+ All Categories
Home > Documents > MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

Date post: 17-Feb-2022
Category:
Upload: others
View: 5 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
81
MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nauky o dřevě Bc. Ondřej Maňák Variabilita koeficientů difuze vodní páry ve dřevě a její vliv na vlhkostní pole uvnitř vybrané konstrukce Vedoucí práce: Mgr. Ing. Miroslav Trcala, PhD. Brno 2015
Transcript
Page 1: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ

Lesnickaacute a dřevařskaacute fakulta

Uacutestav nauky o dřevě

Bc Ondřej Maňaacutek

Variabilita koeficientů difuze vodniacute paacutery ve dřevě a jejiacute vliv na vlhkostniacute pole

uvnitř vybraneacute konstrukce

Vedouciacute praacutece Mgr Ing Miroslav Trcala PhD

Brno 2015

I

II

Prohlašuji že jsem praacuteci bdquoVARIABILITA KOEFICIENTŮ DIFUZE VODNIacute

PAacuteRY VE DŘEVĚ A JEJIacute VLIV NA VLHKOSTNIacute POLE UVNITŘ VYBRANEacute

KONSTRUKCEldquo zpracoval samostatně a veškereacute použiteacute prameny a informace uvaacutediacutem

v seznamu použiteacute literatury Souhlasiacutem aby moje praacutece byla zveřejněna v souladu s sect

47b Zaacutekona č 1111998 Sb o vysokyacutech školaacutech ve zněniacute pozdějšiacutech předpisů a v

souladu s platnou Směrniciacute o zveřejňovaacuteniacute vysokoškolskyacutech zaacutevěrečnyacutech praciacute

Jsem si vědoma že se na moji praacuteci vztahuje zaacutekon č 1212000 Sb autorskyacute

zaacutekon a že Mendelova univerzita v Brně maacute praacutevo na uzavřeniacute licenčniacute smlouvy a užitiacute

teacuteto praacutece jako školniacuteho diacutela podle sect60 odst 1 autorskeacuteho zaacutekona

Daacutele se zavazuji že před sepsaacuteniacutem licenčniacute smlouvy o využitiacute diacutela jinou osobou

(subjektem) si vyžaacutedaacutem piacutesemneacute stanovisko univerzity že předmětnaacute licenčniacute smlouva

neniacute v rozporu s opraacutevněnyacutemi zaacutejmy univerzity a zavazuji se uhradit přiacutepadnyacute přiacutespěvek

na uacutehradu naacutekladů spojenyacutech se vznikem diacutela a to až do jejich skutečneacute vyacuteše

V Brně 21 4 2015 Bc Ondřej Maňaacutek

III

Na tomto miacutestě bych raacuted poděkoval předevšiacutem školiteli Mgr Ing Miroslavu

Trcalovi PhD za odborneacute vedeniacute a věcneacute připomiacutenky Poděkovaacuteniacute patřiacute takeacute všem

kteřiacute mi byli naacutepomocni nebo mě podporovali při tvorbě teacuteto diplomoveacute praacutece za jejich

trpělivost a ochotu a to předevšiacutem Radimu Rouskovi mojiacute přiacutetelkyni Tereze Čuproveacute a

celeacute rodině Tuto praacuteci věnuji meacute babičce Ludmile Maňaacutekoveacute

IV

Abstrakt

Maňaacutek O Variabilita koeficientů difuze vodniacute paacutery ve dřevě a jejiacute vliv na vlhkostniacute

pole uvnitř vybraneacute konstrukce Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 2015

73 s

Hygroskopickeacute vlastnosti dřeva majiacute vyacuteznamnyacute vliv na difuzi vodniacute paacutery ve

dřevě K popisu jevu difuze lze použiacutet zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute vlhkosti vzduchu Analytickeacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuze dřeva bylo modifikovaacuteno aby bylo možno ziacuteskat hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti K verifikaci byla použita pohaacuterkovaacute zkouška při průměrnyacutech

vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 a hodnoty z literatury Vypočtenaacute data tvořila

vstup numerickeacuteho modelu ve ktereacutem byl porovnaacuten stacionaacuterniacute lineaacuterniacute vyacutepočet

s nelineaacuterniacutem za uvažovaacuteniacute variability difuzniacutech vlastnostiacute ve stavebniacutech detailech

difuzně otevřeneacute dřevostavby Byly prokaacutezaacuteny rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech ktereacute

v některyacutech přiacutepadech vedou k podceněniacute rizika kondenzace či degradace dřevěnyacutech

prvků ve stěně dřevostavby v jinyacutech naopak poukazujiacute na reaacutelně lepšiacute schopnost

dřevěnyacutech konstrukciacute odveacutest vlhkost z interieacuteru stavby do exterieacuteru

Kliacutečovaacute slova stacionaacuterniacute difuze součinitel difuzniacute vodivosti pohaacuterkovaacute zkouška

numerickyacute model vlhkostniacute pole stavebniacute fyzika

V

Abstract

Maňaacutek O Variability of diffusion coefficients in wood and its influence on moisture

field inside selected structure Diploma thesis Mendel University in Brno 2015 73 p

Hygroscopic properties of wood have significant impact on water vapor

diffusion in this material For the description of this phenomenon the water vapor

permeability dependence on relative humidity or partial water vapor pressure can be

used Analytical expression of the diffusion coefficient of wood was modified in order

to obtain values for the water vapor permeability For the verification a cup method

experiment at 25 625 and 75 average relative humidity was performed and the

results were compared to other researches Calculated data formed the input of a

numerical model in which a stationary linear analysis with a nonlinear analysis was

compared taking the variability of diffusion properties into account in the construction

details of vapor diffusion-open timber constructions Differences in moisture fields were

shown which in some cases lead to underestimation of the risk of condensation or

degradation of wood components in the building envelope in other cases point to the

actual better ability of wooden structures to divert moisture from the interior to the

exterior of the building

Keywords steady-state diffusion water vapor permeability cup method numerical

model moisture field building physics

VI

Obsah

1 Uacutevod 1

2 Ciacutel praacutece 2

3 Literaacuterniacute přehled 3

31 Dřevo a vodniacute paacutera 3

311 Vlhkost dřeva 3

312 Sorpčniacute izoterma 4

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě 6

314 Vliv faktorů na difuzi 8

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery 11

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery 11

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole 12

321 Comsol Multiphysics 13

322 Wufi 13

323 Moisture expert 13

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce 14

331 Vlastnosti dřeva 14

332 Použiacutevaneacute materiaacutely 14

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb 17

34 Technickeacute normy 18

341 Součinitel difuzniacute vodivosti 19

342 Faktor difuzniacuteho odporu 19

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka 20

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci 20

345 Pohaacuterkovaacute zkouška 21

4 Materiaacutel a metodika 22

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572 22

42 Analytickyacute vyacutepočet 23

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru 24

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru 27

43 Numerickyacute model 27

5 Vyacutesledky 29

51 Pohaacuterkovaacute zkouška 29

52 Analytickyacute vyacutepočet 33

53 Numerickyacute model 35

531 Prostaacute masivniacute stěna 36

VII

532 Detail rohu masivniacute stěny 44

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby 52

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby 56

6 Diskuze 60

7 Zaacutevěr 64

8 Conclusion 65

9 Použitaacute literatura 66

10 Seznam obraacutezků 70

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 2: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

I

II

Prohlašuji že jsem praacuteci bdquoVARIABILITA KOEFICIENTŮ DIFUZE VODNIacute

PAacuteRY VE DŘEVĚ A JEJIacute VLIV NA VLHKOSTNIacute POLE UVNITŘ VYBRANEacute

KONSTRUKCEldquo zpracoval samostatně a veškereacute použiteacute prameny a informace uvaacutediacutem

v seznamu použiteacute literatury Souhlasiacutem aby moje praacutece byla zveřejněna v souladu s sect

47b Zaacutekona č 1111998 Sb o vysokyacutech školaacutech ve zněniacute pozdějšiacutech předpisů a v

souladu s platnou Směrniciacute o zveřejňovaacuteniacute vysokoškolskyacutech zaacutevěrečnyacutech praciacute

Jsem si vědoma že se na moji praacuteci vztahuje zaacutekon č 1212000 Sb autorskyacute

zaacutekon a že Mendelova univerzita v Brně maacute praacutevo na uzavřeniacute licenčniacute smlouvy a užitiacute

teacuteto praacutece jako školniacuteho diacutela podle sect60 odst 1 autorskeacuteho zaacutekona

Daacutele se zavazuji že před sepsaacuteniacutem licenčniacute smlouvy o využitiacute diacutela jinou osobou

(subjektem) si vyžaacutedaacutem piacutesemneacute stanovisko univerzity že předmětnaacute licenčniacute smlouva

neniacute v rozporu s opraacutevněnyacutemi zaacutejmy univerzity a zavazuji se uhradit přiacutepadnyacute přiacutespěvek

na uacutehradu naacutekladů spojenyacutech se vznikem diacutela a to až do jejich skutečneacute vyacuteše

V Brně 21 4 2015 Bc Ondřej Maňaacutek

III

Na tomto miacutestě bych raacuted poděkoval předevšiacutem školiteli Mgr Ing Miroslavu

Trcalovi PhD za odborneacute vedeniacute a věcneacute připomiacutenky Poděkovaacuteniacute patřiacute takeacute všem

kteřiacute mi byli naacutepomocni nebo mě podporovali při tvorbě teacuteto diplomoveacute praacutece za jejich

trpělivost a ochotu a to předevšiacutem Radimu Rouskovi mojiacute přiacutetelkyni Tereze Čuproveacute a

celeacute rodině Tuto praacuteci věnuji meacute babičce Ludmile Maňaacutekoveacute

IV

Abstrakt

Maňaacutek O Variabilita koeficientů difuze vodniacute paacutery ve dřevě a jejiacute vliv na vlhkostniacute

pole uvnitř vybraneacute konstrukce Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 2015

73 s

Hygroskopickeacute vlastnosti dřeva majiacute vyacuteznamnyacute vliv na difuzi vodniacute paacutery ve

dřevě K popisu jevu difuze lze použiacutet zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute vlhkosti vzduchu Analytickeacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuze dřeva bylo modifikovaacuteno aby bylo možno ziacuteskat hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti K verifikaci byla použita pohaacuterkovaacute zkouška při průměrnyacutech

vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 a hodnoty z literatury Vypočtenaacute data tvořila

vstup numerickeacuteho modelu ve ktereacutem byl porovnaacuten stacionaacuterniacute lineaacuterniacute vyacutepočet

s nelineaacuterniacutem za uvažovaacuteniacute variability difuzniacutech vlastnostiacute ve stavebniacutech detailech

difuzně otevřeneacute dřevostavby Byly prokaacutezaacuteny rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech ktereacute

v některyacutech přiacutepadech vedou k podceněniacute rizika kondenzace či degradace dřevěnyacutech

prvků ve stěně dřevostavby v jinyacutech naopak poukazujiacute na reaacutelně lepšiacute schopnost

dřevěnyacutech konstrukciacute odveacutest vlhkost z interieacuteru stavby do exterieacuteru

Kliacutečovaacute slova stacionaacuterniacute difuze součinitel difuzniacute vodivosti pohaacuterkovaacute zkouška

numerickyacute model vlhkostniacute pole stavebniacute fyzika

V

Abstract

Maňaacutek O Variability of diffusion coefficients in wood and its influence on moisture

field inside selected structure Diploma thesis Mendel University in Brno 2015 73 p

Hygroscopic properties of wood have significant impact on water vapor

diffusion in this material For the description of this phenomenon the water vapor

permeability dependence on relative humidity or partial water vapor pressure can be

used Analytical expression of the diffusion coefficient of wood was modified in order

to obtain values for the water vapor permeability For the verification a cup method

experiment at 25 625 and 75 average relative humidity was performed and the

results were compared to other researches Calculated data formed the input of a

numerical model in which a stationary linear analysis with a nonlinear analysis was

compared taking the variability of diffusion properties into account in the construction

details of vapor diffusion-open timber constructions Differences in moisture fields were

shown which in some cases lead to underestimation of the risk of condensation or

degradation of wood components in the building envelope in other cases point to the

actual better ability of wooden structures to divert moisture from the interior to the

exterior of the building

Keywords steady-state diffusion water vapor permeability cup method numerical

model moisture field building physics

VI

Obsah

1 Uacutevod 1

2 Ciacutel praacutece 2

3 Literaacuterniacute přehled 3

31 Dřevo a vodniacute paacutera 3

311 Vlhkost dřeva 3

312 Sorpčniacute izoterma 4

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě 6

314 Vliv faktorů na difuzi 8

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery 11

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery 11

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole 12

321 Comsol Multiphysics 13

322 Wufi 13

323 Moisture expert 13

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce 14

331 Vlastnosti dřeva 14

332 Použiacutevaneacute materiaacutely 14

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb 17

34 Technickeacute normy 18

341 Součinitel difuzniacute vodivosti 19

342 Faktor difuzniacuteho odporu 19

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka 20

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci 20

345 Pohaacuterkovaacute zkouška 21

4 Materiaacutel a metodika 22

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572 22

42 Analytickyacute vyacutepočet 23

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru 24

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru 27

43 Numerickyacute model 27

5 Vyacutesledky 29

51 Pohaacuterkovaacute zkouška 29

52 Analytickyacute vyacutepočet 33

53 Numerickyacute model 35

531 Prostaacute masivniacute stěna 36

VII

532 Detail rohu masivniacute stěny 44

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby 52

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby 56

6 Diskuze 60

7 Zaacutevěr 64

8 Conclusion 65

9 Použitaacute literatura 66

10 Seznam obraacutezků 70

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 3: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

II

Prohlašuji že jsem praacuteci bdquoVARIABILITA KOEFICIENTŮ DIFUZE VODNIacute

PAacuteRY VE DŘEVĚ A JEJIacute VLIV NA VLHKOSTNIacute POLE UVNITŘ VYBRANEacute

KONSTRUKCEldquo zpracoval samostatně a veškereacute použiteacute prameny a informace uvaacutediacutem

v seznamu použiteacute literatury Souhlasiacutem aby moje praacutece byla zveřejněna v souladu s sect

47b Zaacutekona č 1111998 Sb o vysokyacutech školaacutech ve zněniacute pozdějšiacutech předpisů a v

souladu s platnou Směrniciacute o zveřejňovaacuteniacute vysokoškolskyacutech zaacutevěrečnyacutech praciacute

Jsem si vědoma že se na moji praacuteci vztahuje zaacutekon č 1212000 Sb autorskyacute

zaacutekon a že Mendelova univerzita v Brně maacute praacutevo na uzavřeniacute licenčniacute smlouvy a užitiacute

teacuteto praacutece jako školniacuteho diacutela podle sect60 odst 1 autorskeacuteho zaacutekona

Daacutele se zavazuji že před sepsaacuteniacutem licenčniacute smlouvy o využitiacute diacutela jinou osobou

(subjektem) si vyžaacutedaacutem piacutesemneacute stanovisko univerzity že předmětnaacute licenčniacute smlouva

neniacute v rozporu s opraacutevněnyacutemi zaacutejmy univerzity a zavazuji se uhradit přiacutepadnyacute přiacutespěvek

na uacutehradu naacutekladů spojenyacutech se vznikem diacutela a to až do jejich skutečneacute vyacuteše

V Brně 21 4 2015 Bc Ondřej Maňaacutek

III

Na tomto miacutestě bych raacuted poděkoval předevšiacutem školiteli Mgr Ing Miroslavu

Trcalovi PhD za odborneacute vedeniacute a věcneacute připomiacutenky Poděkovaacuteniacute patřiacute takeacute všem

kteřiacute mi byli naacutepomocni nebo mě podporovali při tvorbě teacuteto diplomoveacute praacutece za jejich

trpělivost a ochotu a to předevšiacutem Radimu Rouskovi mojiacute přiacutetelkyni Tereze Čuproveacute a

celeacute rodině Tuto praacuteci věnuji meacute babičce Ludmile Maňaacutekoveacute

IV

Abstrakt

Maňaacutek O Variabilita koeficientů difuze vodniacute paacutery ve dřevě a jejiacute vliv na vlhkostniacute

pole uvnitř vybraneacute konstrukce Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 2015

73 s

Hygroskopickeacute vlastnosti dřeva majiacute vyacuteznamnyacute vliv na difuzi vodniacute paacutery ve

dřevě K popisu jevu difuze lze použiacutet zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute vlhkosti vzduchu Analytickeacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuze dřeva bylo modifikovaacuteno aby bylo možno ziacuteskat hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti K verifikaci byla použita pohaacuterkovaacute zkouška při průměrnyacutech

vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 a hodnoty z literatury Vypočtenaacute data tvořila

vstup numerickeacuteho modelu ve ktereacutem byl porovnaacuten stacionaacuterniacute lineaacuterniacute vyacutepočet

s nelineaacuterniacutem za uvažovaacuteniacute variability difuzniacutech vlastnostiacute ve stavebniacutech detailech

difuzně otevřeneacute dřevostavby Byly prokaacutezaacuteny rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech ktereacute

v některyacutech přiacutepadech vedou k podceněniacute rizika kondenzace či degradace dřevěnyacutech

prvků ve stěně dřevostavby v jinyacutech naopak poukazujiacute na reaacutelně lepšiacute schopnost

dřevěnyacutech konstrukciacute odveacutest vlhkost z interieacuteru stavby do exterieacuteru

Kliacutečovaacute slova stacionaacuterniacute difuze součinitel difuzniacute vodivosti pohaacuterkovaacute zkouška

numerickyacute model vlhkostniacute pole stavebniacute fyzika

V

Abstract

Maňaacutek O Variability of diffusion coefficients in wood and its influence on moisture

field inside selected structure Diploma thesis Mendel University in Brno 2015 73 p

Hygroscopic properties of wood have significant impact on water vapor

diffusion in this material For the description of this phenomenon the water vapor

permeability dependence on relative humidity or partial water vapor pressure can be

used Analytical expression of the diffusion coefficient of wood was modified in order

to obtain values for the water vapor permeability For the verification a cup method

experiment at 25 625 and 75 average relative humidity was performed and the

results were compared to other researches Calculated data formed the input of a

numerical model in which a stationary linear analysis with a nonlinear analysis was

compared taking the variability of diffusion properties into account in the construction

details of vapor diffusion-open timber constructions Differences in moisture fields were

shown which in some cases lead to underestimation of the risk of condensation or

degradation of wood components in the building envelope in other cases point to the

actual better ability of wooden structures to divert moisture from the interior to the

exterior of the building

Keywords steady-state diffusion water vapor permeability cup method numerical

model moisture field building physics

VI

Obsah

1 Uacutevod 1

2 Ciacutel praacutece 2

3 Literaacuterniacute přehled 3

31 Dřevo a vodniacute paacutera 3

311 Vlhkost dřeva 3

312 Sorpčniacute izoterma 4

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě 6

314 Vliv faktorů na difuzi 8

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery 11

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery 11

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole 12

321 Comsol Multiphysics 13

322 Wufi 13

323 Moisture expert 13

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce 14

331 Vlastnosti dřeva 14

332 Použiacutevaneacute materiaacutely 14

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb 17

34 Technickeacute normy 18

341 Součinitel difuzniacute vodivosti 19

342 Faktor difuzniacuteho odporu 19

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka 20

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci 20

345 Pohaacuterkovaacute zkouška 21

4 Materiaacutel a metodika 22

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572 22

42 Analytickyacute vyacutepočet 23

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru 24

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru 27

43 Numerickyacute model 27

5 Vyacutesledky 29

51 Pohaacuterkovaacute zkouška 29

52 Analytickyacute vyacutepočet 33

53 Numerickyacute model 35

531 Prostaacute masivniacute stěna 36

VII

532 Detail rohu masivniacute stěny 44

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby 52

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby 56

6 Diskuze 60

7 Zaacutevěr 64

8 Conclusion 65

9 Použitaacute literatura 66

10 Seznam obraacutezků 70

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 4: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

