Pro stanovení vlhkosti pevných látek a zrnitých těles se používají přímé metody, které umožňují přímo stanovit hmotnost vlhkosti nebo hmotnost sušiny ve vzorku, a nepřímé metody pro stanovení vlhkosti měřením funkčně příbuzné veličiny. Charakteristickým znakem přímých metod je vysoká přesnost. Přímé metody však trvají dlouho. Doba sušení vzorku do konstantní hmotnosti je tedy 5-15 hodin.
Přímá metoda stanovení obsahu vlhkosti materiálů
Z přímých metod jsou nejpoužívanější metody sušení, extrakce a chemické metody.
Způsob sušení spočívá ve vzducho-tepelném sušení malého speciálně připraveného vzorku materiálu, dokud není dosaženo rovnováhy s prostředím, což je konvenčně považováno za ekvivalent úplného odstranění vlhkosti. Metoda sušení je nejpřesnější a používá se k ověření jiných metod.
Obsah vlhkosti ve vzorku je určen rozdílem v hmotnostech mokrých a suchých vzorků. Hlavní chyba stanovení je spojena s neúplným odstraněním vlhkosti, ztrátou těkavých složek a oxidací látky během sušení. V tomto ohledu závisí výsledky stanovení vlhkosti na způsobu přípravy vzorku, způsobu a způsobu sušení. Výhodou metody je její jednoduchost a univerzálnost. V tomto případě musí zařízení splňovat požadavky na prvotřídní pracovní standard. Chyba metody je asi půl procenta.
Průmyslové elektroměry jsou také vysoce přesné: ultravysokofrekvenční (mikrovlnné), konduktometrické, kapacitní. Zohledňují princip značných rozdílů mezi vodivostí vody a suchého materiálu. Nevýhodou je obtížná regulace vlhkosti na úrovni nižší než 1 %, ale to není podstatné pro všechny materiály. Pro řízení výrobních procesů se používají i optické infračervené systémy, jejichž chyba je menší než 1 % a rozsah měření pokrývá od 0 do 100 %.
Extrakční metoda spočívá v odsátí vlhkosti ze zkušebního vzorku pomocí kapaliny absorbující vodu (alkohol) s následným stanovením vlastností kapalného extraktu (hustota, index lomu, bod varu nebo tuhnutí atd.), v závislosti na jeho vlhkosti. extrakční metody je její malý vliv na výsledky stanovení vlhkost a další fyzikální vlastnosti materiálu (hustota, distribuce velikosti částic atd.) Nevýhody metody jsou závislost výsledků na čistotě a dávkování absorbující vody tekutý, dlouhotrvající.
Chemická metoda zahrnuje extrakci vody pomocí činidla, které chemicky reaguje s vlhkostí vzorku materiálu. Jako činidla se používá Fischerovo činidlo, karbid vápníku a bezvodý methanol. Množství vlhkosti v materiálu je určeno objemem uvolněného acetylenu nebo zvýšením tlaku v nádobě o konstantním objemu.
Obecnými nevýhodami přímých metod je nutnost výběru a speciální přípravy vzorků materiálu, frekvence a dlouhé trvání kontrolního procesu; Přímé metody se proto používají především v laboratorním výzkumu, dále při kalibraci a ověřování průmyslových vlhkoměrů.
Nepřímé metody se vyznačují rychlým stanovením vlhkosti, ale jsou výrazně horší v přesnosti než přímé metody. Ve výrobních podmínkách, kdy je potřeba provést mnoho rozborů v krátkém čase, jsou preferovány nepřímé metody. Pouze tyto metody umožňují automatizovat regulaci vlhkosti.
Nepřímá metoda stanovení obsahu vlhkosti materiálů
Následující hlavní metody jsou nepřímé:
Konduktometrická metoda. V oblasti nízkých frekvencí (až po stejnosměrný proud) se využívá závislost měrného odporu materiálů na jejich vlhkosti. Tato metoda se používá ke kontrole vlhkosti dřeva, betonové směsi, zrna apod. Hlavní nevýhodou této metody je velký vliv rušivých faktorů na výsledek měření.
В radiometrické metody Využívají se interakce různých typů záření a rozptyl neutronů v mokrém materiálu. Gama a neutronové metody byly použity ke stanovení vlhkosti a hustoty půd, půd a rašeliny. Mezi výhody těchto vlhkoměrů patří nedestruktivní testování, nezávislost měření na teplotě, vysoká citlivost a rychlost. Potřeba chránit personál před škodlivými účinky záření je významnou nevýhodou metody.
Metoda nukleární magnetické rezonance – jedna z nejúčinnějších metod pro studium pevných a kapalných látek. Je založen na využití magnetismu atomových jader analyzovaného vzorku, takže získané informace pocházejí ze samotných hlubin hmoty a umožňují nám posoudit strukturu látky. Stanovení obsahu vody touto metodou je spojeno s registrací protonové rezonance.
Tradiční a přesnější metoda stanovení obsahu vlhkosti v zóně – sušení v peci – vyžaduje značné investice času a peněz na realizaci; metoda infračervené spektroskopie – velké množství různých kalibračních křivek.
Termofyzikální metody stanovení obsahu vlhkosti dosud nenašlo široké praktické využití. Jejich hlavní nevýhodou po dlouhou dobu byla nízká přesnost a nízký výkon. Teoretické a experimentální studie provedené v posledních letech však ukázaly, že nedostatky lze do značné míry odstranit a pro řadu materiálů (například komplexní chemická hnojiva) je termická vakuová metoda měření vlhkosti považována za perspektivnější. Jeho podstata je následující. Tenká stejnoměrná vrstva materiálu se umístí do utěsněného prostoru a podrobí se vakuu. Dochází k intenzivnímu odpařování vlhkosti ze vzorku, což způsobuje pokles teploty. S klesajícím množstvím vody ve vzorku klesá rychlost odpařování a teplota materiálu se začíná zvyšovat v důsledku výměny tepla s okolím. Kombinovaný účinek těchto faktorů vede k tomu, že změna teploty má extrém, jehož hodnota je úměrná počáteční vlhkosti vzorku. Měřeným parametrem je hodnota maximální změny teploty.
Optická metoda. Působení optických vlhkoměrů je založeno na selektivní absorpci IR (infračerveného) vlhkostí – záření o určité vlnové délce odražené od povrchu kontrolovaného objektu nebo procházející tímto materiálem. Vlhkoměry jsou ve většině případů postaveny podle dvouvlnného schématu a jsou založeny na závislosti optické hustoty studovaného materiálu na obsahu vlhkosti. Zrnové produkty jsou však rozptýlené, rozptylové systémy a možnost použití analyzátorů založených na jednoznačné závislosti optické hustoty na vlhkosti vyžaduje experimentální ověření.
Elektrické metody Měření vlhkosti je založeno na závislosti elektrických vlastností materiálu na obsahu vlhkosti. Rozšířily se díky pohodlí přeměny vlhkosti na elektrický signál, možnosti realizace pomocí jednoduchého elektronického zařízení, kontinuálním a nedestruktivním měřením a vysoké rychlosti. Při testování vlhkosti můžete použít libovolné elektrické parametry materiálu. Nejpoužívanější jsou metody založené na závislosti odporu, dielektrických ztrát, dielektrické konstanty a také komplexů těchto veličin na vlhkosti materiálu. Elektrické metody měření vlhkosti lze klasifikovat jak podle elektrického parametru, tak podle frekvenčního rozsahu, ve kterém se měření provádějí. Obě tyto charakteristiky jsou vzájemně propojeny, protože konstrukce snímače a převládající vliv na výsledek měření toho či onoho elektrického parametru závisí na použitém frekvenčním rozsahu.
Vysokofrekvenční metoda. Ve frekvenčním rozsahu středních a krátkých vln (0.330 MHz) se využívá závislost dielektrických charakteristik na vlhkosti materiálu. Tato metoda měří elektrickou kapacitu primárního měniče naplněného testovaným materiálem, která je funkcí dielektrické konstanty a podle toho vlhkosti řízeného materiálu. Metoda dielektrického měření je nejrozšířenější díky své vysoké citlivosti v širokém rozsahu vlhkosti, příjmu informace o vlhkosti ve formě elektrického signálu a možnosti implementace metody s kompaktními a levnými zařízeními pro diskrétní i kontinuální měření. Měření. Proto se v průmyslu široce používají vysokofrekvenční metody měření vlhkosti.
V kapilárně porézních materiálech v přirozeném vzdušném prostředí je vždy určité množství chemicky nevázané vlhkosti. Pokud je vzorek materiálu nalezeného v přírodních podmínkách vysušen, jeho hmotnost se sníží. Hmotnostní vlhkost materiál ωв,%, se stanoví poměrem hmotnosti vlhkosti obsažené ve vzorku k hmotnosti vzorku v suchém stavu:
kde М1 – hmotnost vlhkého vzorku, kg,
М2 – hmotnost suchého vzorku, kg.
