Νίκος Κ. Μπάρκας e-mail : nbarkas@arch.duth.gr ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Δ.Π.Θ. ΤΜΗΜΑ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ : ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ II εισαγωγή στον βιοκλιματικό σχεδιασμό 7. Διάχυση υδρατμών Διδάσκοντες Ρίκα Δεληγιαννίδου Νίκος Κ. Μπάρκας e-mail : nbarkas@arch.duth.gr Οι σημειώσεις βρίσκονται αναρτημένες στην ιστοσελίδα : http : // eclass.duth.gr ΤΜD100

Η ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΛΛΑΖΕΙ (ΚΑΤΑΣΤΡΕΦΕΙ) ΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗ ΥΔΡΑΤΜΩΝ Υπενθυμίσεις (1) Η φάση, στερεή ή υγρή ή αέρια κατάσταση ενός υλικού είναι αποτέλεσμα του συνδυασμού P, V, T. Κρίσιμο σημείο : θερμοκρασία πέραν της οποίας είναι αδύνατη η υγροποίηση με ισόθερμη συμπίεση Αέριο : σε θερμοκρασία μεγαλύτερη της κρίσιμης (συμπιέζεται ισόθερμα χωρίς υγροποίηση) Ατμός : σε θερμοκρασία μικρότερη της κρίσιμης (υγροποίηση σε ισόθερμη συμπίεση) Το νερό : σε υγρή κατάσταση καταλαμβάνει μικρότερο όγκο από τον πάγο Η ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΛΛΑΖΕΙ (ΚΑΤΑΣΤΡΕΦΕΙ) ΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Υγρασία κατασκευής Απορρόφηση βροχής Υγρασία εδάφους Σχηματισμός δρόσου Εξατμισιο-διαπνοή τοιχωμάτων Διάχυση υδρατμών

Η ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΛΛΑΖΕΙ (ΚΑΤΑΣΤΡΕΦΕΙ) ΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗ ΥΔΡΑΤΜΩΝ Η ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΛΛΑΖΕΙ (ΚΑΤΑΣΤΡΕΦΕΙ) ΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Όλα τα δομικά υλικά (από πόρους & ρωγμές) μπορούν να απορροφήσουν νερό και υδρατμούς κατά τη χειμερινή περίοδο. Χρειάζεται να εξασφαλιστεί η δυνατότητα αποβολής της υγρασίας κατά την εαρινή – θερινή περίοδο. Υπενθυμίσεις (2) Ξηρός αέρας : χωρίς υδρατμούς Υγρός αέρας : ξηρός αέρας με υδρατμούς Ρσ = Ρυ + Ρ (Ρυ < 5%) Συντελεστής αντίστασης στη διάχυση των υδρατμών μ = gl ροή υδρατμών στον αέρα/ gd ροή υδρατμών στο υλικό (%) Κρίσιμο μέγεθος της υγραντίστασης : το ποσοστό & το μέγεθος των πόρων του υλικού

ΕΞΙΣΩΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΕ ΤΟΙΧΟ (1) Η διάχυση των υδρατμών ως εξισωτικό φαινόμενο των επιμέρους πιέσεων υδρατμών και αέρα Π2 Διάχυση υδρατμών : ένα εξισωτικό φαινόμενο ανάλογο της μετάδοσης θερμότητας (εξίσωση πιέσεων). η κίνηση των υδρατμών κατευθύνεται προς την πλευρά του τοίχου με τη χαμηλότερη πίεση

ΕΞΙΣΩΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΕ ΤΟΙΧΟ (2) Διάχυση υδρατμών : ένα εξισωτικό φαινόμενο ανάλογο της μετάδοσης θερμότητας (εξίσωση πιέσεων). η κίνηση των υδρατμών κατευθύνεται προς την πλευρά του τοίχου με τη χαμηλότερη πίεση Π2 Διαδικασίες εξίσωσης πιέσεων σε διαφορετικές συνθήκες P, θ

ΕΞΙΣΩΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΕ ΤΟΙΧΟ (3) Ο κίνδυνος της εσωτερικής συμπύκνωσης των υδρατμών εξαιτίας αδιαπέραστων στρώσεων ΠΡΟΣΟΧΗ : άλλο εσωτερική και άλλο επιφανειακή συμπύκνωση Διάχυση υδρατμών : ένα εξισωτικό φαινόμενο ανάλογο της μετάδοσης θερμότητας (εξίσωση πιέσεων). η κίνηση των υδρατμών κατευθύνεται προς την πλευρά του τοίχου με τη χαμηλότερη πίεση Π2

Νόμοι του Fick, βασικά μεγέθη της διάχυσης (1) 1ος νόμος του Fick : g = -D grad c η ροή διάχυσης ανεξάρτητη του χρόνου (στάσιμη κατάσταση) D : συντελεστής διάχυσης C : συγκέντρωση υδρατμών 2ος νόμος του Fick : dc / dt = div (D grad c) η ροή διάχυσης τοπική & χρονική συνάρτηση της συγκέντρωσης Η μονοδιάστατη ροή της θερμότητας μέσα σε δομικό στοιχείο επάλληλων στρώσεων : q = (Δθ) / [ 1/α1 + d1/λ1 + d2/λ2 + . . . + 1/αa] Η μονοδιάστατη ροή της διάχυσης των υδρατμών μέσα σε δομικό στοιχείο επάλληλων στρώσεων : g = (ΔΡ) / [ 1/b1 + d1/D1 + d2/D2 + . . . + 1/ba]

Νόμοι του Fick, βασικά μεγέθη διάχυσης (2) Π2 Συντελεστής υδρατμοπερατότητας : ΚD = 1 / [ 1/β1 + 1/δ + 1/βa] όπου δ ο συντελεστής υδρατμοδιαφυγής

Αντιστοιχίες με τα φαινόμενα της θερμικής ροής Αντιστοιχίες με τα φαινόμενα της θερμικής ροής η θερμική ροή q ως ροή υδρατμών g η πτώση θερμοκρασίας Δθ ως πτώση πίεσης υδρατμών ΔΡ ο συντελεστής θερμικής μετάβασης α ως συντελεστής υδρομετάβασης β ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ ως συντελεστής υδρατμαγωγιμότητας δ

Υγρασία : στα στερεά : η περιεκτικότητα νερού στη μάζα (σε υγρή φάση) στα αέρια : η περιέκτικότητα σε υδρατμούς (αέρια φάση) Επιπτώσεις : Φθορές στην υγεία και στις κατασκευές Διάλυση : αποσάθρωση δομικών υλικών (γύψος) Διόγκωση (αποφλοίωση, αποκόλληση) : μακροχρόνια, καταστροφή της συνάφειας Εξανθήματα : διάλυση /απόμιξη συστατικών, δημιουργία αλάτων, μεταφορά ουσιών στην επιδερμίδα, εξάτμιση (κηλίδες, εξανθήματα) Χημική διάβρωση, οξείδωση : αντιδράσεις οξειδίων με μάρμαρα, μέταλλα, ασβεστολιθικά Χρωματισμοί (ή αποχρωματισμοί) επιφανειών : ενώσεις οξειδίων σε μάρμαρα, ασβεστολιθικά Θραύσεις, ρηγματώσεις :αύξηση όγκου (μέχρι 20%) στον πάγο, διάρρηξη ιστού, θρυμματισμός εκτεθειμένων επιφανειών Καταστροφή (ή ελάττωση) θερμομονωτικών ιδιοτήτων : το νερό καταλαμβάνει τους πόρους και εκτοπίζει τον αέρα (λν > 24 λα) Φυτοφυϊα (ανάπτυξη μηκύτων, λειχήνων) : διείσδυση στον ιστό, αύξηση της υγρασίας, καταστροφή δομικών υλικών

Υγρασία : ένα δυναμικό φαινόμενο (1) Η συγκράτηση των υδρατμών : συνάρτηση πίεσης (χαμηλής) & θερμοκρασίας (υψηλής) Αύξηση Θερμοκρασίας Αύξηση ικανότητας συγκράτησης Μείωση Θερμοκρασίας Μείωση δυνατότητας συγκράτησης

Υγρασία : ένα δυναμικό φαινόμενο (2) Ποσότητα κορεσμού : η μέγιστη ποσότητα συγκρατούμενων υδρατμών στη μονάδα όγκου, για δεδομένη θερμοκρασία (η θs λέγεται σημείο δρόσου ή κορεσμού) Όταν η Θερμοκρασία θs τότε C < Cs τότε C > Cs ΔΗΛΑΔΗ δρόσος, αποβολή υδρατμών Αν και θ < 0 τότε φαινόμενο πάχνης

Υγρασία : μορφές και αίτια Υγρασία εδάφους (υπέργεια, υπόγεια νερά) από θεμέλια ή τριχοειδή αγγεία Επιφανειακή συμπύκνωση στην ψυχρή πλευρά εσωτερικών χώρων Διάχυση υδρατμών Νερά καταιονισμών (βροχή, πτώσεις) Προσβολή των εκτεθειμένων επιφανειών Σφάλματα κατασκευής (συντήρησης) Διαρροές, σφάλματα κλίσης / υδρορροών, θραύση αγωγών Υγρασία υλικών (νέες κατασκευές) Ανάλογα με τις συνθήκες (λίγοι μήνες ως 3 χρόνια)