III

Na tomto miacutestě bych raacuted poděkoval předevšiacutem školiteli Mgr Ing Miroslavu

Trcalovi PhD za odborneacute vedeniacute a věcneacute připomiacutenky Poděkovaacuteniacute patřiacute takeacute všem

kteřiacute mi byli naacutepomocni nebo mě podporovali při tvorbě teacuteto diplomoveacute praacutece za jejich

trpělivost a ochotu a to předevšiacutem Radimu Rouskovi mojiacute přiacutetelkyni Tereze Čuproveacute a

celeacute rodině Tuto praacuteci věnuji meacute babičce Ludmile Maňaacutekoveacute

IV

Abstrakt

Maňaacutek O Variabilita koeficientů difuze vodniacute paacutery ve dřevě a jejiacute vliv na vlhkostniacute

pole uvnitř vybraneacute konstrukce Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 2015

73 s

Hygroskopickeacute vlastnosti dřeva majiacute vyacuteznamnyacute vliv na difuzi vodniacute paacutery ve

dřevě K popisu jevu difuze lze použiacutet zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute vlhkosti vzduchu Analytickeacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuze dřeva bylo modifikovaacuteno aby bylo možno ziacuteskat hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti K verifikaci byla použita pohaacuterkovaacute zkouška při průměrnyacutech

vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 a hodnoty z literatury Vypočtenaacute data tvořila

vstup numerickeacuteho modelu ve ktereacutem byl porovnaacuten stacionaacuterniacute lineaacuterniacute vyacutepočet

s nelineaacuterniacutem za uvažovaacuteniacute variability difuzniacutech vlastnostiacute ve stavebniacutech detailech

difuzně otevřeneacute dřevostavby Byly prokaacutezaacuteny rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech ktereacute

v některyacutech přiacutepadech vedou k podceněniacute rizika kondenzace či degradace dřevěnyacutech

prvků ve stěně dřevostavby v jinyacutech naopak poukazujiacute na reaacutelně lepšiacute schopnost

dřevěnyacutech konstrukciacute odveacutest vlhkost z interieacuteru stavby do exterieacuteru

Kliacutečovaacute slova stacionaacuterniacute difuze součinitel difuzniacute vodivosti pohaacuterkovaacute zkouška

numerickyacute model vlhkostniacute pole stavebniacute fyzika

V

Abstract

Maňaacutek O Variability of diffusion coefficients in wood and its influence on moisture

field inside selected structure Diploma thesis Mendel University in Brno 2015 73 p

Hygroscopic properties of wood have significant impact on water vapor

diffusion in this material For the description of this phenomenon the water vapor

permeability dependence on relative humidity or partial water vapor pressure can be

used Analytical expression of the diffusion coefficient of wood was modified in order

to obtain values for the water vapor permeability For the verification a cup method

experiment at 25 625 and 75 average relative humidity was performed and the

results were compared to other researches Calculated data formed the input of a

numerical model in which a stationary linear analysis with a nonlinear analysis was

compared taking the variability of diffusion properties into account in the construction

details of vapor diffusion-open timber constructions Differences in moisture fields were

shown which in some cases lead to underestimation of the risk of condensation or

degradation of wood components in the building envelope in other cases point to the

actual better ability of wooden structures to divert moisture from the interior to the

exterior of the building

Keywords steady-state diffusion water vapor permeability cup method numerical

model moisture field building physics

VI

Obsah

1 Uacutevod 1

2 Ciacutel praacutece 2

3 Literaacuterniacute přehled 3

31 Dřevo a vodniacute paacutera 3

311 Vlhkost dřeva 3

312 Sorpčniacute izoterma 4

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě 6

314 Vliv faktorů na difuzi 8

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery 11

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery 11

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole 12

321 Comsol Multiphysics 13

322 Wufi 13

323 Moisture expert 13

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce 14

331 Vlastnosti dřeva 14

332 Použiacutevaneacute materiaacutely 14

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb 17

34 Technickeacute normy 18

341 Součinitel difuzniacute vodivosti 19

342 Faktor difuzniacuteho odporu 19

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka 20

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci 20

345 Pohaacuterkovaacute zkouška 21

4 Materiaacutel a metodika 22

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572 22

42 Analytickyacute vyacutepočet 23

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru 24

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru 27

43 Numerickyacute model 27

5 Vyacutesledky 29

51 Pohaacuterkovaacute zkouška 29

52 Analytickyacute vyacutepočet 33

53 Numerickyacute model 35

531 Prostaacute masivniacute stěna 36

VII

532 Detail rohu masivniacute stěny 44

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby 52

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby 56

6 Diskuze 60

7 Zaacutevěr 64

8 Conclusion 65

9 Použitaacute literatura 66

10 Seznam obraacutezků 70

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 5: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

IV

Abstrakt

Maňaacutek O Variabilita koeficientů difuze vodniacute paacutery ve dřevě a jejiacute vliv na vlhkostniacute

pole uvnitř vybraneacute konstrukce Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 2015

73 s

Hygroskopickeacute vlastnosti dřeva majiacute vyacuteznamnyacute vliv na difuzi vodniacute paacutery ve

dřevě K popisu jevu difuze lze použiacutet zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute vlhkosti vzduchu Analytickeacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuze dřeva bylo modifikovaacuteno aby bylo možno ziacuteskat hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti K verifikaci byla použita pohaacuterkovaacute zkouška při průměrnyacutech

vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 a hodnoty z literatury Vypočtenaacute data tvořila

vstup numerickeacuteho modelu ve ktereacutem byl porovnaacuten stacionaacuterniacute lineaacuterniacute vyacutepočet

s nelineaacuterniacutem za uvažovaacuteniacute variability difuzniacutech vlastnostiacute ve stavebniacutech detailech

difuzně otevřeneacute dřevostavby Byly prokaacutezaacuteny rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech ktereacute

v některyacutech přiacutepadech vedou k podceněniacute rizika kondenzace či degradace dřevěnyacutech

prvků ve stěně dřevostavby v jinyacutech naopak poukazujiacute na reaacutelně lepšiacute schopnost

dřevěnyacutech konstrukciacute odveacutest vlhkost z interieacuteru stavby do exterieacuteru

Kliacutečovaacute slova stacionaacuterniacute difuze součinitel difuzniacute vodivosti pohaacuterkovaacute zkouška

numerickyacute model vlhkostniacute pole stavebniacute fyzika

V

Abstract

Maňaacutek O Variability of diffusion coefficients in wood and its influence on moisture

field inside selected structure Diploma thesis Mendel University in Brno 2015 73 p

Hygroscopic properties of wood have significant impact on water vapor

diffusion in this material For the description of this phenomenon the water vapor

permeability dependence on relative humidity or partial water vapor pressure can be

used Analytical expression of the diffusion coefficient of wood was modified in order

to obtain values for the water vapor permeability For the verification a cup method

experiment at 25 625 and 75 average relative humidity was performed and the

results were compared to other researches Calculated data formed the input of a

numerical model in which a stationary linear analysis with a nonlinear analysis was

compared taking the variability of diffusion properties into account in the construction

details of vapor diffusion-open timber constructions Differences in moisture fields were

shown which in some cases lead to underestimation of the risk of condensation or

degradation of wood components in the building envelope in other cases point to the

actual better ability of wooden structures to divert moisture from the interior to the

exterior of the building

Keywords steady-state diffusion water vapor permeability cup method numerical

model moisture field building physics

VI

Obsah

1 Uacutevod 1

2 Ciacutel praacutece 2

3 Literaacuterniacute přehled 3

31 Dřevo a vodniacute paacutera 3

311 Vlhkost dřeva 3

312 Sorpčniacute izoterma 4

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě 6

314 Vliv faktorů na difuzi 8

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery 11

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery 11

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole 12

321 Comsol Multiphysics 13

322 Wufi 13

323 Moisture expert 13

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce 14

331 Vlastnosti dřeva 14

332 Použiacutevaneacute materiaacutely 14

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb 17

34 Technickeacute normy 18

341 Součinitel difuzniacute vodivosti 19

342 Faktor difuzniacuteho odporu 19

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka 20

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci 20

345 Pohaacuterkovaacute zkouška 21

4 Materiaacutel a metodika 22

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572 22

42 Analytickyacute vyacutepočet 23

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru 24

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru 27

43 Numerickyacute model 27

5 Vyacutesledky 29

51 Pohaacuterkovaacute zkouška 29

52 Analytickyacute vyacutepočet 33

53 Numerickyacute model 35

531 Prostaacute masivniacute stěna 36

VII

532 Detail rohu masivniacute stěny 44

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby 52

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby 56

6 Diskuze 60

7 Zaacutevěr 64

8 Conclusion 65

9 Použitaacute literatura 66

10 Seznam obraacutezků 70

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 6: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

V

Abstract

Maňaacutek O Variability of diffusion coefficients in wood and its influence on moisture

field inside selected structure Diploma thesis Mendel University in Brno 2015 73 p

Hygroscopic properties of wood have significant impact on water vapor

diffusion in this material For the description of this phenomenon the water vapor

permeability dependence on relative humidity or partial water vapor pressure can be

used Analytical expression of the diffusion coefficient of wood was modified in order

to obtain values for the water vapor permeability For the verification a cup method

experiment at 25 625 and 75 average relative humidity was performed and the

results were compared to other researches Calculated data formed the input of a

numerical model in which a stationary linear analysis with a nonlinear analysis was

compared taking the variability of diffusion properties into account in the construction

details of vapor diffusion-open timber constructions Differences in moisture fields were

shown which in some cases lead to underestimation of the risk of condensation or

degradation of wood components in the building envelope in other cases point to the

actual better ability of wooden structures to divert moisture from the interior to the

exterior of the building

Keywords steady-state diffusion water vapor permeability cup method numerical

model moisture field building physics

VI

Obsah

1 Uacutevod 1

2 Ciacutel praacutece 2

3 Literaacuterniacute přehled 3

31 Dřevo a vodniacute paacutera 3

311 Vlhkost dřeva 3

312 Sorpčniacute izoterma 4

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě 6

314 Vliv faktorů na difuzi 8

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery 11

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery 11

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole 12

321 Comsol Multiphysics 13

322 Wufi 13

323 Moisture expert 13

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce 14

331 Vlastnosti dřeva 14

332 Použiacutevaneacute materiaacutely 14

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb 17

34 Technickeacute normy 18

341 Součinitel difuzniacute vodivosti 19

342 Faktor difuzniacuteho odporu 19

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka 20

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci 20

345 Pohaacuterkovaacute zkouška 21

4 Materiaacutel a metodika 22

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572 22

42 Analytickyacute vyacutepočet 23

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru 24

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru 27

43 Numerickyacute model 27

5 Vyacutesledky 29

51 Pohaacuterkovaacute zkouška 29

52 Analytickyacute vyacutepočet 33

53 Numerickyacute model 35

531 Prostaacute masivniacute stěna 36

VII

532 Detail rohu masivniacute stěny 44

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby 52

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby 56

6 Diskuze 60

7 Zaacutevěr 64

8 Conclusion 65

9 Použitaacute literatura 66

10 Seznam obraacutezků 70

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 7: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

VI

Obsah

1 Uacutevod 1

2 Ciacutel praacutece 2

3 Literaacuterniacute přehled 3

31 Dřevo a vodniacute paacutera 3

311 Vlhkost dřeva 3

312 Sorpčniacute izoterma 4

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě 6

314 Vliv faktorů na difuzi 8

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery 11

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery 11

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole 12

321 Comsol Multiphysics 13

322 Wufi 13

323 Moisture expert 13

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce 14

331 Vlastnosti dřeva 14

332 Použiacutevaneacute materiaacutely 14

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb 17

34 Technickeacute normy 18

341 Součinitel difuzniacute vodivosti 19

342 Faktor difuzniacuteho odporu 19

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka 20

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci 20

345 Pohaacuterkovaacute zkouška 21

4 Materiaacutel a metodika 22

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572 22

42 Analytickyacute vyacutepočet 23

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru 24

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru 27

43 Numerickyacute model 27

5 Vyacutesledky 29

51 Pohaacuterkovaacute zkouška 29

52 Analytickyacute vyacutepočet 33

53 Numerickyacute model 35

531 Prostaacute masivniacute stěna 36

VII

532 Detail rohu masivniacute stěny 44

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby 52

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby 56

6 Diskuze 60

7 Zaacutevěr 64

8 Conclusion 65

9 Použitaacute literatura 66

10 Seznam obraacutezků 70

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 8: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

VII

532 Detail rohu masivniacute stěny 44

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby 52

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby 56

6 Diskuze 60

7 Zaacutevěr 64

8 Conclusion 65

9 Použitaacute literatura 66

10 Seznam obraacutezků 70

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 9: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

1

1 Uacutevod

Dřevo je všude kolem naacutes bylo tomu tak v minulosti a je našiacute zodpovědnostiacute

naleacutezt mu miacutesto i v budoucnosti Se zvyšujiacuteciacutemi se potřebami společenskeacute a ekologickeacute

odpovědnosti při využiacutevaacuteniacute přiacuterodniacutech zdrojů dřevo opět nabyacutevaacute na vyacuteznamu jako

obnovitelnyacute materiaacutel s vyvaacuteženyacutemi užitnyacutemi vlastnostmi v poměru k ceně Abychom jej

dovedli spraacutevně využiacutet měli bychom se obeznaacutemit s jeho vyacutehodami i nevyacutehodami a

zohlednit je podle uacutečelu využitiacute Jednou z velmi důležityacutech vlastnostiacute ovlivňujiacuteciacute způsob

zachaacutezeniacute se dřevem a vyacuterobky z něj je hygroskopicita neboli schopnost navazovat

vzdušnou vlhkost S tou je spojen jev vedeniacute či prostupu vlhkosti jež nazyacutevaacuteme difuziacute

vodniacute paacutery Praacutevě tento jev dokaacuteže poměrně zaacutesadně ovlivňovat vyacutesledneacute užitneacute

vlastnosti staveb a to jak negativniacutem tak pozitivniacutem způsobem V době kdy dřevo a

materiaacutely na baacutezi dřeva hrajiacute ve stavebnictviacute čiacutem daacutel tiacutem důležitějšiacute roli je zkoumaacuteniacute

procesu difuze esenciaacutelniacute uacutelohou v souvislosti s posuzovaacuteniacutem vlhkostniacuteho režimu

konstrukciacute a rizika kondenzace

Diplomovaacute praacutece přiacutemo navazuje na zaacutevěry bakalaacuteřskeacute praacutece a snažiacute se je

promiacutetnout do důsledků prostřednictviacutem numerickeacute simulace vlhkostniacuteho pole

v konstrukciacutech dřevostaveb Parametry pohaacuterkoveacute zkoušky byly pro novyacute experiment

optimalizovaacuteny tak aby přinesly co nejkvalitnějšiacute vyacutesledky Analytickaacute čaacutest je

modifikovaacutena za uacutečelem vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti kteraacute za daneacute teploty odpoviacutedaacute přiacuteslušneacute

vlhkosti dřeva dle sorpčniacute izotermy Tento přiacutestup usnadňuje kombinaci různyacutech

stavebniacutech materiaacutelů v numerickeacute simulaci v niacutež jsou porovnaacutevaacutena vyacuteslednaacute vlhkostniacute

pole za uvažovaacuteniacute konstantniacute a variabilniacute difuzniacute vodivosti Vyacutesledky porovnaacuteniacute

poukazujiacute na rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi přiacutestupy a jejich dopad na posouzeniacute vlhkostniacute

odezvy dřevěnyacutech konstrukciacute

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 10: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

2

2 Ciacutel praacutece

Ciacutelem praacutece bylo stanovit vliv implementace variability difuzniacutech vlastnostiacute

dřeva v zaacutevislosti na vlhkosti do numerickeacuteho modelu vlhkostniacuteho pole sendvičoveacute

konstrukce dřevostavby Experimentaacutelniacute čaacutest spočiacutevala v pohaacuterkoveacute zkoušce kde byly

dle měřenyacutech hmotnostniacutech uacutebytků odvozeny součinitele difuzniacute vodivosti ktereacute

odpoviacutedaly různyacutem průměrnyacutem podmiacutenkaacutem prostřediacute Ziacuteskanaacute data byla porovnaacutevaacutena

s vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu jehož podoba musela byacutet pro potřeby přepočtu

koeficientu difuze na součinitel difuzniacute vodivosti upravena Experimentaacutelniacute vyacutesledky

analytickyacute vyacutepočet a běžně užiacutevaneacute konstanty pak bylo nutneacute použiacutet v numerickeacutem

modelu tak aby bylo možneacute porovnat jednotliveacute přiacutestupy Vyacutestupem teacuteto praacutece je

posouzeniacute signifikance rozdiacutelů mezi nimi

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 11: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

3

3 Literaacuterniacute přehled

V posledniacutech desetiletiacutech se mnoha vědcům povedlo vyacuteznamně rozšiacuteřit naše

znalosti v oblasti vlhkostniacutech vlastnostiacute dřeva Pohybem vody ve dřevě z pohledu difuze

a sorpce se zabyacutevali Burr a Stamm (1956) Eitelberger et al (2011a 2011b) Eitelberger

a Svensson (2012) Engelund et al (2013) Hill et al (2011) Horaacuteček (2004) Kang et

al (2007) Kollman (1951) Krabbenhoslashft et al (2003) Rautkari et al (2013) Rode a

Clorius (2004) Siau (1995) Skaar (1988) Stamm (1960) Sonderegger (2011) Tarmian

et al (2012) Tiemann (1906) Time (1998) Timusk (2008) Trcala (2009) Valovirta a

Vinha (2004) Wadsouml (1993a 1993b) a mnoho dalšiacutech

Rešerše literatury diplomoveacute praacutece navazuje na literaacuterniacute přehled bakalaacuteřskeacute

praacutece (Maňaacutek 2013) s ciacutelem teacutema ve stěžejniacutech bodech rozveacutest ve směru pohledu

stavebniacute fyziky na difuzi vodniacute paacutery ve dřevě a kondenzaci vodniacute paacutery v konstrukci

dřevostaveb Důkladneacute studium rozsaacutehleacuteho množstviacute zdrojů potvrzuje komplexnost

teacutematu

31 Dřevo a vodniacute paacutera

Vlhkost je fyzikaacutelniacute faktor kteryacute maacute zaacutesadniacute vliv na vlastnosti dřeva Voda

v různyacutech skupenstviacutech může dřevem prochaacutezet a je jeho nediacutelnou součaacutestiacute Dochaacuteziacute

k rozměrovyacutem změnaacutem měniacute se jeho mechanickeacute vlastnosti měniacute se elektrickyacute odpor

tepelnyacute odpor ve vyacutesledku je tedy poznaacuteniacute mechanismů souvisejiacuteciacutech s pohybem vody

ve dřevě zaacutesadniacute pro spraacutevneacute zachaacutezeniacute s vyacuterobky z něj Naacutesledujiacuteciacute kapitola shrnuje

zaacutekladniacute poznatky o navazovaacuteniacute vzdušneacute vlhkosti jejiacute pohyb ve dřevě a vlastnostech

vodniacute paacutery ve vzduchu

311 Vlhkost dřeva

Vodu ve dřevě můžeme rozlišit mezi tři zaacutekladniacute formy voda chemicky vaacutezanaacute

voda vaacutezanaacute a voda volnaacute Pro vyjaacutedřeniacute jejiacuteho podiacutelu ve dřevniacute hmotě nejčastěji

použiacutevaacuteme vzorce (311) a (312)V praxi naacutem pak stačiacute znaacutet hmotnost absolutně

sucheacuteho vzorku a vlhkeacuteho vzorku pomociacute nich už si vyjaacutedřiacuteme potřebnou hodnotu

vlhkosti

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 12: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

4

119908119886119887119904 =119898119908 minus 1198980

1198980middot 100 =

119898119907

1198980middot 100 (311)

119908119903119890119897 =119898119908 minus 1198980

119898119908middot 100 =

119898119907

119898119908middot 100 (312)

kde wabs je absolutniacute vlhkost []wrel je relativniacute vlhkost [] mw [kg] je hmotnost vlhkeacuteho dřeva a m0 je

hmotnost absolutně vysušeneacuteho dřeva [kg] a mv je hmotnost vody [kg]

Hranici obsahu vody volneacute označujeme jako mez nasyceniacute buněčnyacutech stěn

(MNBS) nebo mez hygroskopicity (MH) Mezi těmito pojmy je nutneacute rozlišovat Na

hranici MNBS je diferenciaacutelniacute teplo sorpce rovno nule na sorpčniacute miacutesta se už nevaacutežiacute

dalšiacute molekuly vody (Tiemann 1906) Tuto hodnotu lze dosaacutehnout při dlouhodobeacutem

uloženiacute dřeva ve vodě dojdeme tak k vlhkosti 30-40 Podle novějšiacutech poznatků nejde

o bod ale o škaacutelu rovnovaacutežnyacutech vlhkostiacute při niacutež dochaacuteziacute ke změně fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute dřeva Voda vaacutezanaacute v buněčneacute stěně existuje společně s vodou volnou aniž

by narušovala vodiacutekoveacute můstky (Hernandez a Bizoň 1994) V praxi častěji užiacutevanou je

MH ktereacute je dosaženo při dlouhodobeacutem uloženiacute dřeva v prostřediacute se vzdušnou vlhkostiacute

bliacutežiacuteciacute se 100 (Stamm 1964) Relativniacute vlhkost dřeva se v praxi zařazuje často do

naacutesledujiacuteciacutech skupin (Vaverka et al 2008)

- Dřevo mokreacute v dlouhodobeacutem kontaktu s vodou gt100

- Dřevo čerstvě pokaacuteceneacuteho stromu 50-100

- Dřevo vysušeneacute na vzduchu 15-22

- Dřevo vysušeneacute pro použitiacute v interieacuteru 8-15

- Absolutně sucheacute dřevo 0

312 Sorpčniacute izoterma

Existuje funkčniacute zaacutevislost mezi vlhkostiacute dřeva a vlhkostiacute vzduchu kteraacute neniacute

lineaacuterniacute Tento mechanismus nerovnoměrneacuteho navlhaacuteniacute nazyacutevaacuteme ji Anderson ndash

McCarthyho či deBoer ndash Zwickerovou sorpciacute a lze jej vyjaacutedřit pomociacute vzorce (313)

Při ustaacuteleneacutem stavu odpoviacutedaacute daneacute vlhkosti vzduchu při určiteacute teplotě patřičnaacute

rovnovaacutežnaacute vlhkost dřeva (RVD) Jejiacute hodnota se lišiacute podle toho jestli je rovnovaacutežneacuteho

stavu dosaženo navlhaacuteniacutem či schnutiacutem o tzv hysterezi sorpce kteraacute činiacute přibližně 3

(Horaacuteček 2008) V reaacutelnyacutech podmiacutenkaacutech tento jev neniacute jednoducheacute pozorovat proto

k měřeniacute navlhavosti a souvisejiacuteciacutech vlastnostiacute byacutevaacute použiacutevaacuteno zařiacutezeniacute DVS ndash

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 13: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

5

ldquodynamic vapour sorption apparatusrdquo Hill et al (2011) pomociacute něj zjistili že pro

opakujiacuteciacute se cykly navlhaacuteniacute tepelně modifikovaneacuteho dřeva dojde k signifikantniacutemu

sniacuteženiacute hystereze

119908 =

1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (313)

kde A a B jsou koeficienty vyjaacutedřeneacute rovnicemi A= 7731706 ndash 0014348 T B= 0008746 + 0000567 T

kde T vyjadřuje teplotu [K]

Rozlišujeme 3 oblasti sorpčniacute izotermy (Obr 311) a to oblast monomolekulaacuterniacute

sorpce (5-7 ) polymolekulaacuterniacute sorpce a oblast kapilaacuterniacute kondenzace kteraacute se začiacutenaacute

vyskytovat při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 15-20 (Horaacuteček 2008) Zvyacutešeniacute navlhavosti

při vzdušneacute vlhkosti nad 70 a teplotě 20degC je pravděpodobně způsobeno změkčeniacutem

hemiceluloacutez ktereacute při těchto podmiacutenkaacutech dosaacutehnou bodu skelneacuteho přechodu a umožniacute

umiacutestěniacute většiacuteho počtu molekul vody (Engelund et al 2013)

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967)

V praxi navlhavost dřeva uacutezce souvisiacute s jevem difuze vodniacute paacutery Schopnost

dřeva vaacutezat molekuly vody ve sveacute buněčneacute stěně zaacutevisiacute předevšiacutem na jeho druhu

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 14: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

6

objemoveacute hmotnosti či teplotě okolniacuteho prostřediacute a ve vyacutesledku takeacute ovlivňuje to jak

vodniacute paacutera dřevem prochaacuteziacute U dřev s vysokyacutem podiacutelem extraktivniacutech laacutetek vede jejich

odstraněniacute ke zvyacutešeniacute navlhavosti (Wangaard 1967) z čehož lze takeacute odvodit že vyššiacute

podiacutel extraktivniacutech laacutetek napřiacuteklad u dubu může veacutest naopak ke sniacuteženiacute navlhavosti

Platnost modelu sorpčniacute izotermy pro daneacute dřevo je danaacute podobně jako mnoho dalšiacutech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute samotnou nehomogenitou dřeva Time (1998) shrnuje měřeniacute

adsorpce a desorpce smrku (picea abies) několika autorů (Obr 312) Rozdiacutel mezi

některyacutemi měřeniacutemi je viacutece než 8 hmotnostniacutech procent Spolehlivost propočtu vlhkosti

dřeva dle podmiacutenek kteryacutem je vystaveno je omezenaacute

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998)

313 Mechanismus pohybu vody ve dřevě

Na pohyb vody ve dřevě lze nahliacutežet dle jeho charakteru jako na tok molekulaacuterniacute

či objemovyacute neboli difuzi a propustnost Pro difuzi dle Siau (1995) platiacute

- Molekuly vody jsou sorbovaacuteny nebo vaacutezaacuteny Van der Waalsovyacutemi silami či

pomociacute vodiacutekovyacutech můstků na sorpčniacute miacutesta ve dřevě (ndashOH skupiny)

K předpoklaacutedaneacutemu navaacutezaacuteniacute dochaacuteziacute v amorfniacute čaacutesti celuloacutezy

- Na jedno sorpčniacute miacutesto v raacutemci polymolekulaacuterniacute sorpce připadaacute 1ndash5 (7) molekul

vody

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 15: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

7

- Polymolekulaacuterniacute sorpce nastaacutevaacute při rovnovaacutežneacute vlhkosti dřeva 6ndash8 po tuto

hranici probiacutehaacute pouze sorpce monomolekulaacuterniacute což odpoviacutedaacute RVV 40-50

(Joly et al 1996)

Difuzi tradičně chaacutepeme jako pohyb vody vaacutezaneacute propustnost jako pohyb vody

volneacute V současneacute době je asi nejpřesnějšiacute definiciacute difuze tzv bdquoefektivniacute difuzeldquo což je

kombinovanyacute transport vodniacute paacutery skrz lumeny buněk a přenos vody vaacutezaneacute na

hydroxyloveacute skupiny v buněčneacute stěně (Siau 1995) V buněčneacute stěně by pak molekuly

vody měly respektovat rozloženiacute dle Obr 313 děj ovšem neniacute uniformniacute ale

pravděpodobnostniacute (Skaar 1988)

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin

Hv (entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute)

Hs (entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988)

V odborneacute literatuře lze narazit takeacute na novaacute zjištěniacute

1) Voda může byacutet ve dřevě vaacutezanaacute kromě celuloacutezy i na lignin a hemiceluloacutezy

(Engelund et al 2013)

2) Lze pozorovat vyacuteskyt pomalyacutech a rychlyacutech procesů sorpce ktereacute je nutneacute

dovysvětlit Tyto procesy mohou byacutet spojeny s rozdiacutely vyacutesledků měřeniacute

stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute difuze (Engelund et al 2013)

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 16: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

8

3) Kapilaacuterniacute kondenzace se v přiacuterodniacutem dřevě nevyskytuje ve většiacutem rozsahu

(Engelund et al 2013)

4) Existujiacute takeacute pochybnosti že přiacutestupnost OH skupin ve dřevě maacute zaacutesadniacute vliv na

navlhavost je předpoklaacutedaacuten nějakyacute dodatečnyacute mechanismus (Rautkari et al

2013)

314 Vliv faktorů na difuzi

Difuze ve dřevě je ovlivňovaacutena nejen vlastnostmi samotneacuteho dřeva ale i

podmiacutenkami prostřediacute ve ktereacutem se nachaacuteziacute Ať už jde o koeficient difuze D použiacutevanyacute

v dřevařstviacute nebo o koeficient difuzniacute vodivosti δ zmiňovanyacute v oboru stavebniacute fyziky

vliv maacute anatomie dřeva druh objemovaacute hmotnost teplota vlhkost dřeva a vlhkost

vzduchu s niacutež souvisiacute parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery Vliv odklonu vlaacuteken a vlhkosti na

difuzniacute koeficient a faktor difuzniacuteho odporu smrku a buku v přiacutečneacutem směru zkoumal

Sonderegger (2011) Buk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru tangenciaacutelniacutem a to viacutece než

3 kraacutet oproti tomu smrk maacute vyššiacute difuzniacute odpor ve směru radiaacutelniacutem a to jen přibližně

13 kraacutet S rostouciacute vlhkostiacute se rozdiacutely mezi anatomickyacutemi směry stiacuterajiacute (Obr 314)

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011)

9

Zaacutesadniacute pro porovnaacuteniacute vyacutesledků experimentaacutelně zjištěnyacutech koeficientů difuze je

jakou metodou byly zjištěny stacionaacuterniacute pohaacuterkovaacute zkouška totiž pro přiacutečnyacute směr daacutevaacute

hodnoty přibližně 2 kraacutet vyššiacute než zkouška nestacionaacuterniacute (Sonderegger 2011) Vedle

běžneacuteho vyjaacutedřeniacute zaacutevislosti difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti dřeva se lze setkat

s vyjaacutedřeniacutem zaacutevislosti na průměrneacute vlhkosti vzduchu a to předevšiacutem v odborneacute

literatuře spojeneacute se stavebniacute fyzikou Zaacutevislost koeficientu difuzniacute propustnosti

měřeneacutem různyacutemi autory a různyacutech podmiacutenek shrnuje Rode a Clorius (2004) Takto

vyjaacutedřenaacute difuzniacute vodivost (Obr 315) je vhodnaacute pro použitiacute v numerickeacutem modelu

kde se vyskytujiacute i jineacute materiaacutely než dřevo pro ktereacute neniacute koeficient difuze D znaacutem

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004)

Podobneacute vyjaacutedřeniacute vlivu vlhkosti na difuzniacute vlastnosti dřeva použil Time (1998)

ve svojiacute dizertačniacute praacuteci Srovnaacuteniacute je ztiacuteženeacute tiacutem že pro vyacutepočet relativniacute vzdušneacute

vlhkosti použil kvadratickyacute průměr podmiacutenek na dvou stranaacutech měřenyacutech vzorků I

přesto že se data z Obr 316 v některyacutech přiacutepadech jeviacute jako rozdiacutelnaacute zvyšovaacuteniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti s rostouciacute vlhkostiacute vzduchu a tedy i dřeva je jednoznačneacute

Nejen dřevo ale i materiaacutely z něj odvozeneacute vykazujiacute variabilitu difuzniacutech vlastnostiacute

s měniacuteciacutemi se podmiacutenkami Timusk (2008) popisuje vlhkostniacute zaacutevislost difuzniacute

10

vodivosti OSB desek zmiňuje vliv hustoty a tloušťky kromě jineacuteho takeacute předpoklaacutedaacute

vysokou variabilitu u komerčniacutech OSB Podiacutel lepidla a jeho druh může miacutet u

aglomerovanyacutech materiaacutelů zaacutesadniacute vliv na difuzniacute vlastnosti Navlhavost lepidel

použiacutevanyacutech v dřevozpracovatelskeacutem průmyslu měřili Wimmer et al (2013)

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro smrk

(picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998)

Samotnaacute anatomickaacute struktura je těžko zohlednitelnaacute pro vyjaacutedřeniacute fyzikaacutelniacutech

vlastnostiacute Jednou z možnostiacute je zohledněniacute velikosti dvojteček kteraacute může miacutet vliv na

prostup vodniacute paacutery mezi lumeny jednotlivyacutech buněk dřeva To že většiacute dvojtečky

vedou ke zvyacutešeniacute koeficientu difuze prokaacutezali Kang et al 2007 Již zmiacuteněnyacute podiacutel

extraktiv se daacute považovat za vliv chemickeacuteho složeniacute i když zaacutekladniacutemu stavebniacutem

laacutetkaacutem (celuloacuteza hemiceluloacutezy a lignin) nepřisuzujeme zaacutesadniacute podiacutel odlišnostech

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute jednotlivyacutech dřev U exotickyacutech dřev nemaacute podiacutel extraktivniacutech

laacutetek zaacutesadniacute vliv na rychlost monomolekulaacuterniacute sorpce polymolekulaacuterniacute sorpci a

snižovaacuteniacute MH už ale ovlivňujiacute Považujeme-li samotnou sorpci za součaacutest děje difuze

vodniacute paacutery skrz dřevo podiacutel extraktivniacutech laacutetek ve dřevě musiacute miacutet vliv takeacute na miacuteru

difuze (Popper et al 2006) Nemeacuteně vyacuteznamnyacute vliv může miacutet podiacutel tlakoveacuteho dřeva u

jehličnanů zvyšujiacuteciacute difuzniacute odpor oproti tomu dřevo tahoveacute u listnaacutečů difuzniacute odpor ve

srovnaacuteniacute s běžně rostlyacutem dřevem snižuje (Tarmian et al 2012)

11

315 Fyzikaacutelniacute vlastnosti vodniacute paacutery

Vodniacute paacutera je běžnou součaacutestiacute vzduchu V zaacutevislosti na teplotě vzduchu se měniacute

jeho kapacita vodniacute paacuteru pojmout tu vyjadřujeme parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute

paacutery (314)

1199010 = 119896 119890minus119864119877119879 (314)

kde p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery [Pa] k je Boltzmannova konstanta danaacute podiacutelem univerzaacutelniacute

plynoveacute konstanty k Avogadrovu čiacuteslu k=RN=13middot1011

E je průměrnaacute aktivačniacute energie potřebnaacute pro

změnu skupenstviacute vody z kapalneacuteho na plynneacute (E=43470 Jmiddotmol-1

)

Vedle analytickeacuteho vzorce lze vodniacute parciaacutelniacute tlak nasyceneacute vodniacute paacutery vyjaacutedřit

pomociacute empirickeacuteho vzorce dle ČSN EN ISO 12572 Pro běžneacute teploty v interieacuterech a

exterieacuterech budov daacutevaacute vzorec (315) srovnatelneacute vyacutesledky se vzorcem (314)

1199010 = 6105 11989011990911990117269 119879

2373 + 119879 (315)

Relativniacute množstviacute vodniacute paacutery ve vzduchu vyjadřujeme v procentech nebo

bezrozměrnyacutem čiacuteslem jde o podiacutel parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (316) Pro přesnou informaci je třeba uvaacutedět jakeacute teplotě

vzduchu danaacute relativniacute vlhkost (značenaacute RVV nebo φ) odpoviacutedaacute

120593 =119901

1199010∙ 100 (316)

kde ϕ je relativniacute vlhkost vzduchu [] p je parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa] a p0 je parciaacutelniacute tlak nasyceneacute

vodniacute paacutery [Pa]

316 Funkčniacute vztahy mezi RVD RVV a parciaacutelniacutem tlakem vodniacute paacutery

K vyjaacutedřeniacute zaacutevislostiacute čaacutestečneacuteho tlaku vodniacute paacutery relativniacute vlhkosti vzduchu a

vlhkosti dřeva ve stavu vzaacutejemneacute rovnovaacutehy lze použiacutet vzorce (317) (318) a (319)

Pro analytickeacute vyacutepočty v kapitole 42 je nezaacutevislou proměnnou vlhkost dřeva (317)

z teacute lze poteacute vyjaacutedřit RVV (318) a jelikož znaacuteme i teplotu dovedeme vypočiacutetat

čaacutestečnyacute tlak vodniacute paacutery (319)

12

119908 =1

119861119897119899

119860

119897119899 (1 120593)frasl (317)

120593 = 119890minus119860119890minus119861 119908 (318)

119901 = 1199010120593 (319)

32 Modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole

Numerickeacute modely vlhkostniacuteho pole jsou využiacutevaacuteny pro optimalizaci sušeniacute

dřeva tiacutemto směrem se v minulosti ubiacuteraly ve velkeacute miacuteře i vyacutezkumy na Mendelově

univerzitě (Horaacuteček 2004 Trcala 2009 a dalšiacute) Tato praacutece je však spiacuteše zaměřena na

modely spojeneacute se stavebniacute fyzikou což je velmi progresivniacute obor předevšiacutem z důvodu

implementace směrnice č 201031EU a kladeniacute čiacutem daacutel většiacuteho důrazu na snižovaacuteniacute

energetickeacute naacuteročnosti budov Matematickeacute vyjaacutedřeniacute difuze ve dřevě je ztiacuteženo

abnormalitami tzv bdquonon-Fickianldquo difuze což lze napravit použitiacutem bdquodouble Fickianldquo

modelu jež vyjaacutedřil Krabbenhoslashft (2003) Uvažuje současně difuzi vodniacute paacutery a vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně zahrnuje takeacute rychlost sorpce a jejiacute zaacutevislost na přiacuterůstku

vlhkosti a miacuteře nasyceniacute a je tak schopen přesvědčivě modelovat abnormality ktereacute

pozoroval Wadsouml (1993a 1993 b) K modelovaacuteniacute difuze se vzhledem ke komplexnosti

problematiky i jevu samotneacuteho použiacutevajiacute teacuteměř vyacutehradně počiacutetačoveacute programy Dle

