„Frost formation and Condensation in Stone-wool Insulations“ (0)

Tallinna Tehnikaülikool
Ehitusfüüsika kodutöö

„ Frost formation and Condensation in Stone- wool Insulations“

Artikli refereerimine
Tallinn 2011

Kondensaadi ja härmatise moodustumine kivivill-isolatsioonis

Kokkuvõte

Ehitusplatsidelt saadud praktilised kogemused tõendavad, et kondenseerunud niiskusel on negatiivseid effekte kiulistele isolatsioonimaterjalide. Kondenseerunud niiskus võib vähendada termilisi omadusi ja sellest tulenevalt muuta süstemaatiliselt elukvaliteeti elamutes . Sellega võib ka kaasneda suurenenud tolmu, vetikate ja hallituse teke ning kahjustused konstruktsioonis, mis on põhjustatud kondenseerunud niiskuse külmumisel talveperioodil.
See töö kannab ette laboratoorse eksperimendi, mis on suunatud härmatise tekkele ja kasvule ning niiskuse kondenseerumisele kivivillas. Katsekehad olid erineva tihedusega mis asetati avatud õhu kätte konkreetsete temperatuuride puhul (+20; -20 ᵒC), (+20; -15 ᵒC), (+20; 10 ᵒC) ning testimisperiood kestis 100 tundi. Õhk soojemal pool oli küllastatud niiskusega. Kondensaat tekkis sinna kohta, mis oli vastu sooja niisket õhku, samal ajal tekkis härmatis külmemale poole. Üleminek vedela ja tahke kondensaadi vahel oli selgem nende katsekehade puhul, mis olid suurema tihedusega ning nende katsete puhul, kus temperatuurivahemik oli suurem. Niiskuskindluse teguril, põhilisel niiskuse iseloomustajal isolatsioonimaterjali puhul, oli samuti kasvutendents laiema temperatuurivahemiku puhul.
Suuremad teadmised härmatise tekkimise kohta kivivillas võivad aidata mõista tegelikke probleeme ehitussektoris, mis on põhjustatud kõrge tihedusega isolatsioonimaterjalide kasutamisest.

Sissejuhatus

Käesolev töö on esimeseks sammuks uusimustöös eesmärgiga leida kivivilla baasil toodetud mineraalsetes isolatsioonimaterjalides kahjustusi, mis on põhjustatud külmunud kondensaadist ja aja jooksul kogunenud niiskusest. Paksema isolatsioonikihi kasutamine, vastavalt suurtematele konstruktsioonide soojusjuhtivusnõuetele, tõstatab uusi küsimusi elamute elukvaliteedi suhtes. Esitades üksikasjalikku uuringut ehitusmaterjali ja tema kasutamise kohta on oluline teada materjali tegelikke omadusi, mis võivad veidi erineda arvutatud väärtustest. Tähtis küsimus on kuidas kiudisolatsioonmaterjalid käituvad situatsioonis, kus kondenaat ja härmatis tekivad igaaastaselt ja kuidas sellised protsessid mõjutavad materjali omadusi ja vastupidavust materjalis endas.
Niiskuskindlustegur on ISO/FDIS 9346 sõnul niiskuskindluse suhe ruumi korral, mis on täidetud soojusisolatsioonimaterjaliga niiskuskindlusesse sama ruumi korral, kus on seisev õhk. See on peamine niiskuse iseloomunäitaja soojusisolatsioonimaterjalidel. Kui kivivilla pinnatemperatuurid erinevad kümnetes kraadides , saame vaadelda härmatise teket materjalis ja sellest tulenevalt eespool nimetatud lahknevusi niiskuse omadustes.

Materjalid

Katsekehad olid kivivilla alusel valmistatud kiulised isolatsioonmaterjalid erinevate tihedustega ja konkreetsete kasutusaladega. Kõik kasutatud proovikehad olid kaubanduslikud tooted, mis olid võetud ühe suurema tootja tootevalikust. Proovid mõõtmetega 300x300x100 mm kuivatati ja kaaluti enne mõõtmist ning arvutati nende tihedus.
Raskeim materjalinäidis – katsekeha A kasutatakse peamiselt lamekatuste konstruktsioonides. See on jäik ja raske tahvel kivivilla mis on kahekihiline ning veekindel kogu mahu ulatuses. Kiud on seotud orgaanilise vaiguga. Teine kiuline materjal – katsekeha B on jäik kivivilla tahvel, täielikult veekindel, kasutatakse peamiselt lamekatustel. Kergeim isolatsioonimaterjal laborimõõtmisel – katsekeha C on poolpehme, täielikult veekindel, mida kasutatakse kaldkatuste isolatsiooniks, tuulutatavates fassaadides ning sandwitch seintel.
Katsekeha
Deklareeritud soojusjuhtivustegur λD []
Tihedus kuivalt
Ρd []
A
0,040
145
B
0,039
112
C
0,035
44

Katsetamine

Testimise seadistus koosneb plastkarbist avatud katusega , kuhu pandi kivivillast proovikehad. Kõik katsekehad olid 100 mm paksusega ja 300x300 mm pinnaga. Seinad ja põhi olid isoleeritud 40 mm paksuste XPS plaatidega väljastpoolt ja kaetud veel alumiiniumfooliumiga, et vältida igasugust kaalu suurenemist ümbritsevast õhust seintesse imetava veeauru tõttu.
Lisaks asetati kolm niiskuse ja temperatuuri sensorit katsekeha välimistele külgedele ja keskele , mis andis komplekssema ülevaate niiskuse liikumisest erinevatel kõrgustel.
Kogu katseseade asetati kliimakambrisse, mille tingimused registreeriti temperatuuri ja niiskuse sensoritega. Testimisperiood kestis 100 tundi. Tingimused püsisid muutumatuna kogu perioodi vältel.
Kogutud andmed analüüsiti ning tänu praktiliste mõõtmiste metoodikale sai arvutada niiskuse vooluhulga G ja niiskuskindluse teguri µ.