Objemová vlhkost ωо,%, se určuje poměrem objemu vlhkosti obsažené ve vzorku k objemu vzorku:
kde V1 – objem vlhkosti ve vzorku, m3, V2 – objem samotného vzorku, m3.
Mezi hmotností ωв a objemová vlhkost ωо materiál je v poměru:
kde ρ – hustota materiálu v suchém stavu, kg/m3.
Při výpočtech se často používá gravimetrická vlhkost.
2.2.6 Sorpce a desorpce
Pokud je vzorek materiálu uchováván ve vlhkém vzduchu s konstantní teplotou a relativní vlhkostí po dlouhou dobu, hmotnost vlhkosti obsažená ve vzorku zůstane nezměněna – rovnováha. S rostoucí relativní vlhkostí vzduchu se hmotnost vlhkosti v materiálu zvyšuje a s rostoucí teplotou se snižuje. Tato rovnovážná vlhkost materiálu, odpovídající tepelnému a vlhkostnímu stavu vzdušného prostředí, může být větší nebo menší v závislosti na chemickém složení, pórovitosti a některých dalších vlastnostech materiálu. Proces vlhčení suchého materiálu umístěného ve vlhkém vzdušném prostředí se nazývá sorpcea proces snižování obsahu vlhkosti nadměrně vlhkého materiálu v prostředí s vlhkým vzduchem je desorpce.
Vzorec změn rovnovážného obsahu vlhkosti materiálu ve vzdušném prostředí s konstantní teplotou a rostoucí relativní vlhkostí vyjadřuje sorpční izoterma.
U naprosté většiny stavebních materiálů se sorpční a desorpční izotermy neshodují. Rozdíl hmotnostní vlhkosti stavebního materiálu při stejné relativní vlhkosti vzduchu φ se nazývá sorpční hystereze. Obrázek 8 ukazuje sorpční a desorpční izotermy vodní páry pro pěnosilikát. podle [38]. Z obr. 8 je zřejmé, že např. pro φ = 40 % při sorpci má pěnový silikát hmotnostní vlhkost ωв=1,75 % a během desorpce ωв= 4 %, proto je sorpční hystereze 4-1,75 = 3,25 %.
Obr.8. Hmotnostní vlhkost pěnosilikátu při sorpci (1) a desorpci (2)
Hodnoty sorpční vlhkosti stavebních materiálů jsou uvedeny v různých literárních zdrojích, např. v [9].
2.2.7 Paropropustnost plotů
Vyloučení kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu plotu nemůže zaručit absenci kondenzace vlhkosti v tloušťce plotu.
Vlhkost ve stavebním materiálu může být ve třech různých fázích: pevná látka, kapalina a pára. Každá fáze se šíří podle svého vlastního zákona. V klimatických podmínkách Ruska je nejpalčivějším problémem pohyb vodní páry v zimě. Z experimentálních studií je známo, že potenciál přenosu páry – jeho hnací silou je parciální tlak vodní páry ve vzduchu e, Pa. Uvnitř stavebních materiálů oplocení se vlhký vzduch nachází v pórech materiálu. Pára se pohybuje od vyššího k nižšímu parciálnímu tlaku.
V chladném období je teplota vzduchu uvnitř výrazně vyšší než venku. Vyšší teplota odpovídá vyššímu tlaku nasycení par Е. Navzdory skutečnosti, že relativní vlhkost vnitřního vzduchu je menší než relativní vlhkost venkovního vzduchu, parciální tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu ев výrazně převyšuje parciální tlak vodní páry ve venkovním vzduchu ен. Proto je proud páry směrován z místnosti ven. Proces pronikání páry plotem se týká difúzní procesy. Jinými slovy, vodní pára difunduje plotem. Difúze je čistě molekulární jev, což je záměna molekul jednoho plynu za molekuly druhého, v tomto případě záměna molekul suchého vzduchu v pórech stavebních materiálů za molekuly vodní páry. A proces difúze vodní páry přes ploty se nazývá paropropustnost.
Abychom se vyhnuli nejasnostem v terminologii, okamžitě to upřesněme propustnost páry – to je vlastnost materiálů a konstrukcí z nich vyrobených propouštět vodní páru skrz sebe a paropropustnost – Jedná se o proces pronikání páry materiálem nebo plotem.
