Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 10 oladka

       10/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Powierzchniowa kondensacja pary wodnej
Data dodania: 02.10.08

Kondensacja pary wodnej na powierzchniach przegród przeszklonych jest bardzo negatywnie postrzegana przez użytkowników budynków ponieważ pogarsza ich wygląd, ogranicza przezroczystość w częściach przeziernych oraz ułatwia powstawanie zanieczyszczeń. Ocena podatności przegród na powierzchniową kondensację pary wodnej i zapewnienie ochrony przed jej występowaniem staje się przez to istotnym zagadnieniem na etapach projektowania, wykonania i eksploatacji budynków. 

 

 

Negatywny efekt
    Pomimo, że kryterium wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchniach materiałów niewrażliwych na wilgoć (z których wykonuje się przegrody przezroczyste) formułuje się w bardzo prostej postaci, to na jego spełnienie ma wpływ wiele parametrów określających:
- izolacyjność i bezwładność cieplną przegrody,
- warunki złożonej wymiany ciepła przez konwekcję i promieniowanie na jej powierzchniach,
- wewnętrzne i zewnętrzne środowisko w jej sąsiedztwie.



    Duża liczba i naturalna zmienność niektórych z oddziałujących czynników powodują, że zapewnienie ochrony przed rozpatrywanym zjawiskiem nie jest zadaniem łatwym, a całkowite wyeliminowanie możliwości jego wystąpienia na przegrodach przezroczystych, w wielu warunkach praktycznie nie jest możliwe. M.in. w związku z tym polskie przepisy budowlane wprowadzają wymaganie zabezpieczenia przed kondensacją pary wodnej wewnętrznych powierzchni przegród przezroczystych jedynie w odniesieniu do pomieszczeń wyposażonych w klimatyzację, utrzymującą stałą wilgotność względną powietrza.


    W budynkach o wyższej wilgotności powietrza, często stwierdza się w pomieszczeniach kondensację na wewnętrznej powierzchni oszkleń, na ich całej powierzchni lub przy ramach. Ostatnio słyszy się również o skargach na pojawiającą się kondensację na zewnętrznej powierzchni oszkleń o bardzo dobrej izolacyjności cieplnej.



Natura i przyczyny powierzchniowej kondensacji pary wodnej
    Przegrody przezroczyste charakteryzują się małą bezwładnością cieplną i relatywnie szybko reagują na zmiany temperatury wewnętrznego lub zewnętrznego środowiska. Ich powierzchnie są zabezpieczone przed kondensacją pary wodnej jeżeli ich temperatura jest wyższa od punktu rosy, czyli wartości, w której powietrze zawierające określoną ilość pary wodnej osiąga stan nasycenia (wilgotność względną równą 100%).

 

 

    Temperaturę punktu rosy θdp powietrza o temperaturze θ i wilgotności względnej j można określić np. wg następujących wzorów:


 



w których:





    Współczesne typowe rozwiązania techniczne przegród przezroczystych umożliwiają utrzymanie w centralnym obszarze oszkleń, poza zasięgiem oddziaływania mostków cieplnych przy ramach lub połączeniach konstrukcyjnych, wymaganej z uwagi na ochronę przed kondensacją, temperatury wewnętrznej powierzchni w tzw. warunkach obliczeniowych (np. temperatura powietrza w pomieszczeniu 20°C, wilgotność względna od 45% do 55% lub 60%, w zależności od rodzaju pomieszczenia).


    Na powierzchni wewnętrznej oszklenia, przy ramie, w największym stopniu przy zastosowaniu międzyszybowej ramki aluminiowej, istnieje zwiększone ryzyko okresowego pojawiania się kondensacji pary wodnej. Bardziej narażona jest dolna część szyby zespolonej, gdzie wewnątrz przestrzeni między szybami, w wyniku naturalnej konwekcji, występuje napływ na szybę wewnętrzną powietrza ochłodzonego na szybie zewnętrznej.