Tulemused

Katsekehi testiti kolme erineva välistemperatuuri (Te=-20°C, Te=-15°C, Te=-10°C) korral, kui samal ajal sisetemperatuur oli kogu aeg Ti=+20°C. Sensorid salvestasid informatsiooni iga kahe minuti tagant, iga mõõtmine kestis 100 tundi. Aja jooksul kogunenud vesi katsekeha ülemises osas oli jäätunud.
Katsekeha A
Välistingimused
Sisetingimused
µ
Te=-20°C
RHe=63%
Ti=+20°C
RHi=72%
3,05
Te=-15°C
RHe=66%
Ti=+20°C
RHi=75%
2,03
Te=-10°C
RHe=72%
Ti=+20°C
RHi=78%
1,94
Katsekeha B
Välistingimused
Sisetingimused
µ
Te=-20°C
RHe=66%
Ti=+20°C
RHi=72%
2,44
Te=-15°C
RHe=67%
Ti=+20°C
RHi=75%
1,82
Te=-10°C
RHe=73%
Ti=+20°C
RHi=77%
1,81
Katsekeha C
Välistingimused
Sisetingimused
µ
Te=-20°C
RHe=63%
Ti=+20°C
RHi=72%
2,85
Te=-15°C
RHe=68%
Ti=+20°C
RHi=75%
1,92
Te=-10°C
RHe=72%
Ti=+20°C
RHi=76%
1,65

Analüüs

Peamised tulemused

Deklareeritud niiskuskindlustegur µ on kivivilla puhul 1. Katsetulemustest järeldub, et µ on sellisel juhul, kui sisetemperatuur on +20°C ning välistemperatuur on -20°C ning olukorras, kus kivivilla sisse tekib nii jäätunud kui ka vedelas olekus kondensaat, 2,5 kuni 3 korda suurem.

Võimalikud probleemid meetodites

Mitte just probleem, aga ainult kivivilla katsetamine ei anna nii head ülevaadet, kui testida mingit konkreetset katusekonstruktsiooni lahendust . Ehk siis tulemustest oleks rohkem praktilist kasu, kui katsetamisele oleks võetud kogu tarind koos kandekonstruktsioonide , auru- ja niiskustõkete ning viimistlusega.

Töös esitatud tulemuste võimalik mõju

Kivivilla niiskuskindlusteguri µ ümberhindamine erinevate temperatuurivahemike ja niiskusolukordade puhul.

Järgmiste uuringute vajadus

Suurema ülevaate saamiseks kondensaadi ning jäätunud niiskuse moodustumise kohta kivivillas tuleks teha katseid temperatuuridega (+20°C ; -5°C ) ja (+20°C ; 0°C ). Edasised uuringud on tähtsad selgitamaks miks on niiskuskindlustegur µ nendel tingimustel suhteliselt suur.

Järeldused

Konstrueeritud testimise seade nagu ka valitud uurimismeetod on üsna effektiivne niiskuse protsesside uurimiseks kivivilla baasil toodetud isolatsioonimaterjalide puhul. Samuti tõestas see meetod, et jäätunud kondensaat võib kivivillas esineda teatud temperatuuride ja niiskuskoormuse tingimustes.
Jäätunud kondensaat tekkis kõikidel juhtudel kui temperatuur jäi vahemikku -20 ja +20, -15 ja +20, -10 ja +20 ning soojem pool oli küllastunud niiskusega. Katsekeha sooja õhu poolsele küljele tekkis kondensaat.
Katsekehad olid erineva tihedusega, suurema tihedusega proovikehad (A ja B) olid jaotunud nähtavalt jäätunud niiskuse ja vedela kondensaadi piirkondadeks. Katsekehal C, mis oli teistest kergem, esines ka jäätunud ning vedelat kondensaati, kuid puudus kindel joon nende piirkondade vahel.
Niiskusskindlustegurid, mis arvutati kogutud andmete põhjal kõikide materjalide kohta, nende katsete korral, kus Ti=+ 20°C, Te=– 20°C kuni 3 korda kõrgemad kui tabeliväärtus, kus µ=1 mineraalvilla puhul, mille tihedus on 10-200 kg/m3. Katsetel teiste temperatuuridega jäi µ väärtus lähemale tabeliväärtusele.
Edasised uuringud on olulised leidmaks miks on niiskuskindlustegur (µ) kivivillas jäätunud kondensaadi moodustumise tingimustes suhteliselt kõrge ning kas see võib kivivilla omadusi aja jooksul halvendada. Põhjusliku materjali struktuuri lagunemse, millega kaasneb isolatsioonikvaliteedi langus, uurimine on esmatähtis ehituses uute suundumuste ning energiakulude ja säästva arengu seisukohalt.

Viited

Vrána T., Björk F. (2008). Frost Formation and Condensation in Stone-wool Insulations.