Difuzija vodene pare ukorelaciji sa toplotnim fluksom kroz zidove klimatizovanog objekta

Transcription

1 1. Uvod Difuzija vodene pare ukorelaciji sa toplotnim fluksom kroz zidove klimatizovanog objekta Prof dr Branislav Todorovic, dipl. int., i Maja Radojkovic, dipl. int., Masinskifakultet, 27. marta 80, Beograd Prenos vlage kroz gradevinsku konstrukciju vrsi se mehanizmom difuzije vodene pare iz vazduha, sto je izazvano razli kom parcijalnih pritisaka vodene pare u spoljasnjem i unutrasnjem vazduhu. U zimskom rezimu rada k1imatizovanog postrojenja, veoma je cest slucaj pojave kondenzacije vodene pare unutar gradevinskog elementa, sto nastaje kao posledica manjeg pritiska zasicenja od parcijalnog pritiska vodene pare u odredenom sloju zida. Pojava kondenzacije u gradevinskoj konstrukciji, a narooto u samoj izolaciji veoma je stetna i opasna po materijal. Osim toga prouzrokuje i intenzivniji toplotni f1uks, sto pogorsava uslove ugodnosti, odnosno poveeava potrosnju energije za grejanje. Kao mera za.stite od pojave kondenzacije ugraduju se tzv. parne barijere, koje uticu na izmenjeni raspored parcijalnih pritisaka vodene pare kroz gradevinsku konstrukciju, tako da je moguce oddavati parcijalni pritisak vodene pare u celoj masi zida nizim od pritiska zasicenja. Mesto postavljanja pame barijere ne sme biti proizvoljno jer moze da prouzrokuje gori efekat na pojavu kondenzacije vodene pare. U tom smislu su analizirani mesto ugradnje parne barijere i debljina izolacionog sloja u cilju dobijanja gradevinske konstrukcije koja je zasticena od kondenzacije uz neophodne termoizolacione karakteristike. U ovom radu je analizirana cetvoroslojna gradevinska konstrukcija koja se sastoji iz sloja krecnog maltera sa spoljne i unutra.snje strane, suplje opeke i termoizolacionog sloja. U clanku se analizira cetvoroslojna gradevinska konstrnkcija sa aspekta zastite od kondenzacije u korelaciji sa toplotnim fluksom. U tom smislu su analizirani mesto ugradnje pame banjere i debljina izolacionog sloja, u cilju dobijanja gradevinske konstrnkcije koja je zasticena od kondenzacije, uz neophodne tennoizolacione karakteristike. zolacioni sloj je od mineralne vune, Cija je debljina, u ovoj analizi, vanrana. KJjuCl/e ree;: vodena para; toplotni fluks; klimatizovana prostolija; kondenzacija Key words: water vapor; heat flux; air conditioned room; condensation 2. Gradevinska konstrukcija bez parne barijere 2.1. Ldnji rezim rada klimatizacionog postrojenja U letnjem periodu, temperature spolja.snjeg i unutra.snjeg vazduha su visoke, tako da je temperaturska razlika manja nego u zimskom periodu. Vrednosti pritisaka zasicenja vodene pare su znatno iznad parcijalnih pritisaka u svim slojevima zida, tako da ne dolazi do kondenzacije vop (Pa) )' QQQ em - kreeni malter - 4 em - pluta _ "" "- " p l " 2 em. cememni malter / i 24 em. suplja opeka. _---- -,,- - o (em) Slika 1. Polje priliska kroz gradevinsku konstrnkciju u lelnjern reiirnu rada kiimalizacije 47