Canada Mortgage and Housing Corporation (2003) jich existuje 45 přičemž Delgado et

al (2013) hovořiacute o dalšiacutech 12 Většina z nich je ve faacutezi vyacutevoje z celkovyacutech 57

programů je jen 14 dostupnyacutech širokeacute veřejnosti Lišiacute se v typu použiteacuteho modelu - 1D

2D a 3D v numerickeacutem scheacutematu (stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute) možnostech rozšiacuteřeniacute

(materiaacuteloveacute knihovny) zohledněniacute zaacutevislosti materiaacutelovyacutech vlastnostiacute na vlhkosti a

teplotě zohledněniacute prouděniacute vzduchu či průvzdušnosti a mimo jineacute takeacute v samotneacutem

uživatelskeacutem rozhraniacute Mezi nejrozšiacuteřenějšiacute programy pro modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho a

teplotniacuteho pole v konstrukci patřiacute Moisture-expert Wufi a Comsol Multiphysics jejichž

princip funkce je v teacuteto kapitole shrnut Dalšiacutemi použiacutevanyacutemi programy jsou napřiacuteklad

BMOIST HAM nebo pro komplexniacute naacutevrh pasivniacutech domů určenyacute PHPP

13

321 Comsol Multiphysics

COMSOL Multiphysics je softwarovaacute platforma pro obecneacute použitiacute založenaacute na

pokročilyacutech numerickyacutech metodaacutech pro modelovaacuteniacute a simulaci fyzikaacutelniacutech probleacutemů

Pomociacute přiacutedavnyacutech modulů lze definovat a řešit napřiacuteklad teplotniacute a vlhkostniacute tok se

zohledněniacutem v podstatě libovolneacuteho zadaacuteniacute Definiciacute geometrie vlastnostiacute objektů

okrajovyacutech podmiacutenek a samotnyacutech fyzikaacutelniacutech rovnic lze spočiacutetat 2-D stacionaacuterniacute

teplotniacute a vlhkostniacute pole konstrukce složeneacute z několika materiaacutelů což je vhodneacute pro

uacutečely teacuteto diplomoveacute praacutece

322 Wufi

Rodina komerčniacutech programů Wufi pracuje s 1-D nebo 2-D modely přenosu

tepla a vlhkosti Software byl vyvinut institutem Fraunhofer pro stavebniacute fyziku

(Fraunhofer Institute for Building Physics) siacutedliacuteciacutem pobliacutež německeacuteho Mnichova Je

verifikovaacuten daty z venkovniacutech a laboratorniacutech testů přičemž umožňuje realistickou

kalkulaci tepelně-vlhkostniacuteho chovaacuteniacute konstrukce při nestacionaritě za uvažovaacuteniacute

měniacuteciacutech se klimatickyacutech podmiacutenek během roku Přenos tepla se uvažuje kondukciacute

tepelnyacutem tokem (při zohledněniacute změn skupenstviacute) kraacutetkovlnnou slunečniacute radiaciacute a

dlouhovlnnou ochlazujiacuteciacute radiaciacute v noci Prostup vodniacute paacutery je modelovaacuten jako difuze a

kapilaacuterniacute transport Stěžejniacutemi rovnicemi pro přenos vlhkosti a tepla jsou (321)a

(322) (Delgado et al 2013)

120597119908

120597120593

120597120593

120597119905120571 (119863120593120571120593 + 120575119901120571(1205931199010)) (321)

120597119867

120597119879

120597119879

120597119905120571(120582120571119879) + ℎ119907120571(120575119901120571(1205931199010)) (322)

kde partHpartT je tepelnaacute kapacita materiaacutelu [Jmiddotkg-1] partwpartφ je vlhkostniacute kapacita [kgmiddotm-3

] Dφ je koeficient

vlhkostniacute vodivosti (kgmiddotm-1

middots-1

) a hv je vyacuteparneacute teplo vody (Jmiddotkg-1

)

323 Moisture expert

Moisture-expert je software vychaacutezejiacuteciacute z původniacute evropskeacute rodiny programů

Wufi přizpůsobuje se použitiacute v USA a Kanadě S vlhkostniacutem a teplotniacutem tokem je

zachaacutezeno odděleně jako hybneacute siacutely difuze jsou uvažovaacuteny tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a

14

relativniacute vlhkost vzduchu nicmeacuteně je možno zohlednit teplotniacute zaacutevislost sorpčniacutech

izoterm

33 Materiaacutely pro dřevěneacute konstrukce

Dřevo jako materiaacutel pro stavbu je dnes čiacutem daacutel tiacutem viacutece poptaacutevanyacutem obchodniacutem

artiklem Pro statickou konstrukčniacute čaacutest jsou použiacutevaacuteny teacuteměř vyacutehradně jehličnany a to

předevšiacutem smrk borovice jedle a modřiacuten Nezbytnou součaacutestiacute sendvičoveacute stěny jsou

deskoveacute materiaacutely a izolace jejichž vlastnosti jsou v teacuteto kapitole takeacute shrnuty

331 Vlastnosti dřeva

Dřevo jako nehomogenniacute přiacuterodniacute materiaacutel neniacute jednoducheacute z hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute popsat Pro uacutečely stavebniacute fyziky ovšem potřebujeme alepoň

středniacute hodnoty veličin abychom byli schopni danou konstrukci posoudit Rozdiacutely ve

vlastnostech dřev použiacutevanyacutech pro stavebniacute uacutečely jsou uvedeny v Tab 331

Tab 331 Bězneacute fyzikaacutelniacute vlastnosti jednotlivyacutech dřev Hustota a meze hygroskopicity

dle Horaacutečka (2008) koeficienty objemoveacuteho bobtnaacuteniacute dle Ugoleva (1975) tepelnaacute

vodivost dle Ross (2010)

Druh dřeva SM BO JD MD

ρ0 [kgmiddotm-3] 420 505 405 560

ρ12 [kgmiddotm-3] 450 535 435 590

MH [] 30ndash34 26ndash28 30-34 26-28

KαV [1] 05 051 047 061

λ0 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 009 009 010 013

λ12 [Wmiddotm-1

middotK-1

] 011 011 012 015

Platiacute pro jaacutedroveacute dřevo s niacutezkyacutem obsahem pryskyřice Pro BO s vysokyacutem obsahem pryskyřice je

uvedena MH 22ndash24

332 Použiacutevaneacute materiaacutely

Konstrukčniacute dřevo ndash ve stavebnictviacute je nejčastěji použiacutevaacuteno buď dřevo rostleacute ve formě

kulatiny či různyacutemi způsoby lepeneacute ve formě KVH BSH CLT LVL LSL a dalšiacutech

materiaacutelů Rostleacute stavebniacute dřevo je nejčastěji pevnostniacute třiacutedy C24 rozměrů 5080 až

60240 mm deacutelky 3-5 m a kvalita povrchu je hoblovanaacute či řezanaacute použiacutevaneacute dřeviny

jsou smrk jedle a borovice KVH je deacutelkově napojovaneacute hoblovaneacute sušeneacute stavebniacute

dřevo s vlhkostiacute 15plusmn3 vhodneacute pro zabudovaacuteniacute do sendvičoveacute stěny raacutemoveacute

15

dřevostavby použiacutevaneacute rozměry jsou 6040 až 80240 mm v provedeniacutech DUO a TRIO

až 200400 deacutelky 12-18 m Vyraacutebiacute se ze dřeva smrku jedle nebo modřiacutenu (Kolb 2011)

OSB ndash bdquoOriented strand boardldquo tedy desky z orientovanyacutech plochyacutech třiacutesek jsou

typicky využiacutevaneacute k oplaacuteštěniacute raacutemoveacute konstrukce dřevostaveb Tyto konstrukčniacute desky

se děliacute podle třiacuted na OSB1 OSB2 OSB3 a OSB4 přičemž posledniacute dvě majiacute

zvyacutešenou odolnost proti vlhkosti V současneacute době jsou již formaldehydovaacute lepidla

nahrazena polyuretanovyacutemi zanedbatelneacute množstviacute formaldehydu tak emituje pouze

samotnaacute dřevniacute hmota Nejčastějšiacute rozměry tabuliacute jsou 6252500 6752500 a

12502500 maximaacutelně však i 50002500 mm tloušťky jsou ve vyacutečtu 6 8 9 10 11 12

13 15 18 22 25 28 30 32 38 a 40 mm za nejběžnějšiacute lze označit 15 18 a 22 mm

Desky mohou byacutet broušeneacute a nebroušeneacute s perem a draacutežkou po obvodě pro vylepšeniacute

neprůvzdušnosti a funkce parobrzdy existuje i provedeniacute s jednostranně přilepenou

papiacuterovou vrstvou

Saacutedrokartonoveacute desky ndash hojně použiacutevanyacute plošnyacute materiaacutel vyznačujiacuteciacute se předevšiacutem

snadnou zpracovatelnostiacute Existujiacute v různyacutech provedeniacutech jako akustickeacute desky

(modreacute) protipožaacuterniacute (červeneacute) nebo se zvyacutešenou odolnostiacute proti vlhkosti (zeleneacute)

použiacutevaneacute rozměry jsou 20001250 mm v tloušťkaacutech 125 15 a 18 mm

Saacutedrovlaacutekniteacute desky ndash stavebniacute desky ze směsi saacutedry a celuloacutezovyacutech vlaacuteken

v současnosti ve velkeacute miacuteře nahrazujiacute saacutedrokarton obzvlaacuteště pro oplaacuteštěniacute obvodovyacutech

stěn a vnitřniacutech přiacuteček lze je takeacute aplikovat pro systeacutemy podlah Jsou klasifikovaacuteny

jako nehořlaveacute a svou vyššiacute hustotou přispiacutevajiacute ke zlepšeniacute akustickyacutech vlastnostiacute

dřevostavby Zaacuteroveň leacutepe pracujiacute s vlhkostiacute a tak neniacute třeba rozlišovat viacutece druhů jako

u saacutedrokartonu jelikož jedna deska plniacute požadavky na voděodolnost akustickeacute

vlastnosti a požaacuterniacute odolnost najednou Obsah vlhkosti je při teplotě 20degC a RVV 65

mezi 1-15 tyto desky jsou tedy minimaacutelně hygroskopickeacute Vyraacuteběneacute rozměry jsou

2000625 až 30001250 mm při tloušťkaacutech 10 125 15 a 18 mm

DHF desky ndash konstrukčniacute desky vyraacuteběneacute suchyacutem způsobem jako pojivo se použiacutevajiacute

PU pryskyřice Diacuteky niacutezkeacutemu faktoru difuzniacuteho odporu odolnosti proti vlhkosti a

pevnosti se použiacutevajiacute pro vnějšiacute oplaacuteštěniacute difuzně otevřenyacutech dřevostaveb Formaacutety

desek jsou 2500625 až 30001250 při tloušťkaacutech 13 a 15 mm

16

DVD desky ndash izolačniacute desky vyraacuteběneacute mokryacutem způsobem při němž je rozvlaacutekněnaacute

dřevniacute hmota pojena předevšiacutem ligninem Jsou dodaacutevaacuteny v různyacutech provedeniacutech dle

uacutečelu použitiacute nejčastěji jako nadkrokevniacute podlahovaacute nebo vnějšiacute izolace pro stěny

dřevostaveb Fasaacutedniacute izolace lze použiacutet v kombinaci s moderniacutemi provětraacutevanyacutemi

fasaacutedniacutemi systeacutemy jsou však i přiacutemo omiacutetnutelneacute Formaacutety P+D desek jsou 1325615 a

26251205 mm tloušťky 40 60 80 a 100 mm

Mineraacutelniacute izolace ndash izolačniacute materiaacutel hojně použiacutevanyacute pro vnitřniacute a fasaacutedniacute izolaci

dřevostaveb Vyacuteroba je založena na rozvlaacutekňovaacuteniacute taveniny směsi hornin a dalšiacutech

přiacutesad vlaacutekna jsou hydrofobizovaacutena Rozměry rohožiacute pro vnitřniacute izolaci dřevostaveb

jsou 1200580 mm tloušťky od 60 do 180 mm s odstupňovaacuteniacutem po 20 mm

Foukanaacute izolace na baacutezi celuloacutezovyacutech vlaacuteken ndash je vyraacuteběna recyklaciacute novinoveacuteho

papiacuteru požaacuterniacute odolnosti je dosaženo přiacutesadami kyseliny boriteacute a siacuteranu hořečnateacuteho

Při zvyacutešenyacutech požadavciacutech na požaacuterniacute odolnost již však neniacute tato izolace vhodnaacute

Tepelnou vodivostiacute odpoviacutedaacute čedičoveacute vatě tepelnou kapacitu maacute nicmeacuteně vyacuterazně

vyššiacute (2020 oproti 800 Jmiddotkg-1

middotK-1

) a tak při izolaci střechy a vnitřku stěn dřevostavby

pomaacutehaacute prodloužit faacutezovyacute posun což byacutevaacute poměrně velkaacute slabina dřevostaveb Pro

spraacutevneacute a dlouhodobeacute fungovaacuteniacute materiaacutelu je nutneacute dodržet aplikačniacute předpisy jež se

lišiacute dle umiacutestěniacute materiaacutelu ve stavbě Izolace tak může miacutet objemovou hmotnost při

volneacutem foukaacuteniacute malyacutech vrstev 30 kgmiddotm-3

nebo při foukaacuteniacute do prefabrikovanyacutech stěn až

70 kgmiddotm-3

Při vyššiacute hustotě je rozdiacutel tepelneacute kapacity oproti mineraacutelniacute izolaci ještě

umocněn a byacutevaacute tak dosaženo vysokeacuteho tepelneacuteho komfortu diacuteky zamezeniacute přehřiacutevaacuteniacute

v leacutetě a lepšiacute akumulaci tepla v zimě Kromě jineacuteho zvyacutešeniacutem hmotnosti stěny foukanaacute

celuloacutezovaacute izolace takeacute zlepšuje akustickyacute komfort Přehled tepelnyacutech a vlhkostniacutech

vlastnostiacute zmiacuteněnyacutech materiaacutelů je shrnut v Tab 332

17

Tab 332 Tepelneacute a vlhkostniacute vlastnosti nejběžnějšiacutech materiaacutelů pro dřevostavby dle

českyacutech technickyacutech norem

Naacutezev materiaacutelu Objemovaacute

hmotnost ρ

[kgmiddotm-3

]

Tepelnaacute

vodivost λ

[Wmiddotm-1

middotK-1

]

Faktor

difuzniacuteho

odpor micro

[-]

Koeficient

difuzniacute

vodivosti δ

[kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

]

Dřevěneacute konstrukčniacute prvky 400-500 018 157 120E-12

Saacutedrokartonovaacute deska 750 022 9 209E-11

Saacutedrovlaacuteknitaacute deska 1150 032 13 145E-11

Izolace z celuloacutezovyacutech vlaacuteken 30-70 0039 1 188E-10

Mineraacutelniacute izolace fasaacutedniacute 112 0039 355 530E-11

Mineraacutelniacute izolace vnitřniacute 30 0039 1 188E-10

Fasaacutedniacute polystyren 20 004 40 470E-12

Dřevovlaacuteknitaacute deska 230 0046 5 376E-11

OSB3 650 013 150 125E-12

DHF deska 600 01 11 171E-11

Parozaacutebrana - - 200000 940E-16

Lepidlo 1250 079 21 895E-12

Akrylaacutetovaacute omiacutetka 1750 065 95 198E-12

Silikaacutetovaacute omiacutetka 1800 086 40 470E-12

ISOVER woodsil λ= 0035 Wmiddotm-1

middotK-1

EGGER eurostrand 3 micro=300200 (suchaacute a mokraacute miska) KRONOSPAN Airstop

finish eco micro=380 (pouze suchaacute miska) KRONOSPAN Superfinish eco micro=211164

(suchaacute a mokraacute miska)

δ vzduchu při 20degC uvažovaacutena 188e-10 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

333 Konstrukčniacute systeacutemy dřevostaveb

Způsobů konstrukce dřevostaveb se za jejich dlouhou historii vyvinulo mnoho

současně použiacutevaneacute konstrukčniacute systeacutemy jsou (Vaverka et al 2008)

- Masivniacute dřevostavby (srubovaacute stavba novodobeacute masivniacute stavby)

- Elementaacuterniacute dřevostavby (raacutemovaacute panelovaacute modulovyacute systeacutem)

- Skeletoveacute dřevostavby (historickyacute hraacutezděnyacute systeacutem sloupkovyacute systeacutem)

Z pohledu stavebniacute fyziky je u skladby stěny dřevostavby podstatnaacute tepelnaacute

vodivost jednotlivyacutech materiaacutelů tepelnaacute kapacita z vlhkostniacutech vlastnostiacute je to pak

součinitel difuzniacute vodivosti přiacutepadně faktor difuzniacuteho odporu nebo ekvivalentniacute difuzniacute

tloušťka a takeacute fakt zda je danyacute materiaacutel navlhavyacute a do jakeacute miacutery Běžně se skladby

stěn děliacute na difuzně otevřeneacute a difuzně uzavřeneacute Princip difuzně uzavřeneacute skladby

prameniacute mimo jineacute z použiacutevaacuteniacute polystyrenu jako vnějšiacuteho zateplovaciacuteho systeacutemu

Pěnovyacute polystyren je materiaacutelem s difuzniacutem odporem micro=40 omezuje tak odvod

vlhkosti ze stěny do exterieacuteru Z toho důvodu je třeba minimalizovat množstviacute vlhkosti

18

ktereacute do stěny z interieacuteru difunduje k tomu uacutečelu jsou použiacutevaneacute foacutelioveacute parozaacutebrany

s difuzniacutem odporem minimaacutelně micro=20000 U difuzně uzavřeneacute skladby stěny tak

zamezujeme prostupu vodniacute paacutery skrz konstrukci V difuzně otevřeneacute dřevostavbě maacute

vnějšiacute zateplovaciacute systeacutem daleko lepšiacute schopnost propouštět vodniacute paacuteru faktor

difuzniacuteho odporu je u fasaacutedniacute mineraacutelniacute vaty micro=355 Z interieacuteroveacute strany je použita tzv

parobrzda nejčastěji v podobě OSB desky Difuzniacute odpor parozaacutebran je velice

variabilniacute minimaacutelniacute hodnota micro=150 Materiaacutely v difuzně otevřeneacute stěně by měly byacutet

seřazeny tak aby jejich difuzniacute odpor směrem z interieacuteru do exterieacuteru postupně klesal

aby nedochaacutezelo ke kumulaci vodniacute paacutery v konstrukci Vzhledem ke staacutele lepšiacutem

parametrům parozaacutebran již dnes hovořiacuteme spiacuteše o difuzně pootevřenyacutech stěnaacutech

34 Technickeacute normy

V současnosti technickeacute normy pracujiacute s difuzniacutemi vlastnostmi stavebniacutech

materiaacutelů včetně dřeva z pohledu faktoru difuzniacuteho odporu a součinitele difuzniacute

vodivosti Za hybnou siacutelu je považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což hlediska

fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva neniacute považovaacuteno za zcela korektniacute přiacutestup nicmeacuteně pro

potřeby vyacutepočtů a vlhkostně technickeacuteho posouzeniacute je matematicky proveditelnyacute a

v praxi běžně použiacutevanyacute Vliv faktorů na difuzi a to předevšiacutem vlhkosti dřeva uvedenyacute

v kapitole 314 je zohledněn normami ČSN 730540-3 a ČSN EN ISO 12572 v podobě

předepsanyacutech zkoušek suchou a mokrou miskou pokyny jsou ale nekonzistentniacute

(Slanina 2006) Pro hojně použiacutevaneacute dřevo smrku jsou hodnoty součinitele difuzniacute

vodivosti v zaacutevislosti na vlhkosti dřeva parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery nebo relativniacute

vlhkosti vzduchu zjistitelneacute z vědeckyacutech člaacutenků (Valovirta a Vinha 2004 Rode a

Clorius 2004) ČSN 730540-3 uvaacutediacute pouze konstantniacute vyacutepočtovou hodnotu

12middot10-12

a v technickyacutech listech materiaacutelů jsou sucheacute a mokreacute veličiny uvedeny pouze

zřiacutedka Obecně neniacute postoj k fenomeacutenu variability difuzniacutech vlastnostiacute hygroskopickyacutech

materiaacutelů technickyacutemi normami ve většiacute miacuteře zohledňovaacuten mimo jineacute takeacute kvůli časově

naacuteročneacutemu postupu zjištěniacute koeficientů difuzniacute vodivosti v různyacutech podmiacutenkaacutech

Naacutesledujiacuteciacute podkapitoly daacutevajiacute přehled o použiacutevanyacutech veličinaacutech a jejich vyacuteznamu je

takeacute nastiacuteněn postup vyacutepočtu množstviacute zkondenzovaneacute vodniacute paacutery v konstrukci

19

341 Součinitel difuzniacute vodivosti

Součinitel difuzniacute vodivosti δ jehož jednotka je kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

je veličinou

zaacutevislou na vlhkosti materiaacutelu stejně jako koeficient difuze D Za hybnou siacutelu je

považovaacuten parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery což je z pohledu fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute dřeva ne

přiacuteliš uznaacutevanyacute přiacutestup Obor stavebniacute fyziky nicmeacuteně pro posouzeniacute konstrukciacute

složenyacutech i z jinyacutech materiaacutelů než je dřevo tuto veličinu vyžaduje Norma ČSN

730540-3 uvaacutediacute hodnotu pro dřevo δ = 12 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok kolmyacute

k vlaacuteknům a δ = 42 middot10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

pro difuzniacute tok rovnoběžnyacute s vlaacutekny

S variabilitou difuzniacutech vlastnostiacute je tedy uvažovaacuteno pouze v ČSN EN ISO 12572

předepsanyacutemi zkouškami tzv ldquosuchou a mokrou miskouldquo Obecneacute vyjaacutedřeniacute

koeficientu difuzniacute vodivosti udaacutevaacute rovnice (341)

120575 = minus119895

120597119909

120597119901asymp

∆119898

∆119905 119878 ∆119909

∆119901 (341)

kde δ je součinitel difuzniacute vodivosti materiaacutelu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] minusj je hustota difuzniacuteho toku [kgmiddotm-2

middots-1

]

partppartx je převraacutecenaacute hodnota gradientu parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery ∆m je změna hmotnosti soustavy

[kg] ∆t je změna času [s] a S je plocha přes kterou difuze probiacutehaacute [m2]

342 Faktor difuzniacuteho odporu

K alternativniacutemu vyjaacutedřeniacute součinitele difuzniacute vodivosti byacutevaacute použiacutevaacuten faktor

difuzniacuteho odporu 120583 Jde o bezrozměrnou veličinu vyjadřujiacuteciacute kolikraacutet je danyacute

materiaacutel lepšiacute difuzniacute izolant než vzduch při daneacute teplotě Norma ČSN 73 0540-3

udaacutevaacute pro dřevo 120583 = 157 pro difuzniacute tok kolmyacute k vlaacuteknům a 120583 = 45 pro difuzniacute tok

rovnoběžnyacute s vlaacutekny Způsob vyacutepočtu pomociacute empirickeacuteho stanoveniacute součinitele

difuzniacute vodivosti vzduchu udaacutevaacute rovnice (342)

120583 =120575119907119911

120575=

2 middot 10minus7119879081119901119886119905119898

120575 (342)

kde 120583 je faktor difuzniacuteho odporu [-] δvz je součinitel difuzniacute vodivosti vzduchu [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] a patm je

atmosferickyacute tlak [Pa]

20

343 Ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hojně použiacutevanou veličinou pro vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute tenkyacutech

materiaacutelů jako jsou třeba foacutelie omiacutetky nebo naacutetěry je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka

Hodnota Sd udaacutevaacute jak velkaacute vrstva vzduchu maacute stejnyacute difuzniacute odpor jako danyacute vyacuterobek

či materiaacutel

119878119889 =119889

120575 120575119907119911 = 119877119889 120575119907119911 = 120583 119889 (343)

kde Sd je ekvivalentniacute difuzniacute tloušťka [m] d je tloušťka materiaacutelu [m] a Rd je difuzniacute odpor

[m2middotsmiddotPa∙kg]

344 Kondenzace vodniacute paacutery v konstrukci

Českeacute technickeacute normy požadujiacute aby byly bez kondenzace všechny konstrukce

u nichž by zkondenzovanaacute vodniacute paacutera mohla ohrozit jejich požadovanou funkci Splněniacute

tohoto požadavku se prokazuje vyacutepočtem s použitiacutem naacutevrhoveacute venkovniacute teploty a

naacutevrhoveacute teploty a vlhkosti vnitřniacuteho vzduchu Aktuaacutelně českeacute technickeacute normy

předepisujiacute dvě metodiky pro posouzeniacute kondenzace uvnitř konstrukciacute obě jsou

založeny na glaserově metodě Norma ČSN 73 0540-4 uvažuje jeden vyacutepočtovyacute stav

s teplotou -12 až -21 degC přičemž je teplota postupně zvyšovaacutena Vyacutestupem jsou dvě

hodnoty - ročniacute bilance kondenzaacutetu a kapacita odparu V ČSN EN ISO 13788 se oproti

tomu uvažujiacute průměrneacute měsiacutečniacute teploty a kumulace kondenzaacutetu po měsiacuteciacutech

Nevyacutehodou je že nelze uvažovat s teplotami nižšiacutemi než je minimaacutelniacute průměr -5 degC

v nejchladnějšiacutem měsiacuteci proto se k posouzeniacute konstrukce použiacutevajiacute v některyacutech

přiacutepadech obě metody současně (Svoboda 2014) Pro stanoveniacute okrajovyacutech podmiacutenek

existujiacute naacutevrhoveacute tabulky s hodnotami teplot vnějšiacuteho prostřediacute dle teplotniacute oblasti a

s hodnotami teplot a relativniacutech vlhkostiacute vzduchu dle uacutečelu miacutestnosti Dle ČSN 73 540-

4 je kritickou relativniacute vlhkostiacute pro růst pliacutesniacute 80 pro kondenzaci 100 Ani jedna

z norem ve vyacutepočtech množstviacute zkondenzovanyacutech par neuvažuje s vlhkostniacute

variabilitou součinitele difuzniacute vodivosti

21

345 Pohaacuterkovaacute zkouška

Požadavky a doporučeniacute pro zjišťovaacuteniacute koeficientů difuzniacute vodivosti jsou

stanoveny normami ASTM E96 a ČSN EN ISO 12572 Princip zkoušky spočiacutevaacute

v měřeniacute hmotnostniacutech uacutebytků nebo přiacuterůstků při znaacutemyacutech podmiacutenkaacutech na dvou

plochaacutech vzorku Z dat lze snadno spočiacutetat hustotu difuzniacuteho toku a poteacute i přiacuteslušnyacute

difuzniacute koeficient dle zvoleneacute hybneacute siacutely Uvedeneacute normy čaacutestečně zohledňujiacute zaacutevislost

difuzniacutech vlastnostiacute na vlhkosti v podobě metod sucheacute a mokreacute misky V zaacutesadě se

jednaacute o předepsaacuteniacute podmiacutenek uvnitř a vně misky kdy vně je uvažovaacuteno s φ=50 a

T=23degC uvnitř sucheacute misky je použito vysoušedlo a teoreticky je zde φ=0 v mokreacute

misce je demineralizovanaacute voda a φ dosahuje 100 Dalšiacute doporučeniacute se tyacutekajiacute tvarů a

rozměrů samotnyacutech pohaacuterků použityacutech těsniacuteciacutech prostředků dovolenyacutech odchylek

rozměrů vzorků a v přiacutepadě americkeacute normy i přepočtu imperiaacutelniacutech jednotek na

metrickeacute Alternativniacute metodikou pro vylepšenou pohaacuterkovou zkoušku se zabyacutevali

Eitelberger a Svensson (2012)

22

4 Materiaacutel a metodika

Prvniacutem krokem praacutece bylo vlastniacute měřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute dřeva pomociacute

pohaacuterkoveacute zkoušky Hodnoty byly porovnaacuteny s upravenyacutem analytickyacutem vyacutepočtem

vyjadřujiacuteciacutem zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Vypočteneacute hodnoty pak tvořily vstupy difuzniacutech vlastnostiacute dřeva v programu COMSOL

Multiphysics kde bylo posouzeno několik stavebniacutech detailů a byl porovnaacuten lineaacuterniacute

vyacutepočet s nelineaacuterniacutem

41 Vlastniacute experiment ndash pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN ISO 12572

Pro ověřeniacute zaacutevislosti difuzniacute vodivosti na vlhkosti a tedy i parciaacutelniacutem tlaku

vodniacute paacutery a relativniacute vzdušneacute vlhkosti byla provedena pohaacuterkovaacute zkouška dle ČSN EN

ISO 12572 Kromě metody sucheacute a mokreacute misky byla přidaacutena seacuterie vzorků s nasycenyacutem

roztokem NaCl v pohaacuterku Kruhoveacute vzorky o průměru 89 mm a tloušťce 59 mm byly

připraveny pomociacute hoblovky a modelaacuteřskeacute kmitaciacute pilky Bylo použito dřevo smrku

ztepileacuteho (Picea abies) s odklonem letokruhů 45deg transport vodniacute paacutery při experimentu

tedy probiacutehal vždy v přiacutečneacutem směru a vyacuteslednaacute hodnota koeficientu difuze se dala

označit za průměrnou mezi R a T Před zahaacutejeniacutem měřeniacute byly vzorky zvaacuteženy a byla

vypočtena jejich hustota Byly pak rozčleněny do třiacute skupin tak aby průměrnaacute hustota a

jejiacute variabilita byla přibližně stejnaacute pro všechny tři soubory měřeniacute

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III)

23

Připraveneacute vzorky byly přiřazeny k jednotlivyacutem pohaacuterkům do kteryacutech byla

navaacutežena potřebnaacute meacutedia Pohaacuterky byly vzorky přikryty a kolem každeacuteho byla omotaacutena

těsniacuteciacute PVC paacuteska Vyacutesledkem tedy byly soustavy pohaacuterek-meacutedium-vzorek dřeva (Obr

411) jež po umiacutestěniacute do miacutestnosti se stabilniacutemi podmiacutenkami vykazovaly hmotnostniacute

uacutebytky nebo v přiacutepadě silikagelu přiacuterůstky K pravidelneacutemu vaacuteženiacute v intervalu 24 hodin

byly použity laboratorniacute vaacutehy Radwag PS 600R2 s rozsahem měřeniacute 0001 a s přesnostiacute

plusmn0005 Pro sledovaacuteniacute podmiacutenek v miacutestnosti byl použit vlhkoměr a teploměr Greisinger

GMH 3350 Po ustaacuteleniacute hodnoty hmotnostniacutech uacutebytků byl difuzniacute tok považovaacuten za

stacionaacuterniacute a bylo tak možneacute spočiacutetat součinitele difuzniacute vodivosti Těm byly přiřazeny

průměrneacute hodnoty RVV dle podmiacutenek uvnitř a vně pohaacuterku Z naměřenyacutech hodnot byla

vytvořena křivka zaacutevislosti součinitele difuzniacute vodivosti na vzdušneacute vlhkosti kterou lze

srovnat s analyticky vypočtenyacutemi hodnotami a s hodnotami z literatury Na konci

měřeniacute byla zjištěna průměrnaacute rovnovaacutežnaacute vlhkost vzorků vaacutehovou metodou což bylo

umožněno jednoduchyacutem připevněniacutem k pohaacuterku pomociacute těsniacuteciacute PVC paacutesky Dle normy

ČSN 49 0123 (vzorec (411) a předchoziacutech vyacutesledků měřeniacute (Maňaacutek 2013) byl

stanoven minimaacutelniacute počet vzorků pro jedu sadu měřeniacute na 6 Bylo rozhodnuto že pro

každou sadu měřeniacute bude použito 10 vzorků dohromady 30

1198991 =1199051205722 1198811

2

∆1199092 (411)

kde n1 je velikost vyacuteběroveacuteho souboru tα je kvantil studentova rozděleniacute (pro 95 vyacuteznamnost tα=196)

Vx je variačniacute koeficient vyacuteběroveacuteho souboru [] a ∆x je požadovanaacute relativniacute chyba []

42 Analytickyacute vyacutepočet

Pro analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti je použita klasickaacute teorie

dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřena v Siau 1995 kteraacute pracuje s koeficientem

difuze Kombinace rovnic (421) (422) a (423) vychaacutezejiacuteciacutech z prvniacuteho Fickova

zaacutekona (1855) je použita pro vyacutepočet koeficientu difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na

parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery či vlhkosti vzduchu Vstupniacutemi veličinami pro vyacutepočet jsou

hustota koeficient objemoveacuteho bobtnaacuteniacute mez hygroskopicity teplota a vlhkost daneacuteho

dřeva Vzhledem k charakteru difuze vodniacute paacutery v konstrukciacutech dřevostaveb byl

zkoumaacuten pouze součinitel difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT Technicky byl vyacutepočet

proveden pomociacute tabulkoveacuteho procesoru excel

24

119895 = minus119863120597119888

120597119909 (421)

119895 = minus120575120597119901

120597119909 (422)

120575 = 119863120597119888

120597119901 (423)

kde D je koeficient difuze [m2middots-1

] a c je koncentrace vlhkosti v dřevniacute hmotě [kgmiddotm-3]

Scheacutema analytickeacuteho vyacutepočtu je uvedeno niacuteže Daacutevaacute přehled o mechanismu

jakyacutem jsou odvozeny koeficienty difuzniacute vodivosti dle vypočtenyacutech koeficientů difuze

δT=DT

partc

partp and DT=f1(w T ρ0) and c=f2(w) and w=f3(pT) =gt δT=f(p T ρ0)

421 Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru

Koeficient difuze v přiacutečneacutem směru lze zapsat jako kombinaciacute vodivosti vody

vaacutezaneacute v buněčneacute stěně a vodniacute paacutery v lumenech což vyjadřuje vzorec (315)

použiacutevanyacute mimo jineacute takeacute pro určeniacute tepelneacute a elektrickeacute vodivosti dřeva Dosazeniacutem

rovnic (426) a (427) do (425) vede ke konečneacutemu vyjaacutedřeniacute v (4218)

1

119892119879=

1

1198921+

1

1198922 (424)

119863119879 = 119892119879 =1198921 1198922

1198921 + 1198922 (425)

1198921 =119863119861119879

(1 minus 119875119908)(1 minus radic119875119908) (426)

1198922 =

119863119881

(1 minus 119875119908) (427)

kde gt je vodivost v přiacutečneacutem směru g1 je vodivost buněčneacute stěny g2 je vodivost lumenu DBT je koeficient

difuze buněčneacute stěny v přiacutečneacutem směru Dv je koeficient difuze v lumenu a Pw je poacuterovitost

25

Dle Choong 1965 a Stamm 1960 lze vztah mezi průměrnou aktivačniacute energiiacute

difuze vody vaacutezaneacute a vlhkostiacute dřeva zapsat jako (429) a po dosazeniacute do (428) lze

koeficient difuze v buněčneacute stěně v přiacutečneacutem směru zjednodušit zaacutepisem (4210)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890minus

119864119887119877 119879 (428)

119864119887 = 38484 minus 2928 119908 (429)

119863119861119879 = 7 middot 10minus6 119890 (

38484 minus 2928 119908

119877 119879) (4210)

kde Eb je aktivačniacute energie [Jmiddotmol-1

]

Koeficient difuze vodniacute paacutery vrstvou vzduchu vyjadřujeme zjednodušeně semi-

empirickyacutem vzorcem (4212) dle Dushman a Laferty (1962) Je zapotřebiacute k vyacutepočtu

koeficientu difuze v lumenech za uvažovaacuteniacute rovnovaacutehy s koncentraciacute vodniacute paacutery v

buněčneacute stěně Rovnice (4212) (4213) (4214) a (4215) po dosazeniacute do (4211)

vyuacutestiacute v (4216) kde vyacuteraz partφpartw vyjadřuje inverzniacute směrnici sorpčniacute izotermy

(4217)

119863119881 = 119863119886

120597119888119871

120597119888119862119882 (4211)

119863119886 =22

119901(

119879

27315)175

(4212)

120597119888119871 =00181199010 120597119908

119877 119879 (4213)

120597119888119861119878 = 120588119861119878 120588119908 120597119908 (4214)

120588119861119878 =

15

1 + 15 119908 (4215)

kde cL je koncentrace vody vaacutezaneacute v lumenu cBS je koncentrace vody vaacutezaneacute v buněčneacute stěně Da je

koeficient difuze vzduchu a ρBS je redukovanaacute hustota buněčneacute stěny [kgmiddotm-3

]

26

119863119881 = 00181199010

119877 119879 120588119888119908 120588119908 120597120593

120597119908 (4216)

120597120593

120597119908= 119860 119861 119890(119860 119861 119908 119890minus119861 119908) (4217)

Poacuterovitost vyjadřuje poměrnyacute objem volneacuteho objemu ve dřevě (4219) Tato

veličina je použita pro určeniacute hodnot vodivostiacute lumenu a buněčneacute stěny jak je uvedeno

ve vzorci (4218) a zaacutevisiacute předevšiacutem na konvenčniacute hustotě (4220) Zaacutevislost DBT a Pw

na vlhkosti uacutestiacute v zaacutevislost vyacutesledneacuteho koeficientu difuze v přiacutečneacutem směru DT

119863119879 = (1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908)) (4218)

119875119908 = [1 minus 120588119896 (0653 + 119908)] 100 (4219)

