• falszerkezetek
• páratartalom

A falszerkezetek és a gőzdiffúzió

Már korábban több alkalommal említést tet­tünk arról, hogy az emberi és állati élet által, valamint az emberi lakó- és egyéb tevékenység, azonkívül az egyes iparágak által termelt pára (a vízgőz) milyen szerepet játszik az emberek köz­érzete és egészsége, az épületszerkezetekre gyako­rolt hatása, a gazdaságos fűtés stb. szempontjából.

A tapasztalat annak felismerésére vezetett, hogy az épületek belsejét kitöltő levegő nedvességtartalma az épületszerkezetekre még veszélyesebb hatást gyakorol, mint a külső csapadék vagy a külső levegő páratartalma. Megállapítást nyert, hogy a levegőben levő vízgőz nemcsak a helyiségeket, hanem az építőanyagok pórusait, üregeit és hajcsöveit is kitölti.

Ebben a szövegrészben a falakon áthaladó gőznek a szerkezetre gyakorolt hatását kívánjuk tárgyalni. Ez a kérdés csak a legutóbbi időkben került elő­térbe. Csak az utolsó évtizedekben, a könnyű épí­tési módok kialakulása, a könnyű falszerkezetek és könnyű térlefedések terén szerzett negatív jellegű tapasztalatok óta kezdtek az építészeti fizika művelői a felmerült problémák kutatásával fog­lalkozni.

A régebbi nehéz építési módnál nem léptek fel azok a káros jelenségek, amelyek indo­kolttá tették a kérdés alapos tisztázását. A téma kutatása révén sok eddigi építészeti felfogás lénye­gesen más, néha ellentétes megvilágításba kerül.

Kapcsolatos fogalmak és jelenségek

Az abszolút (tényleges) és a relatív (viszonylagos) páratartalom, a harmatpont, valamint a telített levegő fogalma már az előző részekből ismeretes. Tudjuk, hogy ezek az adatok mérés, illetve számítás útján megállapíthatók. Közismert az a fon­tos tétel is, hogy a meleg levegő több vízgőzt tartalmaz, mint a hideg levegő, és hogy a vízgőzt tartalmazó levegő könnyebb, mint a száraz, gőzmentes levegő.

Adott (pl. +20 C°) hőmérsékletű helyiségben, adott (pl. 65%-os) relatív légnedvesség esetében, az 1 m³ levegőben levő víz mennyiségét a +20 C°-os hőmérsékletnek megfelelő (és a 32. táblá­zatban megtalálható) telítettségi érték segítségével állapíthatjuk meg: 17,29 * 0,65 = 11,25 g/m³.

A levegőben levő vízgőz bizonyos nyomást fejt ki, amelyet gőzrésznyomásnak neveznek (jele: p_r).

Korábbi tanulmányainkból tudjuk, hogy a gőz­nyomás egysége (a fizikai atmoszféra) az a légnyomás, amely 760 mm magas higanyoszloppal tart egyensúlyt (mértékegysége: mm Hg).

A mindenkori külső és belső gőzrésznyomás értékét a hőmérséklet, a relatív páratartalom és az ezekből adódó telítettségi nyomás (lásd lentebb) alapján számítani lehet.

Pl. +20 C° belső hőmérséklet és 50%-os relatív páratartalom esetén a telítettségi nyomás: 17,53 mm Hg, a gőzrésznyomás pedig: 17,53 * 0,50 = 8,77 mm Hg.

-20 C° külső hőmérséklet és 80%-os relatív pára­tartalom esetén a telítettségi nyomás: 0,77 mm Hg, a gőzrésznyomás pedig 0,77 * 0,80 = 0,615 mm Hg.

A belső levegő abszolút nedvességtartalma gyakran magasabb, mint a külső levegőé, ebből következik, hogy a belső levegőtestek gőznyomása is nagyobb, mint a külső levegőtesteké.

Nyomáskiegyenlítődés

Ismerjük a gőz azon tulajdonságát, hogy nyomáskiegyenlítődésre törek­szik. A hő és a gőz kiegyenlítődése között hason­lóság áll fenn. Mint ahogy a hő a magasabb hőmérsékletű helyről az alacsonyabb hőfokú helyek fele áramlik, úgy a gőz is a magasabb nyomású helyekről az alacsonyabb nyomásúak felé vándo­rol. (A hő és a gőz gyakran azonos irányba ván­dorolnak.)