Υγρασία : η συμπεριφορά των δομικών υλικών Συνάρτηση της ταχύτητας απορρόφησης / αποβολής Συνάρτηση της ικανότητας συγκράτησης (πυκνότητα, υγρoσκοπικότητα) ΚΡΙΣΙΜΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ (1) : Πορώδες (ποσότητα μάζας στον διαθέσιμο όγκο) Υδρατμο-απορροφητικότητα (πλήθος – μέγεθος – διάταξη πόρων) πορώδες προσβολή της υγρασίας πλήθος πόρων απορροφητικότητα διάμετρος πόρου συγκράτηση (δυσκολία αποβολής) ΜΗ ΠΟΡΩΔΗ : γυαλί , μέταλλα, πλαστικά ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΣΥΜΠΑΓΗ : μάρμαρα, σχιστολιθικές πλάκες, τραβερτίνη, γραφίτης, βασάλτης, ειδικό σκυρόδεμα, εφυαλωμένα υλικά ΕΙΔΙΚΕΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ : ξύλο (όχι πόροι, αλλά κύτταρα) υαλοβάμβακας (ελεύθερος, σε κλειστή διατομή)

Υγρασία : η συμπεριφορά των δομικών υλικών ΚΡΙΣΙΜΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ (2) : Υδρατμοπερατότητα (διευκόλυνση ή αντίσταση στη διάχυση) KD = f (μ) Τριχοειδής αγωγιμότητα (ανάλογα το μικρό μέγεθος των αγγείων, οι δυνάμεις συνάφειας / έλξης ισχυρότερες της βαρύτητας) επιφανειακή τάση νερού (ανάλογη) Ύψος ανόδου (άνωση) διάμετρος αγγείου (αντιστρόφως ανάλογη) (πχ για Φ1mm είναι h = 3cm) ΚΡΙΣΙΜΗ ΕΠΙΛΟΓΗ : η διάταξη δόμησης Λεπτόκοκκα υλικά : ισχυρό τριχοειδές Πορόλιθοι : εμποτίζονται βραδύτερα, συγκρατούν περισσότερο

Υλικά στεγάνωσης ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ Άμορφα : πίσσα, κόλλα (για συγκόλληση εν θερμώ) Μεμβράνες : τυποποιημένα στοιχεία (με επικάλυψη) Ρευστά : βερνίκια, γαλακτώματα, μαστίχες (για συγκόλληση εν ψυχρώ) ΠΡΟΣΟΧΗ σε : θερμότητα, ακτινοβολία, καταπονήσεις, φυσαλίδες, εφελκυσμό ΠΛΑΣΤΙΚΑ : Άμορφα : μαστίχες, αρμοσφραγίσματα, καουτσούκ, πολυαιθυλένιο Μεμβράνες : σχηματοποιημένα στοιχεία (γραμμικά, επιφανειακά) Ρευστά ή ελαστομερή : βερνίκια, γαλακτώματα θερμική διαστολή, κόστος

Υλικά στεγάνωσης (2) Υλικά 2 συστατικών : βασικό + προσθετικό (σκλήρυνση με ανάμιξη) Πολυεστέρες, πολυεποξειδικές ρητίνες, οργανικά πολυσουλφίδια ΠΡΟΣΟΧΗ σε : ταχύτητα, εργασιμότητα, κόστος Σιλικόνες Αντοχή, θερμοαδράνεια, ΠΡΟΣΟΧΗ σε : κόστος, εργασιμότητα Ανόργανα κονίες, προσφύματα διείσδυσης ή επιφανείας ή διογκούμενες (στεγανωτικά μάζας) Στερεά : ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ : χαλκός, γαλβανισμένη λαμαρίνα, μόλυβδος ΠΡΟΣΟΧΗ στον αμίαντο

Α. Φραγκουδάκης «Θερμομόνωση, Υγροπραστασία, Ανεμοπροστασία Κτιρίων», ΣΗΜΕΙΩΣΗ : τα σχήματα, τα διαγράμματα και οι τύποι των διαφανειών προέρχονται από τα πανεπιστημιακά συγγράμματα Π1 : Α. Φραγκουδάκης «Θερμομόνωση, Υγροπραστασία, Ανεμοπροστασία Κτιρίων», διδακτικό βοήθημα Πολυτεχνικής Σχολής ΑΠΘ, 1985 Π2 : Δ. Αραβαντινός «Αριθμητική προσέγγιση του φαινομένου της Διάχυσης των Υδρατμών», διδακτορική διατριβή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ, 1988