    W warunkach eksploatacyjnych występowanie powierzchniowej kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni przegród przezroczystych jest na ogół, w decydujący sposób, uzależnione od zachowań użytkowników. W mieszkaniach, z powodu różnych indywidualnych nawyków eksploatacji stwierdza się występowanie skrajnie różnych warunków cieplno-wilgotnościowych (odpowiadających wszystkim normowym klasom wilgotności pomieszczeń wg PN-EN ISO 13788) i mogących znacznie odbiegać od ww. warunków obliczeniowych. Z powodu niedostosowania intensywności wentylacji do emisji wilgoci w pomieszczeniu chwilowe wartości ciśnienia cząstkowego pary wodnej mogą osiągać poziom odpowiadający najwyższej klasie wilgotności, wówczas możliwa jest kondensacja pary wodnej na całej wewnętrznej powierzchni oszklenia. Zagadnienie podatności na kondensację wewnętrznych powierzchni przegród przeszklonych zostało szczegółowo omówione w artykule, zamieszczonym w „Świecie Szkła” w grudniu 2006 r. i styczniu 2007 r.*


    Ewentualne, okresowe występowanie kondensacji na zewnętrznej powierzchni przegród z oszkleniami (np. na szybach w pasie nieprzeziernym ścian osłonowych metalowo-szklanych) ma naturalne przyczyny, m.in. jest związane ze złożoną wymianą ciepła przez konwekcję z powietrzem i przez promieniowanie z otoczeniem (nieboskłon, powierzchnia gruntu, powierzchnie budynków i innych obiektów). O ile otoczenie „widziane” przez wewnętrzną powierzchnię przegrody w pomieszczeniu ma na ogół temperaturę bardzo zbliżoną do temperatury powietrza, to temperatura promieniowania otoczenia w środowisku zewnętrznym może być okresowo istotnie niższa od temperatury powietrza. W środowisku zewnętrznym często występują wysokie, bliskie stanu nasycenia, wartości wilgotności względnej powietrza.



Zachowanie się przegród przezroczystych w rzeczywistych warunkach

    Rozkład temperatury w obudowie budynku jest trójwymiarowy i zmienia się w czasie. W przegrodach przezroczystych ma charakter jednowymiarowy jedynie w centralnych obszarach oszkleń, poza zasięgiem oddziaływania mostków cieplnych tworzących się przy połączeniach konstrukcyjnych, mocowaniach mechanicznych i ramach.


    Na powierzchniach przegród występuje złożona wymiana ciepła, przy czym w opisie tego zjawiska korzysta się z założenia, że gęstość strumienia ciepła na powierzchni jest równa sumie gęstości strumieni ciepła:
- przez promieniowanie,
- przez konwekcję,
- przez przewodzenie w przegrodzie,
- od promieniowania słonecznego.


    Z uwagi na zjawisko powierzchniowej kondensacji pary wodnej, oprócz izolacyjności cieplnej przegrody, istotne znaczenie mają pierwsze dwa z wyżej wymienionych. Strumień ciepła w wyniku konwekcji zależy w sposób nieliniowy od różnicy temperatury powierzchni i powietrza. Przy założeniu małych wartości tej różnicy można przyjąć uproszczony opis w postaci zlinearyzowanej:





w którym:
hc – lokalna wartość współczynnika konwekcyjnego przejmowania ciepła, w W/(m2·K),
θc – temperatura powietrza, °C,
θs – temperatura powierzchni przegrody, °C.



    Składową strumienia ciepła wymienianego przez promieniowanie na powierzchni przegrody można określić wg wzoru:





w którym:
Jj – suma strumieni emisji promieniowania i odbicia promieniowania dochodzącego do powierzchni wymieniających ciepło z powierzchnią przegrody,
Js – suma strumieni emisji promieniowania i odbicia promieniowania od powierzchni przegrody,

wg wzoru:


 


w którym:
εs – emisyjność powierzchni przegrody,
σ – stała promieniowania równa 5,67·10-8 W/(m2·K4),
Ts – temperatura bezwzględna powierzchni przegrody, K.
Fs–j – kątowy współczynnik promieniowania między powierzchnią przegrody i powierzchnią „j” w jej sąsiedztwie.