A belső helyiségekben levő aránylag nagyobb nyomású vízgőz a külső, alacsonyabb vízgőz­nyomású légtér fele történő vándorlása közben a helyiségeket elhatároló fal- és födémszerkezeteken keresztül diffundál.

Gőznyomásesés

Abból kifolyólag, hogy a tér­elhatároló szerkezetben hőfokesés van, következik, hogy a gőz az elhatároló szerkezeteken való keresztülhatolása közben gőznyomásesést szenved. Utóbbi jelenség az ún. gőznyomásesési görbével ábrázolható. Ez a görbe – eltérően a hőfokesési görbétől – nem lineáris szakaszokból áll, hanem ténylegesen görbe vonal.

A gőzdiffúzió lefolyásának tanulmányozása végett a telítettségi nyomás (p_t) esésének, vala­mint a gőzrésznyomás (p_r) esésének görbéjét egy­aránt fel kell rajzolni. (A görbék számítási, illetve megszerkesztési módjának ismertetésétől eltekin­tünk.) Mivel a gőznyomásesési görbék és a hőfokesési görbe között minket érdeklő összefüggés van, azért a p_t és p_r görbéket az utóbbi alá célszerű felrajzolni (268. ábra). A p_t görbét folytonos, a p_r görbét szaggatott vonallal szokás ábrázolni.

A két görbe egybevetéséből igen fontos követ­keztetéseket lehet levonni. Ha a p_t görbe értékeit a ténylegesen föllépő gőzrésznyomás (p_r) jelentősen túllépi, mindig lecsapódással kell számolni. Ez pedig, mint később kifejtjük, káros hőtechnikai és egyéb következményekkel jár.

Gőzáteresztési ellenállás

A gőzdiffúzióval kap­csolatos további fontos tétel: hogy a gőznyomás­esés attól az ellenállástól függ, amelyet a fal, illetve annak egyes rétegei a gőzrészecskék vándor­lásával szemben tanúsítanak. Az egyes építési anyagok és a belőlük létesített szerkezetek a gőzdiffúzióval szemben – kísérleti úton meghatározható – ellenállást: a diffúziós vagy más néven gőzáteresztési ellenállást fejte­nek ki.

A szerves anyagoknak, köztük a fának, azon­kívül az égetett agyagtéglának és a könnyű betonféleségeknek alacsony a gőzdiffúziós ellen­állása, illetve nagy a gőzáteresztő képessége. A mészhomok tégla, a zsugorodásig égetett klinker, a mázas kerámiai lapok, a nagyobb cementtartalmú habarcsok vízgőz áteresztési ellen­állása nagyobb értékű.

Gőzzáró réteg

Az olyan anyagoknak, illetve szerkezeteknek, amelyek a vízgőzt nehezen eresztik át, igen nagy a diffúziós ellenállása. Ilyenek pl. a többrétegű olaj- vagy lakkmázolások, a bitumenes mázzal bevont szigetelőlemezek, az aszfalt- és parafa­lemezek, a fémfóliák, a gumihártyák, egyes mű­anyagok stb. Ezekből az anyagokból készült réte­geket gőzzáró rétegeknek nevezzük.

Az előbbi bekezdésekben foglaltakból azt a következtetést vonhatjuk le, hogy az építőanyagok gőzáteresztő képessége függ: azok struktúrájától, pórusaik számától, haj szálcsöveiktől, higroszkopikus voltuktól. A gőzáteresztésre jellemző a következő bekez­désekben definiált: gőzáteresztési tényező ; a gőz­áteresztési ellenállásra pedig ennek reciprok értéke: a gőzáteresztési ellenállás.

Vízgőz áteresztési tényező

Az a grammban meg­adott vízmennyiség, amely egy bizonyos anyag­réteg 1 m²-én, adott légnyomás mellett 1 óra alatt átmegy. (Jele: D; mértékegysége: g/m² ó mm Hg.)

Vízgőz áteresztési ellenállás

Az anyagoknak azon tulajdonsága, amellyel 1 m²-nyi felületükön, adott légnyomás mellett ellenállnak a rajtuk 1 óra alatt áthaladni akaró gőzmennyiségnek. (Jele: 1/D, mértékegysége: m² ó mm Hg/g.)

