Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D."

Άτροπος Σπηλιωτόπουλος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D. Υγροπροστασία κτιρίου Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Πολυτεχνική Σχολή ΤμήμαΠολιτικών Μηχανικών Διάλεξη 10 η /2016

2 Υγροπροστασία κτιρίων Η υγρασία δημιουργεί σοβαρά προβλήματα στα κτίρια, όπως φυσικές, χημικές και μηχανικές αλλοιώσεις. Η υγρασία μειώνει την ωφέλιμη διάρκεια ζωής των κτιρίων και δημιουργεί επιβλαβείς συνθήκες για την υγεία. Η εξάλειψη της υγρασίας και η αποκατάσταση των φθορών που προκαλεί είναι δύσκολη και δαπανηρή. Επομένως είναι σκόπιμο να προλαμβάνεται η αποφυγή της.

3 Υγρασία Στα στερεά υλικά ως υγρασία θεωρείται η κατά βάρος ή κατά όγκο περιεκτικότητα του νερού στη μάζα τους. Στον αέρα ως υγρασία θεωρείται η περιεκτικότητά του σε υδρατμούς.

4 Τυπικές φθορές λόγω υγρασίας Διάλυση και αποσάθρωση των δομικών υλικών. Διογκώσεις, αποφλοιώσεις και αποκολλήσεις. Σχηματισμός εξανθημάτων (άλατα). Χημικές διαβρώσεις και οξειδώσεις. Χρωματισμοί και αποχρωματισμοί των επιφανειών. Θραύσεις και ρηγματώσεις. Μείωση ή και εξάλειψη των θερμομονωτικών ιδιοτήτων των υλικών. Ανάπτυξη φυτοφυΐας και μικροοργανισμών.

5 Υγρασία στον αέρα Ο αέρας έχει την ικανότητα να συγκρατεί υδρατμούς, των οποίων η ποσότητα εξαρτάται από την ατμοσφαιρική πίεση και κυρίως από τη θερμοκρασία του. Η αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα επιτρέπει κατακράτηση μεγαλύτερης ποσότητας υδρατμών. Η ποσότητα των υδρατμών τουαέρα που περιέχονται στη μονάδα του όγκου ή της μάζας ορίζει την «απόλυτη υγρασία» και εκφράζεται σε kg/m 3 ή σε g/kg. Η μέγιστη ποσότητα υδρατμών που μπορεί να συγκρατήσει ο αέρας στη μονάδα του όγκου του για συγκεκριμένη θερμοκρασία καλείται «ποσότητα κορεσμού» και η θερμοκρασία (σημείο) δρόσου ή κορεσμού (θs).

6 Υγρασία στον αέρα Η «σχετική υγρασία» ορίζεται το πηλίκο της συγκέντρωσης των μορίων υδρατμού (C)που υπάρχουν σε συγκεκριμένη θερμοκρασία προς τη συγκέντρωση των μορίων σε κατάσταση κορεσμού (Cs) στον ίδιο όγκο αέρα και στην ίδια θερμοκρασία: φ= 100 Χ (C/Cs) [%]

7 Φαινόμενο δρόσου Η αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα επιτρέπει κατακράτηση μεγαλύτερης ποσότητας υδρατμών. Η μείωση της θερμοκρασίας κάτω από τη θερμοκρασία δρόσου (θ<θs) επιφέρει μείωση της ικανότητας συγκράτησης υδρατμών. Η ποσότητα υδρατμών που δεν δύναται να συγκρατηθεί από τον αέρα υγροποιείται και εναποτίθεται υπό τη μορφή μικρών σταγόνων επάνω στις περιβάλλουσες επιφάνειες. Αυτό είναι το φαινόμενο δρόσου. Όταν η υγροποίηση επέρχεται σε θερμοκρασίες μικρότερες του μηδενός τότε παρουσιάζεται το φαινόμενο τη πάχνης (παγωμένης δρόσου).

8 Υγρασία των υλικών Το συγκρατούμενο νερό μέσα στη μάζα των υλικών εκφράζεται ως επί τοις εκατό ποσότητα του όγκου ή τους βάρους του υγρού ή του ξηρού δείγματος.

9 Μορφές υγρασίας (ανάλογα με την προέλευση) Υγρασία εδάφους Υγρασία επιφανειακής συμπύκνωσης Υγρασία λόγω διάχυσης υδρατμών Υγρασία λόγω βροχής Υγρασία λόγω σφαλμάτων στην κατασκευή ή πλημμελούς συντήρησης Υγρασία νέων κατασκευών

10 Ιδιότητες υλικών σχετικές με την ικανότητα απορρόφησης υγρασίας Πορώδες (ο λόγος του όγκου των κενών προς των συνολικό όγκο). Υδροαπορροφητικότητα (η ποσότητα νερού που μπορεί να απορροφήσει ένα υλικό εμβατιζόμενο σε νερό επί 24h) Υδρατμοπερατότητα (ικανότητα των υλικών να επιτρέπουν τους υδρατμούς να διέρχονται μέσα από τους πόρους) Τριχοειδής αγωγιμότητα (άνοδος του νερού μέσω του δικτύου τριχοειδών αγγείων)

11 Υγρομονώσεις (στεγανοποιητικά υλικά) Ασφαλτικά Συνθετικά ή πλαστικά Σιλικόνες Υλικά 2 συστατικών Στεγανοποιητικές κονίες ή ανόργανα υλικά Στεγανοποιητικά μάζας Στερεά υλικά

12 Ασφαλτικά Φυσική άσφαλτος (ορυκτός στερεός υδρογονάνθρακας) Τεχνητή άσφαλτος (υπολείμματα κλασματικής απόσταξης πετρελαίου) -Πλεονεκτήματα: Αντοχή στην επίδραση χημικών ουσιών, θερμοπλαστικότητα, μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα, υψηλή συγκολλησιμότητα (καλή πρόσφυση), χαμηλό κόστος. -Μειονεκτήματα: Μειωμένη ανθεκτικότητα στις καταπονήσεις από τις καιρικές συνθήκες και μείωση της διάρκειας ζωής τους όταν εκτίθενται στην ηλιακή ακτινοβολία

13 Υγρασία εδάφους Προέρχεται είτε από επιφανειακά νερά είτε από υπόγεια (ύπαρξη υδροφόρου ορίζοντα). Μέσω των τριχοειδών αγγείων του εδάφους και των δομικών στοιχείων ανέρχονται στο κτίριο. Το νέο κτίριο προστατεύεται με εξωτερική στεγανοποίηση των δομικών στοιχείων (οριζόντιων και κατακόρυφων) που έρχονται σε επαφή με το έδαφος και με περιμετρικές αποστραγγίσεις. Η στεγανοποίηση υφιστάμενων κτιρίων είναι δαπανηρή και υλοποιείται μέσω: εσωτερικής ή εξωτερικής (επανεκσκαφή) στεγανοποίησης, διάνοιξης τάφρου αερισμού, κατασκευή κούφιου δαπέδου κ.α.

14 Επιφανειακή συμπύκνωση υδρατμών Σχηματίζεται: είτε με πτώση της θερμοκρασίας του αέρα, η οποία οδηγεί σε μείωση της ικανότητας του αέρα να συγκρατεί υδρατμούς είτε με αύξηση της περιεχόμενης ποσότητας υδρατμών για την ίδια θερμοκρασία του αέρα

15 Επιφανειακή συμπύκνωση υδρατμών Παράγοντες για την εκδήλωση του φαινομένου: Ανεπαρκής θερμομονωτική προστασία των δομικών στοιχείων των κατασκευών Μεγάλη θερμική αδράνεια των δομικών υλικών Παρουσία πηγής υγρασίας στο χώρο Μείωση ή διακοπή θέρμανσης, η οποία οδηγεί σε απότομη πτώση της θερμοκρασίας

16 Υπολογιστικός έλεγχος δρόσου Πρέπει η επιφανειακή θερμοκρασία του δομικού στοιχείου θieνα είναι μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία δρόσου θs: θie> θs Η θερμοκρασία δρόσου θsυπολογίζεται από μαθηματικές σχέσεις, οι οποίες λαμβάνουν υπόψη τη θερμοκρασία του αέρα, τη σχετική υγρασία και την ατμοσφαιρική πίεση. Υπάρχουν και αντίστοιχοι πίνακες. Η επιφανειακή θερμοκρασία θieτου δομικού στοιχείου μπορεί είτε να μετρηθεί επί τόπου είτε να υπολογιστεί μέσω των σχέσεων μετάδοσης θερμότητας.

17 Υπολογιστικός έλεγχος δρόσου Έστω ότι γίνεται απλοποιητική παραδοχή ότι η θερμοκρασία μειώνεται γραμμικά σε σχέση με τις θερμικές αντιστάσεις των στρώσεων. Τότε η ροή θερμικής ενέργειας ανά μονάδα επιφανείας και χρόνου είναι: q= UxΔθ [W/m 2 ]

18 Υπολογιστικός έλεγχος δρόσου Αφού η θερμική ροή θεωρείται κατά παραδοχή σταθερή τότε: Για όλες τις στρώσεις: q = U x (θi θa) Έως την εσωτερική επιφάνεια: q = (1/Ri)x (θi θie) Άραη εσωτερική θερμοκρασία της επιφάνειας: θie= θi U x Rix (θi θa)

19 Υπολογιστικό παράδειγμα υγρασίας συμπύκνωσης Τι πάχος θερμομόνωσης απαιτείται, ώστε να μην σχηματίζεται δρόσος στην εσωτερική επιφάνεια τοίχου; Δεδομένα: Τοίχος: επίχρισμα 0.02m / δρομική οπτοπλινθοδομή 0.09m / εξηλασμένη πολυστερίνη (λ=0.035 W/(mK)) / δρομική οπτοπλινθοδομή 0.09m / επίχρισμα 0.02m Εσωτερική θερμοκρασία 20 C Εξωτερική θερμοκρασία -20 C Θερμοκρασία δρόσου θs = 16 C

20 Από τον πίνακα αντιστάσεων θερμικής μετάβασης Ri=0.13 Λύνοντας ως προς το U: U = (θi θie) / (Rix(θi θa)) Τίθεται θie = θs = 15 C U = (20 16) / (0.13 x (20 (-20))) = 4 / 5.2 = W/(m 2 K) Κατόπιν δοκιμών σε υπολογιστικό φύλλο U εξάγεται ότι απαιτείται θερμομόνωση πάχους τουλάχιστον 0.03m, ώστε να είναι το U=0.7W/(m 2 K) < Τι θα συμβεί στα κουφώματα στις αντίστοιχες συνθήκες?

