Zbigniew Perkowski

Określanie parametrów opisujących transport wilgoci w materiałach porowatych na podstawie badań kinetyki sorpcji

Streszczenie

W dobie coraz większych wymagań stawianych budynkom i budowlom nieodzowna staje się m.in. umiejętność dokładnego symulowania procesów cieplno-wilgotnościowych, które w nich zachodzą – zarówno w przypadku projektowania obiektów nowych, jak i diagnostyki tych istniejących. Wiąże się to z koniecznością odejścia od klasycznie przyjętych opisów transportu ciepła i wilgoci w przegrodach budowlanych w kierunku, w którym uwzględnia się zależność współczynników kinetycznych modelu od jego zmiennych, a także sprzężenie wymienionych zjawisk fizycznych. Wymaga to posiadania wiedzy o miarodajnych wartościach parametrów materiałowych, co implikuje z kolei potrzebę ciągłego doskonalenia sposobów ich określania. Metody służące temu celowi, w miarę możliwości, powinny być jak najmniej czasochłonne, a pomiary powinny być prowadzone w warunkach jak najbardziej zbliżonych do tych, które będą występować w trakcie typowej eksploatacji danej przegrody, a więc w procesie niestacjonarnym oraz w przewidywanych przedziałach temperatur i wilgotności. Stąd, w ramach referatu, zaprezentowane zostaną przykładowo dwie metody rozwijane przez autora, które poświęcono temu zagadnieniu w przypadku badań porowatych materiałów budowlanych w zakresie higroskopijnym.
Pierwsza z prezentowanych metod polega na znalezieniu wartości współczynników dyfuzji i przejmowania wilgoci materiału porowatego poprzez optymalne dopasowanie eksperymentalnych krzywych kinetyki sorpcji (lub desorpcji) do tych, które otrzymuje się na podstawie przyjętego modelu dyfuzji z możliwością uwzględnienia zmienności wymienionych parametrów wraz z wilgotnością. Eksperyment przebiega w warunkach izotermicznych przy ustalonej wilgotności początkowej próbki oraz wilgotności powietrza w otoczeniu. Druga z metod, od strony eksperymentalnej, polega na wymuszeniu transportu wilgoci niestacjonarnym przepływem ciepła w szczelnie zamkniętej kostce materiału i ciągłym pomiarze zmian wilgotności względnej powietrza porowego i temperatury w wybranych punktach układu. Parametry przyjętego w tym przypadku modelu termodyfuzyjnego (z uwzględnieniem wpływu przewodzenia ciepła na transport masy) wyznacza się również poprzez optymalne dopasowanie przebiegów czasowych danych uzyskanych z termohigrometrów i które obliczono wg rozważań teoretycznych. Funkcje celu sformułowanych współczynnikowych zadań odwrotnych stanowią wobec tego sumy kwadratów różnic wielkości pomiarowych i odpowiadających im wynikom z symulacji numerycznych zadań początkowo-brzegowych, które są zgodne z warunkami eksperymentu. Do minimalizacji funkcji celu używa się algorytmu Levenberga-Marquardta lub nieliniowej metody najmniejszych kwadratów. W ramach referatu przedstawione zostaną możliwości omawianych metod na przykładzie szacowania wartości parametrów wilgotnościowych wybranych gatunków drewna krajowego oraz parametrów cieplno-wilgotnościowych wełny mineralnej.