Czytaj także -

Aktualne wydanie

ss 11 2018 okladka

20180813-BANNER-160X600-V1-PL-GLASSTECEDG 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

 

 

 konferencja 2018 banner

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

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

 RODO

 

konferencja 2018 banner

 

 lisec SS FastLAne

 

 windoor tech550x120

 

 

* Powierzchniowa kondensacja pary wodnej na przegrodach przeszklonych
Data dodania: 30.05.11

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 budynku na występowanie tego zjawiska i zapewnienie odpowiedniej ochrony staje się przez to istotnym zagadnieniem w czasie projektowania, wznoszenia i eksploatacji budynków.


Wprowadzenie
Kryterium występowania kondensacji pary wodnej na powierzchniach materiałów niewrażliwych na wilgoć (z których wykonuje się przegrody przezroczyste) ma bardzo prostą postać. Niestety jego spełnienie uzależnione jest od wielu parametrów określających:
􀁺 izolacyjność i bezwładność cieplną przegrody,
􀁺 warunki złożonej wymiany ciepła przez konwekcję i promieniowanie na jej powierzchniach w środowisku zewnętrznym i wewnątrz budynku.

Duża naturalna zmienność niektórych z oddziałujących czynników powodują, że zapewnienie ochrony przed rozpatrywanym zjawiskiem nie jest zadaniem łatwym, a całkowite wyeliminowanie możliwości jej wystąpienia na przegrodach przezroczystych, w wielu warunkach praktycznie może okazać się niemożliwe.

M.in. w związku z tym polskie przepisy budowlane stosują wymaganie zabezpieczenia przed kondensacją pary wodnej wewnętrznych powierzchni przegród przezroczystych jedynie w odniesieniu do pomieszczeń wyposażonych w klimatyzację, która może utrzymywać stałą wilgotność względną powietrza.

W warunkach bez regulacji wilgotności w pomieszczeniach często stwierdza się kondensację na wewnętrznej powierzchni oszkleń, na ich całej powierzchni lub przy ramach. Stwierdza się również przypadki kondensacji pojawiającej się na zewnętrznej powierzchni oszkleń.

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%).

θ s,mindp (1)

Temperaturę punktu rosy
θqdp    powietrza o temperaturze
θqi      wilgotności względnej 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” 12/2006 r. i 1/2007 r.

Ewentualne okresowe występowanie kondensacji na zewnętrznej powierzchni przegród z oszkleniami (np. na szybach w pasie nieprzeziernym ścian osłonowych metalowo-szklanych) może mieć 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 izolacyjnośc i 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, określony wg wzoru podanego poniżej:


                                

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 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.

Rys. 1

Wartość temperatury powierzchni zależy od:
􀁺 izolacyjności cieplnej przegrody przezroczystej,
􀁺 temperatury powietrza w sąsiedztwie powierzchni przegrody ,
􀁺 średniej temperatury promieniowania ,
􀁺 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.

Rys. 2

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 temperaturą 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 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.

Rys. 3

Rys. 4

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, można stosować 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 niestety konieczna jest szczegółowa ocena indywidualnych przypadków.

dr inż. Robert Geryło
Instytut Techniki Budowlanej

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 5/2011

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik