných teplotách podľa teórie ku kondenzácii v konštrukcii nedochádza

8_3

Dobre je túto skutočnosť vidieť aj z detailu grafu. Pre všetky iné teploty  vonkajšieho vzduchu vyššie ako -15°C je vypočítaný parciálny tlak nasýtených vodných pár (čiarkované čiary) v každom mieste konštrukcie vyšší ako vypočítaný parciálny tlak vodných pár (plné čiary).

8_4

Pokiaľ sa krivky pretínajú (červená farba -15°C), potrebujeme nájsť dotyčnice ku krivke  \rho_{sat,x} vychádzajúce z bodov \rho_{i} a \rho_{e}. V tomto prípade sa budú dotyčnice stretávať v jednom bode A=B. Pokiaľ sa krivky tlaku vodnej pary \rho_{x} a nasýtenej vodnej pary \rho_{sat,x} v ďalšom kroku nepretínajú, uvažujeme že v zóne dochádza k vyparovaniu a tak v bodoch A a B uvažujeme tlak nasýtených vodných pár. A tak v tomto prípade znovu spojíme body A a B s \rho_{i}\rho_{e}.

V grafe je ako ďalší krok vybraná až teplota 0°C, pretože teploty -10°C a -5°C majú malé rozdiely a čiary sa takmer prekrývajú ako pri -15°C. Môžete porovnať červenú bodkočiarkovanú čiaru s plnou červenou čiarou, pri žltých krivkách (0°C) je už rozdiel medzi nimi vidieť lepšie.

8_5

Kondenzácia teoreticky nastáva vždy, pokiaľ sa sklon krivky zmenšuje, teda na vstupe do kondenzačnej zóny má sklon väčší (červená bodkočiarkovaná krivka medzi \rho_{i} a A) ako pri výstupe z kondenzačnej zóny (červená bodkočiarkovaná krivka medzi B a \rho_{e}). Pri vyparovaní je tomu naopak, krivka ma menší sklon na vstupe do kondenzačnej zóny (žltá bodkočiarkovaná krivka medzi \rho_{i} a A) a na výstupe zo zóny je jej sklon väčší (žltá bodkočiarkovaná krivka medzi B a \rho_{e}).

Takýmto postupom sa stanoví priebeh teoretických tlakov aj pre ostatné charakteristické teploty a vlhkosti vonkajšieho vzduchu. V uvedenom prípade nastáva kondenzácia v rovine bodu č. 4. Graf uvedený nižšie, zobrazuje už iba priebehy teoretických tlakov vodných pár.

8_6

Aby sme zistili množstvo kondenzátu, ktoré v zóne vzniká prípadne sa z nej vyparuje, potrebujeme stanoviť hustotu difúzneho toku g. Tú môžeme vypočítať pre hustotu toku smerujúcu do zóny g_{A} podľa vzťahu (\ref{eq:dozony}) ako podiel rozdielu tlakov medzi interiérom \rho_{i} a bodom A a difúzneho odporu medzi nimi Z_{PA}. Hustotu difúzneho toku zo zóny g_{B} môžeme určiť zo vzťahu (\ref{eq:zozony}) ako podiel rozdielu tlakov v bodoch B a \rho_{e} a difúzneho odporu medzi nimi  Z_{PB}.

\begin{equation} \label{eq:dozony} g_A=\frac{\rho_{i}-\rho_{A}}{Z_{PA}} \end{equation}

\begin{equation} \label{eq:zozony} g_B=\frac{\rho_{B}-\rho_{e}}{Z_{PB}} \end{equation}

Množstvo kondenzátu vzniknuté alebo vyparené je uvažované ako rozdiel hustoty difúznych tokov zo a do zóny za jednotku času podľa vzťahu (\ref{eq:kondenzat}) .

\begin{equation} \label{eq:kondenzat}    M_{i,a}=(g_{A}-g_{B})t_{e,j} \end{equation}

Výsledkom výpočtu je tabuľka s vypočítaným teoretickým množstvom kondenzátu a teoretickým množstvom kondenzátu, ktoré sa odparí.

8_7

Zkondenzované množstvo za rok je kladné číslo, množstvo kondenzátu ktoré sa môže odpariť je číslo záporné. Zjednodušene povedané, aj keď nie úplne presne, môžeme konštrukciu za vyhovujúcu považovať vtedy, ak vzniknuté množstvo kondenzátu neohrozí jej funkciu, a pokiaľ prevláda vyparovanie nad kondenzáciou vodných pár v konštrukcii. Obecne by mal byť splnený vzťah  (\ref{eq:kondenzat2}) .

\begin{equation} \label{eq:kondenzat2}  \mid M_{c,a}\mid \leq \mid M_{ev,a}\mid   \end{equation}

Množstvo kondenzátu, ktoré v konštrukcii vznikne, býva ešte obmedzené určitou hodnotou. Tá je stanovená číselne v norme, prípadne sa jedná o percento z plošnej hmotnosti materiálu v ktorej kondenzácia vzniká.