KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE

123 MAI – transport a akumulace vodní páry

Transport vodní páry porézním prostředím

Součinitel propustnosti pro vodní páru (s) a součinitel difúze D (m2s-1) -

vyjadřují schopnost materiálu propouštět vodní páru difúzí.

Faktor difúzního odporu μ (-) - vyjadřuje kolikrát je transport vodní páry

materiálem pomalejší v porovnání s transportem vodní páry ve vzduchu

Ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu sd (m) – schopnost materiálu

propouštět vodní páru difúzí v závislosti na jeho tloušťce.

Ukazuje, jakou tloušťku by musela mít vrstva vzduchu, aby měla stejný difúzní

odpor jako měřený stavební materiál.

Veličiny používané k hodnocení difúzních

vlastností stavebních materiálů

m - množství vodní páry prodifundované vzorkem (kg)

d - tloušťka vzorku (m)

S - plocha vzorku (m2)

- časový interval korespondující s m (s)

pp - rozdíl parciálních tlaků vodní páry změřený ve vzduchu nad a pod povrchem vzorku (Pa)

R – univerzální plynová konstanta (8,314 J mol-1K-1)

M – molární hmotnost vody (0,018 kg mol-1)

N - přibližná hodnota difúzního odporu vzduchu (5,45 .109 s-1) závisející na teplotě

Dvzduch - součinitel difúze vodní páry ve vzduchu

(2,3.10-5 m2 s-1)

Vztahy mezi veličinami

ppS

dm

M

TRD

N

1

D

Dvzduch

Transport vodní páry porézním prostředím

Tepelná vodivost vzduchu: = 0,0262 W m-1K-1

Tepelná vodivost izolantů: ~ 0,04 W m-1K-1

Tepelná vodivost vody: = 0,56 W m-1K-1

cca 10 - 15x vyšší!!!

Pozn.: Tepelná izolace budov jde ruku v ruce s otázkou odolnosti stavební

konstrukce proti vlhkosti a kondenzaci vodních par.

Ve vzduchu obsažená vodní pára samovolně difunduje do míst s nižším parciálním tlakem až do vyrovnání parciálních tlaků

Tlak nasycené vodní páry v závislosti na teplotě

Parciální tlak vodní páry daného prostředí stoupá od nuly do hodnoty parciálního tlaku syté páry (maximální množství vodní páry, které se v daném objemu, při dané teplotě a tlaku vyskytuje v plynném skupenství). Další přírůstky vodní páry při nezměněné teplotě kondenzují a obsah vodní páry ve vzduchu dále nezvyšují.

- Parciální tlak vodní páry je exponenciálně závislý na teplotě (při vyšších teplotách se do daného objemu vejde výrazně vyšší množství páry než při teplotách nízkých).

ABSOLUTNÍ x RELATIVNÍ VLHKOST

Absolutní vlhkost –

hmotnost vodní páry (g) v 1m3 vzduchu.

Relativní vlhkost –

poměr absolutní vlhkosti vzduchu a absolutní vlhkosti vzduchu, který by byl při téže teplotě plně nasycen vodními parami. Relativní vlhkost vzduchu udává míru nasycení vodních par.

].[ 3 mgV

m

[%]100.max

STANOVENÍ PARCIÁLNÍHO TLAKU VODNÍ

PÁRY

Hodnoty pro vodní páru tabelovány.

Hodnoty pro jednotlivá prostředí dána rovnováhou

vodní pár nad nasycenou koncentrací příslušné soli

(viz. tabulka)

Metoda extrapolace – pro danou laboratorní teplotu

je nutné provést korekci.

Např. Naměřím teplotu 23,5 °C.

Výpočet: pro 23°C…2 809 Pa

pro 24°C…2 984 Pa

Rozdíl pro desetinu stupně …. (2 984 – 2 809)/10= 17,5

Mám oproti 23°C 0,5°C více…2 809 +(17,5*5)=2 896,5 Pa

Akumulace vodní páry

Plynná vlhkost se v porézním prostředí adsorbuje na stěnách pórů v jedné monomolekulární vrstvě, následně v polymolekulárních vrstvách, až nakonec kondenzuje v kapalnou vodu.

Schopnost porézního materiálu adsorbovat vodní páru v závislosti na relativní vlhkosti RH (%) - popsána sorpční izotermou.

MĚŘENÍ TRANSPORTU VODNÍ PÁRY

Metodou bez teplotního spádu – je třeba zajistit stálou teplotu a relativní

vlhkosti nad a pod vzorkem.

Zajištěn jednorozměrný transport vzorkem, aby platil Fickův zákon.

Prakticky:

Vzorek parotěsně a vodotěsně izolován.

V misce dané prostředí dry cup – např. silikagel, wet – cup –např. síran

draselný).

Vzorek se zafixuje v misce a periodicky se váží (hmotnostní nárůst, či úbytek).

Pokud jsou změny hmotnosti ustálené (lineární závislost tří po sobě jdoucích

měření) – lze z daných hodnot vypočítat parametry transportu vodní páry.

Pozn. Po výpočtu parciálního tlaku nasycené vodní páry je nutné zohlednit RH

v misce (5%) a v prostředí (97%). Tyto hodnoty se pak dosazují do výpočtu.

Příklad průběhu a vyhodnocení transportu vodní páry

porézními materiály – po dosažení lineární závislosti odečtení

úbytku (přírůstku) hmotnosti m a odpovídajícího času

y = -0,041x + 432,72

R2 = 0,9982

y = -0,0442x + 414,6

R2 = 0,9971

y = -0,0685x + 389,23

R2 = 0,9996

y = -0,0819x + 367,36

R2 = 0,9993

y = -0,1146x + 259,64

R2 = 0,9998

y = -0,118x + 255,36

R2 = 0,9998

190

210

230

250

270

290

310

330

350

370

390

410

430

0 100 200 300 400 500

Period of time [h]

De

cre

as

e o

f m

as

s [

g] B IV

B V

MAP-L I

MAP-L II

KAM I

KAM II

Lineární(KAM I)Lineární(KAM II)Lineární(MAP-L I)Lineární(MAP-L II)Lineární(B IV)Lineární(B V)

MĚŘENÍ AKUMULACE VODNÍ PÁRY

Metodou exsikátorovou – je třeba zajistit stálou teplotu a

relativní vlhkost prostředí se vzorkem.

Prakticky:

Nejprve je vzorek vysušen při 105 °C do ustálené hmotnosti (viz. tabulka).

Vzorek je umístěn do exsikátoru, kde je pomocí rovnovážné vlhkosti nad

nasyceným roztokem soli ustavena daná relativní vlhkost.

Daný parciální tlak vodní páry tabelován.

Vzorek se periodicky váží až do ustálené hmotnosti.

Do grafu sorpční izotermy při dané teplotě se vynáší závislost obsahu vodní

páry u (-) na relativní vlhkosti prostředí RH (%).

ÚKOL

Změřte transport vodní páry vybraného materiálu miskovou metodou bez

teplotního spádu a vypočítejte součinitel difúzní vodivosti, součinitel

difúze vodní páry a faktor difúzního odporu tohoto materiálu.

U vybraného materiálu sestrojte sorpční izotermu.