ANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ

Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavebníANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ

ANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ

OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ

Ing. Ondřej Fuciman

Vysoké učení technické v BrněFakulta stavební

Ústav pozemního stavitelství

Doktorská disertační práce


OBSAH

1. Současný stav problematiky

2. Cíl disertace

3. Metody a postupy zpracování

4. Výsledky disertace

5. Závěry


SOUČASNÝ STAV PROBLEMATIKY

Šíření vlhkosti v pórovitých látkách

Vliv vlhkosti na stavební materiály


ŠÍŘENÍ VLHKOSTI V PÓROVITÝCH LÁTKÁCH

Difúze vodních par

]..[..

1. 12 smkg

dx

dp

Ndx

dpq ddd

Hustota difúzního toku:

Vodivost vlhkosti

]..[...... 12

smkg

dx

dT

dx

du

dx

dpq tsm

msm

dw

]..[.... 12 smkgdx

dT

dx

duq tsm

msmt

Pohyb kapalné vlhkosti při gradientu teploty i vlhkosti:

Difúze vodních par současně s vodivostí vlhkosti


VLIV VLHKOSTI NA STAVEBNÍ MATERIÁLY

Vliv vlhkosti na součinitel tepelné vodivosti

Polystyren:


CÍL DISERTACE

Lokalizace oblastí vzniklé vlhkostiZpřesnění tepelně technických výpočtů

Vliv vlhkosti na hodnotu součinitele tepelné vodivosti

Nestacionární řešení, zvyšování efektivního

součinitele prostupu tepla


METODY A POSTUPY ZPRACOVÁNÍ

Okrajové podmínky

Průběh teplot, průběh parciálního tlaku vodních par, průběh parciálního tlaku nasycených vodních par

Roční bilance zkondenzované a vypařené vodní páry

Tepelná vodivost materiálů

Kapilární vodivost kapalné vlhkosti


OKRAJOVÉ PODMÍNKY

Vnitřní prostředí:

Vnější prostředí:

Podle ČSN 06 0210

Metody CSN, CSN*, ISO, ISO*


PRŮBĚHY

Průběh teplot:

Průběh parciálních tlaků vodních par:

Ux

Rtttt sieiix ..

x

x

t

t

d ep 5,265

.875,21

.5,610"

x

x

t

t

d ep 3,237

.269,17

.5,610"

U

RRttt

UR

Rttt

d

dxsieii

dxsieii

ep.

..5,265

..

..875,21

.5,610"

U

RRttt

UR

Rttt

d

dxsieii

dxsieii

ep.

..3,237

..

..269,17

.5,610"


ROČNÍ BILANCE VODNÍ PÁRY

• CSN: Podle ČSN 73 0540-4 – časová diskretizace: měsíc

• ISO: Podle ČSN ISO 137 88 – časová diskretizace: měsíc

• CSN*: Podle ČSN 73 0540-4 – časová diskretizace: deninterpolace kvadratickým splajnem

• ISO*: Podle ČSN ISO 137 88 – časová diskretizace: den interpolace kvadratickým splajnem

• COND: dtto ISO* – časová diskretizace: den interpolace kvadratickým splajnem

započtení vlivu vytvářející se vlhkosti

Pět metod lišících se ve stanovení okrajových podmínek:


TEPELNÁ VODIVOST MATERIÁLŮ

Suchý materiál

Vlhký materiál

Pórovitost: [%]s

a

V

Vpor

]..[.1. 11 KmWporpor acs

]..[.. 11 KmWupor difavvdifsu

]..[... 12 KmWVVV aaccss

]..[.... 12 KmWVVVVV vvvadifaccsu

Vlhkostní součinitel

][..

.

s

difav

v

s

ms

dif

u

por

]..[.1. 11 KmWumsu


KAPILÁRNÍ VODIVOST KAPALNÉ VLHKOSTI

]..[

,, 13

smkgx

xqxw

]..[,

., 13

2

2

smkg

x

xwxwm

bwAw

.

jjj bwAkw ..1

Eulerova metoda:

11 ... jjj bkwwAkE

Implicitní Eulerova metoda:

11 .2

..2

..2

jjjj bb

kwA

kEwA

kE

Crank-Nicolsonova metoda:

Základní rovnice popisující kapilární vodivost

Časová diskretizace

Prostorová diskretizace metodou sítí



1 jj ww Pro j = 0: 0w

11

111 ..1

jn

jjn

jjn www

][11

1

111

jn

jn

jnj

ww

w

jj ww.

