1 Mechanika wilgoci. Fizyka i chemia budowli część 1-1Cmgr inż. Anna Najder, dr inż. Tomasz Najder Wersja 06/2008, zmodifikowana 10/ (Part 1_1 PP 2007, animation + p/r) Copyright notice Unauthorised copying of this presentation as whole or in parts in any form or by any means, electronic, photocopying, recording or otherwise, without prior written permision is prohibited. ready
2 Spis treści Wstęp 3 Źródła wilgoci 10Bezpośrednie oddziaływanie wilgoci na budynek Skutki zawilgoceń Przyczyny kłopotów wilgotnościowych obiektów zabytkowych Transport wody i wilgoci Tradycyjne i współczesne tynki Transport wody w murach otynkowanych Pojęcia związane z wilgocią (parą) Dyfuzja i konwekcja pary wodnej Przepuszczalność pary i paroszczelność Dyfuzja i konwekcja c.d Kondensacja pary, punkt rosy Konwekcja w obiektach sakralnych Wilgoć w konstrukcjach murowych Naprężenia i odkształcenia w murze Naprawy – „przykazania” ready
3 8. Pojęcia związane z wilgocią – woda w formie paryDyfuzja pary wodnej: przemieszczanie się wilgoci w postaci pary na skutek różnic jej ciśnień w powietrzu. Para w ośrodku o większym nasyceniu przechodzi do ośrodka o mniejszym ciśnieniu pary, dążąc do ich wyrównania. Wartości tzw. wilgotności względnej między ośrodkami nie ma nic do rzeczy, jeśli chodzi o kierunek dyfuzji. Zawartość pary wodnej: stosunek masy pary wodnej do całkowitej masy powietrza. Wyrażany w [kg/m3]. Pełne nasycenie parą wodną: maksymalna ilość pary wodnej, jaką powietrze w danej temperaturze może zawierać. Powietrze o wyższej temperaturze charakteryzuje większa możliwa maksymalnie zawartość pary wodnej. pary ready press press press
4 pary Ciśnienie pary wodnej: w fizyce istnieje prosty związek pomiędzyciśnieniem pary a jej zawartością. Ciśnienie pary stanowi część ciśnienia powietrza. Ciśnienie pełnego nasycenia parą jest najwyższym ciśnieniem pary, jakie może wystąpić w powietrzu w danej temperaturze. Im wyższa temperatura, tym wyższe ciśnienie nasycenia parą, wyrażone w [Pa]. Wilgotność względna (pary wodnej): stosunek między aktualną zawartością pary, a ilością do osiągnięcia stanu pełnego nasycenia dla danej temperatury, wyrażany w [%]. pary ready press press
5 9. Dyfuzja i konwekcja pary wodnej Para wodna przemieszcza się z gruntu do pomieszczeń piwnicznych dzięki dyfuzji i konwekcji 9,0 g/m3 Dyfuzja Nawet przy takiej samej temperaturze w gruncie i piwnicy (+15 °C) wilgotność względna w podłożu jest zwykle równa 100% (pełne nasycenie szkieletu gruntowego wodą), w piwnicy jedynie ok. 70%. Dla tej samej temperatury oznacza to różnice zawartości pary, odpowiednio 12,9 g/m3 w gruncie i jedynie 9,0 g/m3 w piwnicy. Różnica zawartości pary powoduje jej ruch w wyniku zjawiska dyfuzji w kierunku piwnicy. 12,9 g/m3 tp>tgr Konwekcja Oznacza ona, że ruch pary wodnej wraz ze strumieniami powietrza przemieszcza się wobec różnic jego ciśnienia. Różnice ciśnienia powstają w wyniku nieszczelności pomieszczeń piwnicznych lub i wentylowania oraz działania wiatru. Ruch powietrza wywołany jest też różnicą temperatur – ciepłe powietrze jest lżejsze Zarówno podnoszenie się powietrza do góry w piwnicy w wyniku mniejszego ciśnienia pod stropem i unoszeniu się ku niemu cieplejszego powietrza jako lżejszego to wynik konwekcji. tgr ready press press press
6 Podgrzewanie piwnicy = zwiększona dyfuzja + zwiększona konwekcjaDyfuzja i konwekcja pary wodnej c.d. Para wodna przemieszcza się z gruntu do pomieszczeń piwnicznych dzięki dyfuzji i konwekcji T 20 °C 7,0 g/m3 Podsumowanie Podgrzewanie piwnicy = zwiększona dyfuzja + zwiększona konwekcja ! tp>>tgr tgr ready press press
7 Dyfuzja i konwekcja pary wodnej c.d.Migracja wilgoci w budynkach budowanych tradycyjnie następuje nie tylko poprzez dyfuzję, ale również w wyniku konwekcji (dotyczy pary wodnej) oraz podciągania kapilarnego i przecieków przez nieszczelne mury i posadzki (dotyczy wody w formie cieczy). Pomieszczenia piwniczne pozostawały nieogrzewane i spełniały funkcje głównie magazynowe. Wykwity wilgoci przy znacznym wentylowaniu powodowały jedynie tworzenie się specyficznego klimatu, nie przeszkadzającego w tradycyjnej eksploatacji piwnic. ready press press
8 Ruch pary wodnej do i z piwnicy w różnych porach rokuWilgotność względna prawie zawsze przez wszystkie fazy roku pozostaje wyższa na zewnątrz budynku, niż w jego wnętrzu. odwrotny press press press ready
9 O ruchu wilgoci w formie pary decyduje dyfuzja, zwłaszcza w piwnicy. 11,2 odwrotny O ruchu wilgoci w formie pary decyduje dyfuzja, zwłaszcza w piwnicy. Zimą para wodna kieruje się z piwnicy na zewnątrz. W lato odwrotnie. W zimie wilgoć z piwnicy (tak, jak nad powierzchnią terenu) przedostaje się na zewnątrz do gruntu W lato odwrotnie – wilgoć z gruntu ”wędruje” do piwnicy. Paradoksalnie to w lato, najcieplejszej porze roku, wzrasta w piwnicy poczucie stęchlizny. ready press press press press press
10 Transport pary wodnej w wyniku dyfuzji – powtórkaZjawisko dyfuzji polega na wyrównywaniu się ciśnień pary wodnej z pomieszczeń o większym nasyceniu parą do pomieszczeń o mniejszym. W przeważającej części roku para przemieszcza się z wewnątrz budynku na zewnątrz (oprócz lata). Ważne: o kierunku przepływu pary decyduje jej ilość, a nie wilgotność względna (%). Opór dyfuzji pary wodnej jest wprost proporcjonalny do grubości warstw przegrody i odwrotnie proporcjonalny do współczynnika paroprzepuszczalności materiału przegrody [kJ h/m kg] lub [m/s]. ready press press press press press
11 Ruch pary wodnej w różnych porach roku – powtórkadyfuzja lato zima dyfuzja 11,2 85% 70% w gruncie 40% 40% press odwrotny press press w powietrzu press press Z.W.G. ready poczucie stęchlizny w piwnicy! 100 %
12 Ułatwiona dyfuzja wilgociBudynki ceglane budowane w płd. Szwecji okresie 1895 ÷ 1920: rozwiązanie piwnicy tradycyjne Kostrukcja wszystkich kondynacji ceglana (od wewnątrz cegła normalnowymiarowa, od zewnątrz cegła okładzinowa). Mur piwniczny ceglany na zaprawie wapiennej, od czoła powyżej poziomu ulicy cokół kamienny. Fundamenty z niespoinowanych, lecz dopasowywanych do siebie dużych kamieni. Posadzka piwnicy z cegły na płask na podsypce wyrównawczej żwirowo- piaszczystej. Ułatwiona dyfuzja wilgoci z gruntu ready press press
13 Budynki ceglane budowane w okresie 1890 ÷ 1910: rozwiązanie piwnicy zmodyfikowane Kostrukcja wszystkich kondynacji ceglana. Ściany zewnętrzne od wewnątrz, ściany działowe oraz dolne powierzchnie stropów drewnianych otynkowane. Strop nad piwnicą drewniany, pod nim ceglane pseudosklepienie kolebowe (tzw. strop Kleina), belki stalowe obciążone belkami drewnianym podłogi Pod nią zasyp z gruzu wapiennego lub resztek zaprawy murarskiej. Mur piwniczny kamienno- ceglany na zaprawie wapiennej, od czoła od strony ulicy cokół kamienny. Fundamenty w dolnej części ze spoinowanych zaprawą wapienną, dopasowywanych do siebie dużych kamieni. Posadzka piwnicy betonowa na warstwie z kamieni i żwiru. Całość oparta betonowej ławie, wzmocnionej szynami kolejowymi. Dyfuzja z gruntu utrudniona ready press press press