2 48 bo n 50 '" - lil 3: 'n -" ,.. c:: 2ll - = S ) 10 debljina izolacije (em) Slika 2. Zavisnosl lopio/nag fluksa ad debljine izolacionag sloja dene pare unutar gradevinske konstrukeije. Na slici 1 su prikazani presek konstrukeije zida i polje pritiska u letnjim projektnim uslovima. Gradevinska konstrukeija se sastoji iz: - 2 em krecnog maltera, - 4em plute, - 24 em suplje opeke, - 2 em eementnog maltera. Projektni uslovi: - spoljasnji vazduh: te = e i <pe = 70% - unutra3inji vazduh: tu = e i <pu = 60% Ukupni toplotni flu ks: quk = W/m2 Gustina difuzionogtoka: guk = 0,43 glm 2 h Na slici 1 se vidi da je kriva pritisaka zasicenja znatno iznad krive pareijalnih pritisaka vodene pare, tako da nerna mogucnosti kondenzaeije, pa se provera difuzije vodene pare i ne radi za letnji period Zimski rciim rada k1imatizacionog postrojenja U zimskom periodu, u rezimu grejanja, temperature spoljasnjeg i unutrasnjeg vazduh a se znatno vi e razlik'11ju, pa je tada veca razlika i njihovih apsolutnih vlaznosti, kao i pareijalnih pritisaka vodene pare u vazduhu, pa je usled toga razlika izmedu pritisaka zasicenja vodene pare i pareijalnih pritisaka manja. U takvom slucaju moze doci do pojave kondenzacije unutar gradevinske konstrukeije. pa je neophodno izvrsiti proracunsku p roveru difuzije vodene pare kroz zid. U zavisnosti od redosleda i debljine pojedinih slojeva koji sacinjavaju gradevinsku konstrukciju, menja se polje pareijalnog pritiska vodene pare i pritiska zasicenja, cak i u konstrukeijama sa istim slojevima. U radu je analizirana uobicajena cetvoroslojna gradevinska konstrukcija, koja se sastoji iz sloja supjje opeke, izolacionog sloja i slojeva.kreenog maltera sa spoljne i unutra3inje strane zida. Debljina sloja od suplje opeke je standardna i iznosi 24 em, slojevi maltera su debljine 2 em, a debljina izolaeionog sloja je od mineralne vune, koja je varirana U ovoj analizi. Na sliei 2 prikazana je zavisnost toplotnog fluksa kroz zid od debljine izolaeionog sloja opisane kon strukeije. Na dijagrarnu na sliei 2 vidi se da se topl6tni gubici eksponeneijalno smanjuju sa povecanjem izolaeionog sloja. Kada se u konstrukeiju postavi izolacioni sloj debljine. sarno 2 em toplotni gubiei se smanjuju za 43,5%, dok povecanje debljine iwlacije sa 8 na 10 em dovodi do smanjenja gubitaka toplote za svega 16%. M edutim, S obzirom na proveru pojave kondenzaeije, treba utvrditi utieaj debljine izolaeije i sa ovog aspekta. z tog razloga izvrsen je proracun difuzije vodene pare za istu gradevin sku konstrukeiju sa razlicitim debljinama izolaeije, i to: 2, 4, 6 i 8 em. Na sliei 3 prikazane su krive pritisaka za sva cetiri slucaja. Kada debljina izolaeionog sloja iznosi 2 em (sl. 3a), ne dolazi do pojave kondenzacije vodene p are unutar zida. U ovom slucaju nije potrebna zast ita od kondenzaeije, odnosno postavljanje parne barij ere. Ovo je povoljan slucaj sto se pojave kondenzaeije tice, ali je nepovoljan sa aspekta toplotnih gubitaka, jer je debljina izolaeionog sloja mala, pa bi potrebna kolicina toplote za grejanje objekta bila velika. Za slucaj konstrukeije za koju debljina izolaeij e iznosi 4 em (sl. 3b), kriva pritisaka zasicenja dodiruje krivu