 
    W większości pomieszczeń temperatura powierzchni wymieniających ciepło przez promieniowanie z wewnętrzną powierzchnią obudowy jest zwykle zbliżona do temperatury powietrza co m.in. umożliwia uproszczenie opisu wymiany ciepła przez promieniowanie zlinearyzowanej postaci, analogicznej jak w odniesieniu do konwekcji wg wzoru (6):





hr – współczynnik przejmowania ciepła w wyniku promieniowania, W/(m2·K),
θr – średnia temperatura promieniowania sąsiedztwa przegrody.

 

 

    Rozkład temperatury promieniowania w środowisku zewnętrznym (nieboskłon, powierzchnia gruntu, powierzchnie budynków i innych obiektów) jest zróżnicowany i może zmieniać się w czasie. Wykonanie obliczeń temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody jest praktycznie możliwe wyłącznie metodą numerycznej symulacji komputerowej. Na wykresie (rys. 1) podano przykładowe wyniki obliczeń temperatury zewnętrznej powierzchni hipotetycznej przegrody o dużym oporze cieplnym i małej bezwładności cieplnej, przy założonych periodycznie zmiennych wartościach temperatury powietrza i niższej od niej temperatury promieniowania w środowisku zewnętrznym.


    Wartość temperatury powierzchni zależy od:
- izolacyjności cieplnej przegrody przezroczystej,
- temperatury powietrza w sąsiedztwie powierzchni przegrody θc,
- średniej temperatury promieniowania θr,
- wartości konwekcyjnego współczynnika przejmowania ciepła hc,
- wartości umownego radiacyjnego współczynnika przejmowania ciepła hr.


 
    Wartość współczynnika hc wynika z intensywności przepływu powietrza przy powierzchni przegrody (konwekcja naturalna, konwekcja wymuszona – działanie wiatru, w pomieszczeniach działanie wentylacji, ewentualnego celowego nawiewu powietrza na szyby).


    Wartość umownego współczynnika hr zależy od wartości współczynnika εs emisyjności powierzchni przegrody (niskimi wartościami charakteryzują się np. powłoki niskoemisyjne na szkle, powierzchnia naturalnie utlenionego aluminium).


    W celu określenia wpływu wybranych parametrów na temperaturę zewnętrznej powierzchni wybranej hipotetycznej przegrody wykonano obliczenia wg opisanych powyżej wzorów (przy przyjęciu stanu ustalonego wymiany ciepła).

 

 

 

    Na podanym na rys. 2 wykresie przedstawiono przykładową zależność wartości temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody od wartości różnicy między temperaturą powietrza zewnętrznego (przyjęto 10°C) a niższą od niej średnią temperaturą promieniowania.

 

Temperatura zewnętrznej powierzchni przegrody o małym oporze cieplnym, dzięki dużym stratom ciepła przez przenikanie z wnętrza budynku, pozostaje w przyjętym zakresie temperatury promieniowania wyższa od temperatury powietrza i w ten sposób jest zabezpieczona przed kondensacją pary wodnej. Temperatura zewnętrznej powierzchni przegrody o dużym oporze cieplnym spada poniżej temperatury powietrza wraz z obniżaniem się temperatury promieniowania. Przy odpowiednio wysokich wartościach wilgotności względnej (temperatura odpowiadająca punktowi rosy zbliżona do temperatury powietrza) może wystąpić powierzchniowa kondensacja pary wodnej.

 

 
 

    Na wykresie podanym na rys. 3 przedstawiono przykładową zależność wartości temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody o dużym oporze cieplnym (bardziej podatnej na kondensację na zewnętrznej powierzchni) od wartości konwekcyjnego współczynnika przejmowania ciepła (w obliczeniach założono temperaturę powietrza 10°C i średnią temperaturę promieniowania, niższą od niej o 5 K).