120588119896 =1205880

1000 (1 + 119870120572119881 119872119867) (4220)

kde ρk je konvenčniacute hustota [kgmiddotm-3

] ρ0 je hustota absolutně sucheacuteho dřeva [kgmiddotm-3

] KαV je koeficient

objemoveacuteho bobtnaacuteniacute [1] a MH je mez hygroskopicity []

Pro ziacuteskaacuteniacute hodnot koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru δT je

koeficient difuze převeden pomociacute parciaacutelniacute derivace partcpartp (4221) použiteacute v (423)

vychaacutezejiacuteciacute ze zaacutekonitostiacute pro přepočet koeficientů difuze zaacutevisejiacuteciacutech na různyacutech

hybnyacutech silaacutech (Skaar 1988) Pro integritu celeacuteho modelu je daacutele vhodneacute použiacutet řešeniacute

parciaacutelniacute derivace partwpartφ v (4223) jde o vyjaacutedřeniacute směrnice sorpčniacute izotermy

120597119888

120597119901=

1

1199010[120588119903119908 minus

1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119908 + 1)2]

120597119908

120597120593 (4221)

120588119903119908 =1205880

1 + 119870120572119881 119908 (4222)

120597119908

120597120593=

1

100 120593 119861 1198971198991120593

(4223)

27

422 Souhrnneacute analytickeacute vyjaacutedřeniacute koeficientu difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem

směru

Za uvažovaacuteniacute všech zmiacuteněnyacutech rovnic lze konečnyacute koeficient difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru vyjaacutedřit komplexniacute rovniciacute (4224) Jde o kombinaci analytickeacuteho

přiacutestupu dle Siau (1995) a prvniacuteho Fickova zaacutekona

120575119879 = [(1

(1 minus 119875119908)) (

119863119861119879119863119881

119863119861119879 + 119863119881(1 minus radic119875119908))] [

1

1199010

(120588119903119908 minus1205880 119870120572119881

(119870120572119881 119872 + 1)2)

1

100 119877119881119881 119861 1198971198991120593

] (4224)

43 Numerickyacute model

Definovaacuteniacute numerickeacuteho modelu různyacutech stavebniacutech detailů bylo provedeno

pomociacute softwaru COMSOL Multiphysics V prvniacutem kroku byl vytvořen geometrickyacute

2D model jednotlivyacutech čaacutestiacute konstrukce v řezu Každaacute čaacutest modelu reprezentovala

materiaacutel jemuž byly přiřazeny patřičneacute vlastnosti pro uacutečely stacionaacuterniacuteho vyacutepočtu

teplotniacuteho a vlhkostniacuteho pole postačovala tepelnaacute vodivost a součinitel difuzniacute

vodivosti Podmiacutenky vnějšiacuteho a vnitřniacuteho prostřediacute byly zadaacuteny pomociacute teploty interieacuteru

a exterieacuteru s přiacuteslušnyacutemi koeficienty přestupu teploty vlhkost prostřediacute pak určovaly

hodnoty parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery Součinitel difuzniacute vodivosti byl pro dřevo vždy

v jednom přiacutepadě zadaacuten jako konstanta a v přiacutepadě druheacutem jako proměnnaacute v zaacutevislosti

na RVV Bylo tak umožněno porovnat mezi sebou tzv lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet za

uvažovaacuteniacute konstantniacutech a variabilniacutech difuzniacutech vlastnostiacute

Model je tvořen dvěma parciaacutelniacutemi diferenciaacutelniacutemi rovnicemi odvozenyacutemi z

Fickova a Fourierova zaacutekona pro vyacutepočet vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole Počiacutetaacuten je

pouze ustaacutelenyacute stav těchto dvou fyzikaacutelniacutech poliacute (tedy derivace zaacutevislyacutech proměnnyacutech

podle času jsou rovny nule) a uvažuje se jen jednostrannyacute vliv teplotniacuteho pole na

vlhkostniacute pole Jsou řešeny dvě varianty pro součinitel difuzniacute vodivosti kde 1 je

konstantniacute a 2 je zaacutevislyacute na vlhkosti Nerozlišuje se mezi radiaacutelniacutem a tangenciaacutelniacutem

anatomickyacutem směrem jež je dle Sonderegger (2011) pro dřevo smrku zanedbatelnyacute

28

minus120571120640120571119879 = 0 (431)

kde λ je koeficient tepelneacute vodivosti [Wmiddotm-1

middotK-1

] nablaT je teplotniacute gradient [Km]

minus120571120633120571119901 = 0 (432)

Okrajoveacute podmiacutenka pro teplotu

minus119951120640120571119879 = 120572119879(119879 minus 119879119890119909119905) (433)

kde α je součinitel přestupu tepla [Wmiddotm-2

middotK-1

] Text je teplota prostřediacute [K] a T je teplota povrchu [K]

Okrajoveacute podmiacutenka pro parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery

119901 = 120593119890119909119905 1199010(119879119890119909119905) (434)

Vlastnosti jednotlivyacutech materiaacutelů jsou převzaty z Tab 332 ty jsou jako

parametry přiřazovaacuteny jednotlivyacutem geometrickyacutem uacutetvarům celeacuteho modelu Pro definici

variability součinitele difuzniacute vodivosti byl použit zaacutepis dTwoodvar(pp0(T)) jež

zohledňuje hodnotu RVV v daneacutem bodě dřevěneacute konstrukce pro lineaacuterniacute vyacutepočet zde

vystupoval konstantniacute vyacutechoziacute parametr dTwood kde δ=12e-12 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Pro

uacutečely teacuteto praacutece byly použity v zaacutesadě dva druhy stěny Detail 1 a Detail 2 v kapitole

53 reprezentuje 150mm masivniacute dřevěnou stěnu zateplenou z exterieacuteru 100mm

mineraacutelniacute vatou Detail 3 a Detail 4 jsou typickou skladbou moderniacute raacutemoveacute

dřevostavby z interieacuteroveacute strany 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 40 mm vzduchovaacute

mezera předstěny 15 mm OSB deska 140 mm celuloacutezoveacute izolace a dřevěnyacute sloupek

15 mm DHF deska a 100 mm fasaacutedniacute mineraacutelniacute izolace

29

5 Vyacutesledky

Kapitola vyacutesledky je rozdělena na 3 čaacutesti v prvniacute jsou představeny vyacutesledky

vlastniacuteho experimentu v druheacute vyacutesledky analytickeacuteho vyacutepočtu součinitele difuzniacute

vodivosti a třetiacute kapitola je věnovaacutena modelovaacuteniacute vlhkostniacuteho pole uvnitř konstrukce

dřevostaveb

51 Pohaacuterkovaacute zkouška

Experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru probiacutehalo

za minimaacutelně proměnlivyacutech podmiacutenek Relativniacute vlhkost vzduchu a teplota byly

zapsaacuteny vždy před vaacuteženiacutem pohaacuterků ktereacute probiacutehalo každyacute den ve stejnou dobu

Hodnoty RVV a teplot jsou zaznamenaacuteny v grafech na Obr 511 a Obr 512 Variačniacute

koeficient RVV za dobu měřeniacute byl 258 pro teplotu bylo vypočteno 165

Požadavkem normy ČSN EN 12572 je RVV=50plusmn3 a T=23plusmn05degC Měřeniacute probiacutehalo

při RVV 467 ndash 502 a T 22-232degC odchylky od normou požadovanyacutech hodnot se

tak dajiacute považovat za minimaacutelniacute

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute

465

47

475

48

485

49

495

50

505

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RV

V [

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute RVV 483

30

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute

Vzorky dřeva byly zvaacuteženy před začaacutetkem experimentu těsně po jeho skončeniacute

a v sucheacutem stavu (Tab 511) Vyacutepočtem dle vzorce (311) byly stanoveny vlhkosti

přičemž vlhkost w se daacute označi za průměrnou vlhkost vzorku s rozdiacutelnyacutemi vlhkostmi na

povrchu a vlhkost w1 je rovnovaacutežnou vlhkostiacute celeacuteho vzorku (Tab 511)

Tab 511 Průměrneacute hmotnosti sad vzorků I II a III před začaacutetkem experimentu

(mw1) po sejmutiacute z pohaacuterků (mw) a po vysušeniacute (mw0)

I mw1 II mw1 III mw1 I mw II mw III mw I mw0 II mw0 III mw0

119950 [g] 16194 16260 16161 15437 16557 16677 14508 14623 14474

Sx 173 174 170 159 170 150 148 149 150

Vx [] 1067 1072 1052 1032 1028 1035 1018 1016 1035

Tab 512 Průměrneacute vlhkosti vzorků před začaacutetkem experimentu(w1) po sejmutiacute

vzorků z pohaacuterků (w) a průměrnaacute hustota ρ12 [kgm-3

] při vlhkosti w1

I w II w III w I w1 II w1 III w1 I ρ12 II ρ12 III ρ12

119960 [] 800 1728 1890 1162 1119 1166 449 451 448

Sx 016 019 038 071 096 076 4790 4831 4711

Vx [] 255 144 249 610 863 650 1067 1072 1052

218

22

222

224

226

228

23

232

234

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tep

lota

[degC

]

Čiacuteslo měřeniacute

průměrnaacute teplota 225 degC

31

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav

(Sada I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda)

U pohaacuterků s demineralizovanou vodou (sada III) a s nasycenyacutem roztokem NaCl

(sada II) probiacutehal difuzniacute tok vždy směrem ven a byly zaznamenaacutevaacuteny hmotnostniacute

uacutebytky Pohaacuterky se silikagelem (sada I) vykazovaly hmotnostniacute přiacuterůstky difuzniacute tok

tedy směřoval směrem dovnitř Při znaacutezorněniacute kumulace sumy hmotnostniacutech uacutebytků

jednotlivyacutech pohaacuterků (Obr 513) jde jasně rozeznat 3 sady vzorků lišiacuteciacute se vyacutešiacute těchto

uacutebytků přiacuterůstků Spojnice bodů tvořiacute teacuteměř dokonalou přiacutemku difuze se daacute považovat

za stacionaacuterniacute a lze aplikovat I Fickův zaacutekon pro vyacutepočet součinitelů difuzniacute vodivosti

Tab 513 Průměrneacute vypočteneacute součinitele difuzniacute vodivosti

I II III

Prům RVV [] 25 625 75

ρ0 [kgmiddotm-3

] 402 405 401

δT [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] 146E-12 356E-12 645E-12

Sx 212E-13 330E-13 158E-13

Vx [] 1454 926 246

Průměrneacute vypočteneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru pro

dřevo smrku o uvedeneacute průměrneacute hustotě v sucheacutem stavu jsou uvedeny v Tab 513 Ze

statistickeacuteho hlediska se dajiacute dle krabicoveacuteho grafu na

Obr 514 rozdiacutely mezi jednotlivyacutemi sadami měřeniacute označit za signifikantniacute Variabilita

vyacutesledků s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute vzorků klesaacute a v přiacutepadě I Sady měřeniacute je již

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ΣΔm

[g]

Čiacuteslo měřeniacute

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5I 6 I 7 I 8 I 9 I 10II 1 II 2 II 3 II 4 II 5II 6 II 7 II 8 II 9 II 10III 1 III 2 III 3 III 4 III 5III 6 III 7 III 8 III 9 III 10

32

relativně vysokaacute Průměrneacute hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti lze vyjaacutedřit graficky

v zaacutevislosti na vzdušneacute vlhkosti (Obr 515) Takoveacute vyjaacutedřeniacute je časteacute v oblasti

stavebniacute fyziky a je vhodneacute pro dalšiacute aplikaci napřiacuteklad v numerickeacutem modelu Oproti

tomu vyjaacutedřeniacute v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery je nejednoznačneacute jelikož se

jeho rozsah s teplotou měniacute

I II III

Sada měřeniacute

0E-01

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

δT x

10

-12 [k

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1

]

Mediaacuten

25-75

Rozsah neodleh

n=10x3

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků

δ = 7E-13e00283 RVV Rsup2 = 09727

0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

12E-11

14E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times10

-12

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

průměrnaacute RVV []

33

52 Analytickyacute vyacutepočet

Analytickyacute vyacutepočet dle postupu uvedeneacuteho v kapitole 42 podaacuteval zajiacutemaveacute

vyacutesledky Hodnoty δT bylo možneacute vyjaacutedřit graficky v zaacutevislosti na hustotě na Obr 521

a teplotě na Obr 522 pomociacute křivek odpoviacutedajiacuteciacute určiteacute hladině vlhkosti dřeva Teacuteměř

lineaacuterniacute negativniacute regrese δT a vyacutepočtoveacute hustoty v absolutně sucheacutem stavu je

pozorovatelnaacute pro celou škaacutelu vlhkostiacute Oproti tomu zaacutevislost na teplotě maacute až po

vlhkost dřeva přibližně 20 miacuterně klesajiacuteciacute charakter nad tuto hodnotu až do meze

hygroskopicity s teplotou stoupaacute Nutno podotknout že je tvrzeniacute platneacute pro dřevo o

hustotě v absolutně sucheacutem stavu 400 kg∙m-3

Pro uacutečely aplikace v numerickeacutem modelu byly vypočteneacute hodnoty δT

porovnaacutevaacuteny s experimentaacutelniacutemi vyacutesledky a s literaacuterniacutemi zdroji viz Obr 523 a Obr

524 přičemž byla shledaacutena poměrně vysokaacute miacutera shody Zaacutesadniacute pro předpoklaacutedaneacute

rozdiacutely v numerickeacutem modelu uvažujiacuteciacutem variabilitu difuze je odlišnost δT zjištěneacuteho

experimentem vyacutepočtem a z literatury oproti konstantniacute normě udaacutevaneacute normou

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

250 350 450 550 650 750 850 950 1050

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Hustota ρ0 [kgmiddotm-3]

δ T w=5 ϕ=2299 p1=537 Pa δ T w=10 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=15 ϕ=5418 p1=1265 Pa δ T w=20 ϕ=8989 p1=2099 Pa δ T w=25 ϕ=9565 p1=2234 Pa δ T w=30 ϕ=9816 p1=2293 Pa air

T=20 degC

34

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

δT

[kgmiddot

m-1

middots-1

middotPa-1

]

Teplota [degC]

δ T w=5 δ T w=10 δ T w=15 δ T w=20 δ T w=25 δ T w=30 air

ρ0=400 kgmiddotm-3

5E-13

5E-12

5E-11

0 20 40 60 80 100

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

RVV []

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

35

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta a

Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4

53 Numerickyacute model

Pro potřeby numerickeacuteho modelovaacuteniacute byly braacuteny v uacutevahu vlastnosti materiaacutelů

uvedeneacute v Tab 332 v literaacuterniacutem přehledu Pro uacutečely porovnaacuteniacute vždy bylo vypočteno

vlhkostniacute pole konstrukce při uvažovaacuteniacute konstantniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti

v přiacutečneacutem směru δT 12∙10-12

Kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

nebo při uvažovaacuteniacute δT jako funkce RVV

Jednalo se tedy o porovnaacuteniacute nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu kde vyacuteslednaacute vzdušnaacute vlhkost

ovlivňuje vlastnosti materiaacutelu s lineaacuterniacutem kde je schopnost dřeva veacutest a propouštět

vodniacute paacuteru považovaacutena za neměnnou Pro porovnaacuteniacute byly uvažovaacuteny různeacute podmiacutenky

v interieacuteru a v exterieacuteru každyacute z obraacutezků je podle zadanyacutech podmiacutenek popsaacuten Popis in

20degC60 ext -15degC80 značiacute že byla definovaacutena teplota interieacuteru 20degC a RVV 60

a teplota exterieacuteru -15degC při RVV 80 Relativniacute vlhkost vzduchu byla z

pohledu rozměru použiteacute fyzikaacutelniacute veličiny [kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

] potřeba zadat jako parciaacutelniacute

tlak vodniacute paacutery Vzhledem ke sniacuteženiacute skutečneacute teploty povrchu vlivem koeficientu

přestupu tepla ovšem hodnota RVV přesně neodpoviacutedaacute RVV interieacuteru nebo exterieacuteru

δTKONST a δTVAR je pak důležityacutem označeniacutem vyacutesledků z hlediska použitiacute konstantniacuteho

nebo variabilniacuteho součinitele difuzniacute vodivosti dřeva v přiacutečneacutem směru

5E-13

5E-12

5E-11

5 50 500 5000

δT

times1

0-1

2 [K

gmiddotm

-1middots

-1middotP

a-1]

Parciaacutelniacute tlak vodniacute paacutery [Pa]

-20-10010203040vlastniacute experimentRode a Clorius 2004Valovirta a Vinha 2004norma

36

531 Prostaacute masivniacute stěna

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

37

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

38

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

39

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

40

Vyacutesledky vlhkostniacuteho pole plynou z vyacutepočtu teplotniacuteho pole na Obr 531 a

samotneacuteho rozloženiacute hodnot δT Obr 532 v zaacutevislosti na RVV v daneacutem bodě dřevěneacute

čaacutesti konstrukce Rozdiacutely v lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtu jsou patrně z grafů

rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (Obr 533 a Obr 534) a z něj plynouciacuteho

rozloženiacute vzdušneacute vlhkosti (Obr 535 Obr 536 Obr 537 a Obr 538) Při

uvažovaacuteniacute ještě vyššiacute vzdušneacute vlhkosti v interieacuteru (80 ) jsou rozdiacutely znatelnějšiacute

Samotnyacute součinitel δT (Obr 539) dosahuje vyššiacutech hodnot než v předchoziacutem přiacutepadě

což maacute za naacutesledek i většiacute rozdiacutely ve vyacuteslednyacutech parciaacutelniacutech tlaciacutech vodniacute paacutery (Obr

5310 a Obr 5311) a takeacute vlhkostniacutech poliacutech (Obr 5312 Obr 5313 Obr 5314 a

Obr 5315) V konstrukci zkoumaneacute v raacutemci detailu 1 nejsou rozdiacutely maximaacutelniacutech

hodnot RVV nyacutebrž vlastniacuteho rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery a vlhkostniacuteho pole

Ty se projevujiacute u normou stanovenyacutech podmiacutenek prostřediacute vyacuteznamnějšiacute jsou ale

rozdiacutely při zvyacutešeneacute vlhkosti interieacuteru Ovlivněniacute vlhkostniacuteho pole užitiacutem variabilniacuteho

koeficientu difuze se projevuje v samotneacutem dřevě ve fasaacutedniacute izolaci pak už jen

minimaacutelně ovlivňuje počaacutetečniacute vlhkost na rozhraniacute dřevoizolace nachaacutezejiacuteciacute se vždy

ve vzdaacutelenosti 015 m na ose x

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

41

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

42

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

43

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

44

532 Detail rohu masivniacute stěny

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

45

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

46

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

47

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

48

Systeacutem zobrazeniacute vyacutesledků pro detail 2 respektuje předchoziacute studii detailu 1

Iniciaacutelniacute teplotniacute pole zůstaacutevaacute společně s parciaacutelniacutem tlakem nasyceneacute vodniacute paacutery pro

rozdiacutelneacute vnitřniacute podmiacutenky (RVV = 6080) při zachovaacuteniacute teplotniacuteho spaacutedu neměnneacute

(Obr 5316) Co se ale opět měniacute je vypočtenaacute hodnota δTVAR (Obr 5317 a Obr

5324) na přiacutemce protiacutenajiacuteciacute roh konstrukce pod uacutehlem 45deg Hodnoty na Obr 5318

Obr 5319 Obr 5322 Obr 5323 Obr 5325 Obr 5326 Obr 5329 a Obr 5330

teacutež odpoviacutedajiacute bodům zmiacuteněneacute přiacutemky Posouzeniacutem rozdiacutelů vlhkostniacutech poliacute detailu 2

na Obr 5320 Obr 5321 Obr 5327 a Obr 5328 a srovnaacuteniacutem s vyacutesledky pro detail

1 lze dojiacutet k zaacutevěru že v rohu takoveacute konstrukce vede zohledněniacute variability součinitele

difuzniacute vodivosti k vyacuteraznyacutem rozdiacutelům ktereacute mohou miacutet zaacutesadniacute vliv na posouzeniacute

z hlediska možnosti kondenzace a přiacutepadneacute degradace dřeva

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

49

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

50

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

51

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

52

533 Stěna raacutemoveacute dřevostavby

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

RV

V [-]

53

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p

p0 [P

a]

p

p0 [P

a]

54

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

55

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

56

Teplotniacute pole a rozloženiacute parciaacutelniacuteho tlaku nasyceneacute vodniacute paacutery na řezu stěnou

raacutemoveacute dřevostavby je pro detail 3 zobrazeno na Obr 5331 Průběh δTVAR na Obr

5332 odpoviacutedaacute bodům řezu konstrukciacute v oblasti umiacutestěniacute dřevěneacuteho sloupku přesněji

jeho středem jak je tomu i u ostatniacutech liniovyacutech grafů Průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute

paacutery (Obr 5333 Obr 5334) a z něj plynouciacute RVV (Obr 5337 Obr 5338)již

nevykazuje takoveacute rozdiacutely mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem jako tomu bylo u

detailu 1 a 2 Podiacutel dřeva v teacuteto konstrukci je menšiacute a je předmětem diskuze do jakeacute

miacutery u moderniacutech raacutemovyacutech dřevostaveb variabilita koeficientu difuze ovlivňuje

modeloveacute (Obr 5336) a reaacutelneacute rozloženiacute vlhkosti

534 Detail rohu raacutemoveacute dřevostavby

Na zaacutevěr kapitoly vyacutesledků lze pro roh raacutemoveacute dřevostavby po vypočteniacute

teplotniacuteho pole (Obr 5339) na Obr 5340 Obr 5343 Obr 5345 Obr 5342 Obr

5344 a Obr 5345 srovnaacutevat vyacutesledneacute vlhkostniacute pole při zahrnutiacute či zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute OSB do vyacutepočtu V uacutevahu je braacutena pouze lineaacuterniacute

zaacutevislost danaacute hodnotami pro suchou a mokrou misku plynouciacute z faktoru difuzniacuteho

odporu daneacuteho vyacuterobcem micro=200300 z tabulky Tab 332 což odpoviacutedaacute hodnotaacutem

63-94 e-13 kgmiddotm-1

middots-1

middotPa-1

Různyacutemi kombinacemi vstupniacutech parametrů δ dřeva a OSB

desky jsou vypočteny viacutece či meacuteně rozdiacutelnaacute vlhkostniacute pole diskutovanaacute v naacutesledujiacuteciacute

kapitole

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute PAacuteRY

a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

p [Pa] T [degC]

57

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

58

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

59

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext -

15degC80

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80

RV

V [-]

R

VV

[-]

60

6 Diskuze

Problematika variability difuze je uchopena z několika možnyacutech uacutehlů pohledu

ktereacute jsou mezi sebou v teacuteto diplomoveacute praacuteci navzaacutejem provaacutezaacuteny Pohaacuterkovaacute zkouška

jako naacutestroj pro experimentaacutelniacute zjištěniacute součinitelů difuzniacute vodivosti podala vyacutesledky o

desetinu řaacutedu vyššiacute než byly nalezeny v literatuře (Rode a Clorius 2004 Valovirta a

Vinha 2004) Z hlediska rozdiacutelů v podmiacutenkaacutech experimentů (teplota a vlhkost) a ve

vlastnostech zkušebniacutech vzorků předevšiacutem průměrneacute hustotě se daacute miacutera shody označit

za vysokou Analytickyacute vyacutepočet je experimentem a hodnotami z literatury čaacutestečně

verifikovaacuten rozsah měřeniacute pro jeho uacuteplnou verifikaci je nicmeacuteně nerealizovatelnyacute

v raacutemci jedineacuteho vyacutezkumu Zaacutevislost δT na RVV byla použita do numerickeacuteho modelu

kvůli jednoznačnosti vyjaacutedřeniacute oproti zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

Numerickyacute model porovnaacutevaacute lineaacuterniacute a nelineaacuterniacute vyacutepočet pro masivniacute konstrukci a pro

moderniacute raacutemovou konstrukci dřevostavby Nalezeneacute rozdiacutely jsou pro detail 1 a 2

poměrně zaacutesadniacute zatiacutemco u detailu 3 a 4 již neniacute vlhkostniacute pole zohledněniacutem variability

δT zaacutesadně ovlivněno

Experimentaacutelniacute měřeniacute δT je v souvislosti s rozměrem teacuteto fyzikaacutelniacute veličiny

vždy velmi choulostiveacute na dodrženiacute veškeryacutech zaacutesad pečliveacute přiacutepravy a postupu

samotneacuteho měřeniacute Pro zefektivněniacute praacutece a zkvalitněniacute vyacutesledků byly použity většiacute

vzorky než v bakalaacuteřskeacute praacuteci (Maňaacutek 2013) a byla přidaacutena sada měřeniacute pro nižšiacute

průměrnou vlhkost ndash se silikagelem uvnitř pohaacuterku Těsněniacute provedeneacute pomociacute PVC

paacutesky umožnilo lepšiacute manipulaci se vzorky a přesnějšiacute zjištěniacute jejich vaacutehy a tiacutem i

vlhkosti po skončeniacute experimentu Změřenaacute relativniacute vlhkost dřeva odpoviacutedaacute u sady I

vyššiacute průměrneacute vzdušneacute vlhkosti než kteraacute byla očekaacutevaacutena I přes ověřeniacute vzdušneacute

vlhkosti u silikagelu bliacutežiacuteciacute se 0 pravděpodobně toto meacutedium nedokaacuteže zajistit tak

niacutezkou vlhkost u povrchu dřeva a proto jsou i vyacutesledky δT pro tuto sadu měřeniacute miacuterně

vyššiacute než uvaacutediacute literaacuterniacute zdroje Podobně je tomu i u sady II Tendenci rostouciacute

variability s klesajiacuteciacute průměrnou vlhkostiacute (viz Tab 513) lze vysvětlit rozdiacutelnyacutemi

hodnotami hmotnostniacutech uacutebytků přičemž nižšiacute hodnoty jsou zatiacuteženy vyššiacute chybou

měřeniacute Průměrně se denniacute hmotnostniacute uacutebytky pohybovaly od 015 g pro I sadu 025 g

pro II sadu po 065 g pro III sadu měřeniacute přičemž absolutniacute rozptyl sumy

hmotnostniacutech uacutebytků (Obr 513) je pro všechny sady stejnyacute tiacutem je vysvětlovaacutena takeacute

zmiacuteněnaacute variabilita kteraacute je relativniacutem ukazatelem Vyššiacutem počtem měřenyacutech vzorků

by nižšiacute variability pravděpodobně dosaženo nebylo zpřesněniacute by mohlo proběhnout na

61

uacuterovni měřiacuteciacutech přiacutestrojů a umiacutestěniacute vzorků do komory s teacuteměř nulovyacutemi vyacutekyvy

podmiacutenek kde by byly soustavy zaacuteroveň i vaacuteženy Logika samotneacuteho experimentu ndash

pohaacuterkoveacute zkoušky ndash vyvolaacutevaacute dalšiacute otaacutezku zda při měřeniacute za různyacutech okolniacutech

podmiacutenek vyvolaacutevajiacuteciacutech stejnou průměrnou vlhkost lze dojiacutet ke stejnyacutem koeficientům

difuze či součinitelům difuzniacute vodivosti Stejneacute gradienty ale různeacute průměrneacute vlhkosti

měřenyacutech vzorků by jednoznačně k různyacutem vyacuteslednyacutem koeficientům difuze veacutest měly

Analytickyacute vyacutepočet podaacutevaacute v oblasti běžnyacutech vlhkostiacute srovnatelneacute vyacutesledky

oproti literatuře a experimentu Pro vlhkosti vzduchu pod 20 a nad 90 již ale přiacuteliš

neodpoviacutedaacute a bylo by třeba aplikovat určitou korekci snižujiacuteciacute vyacutesledneacute hodnoty Tento

nesoulad může byacutet daacuten mnoha faktory vzhledem ke komplexnosti samotneacuteho vyacutepočtu

Jedniacutem z nich je vyjaacutedřeniacute sorpčniacute izotermy a jejiacute směrnice jež může byacutet mezi různyacutemi

dřevy proměnlivaacute Nahleacutedneme-li na variabilitu součinitele difuzniacute vodivosti jako na

f(ρ T p) maacute největšiacute vliv praacutevě tlak nasyceneacute vodniacute paacutery a tedy i RVV a samozřejmě

těmto hodnotaacutem odpoviacutedajiacuteciacute vlhkost dřeva V menšiacute miacuteře maacute takeacute vliv hustota

absolutně sucheacuteho dřeva v rozsahu 300-1000 kgm-3 se měniacute v rozsahu přibližně půl

řaacutedu zatiacutemco pro RVD = 0 - MH dochaacuteziacute průměrně k navyacutešeniacute o jeden celyacute řaacuted

(grafy na Obr 521 a Obr 522) Pro exaktniacute verifikaci by bylo potřeba u daneacuteho

dřeva kromě zmiacuteněneacuteho rozsaacutehleacuteho měřeniacute stanovit takeacute jeho sorpčniacute izotermu Pro

teploty pod bodem mrazu nebyla nalezena odpoviacutedajiacuteciacute měřeniacute na druhou stranu se

praacutevě kvůli tomu daacute analytickyacute vyacutepočet označit za jedinečnyacute naacutestroj pro stanoveniacute

součinitele difuzniacute vodivosti pro takto niacutezkeacute teploty Difuzniacute chovaacuteniacute dřeva při

hodnotaacutech pod bodem mrazu neniacute zatiacutem přiacuteliš prozkoumanou oblastiacute charakter vodniacute

paacutery v buněčneacute stěně je ovšem nemrznouciacute (Engelund et al 2013) a proto lze do určiteacute

miacutery hodnoty součinitele difuzniacute vodivosti nebo koeficientu difuze extrapolovat či

vypočiacutetat podobně jako pro teploty nad bodem mrazu Prakticky aplikovatelnaacute je takeacute

parciaacutelniacute derivace koncentrace vlhkosti podle parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery partcpartp

uvedenaacute ve vzorci (4221) kterou lze použiacutet pro přepočet experimentaacutelně stanovenyacutech

koeficientů difuze na součinitel difuzniacute vodivosti

Znaacutemaacute variabilita součinitele difuzniacute vodivosti v zaacutevislosti na relativniacute vlhkosti

vzduchu byla pomociacute numerickeacuteho modelu porovnaacutevaacutena s vyacutepočtem uvažujiacuteciacutem pouze

konstantniacute δT Stacionaacuterniacute vyjaacutedřeniacute průběhu difuze tepla a vlhkosti v tomto přiacutepadě pro

zjištěniacute rozdiacutelů mezi nelineaacuterniacutem a lineaacuterniacutem vyacutepočtem postačuje Ve skutečnosti by

nestacionaacuterniacute vyacutepočet mohl leacutepe vypoviacutedat v kontextu teacuteto praacutece je ale stacionaacuterniacute

přiacutestup smysluplnějšiacute mimo jineacute takeacute kvůli rozdiacutelnyacutem hodnotaacutem koeficientů difuze

62

(δT a D) měřenyacutech stacionaacuterniacute a nestacionaacuterniacute metodou (Sonderegger 2011) Pro

numerickyacute model byly použity hodnoty δT z grafu Obr 523 přičemž byla pro

zjednodušeniacute zanedbaacutena zaacutevislost na teplotě kteraacute je dle Obr 522 v rozsahu

zadaacutevanyacutech teplot minimaacutelniacute V kapitole 53 jsou zkoumaacuteny rozdiacutely lineaacuterniacuteho a

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu u masivniacute a raacutemoveacute dřevostavby Pro nižšiacute vlhkostniacute a teplotniacute

spaacutedy jsou vyacutesledky nevypoviacutedajiacuteciacute proto byly podmiacutenky exterieacuteru vždy T=-15degC a

RVV = 80 a v interieacuteru T = 20degC a RVV = 60 nebo 80 U masivniacute konstrukce

nelineaacuterniacute vyacutepočet ukazuje na vyššiacute průměrnou vlhkost konstrukce než u lineaacuterniacuteho

vyacutepočtu u podobnyacutech konstrukciacute tak může dojiacutet k nevhodneacutemu naacutevrhu při zanedbaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute Maximaacutelniacute hodnoty vlhkosti rozdiacutelneacute nejsou zaacutesadně se

ale měniacute jejich průběh obzvlaacuteště pro přiacutepad s 80 vlhkostiacute interieacuteru Detail 2 za

takovyacutech podmiacutenek vykazuje zvyacutešeniacute vlhkosti v rohu konstrukce při uvažovaacuteniacute

variability difuzniacutech vlastnostiacute až na hranici kondenzace Naopak u detailu 3 a 4 raacutemoveacute

dřevostavby ukazuje nelineaacuterniacute vyacutepočet na lepšiacute schopnost dřevěnyacutech prvků

z konstrukce odveacutest vlhkost než je tomu u prosteacuteho lineaacuterniacuteho vyacutepočtu V oblasti

stykovaacuteniacute stěn jsou vidět miacuterneacute rozdiacutely ve vlhkostniacutech poliacutech a to zejmeacutena na Obr

5340 a Obr 5341 Okrajově byly studovaacuteny i rozdiacutely za uvažovaacuteniacute proměnliveacuteho

součinitele difuzniacute vodivosti OSB desky Z materiaacutelů na baacutezi dřeva maacute zaacutesadniacute vliv na

fungovaacuteniacute celeacute sendvičoveacute stěny difuzně pootevřeneacute dřevostavby maacute za uacutekol co nejviacutece

brzdit prostup vodniacute paacutery z interieacuteru do konstrukce stěny V Tab 332 jsou uvedeny

možneacute hodnoty faktorů difuzniacutech odporů OSB ktereacute byly po převedeniacute na součinitele

difuzniacute vodivosti aplikovaacuteny jako materiaacutelovaacute vlastnost v numerickeacutem modelu Sucheacute a

mokreacute veličiny umožňovaly definovat pouze lineaacuterniacute zaacutevislost i přesto jsou mezi Obr

5342 Obr 5343 Obr 5344 a Obr 5345 rozdiacutely mezi variantami s δTOSBKONST a

δTOSBVAR neznatelneacute Zaacutesadniacute rozdiacutel je ale globaacutelně ve vlhkostniacutem poli kvůli změně

samotneacute hodnoty δT OSB desky Normovaacute hodnota micro=150 u parobrzdneacute roviny

znamenaacute že deska propouštiacute viacutece vlhkosti dovnitř a je zde vyššiacute riziko vlhkostniacute

degradace dřevěnyacutech prvků než při micro=200300 na druhou stranu v instalačniacute předstěně

vyššiacute faktor difuzniacuteho odporu zvyšuje riziko kondenzace Parozaacutebrana a spraacutevneacute

vyřešeniacute detailů jejiacuteho napojeniacute či přiacutepadnyacutech prostupů se tedy daacute označit za stěžejniacute

prvek takoveacute konstrukce vzhledem k vlhkostniacutemu chovaacuteniacute dřevostavby Značneacute

zpřesněniacute staacutevajiacuteciacuteho modelu by spočiacutevalo ve vytvořeniacute modelu vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute tepla a

vlhkosti v konstrukci kde by byla zaacuteroveň zohledněna zaacutevislost koeficientu tepelneacute

vodivosti na vlhkosti Tepelnaacute vodivost s rostouciacute vlhkostiacute podstatně stoupaacute nejen u

63

dřeva (Sonderegger a Niemz 2011) ale i u materiaacutelů na baacutezi dřeva (Sonderegger et al

2009)

Z fyzikaacutelniacuteho hlediska neniacute u hygroskopickyacutech materiaacutelů považovaacuten součinitel

difuzniacute vodivosti jehož hybnou silou je gradient parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery za přiacuteliš

korektniacute vyjaacutedřeniacute difuzniacutech vlastnostiacute Koeficient difuze jehož hybnou silou je

gradient koncentraciacute vlhkosti dřeva je v dřevařskeacute praxi preferovanou veličinou

obzvlaacuteště v oblasti sušeniacute dřeva V oboru stavebniacute fyziky je ale dřevo kombinovaacuteno

s jinyacutemi materiaacutely pro ktereacute součinitel difuzniacute vodivosti k definici difuzniacutech vlastnostiacute

vyhovuje a je běžně užiacutevaacuten Pro spraacutevnou implementaci dřeva do numerickeacuteho modelu

takovyacutech konstrukciacute je znalost δT a jeho zaacutevislosti na vnějšiacutech vlhkostniacutech podmiacutenkaacutech

stěžejniacute Variabilita difuzniacutech koeficientů dřeva je z pohledu stavebniacute fyziky

zanedbaacutevaacutena což je z důvodu obtiacutežneacute metodiky pro stanoveniacute potřebnyacutech veličin

pochopitelneacute U konstrukciacute raacutemovyacutech dřevostaveb nebyl shledaacuten zaacutesadniacute rozdiacutel

v absolutniacutech hodnotaacutech RVV a tedy i vlhkosti dřeva jejich profil v průřezu dřevěnyacutech

prvků ale rozdiacutelnyacute je Pro přesnějšiacute stanoveniacute tohoto vlhkostniacuteho profilu je tedy použitiacute

nelineaacuterniacuteho vyacutepočtu doporučeno Pro celkoveacute posouzeniacute konstrukce ale nebyly

shledaacuteny zaacutevažneacute důvody ktereacute by zrazovaly od užiacutevaacuteniacute konstantniacuteho součinitele

difuzniacute vodivosti Naopak u masivniacutech dřevostaveb již nelineaacuterniacute vyacutepočet podaacutevaacute

diametraacutelně odlišneacute vyacutesledky ktereacute mohou veacutest k nespraacutevneacutemu posouzeniacute celkoveacute

konstrukce kritickyacute je v tomto přiacutepadě detail napojeniacute v rohu Ve skutečneacute konstrukci

maacute takeacute určityacute vliv samotnyacute fasaacutedniacute systeacutem nebo napřiacuteklad i podkladniacute lepidla pro

vnějšiacute izolaci Nesmiacuteme opomenout takeacute možneacute imperfekce při vyacuterobě a to že čiacutem viacutece

je v konstrukci materiaacutelu na baacutezi dřeva tiacutem viacutece mohou byacutet teplotniacute vlhkostniacute a difuzniacute

vlastnosti variabilniacute

64

7 Zaacutevěr

V praacuteci bylo provedeno experimentaacutelniacute měřeniacute součinitelů difuzniacute vodivosti

analytickeacute vyjaacutedřeniacute těchto koeficientů a vyacuteslednaacute variabilita byla zohledněna ve

vybranyacutech konstrukciacutech dřevostaveb pomociacute numerickyacutech simulaciacute Tyto numerickeacute

simulace byly založeny na řešeniacute modelu popisujiacuteciacute teplotniacute a vlhkostniacute pole pomociacute

metody konečnyacutech prvků

Experiment analytickyacute vyacutepočet i numerickyacute model jako stěžejniacute čaacutesti teacuteto

diplomoveacute praacutece podaacutevajiacute čitelneacute vyacutesledky vlivu variability součinitele difuzniacute

vodivosti na stavebně-fyzikaacutelniacute posouzeniacute dřevěnyacutech konstrukciacute Vypočteneacute hodnoty δT

platneacute pro smrk o průměrneacute hustotě 400 kg∙m-3

jsou založeneacute na pohaacuterkoveacute zkoušce při

průměrnyacutech vlhkostech vzduchu 25 625 a 75 ktereacute byly srovnaacuteny s literaturou

přičemž jsou diskutovaacuteny rozdiacutely a jejich přiacutečiny Experiment takeacute čaacutestečně verifikoval

klasickyacute analytickyacute vyacutepočet dle Choong 1965 a Stamm 1960 rozšiacuteřen v Siau 1995 kteryacute

byl upraven tak aby byly ziacuteskaacuteny hodnoty δT v zaacutevislosti na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute paacutery

a RVV Numerickyacute model použiacuteval ke stacionaacuterniacutemu nelineaacuterniacutemu vyacutepočtu zaacutevislost δT

na RVV ten byl porovnaacuten s vyacutepočtem lineaacuterniacutem Zaacutesadniacute rozdiacutel ve vypočteneacutem

vlhkostniacutem poli byl nalezen u detailu rohu 15cm masivniacute stěny zatepleneacute 10 cm fasaacutedniacute

mineraacutelniacute izolace Nelineaacuterniacute vyacutepočet poukazuje na vlhkost vzduchu bliacutežiacuteciacute se nasyceniacute

a na možnost kondenzace zatiacutemco lineaacuterniacute vyacutepočet nikoliv U raacutemoveacute dřevostavby se

skladbou 125 mm saacutedrovlaacuteknitaacute deska 15 mm OSB 140 mm celuloacutezovaacute izolace a

dřevěnyacute sloupek 15 mm DHF a 100 mm mineraacutelniacute fasaacutedniacute izolace byly naopak rozdiacutely

mezi lineaacuterniacutem a nelineaacuterniacutem vyacutepočtem zanedbatelneacute Zaacutesadniacute u takoveacute konstrukce

nebyla variabilita difuzniacutech vlastnostiacute dřeva ale spiacuteše rozdiacutelneacute hodnoty součinitele

difuzniacute vodivosti OSB desky na interieacuteroveacute straně

Zaacutevěry teacuteto praacutece by bylo možneacute v budoucnu zohlednit v rozsaacutehlejšiacutech modelech

moderniacutech masivniacutech dřevostaveb kde byl pozorovaacuten vyacuteraznyacute vliv variability difuze na

vyacutesledneacute vlhkostniacute pole Na druhou stranu lze pro difuzně otevřeneacute raacutemoveacute dřevostavby

konstatovat že zanedbaacuteniacute variability součinitele difuzniacute vodivosti dřeva nevede

k zaacutesadniacutem nedostatkům v posouzeniacute vlhkostniacute odezvy konstrukce

65

8 Conclusion

In this thesis an experimental measurement together with analytical calculation

of vapor diffusion permeability coefficients was performed The variability was taken

into account in a numerical model of selected timber structures These numerical

simulations are based on solving the temperature and the moisture field by finite

element method

The experiment analytical calculation and numerical model as a key parts of

this diploma thesis give clear results of the influence of variability of vapor

permeability coefficient on building physics of timber structure Resulting δT values

valid for spruce at 400 kg∙m-3

based on cup method which was performed at the

average humidity 25 625 and 75 are compared with similar researches and the

analytical calculation The experiment partially confirmed analytical calculation by

Choong 1965 and 1960 Stamm Siau expanded in 1995 which was modified to obtain

the values δT depending on the partial pressure of water vapor and relative humidity

The numerical model used δT dependence on relative humidity for stationary non-linear

calculation which has been compared with linear calculation The essential difference

in the calculated moisture field was found in the detail of solid wood structure corner

composed of 15 cm solid timber wall insulated by 10 cm mineral wool) Nonlinear

calculation shows humidity approaching saturation and the possibility of condensation

while linear calculation does not For timber frame wall model composed of 125 mm

gypsum board 15 mm OSB 140 mm cellulose insulation and wooden column 15 mm

DHF and 100 mm mineral facade insulation were the differences between linear and

non-linear calculation negligible The essential part of the simulation of such structure

was not the variability of diffusion properties of wood itself but rather different values

of the vapor permeability of OSB on interior side

In the future research the conclusions could be taken into account in the

comprehensive models of modern solid wood structure where there was a significant

effect of the variability of vapor permeability observed On the other side for vapor

diffusion-open timber frame houses variability neglecting diffusion variability of wood

does not lead to major inaccuracy in the moisture response assessment of the structure

66

9 Použitaacute literatura

Ahlgren L 1972 Moisture fixation in porous building materials Division of Building

Technology Lund Institute of Technology Report 36Lund Sweden

Burr H K Stamm A J 1956 Diffusion in wood Forest Service U S Department

of Agriculture 18 s

Canada Mortgage and Housing Corporation-CMHM 2003 Review of

hygrothermal models for building envelope retrofit analysis Research highlights

Technical series 03ndash128

Delgado J M Barreira E Ramos N M amp de Freitas V P 2013 Hygrothermal

Simulation Tools In Hygrothermal Numerical Simulation Tools Applied to Building

Physics s 21-45 Springer Berlin Heidelberg

Dushman S Lafferty J M 1962 Scientific foundations of vacuum technique

Wiley New York 806 p

Eitelberger J Hofstetter K Dvinskikh SV 2011a A multi-scale approach for

simulation of transient moisture transport processes in wood below the fiber saturation

point Composites Science and Technology 71(15) pp 1727-1738

Eitelberger J Svensson S Hofstetter K 2011b Theory of transport processes in

wood below the fiber saturation point Physical background on the microscale and its

macroscopic description Holzforschung 65(3) pp 337-342

Eitelberger J Svensson S 2012 The Sorption Behavior of Wood Studied by Means

of an Improved Cup Method Transport in Porous Media 92(2) pp 321-335

Engelund ET Thygesen LG Svensson S Hill CAS 2013 A critical discussion

of the physics of wood-water interactions Wood Science and Technology 47(1) pp

141-161

Fick A 1855 Ueber Diffusion In Annalen der Physik 170 (1) [online] Weinheim

Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA s 59ndash86 Dostupneacute na world wide web

lthttponlinelibrarywileycomgt

Hedlin CP 1967 Sorption isotherms of twelve woods at subfreezing temperatures

Forest Products Journal 17(12)43-48

Hernandez R E Bizoň M 1994 Changes in shrinkage and tangential compression

strength of sugar maple below and above fiber saturation point In Wood and fiber

science 26(3) s 360ndash369

67

Hill C A S 2006 Wood ModificationndashChemical Thermal and Other Processes

Wiley Sussex 260 s

Horaacuteček P 2004 Model vaacutezaneacuteho šiacuteřeniacute vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole při sušeniacute

dřeva Brno Mendelova Univerzita v Brně 126 s

Horaacuteček P 2008 Fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti dřeva I Brno Mendelova

zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně 124 s ISBN 978-80-7375-169-2

Choong ET 1965 Diffusion coefficients of softwoods by steady-state and theoretical

methods ForProdJ 15(1) pp 21-27

Joly C Gauthier R and Escoubes M 1996 Partial masking of cellulosic fiber

hydrophilicity for composite applications Water sorption by chemically modified

fibers Journal of Applied Polymer Science 61(1) pp 57-69

Kang W Kang Ch W Chung W Y Eom Ch D Yeo H 2007 The effect of

openings on combined bound water and water vapor diffusion in wood Journal of

Wood Science 54 s 343-348

Krabbenhoslashft K Damkilde L amp Hoffmeyer P 2003 Moisture transport in wood

A study of physical-mathematical models and their numerical implementation

Disertačniacute praacutece Danmarks Tekniske Universitet 105 s

Kolb J 2011 Dřevostavby Grada Publishing 317 s ISBN 978-80-247-4071-3

Kollman F 1951 Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe Vol 1 2nd

edition Springer Heidelberg New York

Maňaacutek O 2013 Součinitel difuze vodniacute paacutery ve dřevě Bakalaacuteřskaacute praacutece Mendelova

univerzita v Brně 56 s

Rautkari L Hill C A S Curling S Jalaludin Z Ormondroyd G 2013 What

is the role of the accessibility of wood hydroxyl groups in controlling moisture content

Journal of Materials Science 48 (18) s 6352-6356

Rode C Clorius Ch O 2004 Modeling of Moisture Transport in Wood with

Hysteresis and Temperature-Dependent Sorption Characteristics Thermal Performance

of the Exterior Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 15 s

Ross R J 2010 Wood handbook wood as an engineering material USDA Forest

Service Forest Products Laboratory Madison 509 s

Siau JF 1995 Wood Influence of moisture on physical properties Wood Influence

of Moisture on Physical Propertie 227 s

Skaar Ch 1988 Wood-Water Relations Berlin Springer-Verlag 283 s

ISBN 3-540-19258-1

68

Slanina P 2006 Difuacutezniacute vlastnosti materiaacutelů z pohledu novyacutech tepelně technickyacutech

norem In Tepelnaacute ochrana budov Praha Contour sro s 153ndash156

Sonderegger W 2011 Experimental and Theoretical Investigations on The Heat and

Water Transport in Wood and Wood-based Materials Dizertačniacute praacutece Curych ETH

Zurich 165 s

Sonderegger W Hering S Niemz P 2011 Thermal behaviour of Norway spruce

and European beech in and between the principal anatomical

directions Holzforschung 65(3) s 369-375

Sonderegger W and Niemz P 2009 Thermal conductivity and water vapour

transmission properties of wood-based materials European Journal of Wood and Wood

Products 67(3) s 313-321

Stamm AJ 1960 Combined bound-water and water-vapour diffusion into sitka

spruce ForProdJ 10(12) s 644-648

Svoboda Z 2014 Difuacuteze vodniacute paacutery a jejiacute kondenzace uvnitř konstrukciacute [online]

citovaacuteno dne 183 2014 Dostupneacute na world wide web lt kpsfsvcvutcz gt

Tarmian A Remond R Dashti H Perreacute P 2012 Moisture diffusion coefficient

of reaction woods Compression wood of Picea abies L and tension wood of Fagus

sylvatica L Wood Science and Technology 46(1-3) s 405-417

Tiemann H D 1906 Effect of moisture upon the strength and stiffness of wood

USDA for Serv Bull 70 s

Time B 1998 Hygroscopic moisture transport in wood Norwegian University of

Science and Technology Doctoral dissertation 216 p

Timusk P Ch 2008 An Investigation of the Moisture Sorption and Permeability of

Mill-fabricated Oriented Strandboard Department of civil engineering University of

Toronto 249 s

Trcala M 2009 Model vaacutezaneacuteho pohybu vlhkostniacuteho a teplotniacuteho pole ve dřevě

během sušeniacute Diplomovaacute praacutece Mendelova univerzita v Brně 84 s

Ugolev V N 1975 Drevesinovedenijes osnovami lesnovo tovarovedenja Moskva

382 s

Valovirta I Vinha J 2004 Water Vapor Permeability and Thermal Conductivity as

a Function of Temperature and Relative Humidity Thermal Performance of Exterior

Envelopes of Whole Buildings IX International Conference 16 s

Vaverka Z Haviacuteřovaacute Z Jindraacutek M a kol 2008 Dřevostavby pro bydleniacute Praha

Grada 380 s ISBN 978-80-247-2205-4

69

Wangaard FF Granados LA 1967 The effect of extractives on water-vapour

sorption by wood Wood Science and Technology 1(4) pp 253-277

Wimmer R Klaumlusler O amp Niemz P 2013 Water sorption mechanisms of

commercial wood adhesive films Wood Science and Technology 47(4) s 763-775

Wadsouml L 1993a Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 1

Instrumentation Wood Science and Technology 27 pp 396-400

Wadsouml L 1993b Measurements of Water Vapour Sorption in Wood part 2 Results

Wood Science and Technology 28 pp 59-65

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

ČSN 49 0123 Drevo Štatistickaacute metoacuteda odberu vzoriek

ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech materiaacutelů a vyacuterobků -

Stanoveniacute prostupu vodniacute paacutery

ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostniacute chovaacuteniacute stavebniacutech diacutelců a stavebniacutech prvků -

Vnitřniacute povrchovaacute teplota pro vyloučeniacute kritickeacute povrchoveacute vlhkosti a kondenzace

uvnitř konstrukce - Vyacutepočtoveacute metody

ČSN 73 0540 Tepelnaacute ochrana budov

70

10 Seznam obraacutezků

Obr 311 Sorpčniacute izotermy smrku Picea Abies(Dle Rode a Clorius 2004 experiment

dle Ahlgren 1972 a Heldin 1967) 5

Obr 312 Adsorpčniacute a desorpčniacute izotermy dřeva smrku (picea abies) (Time 1998) 6

Obr 313 Předpoklaacutedanaacute distribuce molekul vody při a) nerovnoměrně rozloženeacute

vlhkosti b) rovnoměrně rozloženeacute vlhkosti a znaacutezorněniacute energetickyacutech hladin Hv

(entalpie vodniacute paacutery) Ha (entalpie aktivovaneacute vody) Hw (entalpie vody volneacute) Hs

(entalpie vody vaacutezaneacute) (Skaar 1988) 7

Obr 314 Zaacutevislost faktoru difuzniacuteho odporu na vlhkosti pro dřeva smrku a buku pro

různeacute odklony vlaacuteken v přiacutečneacutem směru (Sonderegger 2011) 8

Obr 315 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Rode a Clorius 2004) 9

Obr 316 Zaacutevislost koeficientu difuzniacute vodivosti na relativniacute vlhkosti vzduchu pro

smrk (picea abies) v přiacutečneacutem směru (Time 1998) 10

Obr 411 Zaacutestupci 3 souborů pohaacuterků zleva bdquosuchaacute miskaldquo (silikagel

s předpoklaacutedanou RVV uvnitř pohaacuterku 0 sada I) nasycenyacute roztok NaCl s RVV

753 (sada II) a bdquomokraacute miskaldquo (demineralizovanaacute voda RVV 100 sada III) 22

Obr 511 Graf naměřenyacutech hodnot RVV prostřediacute v průběhu měřeniacute 29

Obr 512 Graf naměřenyacutech teplot vzduchu v průběhu měřeniacute 30

Obr 513 Graf sumy hmotnostniacutech uacutebytků a přiacuterůstků jednotlivyacutech soustav (Sada

I=silikagel Sada II=nasycenyacute roztok NaCl Sada III=demineralizovanaacute voda) 31

Obr 514 Krabicovyacute graf vypočtenyacutech součinitelů difuzniacute vodivosti pro 3 sady měřeniacute

32

Obr 515 Graf zaacutevislosti průměrnyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti na

průměrneacute RVV uvnitř a vně pohaacuterků 32

Obr 521 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na hustotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute teplotě 20degC 33

Obr 522 Zaacutevislost součinitele difuzniacute vodivosti v přiacutečneacutem směru na teplotě při

různyacutech vlhkostech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kgmiddotm-3

34

Obr 523 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot součinitele difuzniacute vodivosti

na RVV při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 34

71

Obr 524 Graf zaacutevislosti analyticky vypočtenyacutech hodnot δT na parciaacutelniacutem tlaku vodniacute

paacutery při různyacutech teplotaacutech a konstantniacute hustotě ρ0=400 kg∙m-3

Pro srovnaacuteniacute jsou

vyneseny vyacutesledky vlastniacuteho experimentu měřeniacute dle Rode a Clorius (2004) Valovirta

a Vinha (2004) a konstantniacute hodnoty dle normy ČSN 73540-4 35

Obr 531 Detail 1 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 36

Obr 532 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 36

Obr 533 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 534 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 37

Obr 535 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

38

Obr 536 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 38

Obr 537 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 538 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 39

Obr 539 Detail 1 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 40

Obr 5310 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5311 Detail 1 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 41

Obr 5312 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5313 Detail 1 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

42

Obr 5314 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5315 Detail 1 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 43

Obr 5316 Detail 2 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC60 ext -

15degC80 44

72

Obr 5317 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 44

Obr 5318 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5319 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 45

Obr 5320 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5321 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80

46

Obr 5322 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5323 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC60 ext -15degC80 47

Obr 5324 Detail 2 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 48

Obr 5325 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5326 Detail 2 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 49

Obr 5327 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5328 Detail 2 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

50

Obr 5329 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5330 Detail 2 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 51

Obr 5331 Detail 3 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 52

Obr 5332 Detail 3 Průběh vypočteneacuteho δTVAR v dřevěneacute čaacutesti konstrukce barevnaacute

škaacutela reprezentuje RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 52

Obr 5333 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 53

Obr 5334 Detail 3 průběh parciaacutelniacuteho tlaku vodniacute paacutery (modraacute) a parciaacutelniacuteho tlaku

nasyceneacute vodniacute paacutery (červenaacute) δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 53

73

Obr 5335 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5336 Detail 3 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80

54

Obr 5337 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTKONST in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5338 Detail 3 PRŮBĚH RVV δTVAR in 20degC80 ext -15degC80 55

Obr 5339 Detail 4 ROZLOŽENIacute PARCIAacuteLNIacuteHO TLAKU NASYCENEacute VODNIacute

PAacuteRY a TEPLOTNIacute POLE společneacute pro δTKONST a δTVAR in 20degC80 ext -

15degC80 56

Obr 5340 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δOSBNORM in 20degC80 ext -

15degC80 57

Obr 5341 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δOSBNORM in 20degC80 ext

15degC80 57

Obr 5342 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBKONST in 20degC80

ext -15degC80 58

Obr 5343 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTKONST δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 58

Obr 5344 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBKONST in 20degC80 ext

-15degC80 59

Obr 5345 Detail 4 VLHKOSTNIacute POLE RVV δTVAR δTOSBVAR in 20degC80 ext -

15degC80 59

Page 17: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 18: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 19: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 20: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 21: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 22: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 23: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 24: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 25: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 26: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 27: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 28: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 29: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 30: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 31: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 32: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 33: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 34: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 35: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 36: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 37: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 38: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 39: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 40: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 41: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 42: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 43: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 44: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 45: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 46: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 47: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 48: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 49: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 50: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 51: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 52: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 53: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 54: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 55: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 56: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 57: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 58: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 59: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 60: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 61: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 62: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 63: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 64: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 65: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 66: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 67: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 68: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 69: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 70: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 71: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 72: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 73: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 74: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 75: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 76: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 77: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 78: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 79: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 80: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...
Page 81: MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta ...

Recommended