A λ hővezetési tényező analógiájára beszélhe­tünk gőzvezetési vagy más néven gőzdiffúziós ténye­zőről is, amely megadja egy bizonyos anyag ilyen természetű képességének mértékét. (Jele: δ, mértékegysége: g/m ó Hg.) Valamely anyag víz­gőz áteresztési tényezője (D), vastagsága (d) és gőzdiffúziós tényezője (δ) között a D * d = δ összefüggés van.

A gőzdiffúzió következményei a nehéz és könnyű falaknál

Az egyrétegű, egységes felépítésű falszerkeze­tekben, pl. a tömör téglából készült 38 cm-es és annál vastagabb falakban a gőzdiffúzió harmoni­kusan folyik le, és ami fő, nincs víz kondenzáció. A folyamat harmonikus lezajlását az ilyen falak azon előnyös tulajdonságai biztosítják, amelyeket a kérdés kiváló német szakértője, F. Eichler a következőkben foglal össze:

1. Nagy hőtároló képesség, aminek következ­tében a fal képes az ingadozó hőmérséklet kiegyenlítésére; nem hűl le túlságosan, másrészt lehűlés folytán nem áll elő víz kondenzácíó, vagy csak jelentéktelen mennyiségű pára csapódik le.
2. Nagy víztároló képesség, aminek következté­ben a fal kiegyenlíti és szabályozza az ingadozó légnedvességet; nagyobb mennyiségű vízgőz felvételé­re is képes, tárolja és továbbvezeti a gőzt és vizet.
3. Azonos ellenállás hőáthatolás, illetve gőz­diffúzió ellen, aminek következtében a falban egyen­letes a hőcsökkenés és a gőznyomásesés, lecsapó­dások nem képződnek.
4. Gyors nedvességszállítás kapilláris hatás követ­keztében, aminek következtében a fal túlterhelés esetén és lecsapódások képződésénél is gyorsan kiszárad; továbbvezeti a vizet és gőzt a párolgási felületekhez, a fal „lélegzik”.

Nem így áll a helyzet az üreges falazóelemekből készült, a légréteges, a klinker téglával, kerámialemezzel, kőlemezzel vagy kőlapokkal burkolt, a monilitikus jellegű öntött könnyűbeton falaknál, valamint a vékony, többrétegű falszerkezeteknél – amelyeknél a gőzdiffúziós folyamat nem harmonikusan zajlik le.

Gőz lecsapódása

Az ilyen falaknál – előny­telen hőtechnikai tulajdonságaikból kifolyólag fennáll a gőz lecsapódásának veszélye. Utóbbi a fagyhatáron inneni zónában az anyag eláztatását, a légcellák vízzel való kitöltését és ennek követ­keztében a hőellenállási érték csökkenését eredményezi; a fagyzónában pedig a keletkező jégrészecskék térfogat növekedése következtében súlyos rombolások előidézője lehet (289. ábra).

Az előbbi bekezdésben említett falak gőzdiffúziós körülményeivel a megfelelő helyen esetről esetre foglalkozunk. A porózus anyagú nehéz falak esetében leját­szódó gőzdiffúziós folyamatot jól szemlélteti a 270 a ábra.

270. ábra. Gőzdiffúzió: a) a porózus jellegű térhatároló szerkezeteken a pára könnyen áthatol, b) a nagy gőzellenállású térhatároló szerkezeteken a pára nem tud áthatolni; 1 – gőzzáró réteg

A nagy vízgőz áteresztési ellenállású, tömött szerkezetű falak, másrészt a könnyű szerkezetekkel határolt, de a gőzdiffúzió ellen gőzzáró réteggel kialakított határoló szerkezetek esetében leját­szódó jelenséget (a páralecsapódást és a lecsapó­dott víznek a fűtés következtében újra gőzzé válását) kívánja érzékeltetni a 270 b ábra.

Az a körülmény, hogy a gőzdiffúzió megakadá­lyozása végett az elhatároló szerkezetek belső felü­leten valamilyen gőzzáró réteget alkalmazunk, ter­mészetszerűen vonja maga után azt a fontos követelményt, hogy megfelelő módon kell gondoskod­nunk a képződő vízgőz eltávolításáról, a helyiségek szabályozható, tökéletes szellőztetéséről.

1. táblázat: Relatív páratartalom.