pareijalllih pritisaka vodene pare 11 tacki K, tako da ce doti do pojave kondenzaeije vodene pare u ravni kojoj pripada tacka K - stvara se ravan konden zaeij e. Daljim povecanjem debljine izolacionog sloja sa 4 na 6 em (sl. 3e) doc Ce do presecanja krivih pritiska zasicenja i parcijalnih pritisaka u tackama Kl i K2. U ovom slucaj u dolazi do pojave wne kondenzacije, koja se formira izmedu ravni kojima pripadaju tacke Kl i K2. KoliCina kondenzata vodene pare koja ostaje u gradevinskoj konstrukeij i veca je nego u prethodnom slucaju. Konstrukeija prikazana na sliei 3d ima izolacioni sloj debljine 8 em. Na dijagramu se vidi da i u ovom slucaju dolazi do pojave kondenzaeije vodene pare u wni koju obrazuju ravni kojima pripadaju tacke Kl i K2. Z ona kondeozaeije je sira u odnosu na prethodni slucaj, a kolicina kondenzata koji se javlja u gradevinskoj konstrukciji je veca. Ovo je najnepovoljniji slucaj sa aspekta pojave kondenzacije. Moze se doci do zakljucka da bi sa daljim povecanjem debljine izolaeije u grac1evinskoj konstrukeiji doslo do pojave kondenzaeije u sve sitoj zoni. Da bi se konstru kcij a zastitila od ove stetne pojave, neophodno je postavljanje pame barijere u svim slueajevima kada dehljina izolaeionog sloja iznosi 4 em i vise, slo se moze uociti na dijagramu prikazanom na slici 4. KoliCina vage koja nastaje kondenzaeijom vodene pare i zadrzava se unutar konstrukeije moze se odrediti na osnovu: gde je: gkon = gul - giz u j = 1 fli Na sliei 5 je prikazana zavisnost kolicine vlage koja se kondenzuje unutar gradevinske konstrukcije od deb lj ine iwlaeionog sloja. Pojava kondenzaeije ne sme se dozvo Jiti u gradevinskoj konstrukeiji klimatizovanog obj ekta, jer ce, pored truljenja i propadanja materijala, doci do visestrukog povecanja toplotne provodljivosti u wni kondenzacije, a samirn tim i

3 p (Pa) 1 2 t', 2 u-;om k,.,", ""He<. mmeralna vuoa p " () -r p (Pa) A 25 00,j 12 em heclli malter - \\, 1 1 /' - 2 em hecni malter f'14em mineraln" vuna. p" (t)!. 2 em. krecni malter \ 24 em. uplja opek" 24 em. uplja opeka K o i (em) o S i (em) a) b) p (Pa) t 2 em _. krecni malter ::::)}!','1. T 1 1 t o 6 em - mineraln a vuna - p" (t) 2 em hecni malter Po 24 em. uplja opeka 2 1, 2 em hecni malter. 8 em - mmerain<l vuna - ", p" (), 2 em!creelli molter PD 2,\ em.sllplja oreka i (em) o i (em) c) d) Stika 3 a) Gradevinska konstrnkcija bez pame barijere. Konstrnkcija sa iwlaeionim slojem ad 2 em; b) gradevinska konstrnkcija bez pame barijere. Konstrnkcija sa izolacionim slojem ad 3 em,: e) gradevinska konstrnkcija bez pame barijere, Konstrnkcija sa iwlacionim slojem ad 6 em; d) gradevinska konstrnkcija bez pame barijere. Konstrnkcija sa iwlaeionim slojem ad 8 em do poveeanja ukupnog koefieijenta prolaza toplote kroz zid. Gubiei toplote mogu se dvostruko poveeati u odnosu na projektne, uslovi ugodnosti u prostoriji bice naruseni, odnosno klimatizaeiono postrojenje zabtevalo bi veeu potrosnju energije. 