    Większym wartościom konwekcyjnego współczynnika przejmowania ciepła (większe prędkości powietrza) odpowiadają większe wartości temperatury powierzchni. Ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchni zewnętrznej rośnie przy mniej wietrznej pogodzie.

 

 

 

    Na kolejnym wykresie (rys. 4) przedstawiono przykładową zależność wartości temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody o dużym oporze cieplnym, od wartości jej emisyjności (przyjmując zakres od wartości 0,1 w odniesieniu do materiałów niskoemisyjnych do 0,9 charakterystycznej w odniesieniu do większości materiałów stosowanych w budownictwie). Wartości temperatury powietrza i średniej temperatury promieniowania przyjęto, jak w obliczeniach powyżej.


    Wraz ze zwiększaniem się wartości emisyjności nasila się wymiana ciepła z otoczeniem przez promieniowanie i, w konsekwencji, przy niższej od temperatury powietrza zewnętrznego temperaturze promieniowania, następuje obniżenie temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody. Przy niższych wartościach emisyjności temperatura powierzchni nie spada poniżej temperatury powietrza, w związku z czym nie występuje ryzyko kondensacji pary wodnej.



Posumowanie

    W celu ochrony przed występowaniem kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni typowych współczesnych przegród przeszklonych powinno się utrzymywać cieplne i wilgotnościowe warunki w pomieszczeniach, w których punkt rosy jest niższy od minimalnej temperatury powierzchni przegrody. Należy zapewnić odpowiednie ogrzewanie i dostosować intensywność wentylacji do emisji wilgoci. Przy dużej emisji, np. w krytych pływalniach, stosuje się nawiew ciepłego powietrza na powierzchnie oszklenia.


    Przezroczyste przegrody o dużym oporze cieplnym są bardziej podatne na kondensację pary wodnej na zewnętrznej powierzchni. Jej ryzyko rośnie w czasie występowania niskiej temperatury promieniowania w środowisku zewnętrznym, przy czym istotne są również inne szczególne warunki cieplne-wilgotnościowe (odpowiednio wysoka wilgotność, warunki konwekcji przy powierzchni przegrody). Na ogół konieczna jest szczegółowa ocena indywidualnych przypadków.

 

dr inż. Robert Geryło
Instytut Techniki Budowlanej
 
patrz też:
- Analiza zjawisk wyraszania się powierzchni szyb zespolonych, Romuald Sobieralski, Świat Szkła 4/2010

- Czy Twoje okna też są takie? Część 3 , Jerzy Płoński, Świat Szkła 3/2010 

- Powierzchniowa kondensacja pary wodnej , Robert Geryło, Świat Szkła 9/2008

Magiczne oszczędzanie , Andrzej Kramarczyk, Świat Szkła 2/2006

 

oraz:

- Udoskonalona "ciepła ramka" TGI , Świat Szkła 7-8/2008

- Charakterystyka energetyczna okien , Robert Geryło, Świat Szkła 3/2008

- Izolacja termiczna i akustyczna made in Edgetech , Świat Szkła 11/2007

- Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 1, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 10/2007 

- Ramki dystansowe w szybach zespolonych - zagadnienia cieplne , Robert Geryło, Świat Szkła 7-8/2007  

- Ciepła ramka ze stali nierdzewnej , Świat Szkła 7-8/2007 

- Gazy szlachetne w technologii izolacji okien , Maria Bonikowska, Świat Szkła 7-8/2006  

- Sposób na zmniejszenie wyraszania pary wodnej , Adam Satława, Świat Szkła 3/2006

- Profil TGI – „ciepła ramka” w polskich oknach , Świat Szkła 10/2007

 

 
więcej informacji: Świat Szkła 9/2008 
 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik