KM Beta

Difúze vodní páry - veličiny, hodnoty a jednotky

Zveřejněno: 18. 12. 2010

V článku Difúze vodní páry v konstrukci v časopise SI 3/2005 byla popsána fyzika, kterou se řídí vodní pára ve vzduchu a také šíření páry ve stavebních konstrukcích difúzí. V tomto příspěvku uvádíme příklady, jednoduché výpočty, související fyzikální jednotky a typické hodnoty.

Difúze vodní páry - veličiny, hodnoty a jednotky

Vodní pára ve vzduchu

Vodní pára se ve vzduchu může vyskytovat jen v omezeném množství; od cca 0,05 objemových procent za silných mrazů (při teplotě −30 °C je objem syté vodní páry 0,043 %) do 8 % za horkých dní (při teplotě +40 °C je tento objem 8,34 %).

Množství vodní páry ve vzduchu se vyjadřuje pomocí tzv. částečného tlaku vodní páry. Ten může vystoupat nejvýše k hodnotě tzv. částečného tlaku syté páry, který závisí na teplotě.

Částečný tlak vodní páry je tlak v Pa (pascalech, čti paskalech), kterým by pára v nádobě působila na stěny, kdyby byla v nádobě sama.

Příklad: normální pokojový vzduch 20 °C má tlak přibližně 1000 hPa (hektopascalů), tj. 100 000 Pa. Kdyby byl tento vzduch zcela nasycený vodní párou, přispěla by pára tlakem 2337 Pa, tj. 2,337 % z 100 000 Pa. Když je vzduch nasycený vodní párou, říkáme také, že má 100 % relativní vlhkost. Je-li relativní vlhkost vzduchu 50 %, je částečný tlak páry ve vzduchu poloviční, tj. 1169 Pa.

Částečný tlak syté vodní páry, jak už bylo řečeno, závisí na teplotě. Tuto závislost vyjadřuje s dobrou přesností jednoduchý exponenciální vztah.

Magnusův vzorec

Tlak systé vodní páry při zvolené teplotě určíme pomocí empirického vzorce, kterému se někdy říká Magnusův:


kde p je částečný tlak vodní páry a T je termodynamická teplota. Termodynamickou teplotu v kelvinech (K) dostaneme tak, že k číslu 273,15 přičteme teplotu θ ve °C, tedy T (K) = 273,15 + θ (°C).

Tlak syté páry při běžných "stavebních" teplotách uvádí následující tabulka:

teplota°C -30 -20 -10 0 10 20 30 40
část.tlak syté páryPa 42,4 103 260 611 1228 2337 4238 8342

Difúze vodní páry obvodovou stěnou

Vodní pára se samovolně šíří difuzními pochody z míst o vyšším částečném tlaku vodní páry do míst s nižším částečným tlakem. Pro všechny samovolné děje v přírodě je typické, že vždy směřují k vyrovnávání tlaků, koncentrací a teplot.
V běžných tuzemských podmínkách se pára šíří difúzí přes obvodovou stěnu z teplejšího vnitřku budovy ven do chladnějšího venkovního prostředí

Součinitel difúze vodní páry δ (s)

Vodní pára má postupuje difúzí z vnitřku domu ven a stěna jí to umožňnuje tím víc, čím je vyšší její součinitel difúze vodní páry. Tento součinitel je analogický součiniteli tepelné vodivosti z úloh o vedení tepla; analogické výpočtům toků tepla je i logika a postup výpočtu difúzních toků, což ukazuje, že difúze a vedení tepla mají stejný fyzikální princip.

Uvažujme zimní podmínky, které stavaře nejvíc zajímají. Venku je 0 °C a prší se sněhem, je 100% relativní vlhkost, tzn. část. tlak páry 611 Pa. Doma je 20 °C a 50 % relativní vlhkosti, což odpovídá část. tlaku vodní páry 50 % z 2337, tzn. 1169 Pa.

Počítejme množství vodní páry m v kg, která za čas t v s "prodifunduje" v důsledku rozdílu částečných tlaků vodní páry Δp = 1169–611 = 558 Pa obvodovou stěnou o ploše A m2 a tloušťce d metrů. To popisuje definiční rovnice

,

resp. z ní odvozená rovnice vyjadřující množství difúzního toku vodní páry v jednotce plochy stěny

,

v nichž je δ součinitel difúze vodní páry, jehož fyzikální rozměr je s = kg/(s·m·Pa). Součinitel difúze je materiálová vlastnost. Součinitelé difúze pro některé materiály jsou (zdroj Rochla Milan, Stavební tabulky, SNTL 1987):

vzduch 0 °C: δ = 0,178·10-9 s
beton: δ = 0,013·10-9 s
pórobeton: δ = 0,063·10-9 s
cihlové zdivo: δ = 0,031·10-9 s
omítka vápenná: δ = 0,033·10-9 s
malta cementová s pískem: δ = 0,010·10-9 s
pěnový polystyren: δ = 0,0028·10-9 s
skelná vlna: δ = 0,125·10-9 s
kamenná vlna: δ = 0,179·10-9 s
dřevo: δ = 0,090·10-9 s
PVC: δ = 0,0005·10-9 s
linoleum: δ = 0,00004·10-9 s
pryž: δ = 0,00004·10-9 s
polyethylen: δ = 0,000002·10-9 s
epoxidový lak: δ = 0,000083·10-9 s
chlorkaučukový lak: δ = 0,000003·10-9 s

Dosazení součinitelů difúze a dalších veličin do předcházejících vztahů přenecháme čtenáři. Pro krátké časy t vyjdou velmi malá čísla. Dosadíme-li ale delší čas, např. pro 10 dní je t = 864 000 s (to reperezentuje možný případ, že mrazy mohou trvat i několik dní) tak už může být množství kondenzátu nepříjemné.