3. Gradevinska konstrukcija sa parnom barijerom 3.1. Uticaj mesta postavljanja parne barijcre Da bi se nepozeljan efekat prisustva vlage u gradevinskoj konstrukeiji spreeio, primenjuje se ugradnja parne barijere, koja predstavlja zaptivni materijal velikog otpora difuziji vodene pare, znalno veeeg od onih koje poseduju ostali gradevinski materijali. Uvodenjem ovakvog sloja u konstrukeiju, pareijalni pritisci vodene pare se poveeavaju ispred, a smanjuju iza barijere u praveu smanjenja temperature i pritiska zasicenja, sa eiljem da u svakom sloju konstrukeije pareijalni pritisak vodene pare bude nizi od pritiska zasicenja. Parna barijera ne predstavlja toplotni otpor, jer materijal koji se nanosi kao barijera ima veliku toplotnu provodljivost, a malu debljinu (oko 0,5 mm). Zbog neznatnog temperaturskog pada kroz pamu barijeru, kriva pritisaka zasicenja zadriava svoj oblik, kao i u slucaju kada nema parne barijere unutar konstrukeije. Analiza utieaja mesta postavljanja parne barijere izvrsena je za dva slucaja: kada je parna barijera postavljena sa hladnije i kada je postavljena sa toplije strane izolaeije. Na sliei 6 prikazana su polja pritisaka za oba slucaja. Kao poslediea postavljanja parne barijere sa hladnije strane izolaeije (sl. 6a) javlja se nepovoljna raspodela par 49

4 400 -;- e: -'" ;;l " p" - pricisak zasieenja --.- PD - parcijalni prilisa k vodene pare - : ---.;: oblrod7!e debjjina izolacije (em)..;:: 0,09, 0,08 t - -:.0 0,07 + 0,06 i '" 0,05 :; "'. 0:03 t 0,02 + 0,01 -' o r j b debljina izoiacij (cm) Slika 4. Uticaj debljine izolacionog sloja na pojavu kondenzacije cijalnih pritisaka vodene pare, sto dovodi do pojave kondenzacije u zoni koja se nalazi unutar termoizolaciooog sloja i koja je sira nego u slucaju kada oema pame barijere unutar gradevinske konstrukcije (51. 3c). U slucaju kada se parna barijera postavi sa toplije strane izolacionog sloja (s1. 6b), dolazi do poveeanja parcijalnih pritisaka vodene p are pre barijere i naglog snizavaoja pritisaka posle nje, Cime se po celom preseku konstrukcije obezbeduje niti parcijalni pritisak vodene pare u odnosu na pritisak zasicenja, tako da ne dolazi do pojave ko odenzacije Postavljanje visestrukih parnih barijera D ifuzioni tok vodene pare moze se umanjiti ukoliko se postavi vise paroih barijera. Na slici 7 prikazane su konstrukcije sa dye (sl. 7a) i sa tri (s1. 7b) parne barijere. Kada se postave dve parne barijere, ukupni difuzioni 10k umanjuje s za 48%, dok se kod konstrukcije sa tri parne Stika 5. Kolicina kondenzata u zavi.mosti ad de.bljille izolacionog sloja barijere ukupoi tok vodene pare umanj uje za 65%. Medutim, umanjenje difuzionog toka ne znaci i odsustvo kondenzacije vodene pare unutar konstrukcije_ Postavljaoje dvostruke parne barijere (s1. 7a) ima za posledicu kondenzaciju vodene pare u zooi kondeozacije L1Dutar izolaciooog sloja_ Kada se postave tri parne barijere (kao na slid 7b). obrazovace se dye zone kondenzacije - prva izmedu tacaka Kl i K2, a druga izmedu tacaka K2 i KJ. a be zone nalaze se unutar izolacionog sloj a_ Prema tome, kada se postavlja izolacija iz vise slojeva, oni se lepe sarno mestimicno, kako bi se izbeglo formiranje kompaktne pame barijere ii vise barijera unutar izolacij e Postavljanje apsolutne parne bal-ijere Pod ap olutnom parnom barijerom podrazumeva se takav zaptivni materijal koji je potpuno nepropllslan za vod.:.nu paru_ Postavljanje ovakve parne barijere takode moze imati negativne posledice, jer pri visokim relati vnim vjaznostima unutra.snjeg vazduha moze dati do kondenzacije vodene pare u zidu sa toplije strane izolacije. Ukoliko se postavlja apsojutna parna barijera, neophodno je proveri ti P (Po), 2. '. 2 em. krctni ma.lter 0,5 em - bilume oska kpeoa - " 6 em - mineralna vuna '" 15UO -\. PD J p" (t ) em - krccni m,dlcr "-,.- '0. K, h;--,,,s 24 em - uplj" opeka K, , U i (em) 0) p (rc) t 2 2 em. krdol maher 6 em w -' mineralna > VUlt;} 0,5 em -bilumeusk' a lepeoka -', 1 p " (\) Pu L. / 2 em - uetni mailer 24 ern - url j a opelc. J, ' -, :! a (em) b ) 50 Slika 6a) Uticaj mesra postavljanja pame barijere. Parna barijera sa hladnije strane izolacije; b) uticaj mesta posravljallja pame barijere. Pama barijera sa toplije strane. izolacije

5 " , J' (Pa).. p (Pa) u-j,-r _ ,. 2 em - kreclll mailer - t""'" 2 cm - krccni malie r --, 1 0,5 u n - b ilumclska "-'\' '- ":: '.11 3 em. Oliocraina vuuu "",!, kpenka '"'' ;':t)","",1", ""," '"1 15(10 ' i S!JO ----p-" _J. T! 20(JU ", 0,5 em - bilu01cns b.t; '- i " i -t i " K, '. iep"llkj --., : p" (l),n! i / ;' 2,1 t..:m - suplja ope ka em - u plja o pe l;a, K,, f i -, o 5 U (e rll) U (Cln.) SOO - 2 eill - krecni ma il er SUO.:. l-2 cm - krd ui w lle r a) b) PD Slika 7a) Poslavljanje vijesl/ukih pamih barijera. Konslrnkcija sa dve pame barijere; b) poslavljanje vijeslrukih pamih barijera. Konstrnckija sa ri pame barijere odsustvo kondenzaeije na mestu nanosenja parne barijereo Na sliei 8 prikazane su konstrukcija sa apsolutnom parnom barijerorn i krive pritiska zasicenja i pareijalnog pritiska vodene pare. Projektni uslovi ostali su isti, sarno je poveeana relativna vlainost unutrasnjeg vazduha na <j>u = 60%. Apsolutna parna barijera je od aiuminijumske folije debijine 0,5 mrn. Za stacionarno prostiranje topiote kroz viseslojnu pregradu vaii zakon: gde su: q = K. (tu - te) = K '. (tx - p (Pa) soo o (em) te) 2 em. krec ni m ai ler -, 0,5 mm - Al fo lija.! 6 em - mineralna vuna " Po K, '} :....: Slika 8, Konstrukcija sa apsolliinom pamom barijerom " K, koeficijenti prolaza toplote, ukupni i delirnicni do mesta sa temperaturorn tx na mestu kontakta pame barijere i zida, koja se odreduje iz izraza: 2 K =K'. [ W / m. K ], tu - te Da ne bi doslo do kondenzaeije vodene pare na mestu kontakta, temperatura tx mora da bude visa od temperature zasicenja tx ", odnosno: odnosno: tx > tx" (px), K<O,95.K. tu -tx [W / m2.kj, t - t u e gde je 0,95 stepen sigurnosti. 4. ZakJjucak z analize standardnih cetvoroslojoib gradevinskih konstrukeija sa izolaeionim slojem razlicite debijine, proizilazi neophodnost proracuna gustine difuzionog toka vodene pare za zimski rezim grejanja. Tada se u spojnorn zidu javlja rnogucnost pojave ravni iii zone kondenzacije. Sa poveeanjern debljine izoacije srnaojuju se gubici topiote u okolinu, ali se zona kondenzacije unutar konstrukc0e proiruje, tako da je neophodno postavljan je parne barijere, 51