21 Διάχυση και εσωτερική συμπύκνωση υδρατμών Όταν υπάρχει διαφορά πιέσεων μεταξύ των επιφανειών ενός «υδρατμοπερατού» δομικού στοιχείου τότε οι υδρατμοί κατευθύνονται προς την πλευρά χαμηλότερης πίεσης. Το φαινόμενο ονομάζεται «διάχυση υδρατμών». Σε χώρους ίδιας σχετικής υγρασία, αλλά διαφορετικής θερμοκρασίας η ροή των υδρατμών είναι από το θερμότερο στο ψυχρότερο. Σε χώρους ίδιας θερμοκρασίας, αλλά διαφορετικής σχετικής υγρασίας η ροή των υδρατμών είναι από το χώρο με την υψηλότερη σχετική υγρασία προς το χώρο με τη χαμηλότερη.

22 Διάχυση και εσωτερική συμπύκνωση υδρατμών Εντός του δομικού στοιχείου η θερμοκρασία δεν είναι σταθερή. Όταν η μερική πίεση των υδρατμών φθάσει στο σημείο κορεσμού τότε ένα μέρος των υδρατμών θα συμπυκνωθεί εντός του δομικού στοιχείου. Όταν η θερμοκρασία αυξηθεί θα ξεκινήσει το φαινόμενο της εξάτμισης και οι υδρατμοί θα επανέλθουν στην αέρια φάση. Όταν, για διάφορους λόγους, παρεμποδίζεται η απομάκρυνση της υγρασία τότε συσσορεύεται στο δομικό στοιχείο και προκαλεί βλάβες, οι οποίες δεν είναι δυνατόν να εντοπιστούν έγκαιρα, αφού βρίσκονται στο εσωτερικό των δομικών στοιχείων.

23 Φράγμα υδρατμών Τα υλικά παρουσιάζουν αντίσταση στη διάχυση υδρατμών. Αυτή περιγράφεται με το «συντελεστή αντίστασης στη διάχυση υδρατμών» και συμβολίζεται με το πεζό ελληνικό γράμμα μ. To μείναι αδιάστατομέγεθος και δηλώνει πόσες φορές είναι μεγαλύτερη η αντίσταση που προβάλλει το υλικό στη διάχυση υδρατμών σε σχέση με την αντίσταση που προβάλλει ένα στρώμα αέρα ίδιου πάχους και ίδιας θερμοκρασίας, όταν βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας. Υψηλός συντελεστής μσημαίνει ότι παρεμποδίζεται η διάχυση των υδρατμών και λειτουργεί το υλικό ως «φράγμα υδρατμών». Η θέση των υλικών που λειτουργούν ως φράγματα υδρατμών σε ένα πολυστρωματικό στοιχείο απαιτεί προσοχή, ώστε να μην δημιουργείται εσωτερική συμπύκνωση υδρατμών.

24 Φράγμα υδρατμών / υγρομόνωση Η υγρομόνωση υλοποιείται με υλικά κατάλληλα, ώστε να εξασφαλιστεί η στεγανοποίηση. Το φράγμα υδρατμών τοποθετείται όταν υπάρχει κίνδυνος συμπύκνωσης υδρατμών στο εσωτερικό των δομικών στοιχείων. Το φράγμα υδρατμών τοποθετείται σε κατάλληλη θέση, ώστε να αποτρέπει τη διάχυση υδρατμών σε στρώση με κίνδυνο τη συμπύκνωσή τους. Τυπικά προς το εσωτερικό, πριν τη θερμομονωτική στρώση. Κάποια υλικά έχουν ιδιότητες, οι οποίες τα καθιστούν ως φράγματα υδρατμών. Σ αυτές τις περιπτώσεις πρέπει να διερευνηθεί η πιθανότητα συμπύκνωσης υδρατμών και η χρήση επιπλέον φράγματος υλικών σε κατάλληλη θέση.

Σχετικά έγγραφα

ΥΓΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΤΙΡΙΩΝ

ΥΓΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΤΙΡΙΩΝ ? ΤΡΙΧΟΕΙΔΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ Υδροαπορρόφηση ονομάζουμε την αποθήκευση μορίων νερού μέσα σε ένα υλικό. Η ικανότητα ενός υλικού να αποθηκεύει νερό καθορίζεται κύρια από τη γεωμετρία των πόρων