Součinitel difúze vodní páry v praxi používá k obecnému vyjádření difúzní propustnosti stavebních materiálů pro vodní páru. V případě konstrukcí spíše volíme následující veličiny, které popisují difúzní vlastností konstrukcí:

Difúzní odpor Rd (m/s)

Vyjadřuje míru, s jakou konstrukce brání difúznímu prostupu vodní páry. Vypočítá se jako podíl tloušťky materiálu a jeho součinitele difúze vodní páry δ:

Například pěnový polystyrén tloušťky 100 mm má Rd = 0,1/0,0028·10–9 = 3,57·1010 m/s.
Nebo z jiného soudku − PE (polyethylenová) fólie tloušťky 30 mikrometrů má Rd = 0,00003/0,000002·10–9 = 1,5·1010 m/s.

Poznamenejme, že odpory jednotlivých vrstev ve vícevrstvých konstrukcích se sčítají − např. stěna složená z vnitřní omítky (2 cm) + sihlového zdiva (30 cm) + pěnové polystyrénové izolace (10 cm) + venkovné omítky (0,5 cm) má celkový difúzní odpor rovný

Rd = 0,061·109 + 9,68·109 + 35,71·109 + 0,15·109 = 46,15·109 m/s.

Faktor difúzního odporu μ (-)

Tato bezrozměrná veličina vyjadřuje, kolikrát lépe propouští vodní páru nehybná vrstva vzduchu, než stejná tloušťka daného materiálu. Např. pro pórobeton (viz tabulka součinitelů difúze nahoře) je μ = 0,179/0,063 = 2,8. Čtyřicet cm silná vrstva pórobetonu propouští tedy vodní páru difuzí cca 3× hůře, než stejná vrstva vzduchu.

Ekvivalentní difúzní tloušťka Sd (m)

Vyjadřuje, kolik m vzduchové vrstvy by svými difúzními vlastnostmi nahradilo danou vrstvu. Používá se ke stanovení difúzních vlastností fólií. Jednoduchou úvahou, kterou si po kratším soustředění udělá čtenář sám, zjistíme, že platí:

Pro PE vrstvu s Rd = 15·109 m/s (viz příklad u definice difúzního odporu výše) je ekvivalentní difúzní tloušťka Sd = 2,67 m.

Kondenzace vodní páry ve stěně

Vodní pára se nemůže koncentrovat ve vzduchu libovolně, ale jen do výše částečného tlaku syté vodní páry, který silně, tzn. exponenciálně klesá s termodynamickou teplotou. Vodní pára, která difuzí přitéká do míst, kde bylo dosaženo tlaku syté páry, kondenzuje.

Nejvyšší riziko koncenzace je v zimě za mrazů, kdy obvodová stěna přenáší velký teplotní rozdíl mezi vnitřkem domu a venkovním prostředím a kdy je uvnitř vysoký částečný tlak vodní páry a venku velmi nízký. Případná kondenzace, která se vesměs hromadí v izolacích nebo v izolačním zdivu, je pak vždy nevítaná. Lze tolerovat jen malá množství kondenzátu, která se na jaře a v létě bezpečně odpaří.

Obrana spočívá ve dvou technických opatření:

a) Pomocí paro- a vzduchotěsné fólie umístěné na interiérové straně zabránit tomu, aby do ochlazovaných obvodových stěn pronikala difúzí či prouděním vzduchu vodní pára. To je řešení většiny dřevostaveb v ČR.

b) Difúzné otevřené, tj. "dýchající" konstukce navrhovat tak, aby k případné kondenzaci docházelo jen v extrémních podmínkách (mrazech) a v jen ve velmi malé míře. To je případ např. cihlových, ale i jiných staveb.

Zvládnout možnou kondenzaci ve stěně na bezpečné úrovni vyžaduje odborný návrh a provedení.

Kam dál?

Difúze vodní páry v konstrukci

Difúze a kondenzace vodní páry – difúzně otevřené konstrukce

Vlhkost vzduchu v bytě a její stanovení (výpočtový program)



Kontakty:
Vega společnost s ručením omezeným
Akad. Heyrovského 1178, 500 03 Hradec Králové 3
Tel.: +420 495 518 802
E-mail: vega (zavináč) vega (tečka) cz
http://www.vega.cz
(aktualizace kontaktu: 30. 11. -1)
Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Fotografie: Archiv firmy

Diskuze k článku

Článek zatím nikdo nekomentoval. Vložte komentář jako první.

Více článků

Izolace bez parotěsu

Izolace bez parotěsu

V dnešní době se stále více setkáváme s objekty, kde se navrhují difúzně otevřené skladby obvodových plášťů. Unikátním zástupcem těchto staveb je i…
celý článek

Tepelné izolace – část I

Tepelné izolace – část I

Izolace rozhodují o energetické účinnosti staveb, tedy o tom, jaká bude výpočtová potřeba a zejména pak skutečná spotřeba provozní energie domu; tou…
celý článek

Optimální tloušťka tepelné izolace

Optimální tloušťka tepelné izolace

Často kladenou otázkou je, jak silná má být tepelná izolace, aby byla optimální. Přepočty lze provádět různě. Pro developery bude nejlepší ta…
celý článek

CLIMAGLASS®-Y – tepelná a akustická izolace

CLIMAGLASS®-Y – tepelná a akustická izolace

Na český trh přichází nová unikátní tepelná a akustická izolace Climaglass-Y, která je vyrobena ze skelné vlny metodou rozvlákňování taveniny skla a…
celý článek

Stránky stavebnictvi3000.cz používají cookies. Používáním webu s tím vyjadřujete souhlas. (beru na vědomí)