~

][.2

.0

1

G

wwhn

i

ji

ji

j

Vážený průměr w(n,j-1) a w(n-1,j-1)s váhou podle první derivace v bodě w(n-1,j-1):

Počáteční podmínka

Okrajové podmínky

Integrační korekce



Graf funkce w(x,) Graf funkce w(x,)

Graf funkce w(x,)ověření konvergencepro


VÝSLEDKY DISERTACE

Skladby posuzovaných plochých střešních konstrukcí

Konstrukce č. 1

Konstrukce č. 2

Konstrukce č. 3

Konstrukce č. 4

U = 0,224 W.m-2.K-1 (U < UN) - vyhovující

U = 0,697 W.m-2.K-1 (U > UN) - nevyhovující

U = 0,231 W.m-2.K-1 (U < UN) - vyhovující

U = 0,770 W.m-2.K-1 (U > UN) - nevyhovující

lehká konstrukce

lehká konstrukce

těžká konstrukce

těžká konstrukce


VÝSLEDKY DISERTACE

Okrajové podmínky Vnitřní prostředí: podle ČSN 06 0210

Vnější prostředí: metoda COND

Běžné klimatické podmínky

Extrémní klimatické podmínky


Konstrukce č. 3

U = 0,224 W.m-2.K-1

Uef = 0,225 W.m-2.K-1 (+ 0.5 %)Uextr = 0,226 W.m-2.K-1 (+ 0,9 %)um,extr = 2,39 %

VÝSLEDKY DISERTACE

U = 0,231 W.m-2.K-1


Konstrukce č. 2U = 0,697 W.m-2.K-1


Konstrukce č. 4U = 0,770 W.m-2.K-1


Konstrukce č. 1


Konstrukce č. 1

Konstrukce č. 3

VÝSLEDKY DISERTACE

Konstrukce č. 2

Konstrukce č. 4


Konstrukce č. 1

Konstrukce č. 3

VÝSLEDKY DISERTACE

Konstrukce č. 2

Konstrukce č. 4

lehká, U < UN lehká, U > UN

těžká, U < UN těžká, U > UN


VÝSLEDKY DISERTACE

Extrémní nárůst hmotnostní vlhkosti

um,extr = 146 %

um,rok = 144 %

um,extr = 59 %

um,rok = 58 %

Běžné klimatické podmínky Extrémní klimatické podmínky

um,extr = 97 %

um,rok = 46 %um,extr = 39 %

um,rok = 18 %


Zvýšení hodnoty efektivního součinitele prostupu tepla Uef

Zateplená konstrukce (U < UN) Nezateplená konstrukce (U > UN)

Běžné klim. podm. Extrémní klim. podm. Běžné klim. podm. Extrémní klim. podm.

lehká konstrukce + 0,5 % + 0,5 % + 3,7 % + 7,5 %

těžká konstrukce + 0,5 % + 0,5 % + 8,6 % + 13,6 %

Zvýšení hodnoty extrémního součinitele prostupu tepla Uextr



lehká konstrukce + 0,9 % + 0,9 % + 7,5 % + 13,3 %

těžká konstrukce + 0,9 % + 0,9 % + 13,8 % + 21,8 %

Extrémní hodnoty hmotnostní vlhkosti um,extr



lehká konstrukce 2,4 % 3,7 % 39,0 % 58,4 %

těžká konstrukce 2,5 % 3,9 % 97,4 % 146,0 %

VÝSLEDKY DISERTACE


1. Posouzením se prokázalo, že existence kapalné vlhkosti má značný vliv na tepelnou vodivost materiálů.

2. Největší nárůst hodnoty součinitele prostupu tepla byl zaznamenán u konstrukcí nedokonale tepelně izolovaných – zejména v kritických dnech roku (značný nárůst potřeby energie).

3. Nárůst hodnoty součinitele prostupu tepla se dále zvyšuje v extrémních klimatických podmínkách – zejména v kritických dnech roku (značný nárůst potřeby energie).

ZÁVĚRY


4. Negativní vliv vlhkosti byl zaznamenán u těžkých konstrukcí výrazněji.

5. Bylo prokázáno, že nárůst hodnoty hmotnostní vlhkosti v tepelně izolační vrstvě u nedokonale izolovaných konstrukcí roste až do extrémních hodnot, což s sebou přináší mnoho negativních důsledků.

6. Bylo zjištěno, že výrazný nárůst součinitele prostupu tepla vykazují konstrukce, jejichž tepelně izolační vrstva je charakterizována velmi nízkou hodnotou i hodnotou .

ZÁVĚRY


1. Zjišťování a zpřesňování vstupních parametrů

2. Rozšířit jednorozměrné vlhkostní pole na trojrozměrné

3. Analýza transportu vlhkosti v případě úplného nasycení

4. Rozvoj a optimalizace aplikačního programu TEPTECH

PLÁN DALŠÍHO VÝZKUMU

Date post:	11-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	gil
View:	32 times
Download:	3 times

ANALÝZA VLHKOSTNÍCH PROCESŮ OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ

Documents