14 Budynki ceglane budowane w południowej Szwecji w okresie 1920 ÷ 1930: rozwiązanie piwnicy ”współczesne” Kostrukcja wszystkich kondynacji ceglana. Ściany zewnętrzne najczęściej nietynkowane. Strop nad piwnicą żelbetowy z belkami podłużnymi i poprzecznymi usztywnieniami. Mur piwniczny od zewnątrz z granitu, od wewnątrz ceglany. Fundamenty betonowe z zatopionymi kamieniami, zbrojone gładkimi prętami stalowymi. Fundamenty oparto na silnie zbrojonych ”szklankach” bezpośrednio na skale lub pośrednio poprzez pale żelbetowe. Całość stężona żelbetowymi płytami spełniającymi rolę posadzki piwnicy. Dyfuzja z gruntu uniemożliwiona, lecz bez szkodliwych konsekwencji na mury piwniczne ready press press press
15 Budynki budowane w okresie 1895 ÷ 1915 Domy wzorowane na budynkach 3- kondygnacyjnych z Göteborga. Kostrukcja parteru kamienno- ceglana (od wewnątrz cegła nieco większa od normalnowymiarowej, od zewnątrz reliefy z równo obrobionych głazów). Powyżej dwa piętra drewniane. Ściany zewnętrzne na wszystkich kondygnacjach pokryte tynkiem. Od wewnątrz ściany te oraz ściany działowe oraz dolne powierzchnie stropów drewnianych również tynkowane. Strop nad kondygnacją z cegly w formie tzw. konstrukcji Kleina (pseudosklepienie). Stropy drewniane kotwione do ścian zewnętrznych. Dachy drewniane pokryte blachą. Fundamenty z niespoinowanych, lecz dopasowywanych do siebie dużych kamieni. Posadzka piwnicy z niezbrojonego betonu na podsypce wyrównawczej żwirowo- piaszczystej. Dyfuzja z gruntu uniemożliwiona, lecz ze szkodliwymi konsekwencjami na mury piwniczne uszkodzenia muru ready press press press press
16 Transport pary wodnej w wyniku dyfuzji – nowe pojęciaWspółczynnik oporu dyfuzyjnego pary wodnej określa, ile razy opór dyfuzji danego materiału jest większy w stosunku do oporu dyfuzji warstw powietrza o tej samej grubości i tych samych warunkach. Oznacza się go zwykle literą µ. Jest bezwymiarowy. Współczynnik paroprzewodności określa zdolność do przenikania pary wodnej przez materiał przy określonej różnicy jej ciśnień cząstkowych po obu stronach przegrody. Oznacza się go zwykle literą δ [g/mhPa]. Zastępczy opór dyfuzyjny określa się jako iloczyn współczynnika oporu dyfuzyjnego i grubości warstw danego materiału. Oznacza się go symbolem Sd [m]. Interpretuje się go jako równoważny danemu materiałowi opór dyfuzji pary wodnej powietrza o grubości warstwy Sd [m]. ready press press press press
17 10. Przepuszczalność pary wybranych materiałów budowlanychUwagi Przepuszczalność pary [m2/s×10-6] Komentarz Powietrze stojące - 25 Beton B30 0,3-1,4 niska B50 0,1-1,0 Tynk Ca 1,6-4,0 wysoka Tynk Cem/Ca 0,8-1,9 Gazobeton 500 kg/m3 5,0-15,0 Cegła ceramiczna 2,7-5,5 Drewno surowe 0,2 Płyta pilśniowa miękka 4,0-8,0 twarda 0,2-0,3 Wełna mineralna 15 kg/m3 24 200 kg/m3 80 klinkierowa 6,7-20 ready
18 Paroszczelność wybranych materiałów budowlanych – materiały wykończeniowe i farbyUwagi Paroszczelność [s/m×10-3] Komentarz Płyta gipsowa 13 mm 2-4 niska Płyta pilśniowa 19 mm 27-35 - Papa izolacyjna >1000 wysoka paroizolacyjna >30000 wiatroizolacyjna <20 Folia PCV 1000 g/m2 Folia PE 0,15-0,2 mm Mata tekstylna osnowa 6 Farba akrylat/latex µm 20-30 Farba lateksowa µm 7-10 Farba poliuretanowa 30-40 µm 85-120 Farba silikatowa µm 5-6 ready
19 Koniec części 1-1C ready
20 Thank You for Your attention!ready