6 od vlage u gradevinarstvu, nstitut za ispitivanje materijala SRS, Beograd, Sa termotebnickog gledista, pamu barijeru je najpovoljnije postaviti sa unutrasnje strane konstrukcije, ali bi tu bila izlozena mebanickim osteeenjima. z tog razloga, ona [7] ncropera, P. Frank, David P. De Witt: Fundamentals se postavlja sa toplije strane tennoiwlacije. Postavljanje of heat and mass transfer - John Wiley and Sons, visestrukih parnib barijera, kao i apsolutne parne barijere New York. nije povoljno, jer u veeini slucajeva dovodi do pojave kondenzacije vodene pare unutar gradevinske konstrukcije. [8] Barrer, Richard: Diffusion in and hrough solids [9] Kozic, D., Vasiljevic, B., Bekavac, V.: Prirucnik za termodinamiku - Maiiinski fakultet, Beograd, Literatura [10] JUS U.J Metoda proracuna difuzije vodene [] Dakovic, Branislav: Uticaj iwlacije na pojavu trans pare u zgradama, Beograd, porta vlage i formiranje modifikovane atmosfere u rashladnim komorama sa osvrtom na osobine domacih [11] Todorovic, Branislav: Projektovanje postrojenja za ceo izolacionih materijala, doktorska disertacija, MaSinski ntralno grejanje, MaSinski fakultet, Beograd, fakultet, Beograd, [12] JUS U.J5.600, Beograd, [2] Vujic, Sava: Rashladni uredaj Masinski fakultet, Beo [13] * * *; ASHRAE FUNDAMENTALS, American Sograd,1988. ciety of Heating and AC Engeneers - Fundamentals Handbook, Atlanta, [3] Marjanovic, D. Ljiljana: Matematicko-Jizilko modeliranje procesa adso/pcije i desorpcije lakoisparijivih or [14] Vllksanovic, M. Dejan: Prenos toplole konvekcijom sa ganskih komponenata u klimalizovanim prostorijama, vertikalnih povriina u zatvorenim proslorima, dip lommagistarski rad, Maiiinski fakultet, Beograd, ski rad, MaSinski fah.llltet, Beograd, [4] Nikolic, M. NaLasa: TennoflZika zgrade, diplomski rad, [15] Treybal, R. E.: Mass Transfer Operations, McGraw MiLSinski fakultet, Beograd, Hill Book Company, New York. [5] Recknagel, Sprenger: Primcnik za grejanje i klimalizaciju, Gradevinska knjiga, Beograd, kgh [6] Kalic, Dlsan: Zvucna wlita, loplotna zastila i wtila CERTL OERTL CORlONTe SAVRSENSTVO SAGOREVANJA Sezdesetogodisnje iskustvo u proizvodnji gorionika odlikuje vodecu svetsku labriku OERTL (Svajcarska) Najnovija saznanja u oblasti sagorevanja omogucila su proizvod nju nove generacije gorionika sa minimalnim procentom stet nih sastojaka u dimnim gasovima. Oni poseduju oznaku PLAV ANDEO i zadovoljavaju najostrije propise u pogledu zastite okoline i ustede energije. OERTL je preko dvadeset godina prisutan na nasem trzistu i sa sirokim rasponom snaga gorionika zadovoljava potrebe industrijske energetike. OERTL je takode razvio i program gorionika malih kapaciteta na lako ulje, srednje ulje i gas. Prednosti za korisnika : sistemom sagorevanja stedi energiju i ostvaruje malu emisiju NOx u dimnrm gasovima, jednostavno opsluiivanje i odriavanje,,sirok opseg regulacije. Zastupa i prodaje: mesovito preduzece export-import d.o.o 1 Beograd, Carli Caplina 39 tel. 011/ , , fax