Paropropustnost μ závisí na fyzikálních vlastnostech materiálu a odráží jeho schopnost propouštět vodní páru difundující skrz něj. Paropropustnost materiálu μ je kvantitativně rovna difúznímu toku vodní páry mg/h, procházející m 2 plochy kolmo k proudění, s parciálním tlakovým gradientem vodní páry podél proudění rovným 1 Pa/m. .
Vypočtené hodnoty μ jsou uvedeny v referenčních tabulkách [32]. Navíc u izotropních materiálů μ nezávisí na směru proudění vlhkosti a u anizotropních materiálů (dřevo, jiné materiály s vláknitou strukturou nebo lisované) jsou hodnoty μ uvedeny v závislosti na poměru směrů proudění páry a vlákna.
Paropropustnost pro tepelně izolační materiály zpravidla volné a s otevřenými póry má velké hodnoty, např. u desek z minerální vlny na syntetickém pojivu o objemové hmotnosti ρ = 50 kg/m 3 je součinitel paropropustnosti μ = 0,60 mg/ (h.m.Pa). Materiálům vyšší hustoty odpovídá nižší hodnota součinitele paropropustnosti, např. těžký beton s hutným kamenivem má μ = 0,03 mg/ (h.m.Pa). Existují však výjimky. Extrudovaný pěnový polystyren, izolace s uzavřenými buňkami, o hustotě ρ=25 – 45 kg/m 3 má μ=0,003 – 0,018 mg/ (h.m. Pa) a prakticky nepropouští páru.
Používají se materiály s minimální paropropustností parotěsné vrstvy. Pro plošné materiály a tenké vrstvy parozábrana Vzhledem k velmi malé hodnotě μ je v referenčních tabulkách [32] uveden paropropustný odpor a tloušťka těchto vrstev.
Paropropustnost vzduchu je μ = 0,0062 m 2.h. Pa / mg v nepřítomnosti konvekce a μ = 0,01 m2.h. Pa/mg při konvekci [38]. Při výpočtu odolnosti proti paropropustnosti je proto třeba mít na paměti, že parotěsné vrstvy plotu, které nezajišťují kontinuitu (mají trhliny) (parotěsná fólie porušená vnitřními spoji plotu, listové parotěsné vrstvy položené i překrývající se, ale bez potažení švů parotěsným tmelem) bude mít větší paropropustnost než bez zohlednění této okolnosti.
Z fyziky je známo, že existuje úplná analogie mezi procesy prostupu par a tepelnou vodivostí. Navíc se to pozoruje analog v procesech přenosu tepla a vlhkosti na plochách plotů. Proto můžeme uvažovat analogie mezi komplexními procesy přenosu tepla a přenosu vlhkosti přes plot. Tabulka 2 uvádí přímé analogy v těchto procesech.
Analogie mezi procesy přenosu tepla a přenosu vlhkosti při difúzi par
vnitřní vzduch tвo C;
vnitřní povrch τвo C;
na spojích vrstev tio C;
vnější povrch τнo C;
venkovní vzduch tн, o S.
Parciální tlak vodní páry:
ve vnitřním vzduchu ев, Pa;
na vnitřním povrchu еslunce, Pa;
na spojích vrstev еi, Pa;
vnější povrch еnapř., Pa;
ve venkovním vzduchu ен, Pa.
Paropropustnost materiálu
Tepelný odpor vrstvy
RТ=δ/λ, m 2. o C/W
Odolnost proti paropropustnosti vrstvy tlustý δ, m,
Rп=δ/μ, m 2. h . Pa/mg (2.43)
na vnitřním povrchu αвW/ (m2,oC);
na vnějším povrchu αн, W/ (m 2, o C).
Koeficienty přenosu vlhkosti
na vnitřním povrchu βв, mg/ (h. m2, Pa);
na vnějším povrchu βн, mg/ (h. m2, Pa).
Odolnost proti přenosu tepla na plochách plotu
Odolnost proti ztrátě vlhkosti na povrchu plotu
na vnitřním Rp.c.= 1/pв, m 2. h . Pa/mg; (2.44)
na vnější Rp.n.= 1/pн, m 2. h . Pa/mg. (2.45)
Celkový odpor prostupu tepla plotu
Obecná odolnost proti paropropustnosti plotu
Hustota tepelného toku plotem
Hustota proudění difúzní vlhkosti plotem
Ve svém fyzickém významu odolnost proti paropropustnosti vrstvy oplocení je rozdíl v elasticitě vodní páry, který musí být vytvořen na površích vrstvy tak, aby proud páry rovný 1 mg/h difundoval přes 2 m1 její plochy.
Obecná paropropustnost obvodové konstrukce (při difúzi par) se skládá z odporu proti prostupu par všech jeho vrstev a odporu proti výměně vlhkosti na jeho površích, jak vyplývá z výrazu (2.43).
Koeficient prostupu vlhkosti se zpravidla nepoužívá v technických výpočtech celkového odporu prostupu par; výpočty přímo využívají odpor prostupu vlhkosti na površích, přičemž jejich hodnoty se rovnají Rp.c.= 0,0267 m2.h. Pa/mg, Rp.n.,= 0,0052 m 2. h. Pa/mg [4].
Elasticita vodní páry difundující plotem, když prochází jeho tloušťkou, se bude lišit mezi hodnotami eв a to jeн. Pro zjištění parciálního tlaku vodní páry eх v kterékoli části plotu (obr. 9) použijte vzorec podobný vzorci (2.30) k určení rozložení teploty v části plotu:
kde Rp.v-x, Rp.n-x – odolnost proti prostupu par z bodu x do vnitřního a vnějšího vzduchu, m 2. h. Pa/mg.
Obr.9. Rozložení parciálního tlaku a tlaku nasycení vodní páry po průřezu plotu
Otázky pro sebeovládání.
1. Příčiny ztráty vlhkosti na povrchu nebo v tloušťce plotu.
2. Negativní důsledky ztráty vlhkosti na povrchu nebo v tloušťce plotu.
3. Jak se liší hydrofilní stavební materiály od hydrofobních?
4. Jaká je struktura většiny stavebních materiálů?
5. Jaké tři formy vazby mezi vlhkostí a stavebními materiály znáte na základě povahy vazebné energie a velikosti energetické hladiny?
6. Co je vlhký vzduch?
7. Jaký je parciální tlak vodní páry ve vlhkém vzduchu?
8. Z čeho se skládá barometrický tlak vlhkého vzduchu?
9. Co je relativní vlhkost?
10. Jaký vzduch se nazývá nasycená vodní pára?
11. Jaká teplota se nazývá rosný bod?
12. Jaké jsou podmínky pro nepřítomnost kondenzace v libovolném bodě průřezu obestavující konstrukce?
13. Jak se určuje hmotnostní vlhkost materiálu?
14. Jak se určuje objemová vlhkost materiálu?
15. Jaká je rovnovážná vlhkost materiálu?
16. Co je sorpce a desorpce? *
17. Jak se projevuje sorpční hystereze?
18. Jaký je potenciál pro přenos vodní páry v obvodových pláštích budov?
19. Jaká je difúze páry uzavřeným prostorem?
20. Co je to paropropustnost?
21. Co je to paropropustnost?
22. Jaká je kvantitativní hodnota paropropustnosti materiálu μ?
23. Co je to parozábrana?
24. Fyzikální význam odporu paropropustnosti vrstvy?
25. Jaký je celkový odpor obvodové konstrukce proti prostupu par?
26. Napište vzorec pro celkový paropropustný odpor plotu.
27. Jak určit parciální tlak vodní páry ve vzduchu při známých teplotách tв a relativní vlhkost φв?
28. Jak se určuje tlak nasycené vodní páry?
29. Nakreslete kvalitativní obrázek rozložení parciálního tlaku vodní páry ve dvouvrstvé stěně při známých tlacích v okolním prostředí eв a eн, pokud μ1> μ 2.
30. Nakreslete kvalitativní obrázek rozložení parciálního tlaku vodní páry ve dvouvrstvé stěně při známých tlacích v okolním prostředí eв a eн, pokud μ1 μ 2.
31. Napište vzorec pro určení parciálního tlaku vodní páry na vnitřním povrchu dvouvrstvé stěny eext. pov při známých tlacích v médiích eв a eн, tloušťky vrstev δ1 a XNUMX2, paropropustnost μ1 a μ 2.
32. Napište vzorec pro určení parciálního tlaku vodní páry na vnějším povrchu dvouvrstvé stěny (e).n. pov při známých tlacích v médiích eв a eн, tloušťky vrstev δ1 a XNUMX2, paropropustnost μ1 a μ2.
33. Napište vzorec pro určení parciálního tlaku vodní páry mezi vrstvami dvouvrstvé stěny e při známých tlacích v prostředí eв a eн, tloušťky vrstev δ1 a XNUMX2, paropropustnost μ1 a μ2.
34. Napište vzorec pro určení parciálního tlaku vodní páry ex v jakékoli části vícevrstvé stěny při známých tlacích v médiu eв a eн, tloušťky vrstev δi, paropropustnost μi.
