FI108163B - Menetelmä ja laite materiaalista tai materiaaliin diffusoituvan vesihöyryn mittaamiseksi - Google Patents

Description

108163

Menetelmä ja laite materiaalista tai materiaaliin diffusoituvan vesihöyryn mittaamiseksi

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä. 5 Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 10 johdannon mukainen laite.

Tämänkaltaisia menetelmiä ja laitteita käytetään mittaamaan materiaalista diffusoituvaa vesihöyryä. Kosteuden haihtumisnopeutta ja imeytymisnopeutta, josta voidaan laskea diffuusiokerroin ja kosteusvuo, mitataan materiaalin pinnalta. Erityisesti menetelmiä ja laitteita käytetään mittaamaan rakenteiden kuivumis- tai to kostumisnopeutta.

Tunnetun tekniikan mukaisesti rakenteiden tasapainokosteutta on mitattu sekä materiaalin sisältä että materiaalin pinnalta käsin mittaamalla. Materiaalin pinnalta mittaavissa tekniikoissa on luonnollisesti se etu, että itse mitattavaa materiaalia ei tarvitse fyysisesti vaurioittaa. Materiaalin pinnalta haihtuvaa kosteutta on mitattu 15 lähinnä menetelmillä, jotka perustuvat mitattavan materiaalin pinnalle asetettujen mittauskammioiden käyttöön. Mittauskammion mitattavaa materiaalia vasten tuleva sivu on avoin, mutta muuten se on tehty höyry tiiviiksi. Mittauskammio käsittää myös kosteutta imevää ainetta, kuten kalsiumkloridia, sisältävän mittausrasian. Mittaus tapahtuu siten, että mittauskammioon tuleva mittausrasia punnitaan ja asennetaan *·“· 20 mittauskammioon ja tämän jälkeen mittauskammio asetetaan tiiviisti materiaalin pintaa *.1.1 vasten avoin sivu materiaalin pintaan päin. Materiaalista mittauskammion avoimen • · · sivun kohdalta haihtuva kosteus diffusoituu mittauskammioon ja imeytyy mittausrasiaan. Mittausajan, tyypillisesti noin 72 tunnin, jälkeen mittauskammio • · · • · · irrotetaan pinnasta ja sen sisällä ollut, kosteutta absorboinut mittausrasia punnitaan.

• · · • » · 25 Materiaalista haihtuneen kosteuden määrä voidaan laskea mittausrasian massan • « · ‘ kasvusta mittauksen aikana. Haihtuneen kosteuden, mittauspinta-alan ja mittausajan perusteella voidaan tehdä karkeita päätelmiä haihduttavan materiaalin sisältämästä vesimäärästä, materiaalin tasapainokosteudesta ja kosteuden haihtumisnopeudesta.

* 9 , 108163

Kosteutta imevän rasian punnituksiin perustuva menetelmä on virhealtis. Mittausvirhettä aiheutuu tyypillisesti punnitusvirheestä, mittauksen aikaisista kosteusvuodoista sekä siitä, että mittausmenetelmällä mitataan koko mittausajan kosteusabsorbtion integraali. Useimmiten mittauksen alkujaksolla diffuusion määrää 5 mitattavan aineen pintakerros, jonka kosteuspitoisuuteen vaikuttaa voimakkaasti muutaman mittausta edeltävän päivän aikana ympäristössä vallinnut kosteus. Vasta mittauksen loppujaksolla diffuusion määrään vaikuttaa mitattavan aineen tasapainokosteus, jota menetelmällä halutaan mitata. Tässä mittausperiaatteessa mittauksen alkujakson epämääräisyys onkin suurin periaatteellinen virhelähde. 10 Kosteutta imevien rasioiden punnituksiin perustuvien menetelmien puutteena on myös niiden tarvitsema pitkä mittausaika. Mittausaika voi olla esim. 1-5 vuorokautta.

US-patenttijulkaisussa 4,066,068 on kuvattu menetelmä ja laite pinnasta haihtuvan kosteusvuon mittaamiseksi. Menetelmä ja laite on tarkoitettu erityisesti ihon pinnalta haihtuvan kosteuden mittaamiseen. Menetelmä perustuu molemmista päistään 15 avoimen, putkimaisen suojakotelon käyttämiseen. Suojakotelon ensimmäinen pää asetetaan ihon pintaa vasten, ja toinen pää jätetään vapaasti kosketuksiin ympäröivän ilman kanssa. Ihon haihduttaessa kosteutta ihon pinnan läheisyydessä olevan ilman kosteus kasvaa ympäröivän ilman kosteutta suuremmaksi. Tästä aiheutuu suojakotelon sisällä olevaan ilmaan kosteusgradientti. Kosteusgradienttia mitataan suojakotelon . 20 sisälle kahteen ihon pinnan normaalin suunnassa poikkeutettuun pisteeseen sijoitetuilla kahdella kosteusanturilla. Suojakotelossa vallitsevaa lämpötilagradienttia mitataan • » vastaavalla tavalla sijoitetuilla kahdella lämpötila-anturilla. Mitatuista kosteus- ja :lämpötilagradienteista voidaan diffuusioyhtälöiden avulla laskea ihon pinnan * haihduttama kosteusvirta.

• · • · · 25 US-patenttijulkaisussa 4,066,068 kuvattu menetelmä soveltuu materiaalin ja sen • · · ympäristön välisen kosteusvaihdon mittaamiseen vallitsevissa ympäristöolosuhteissa. Menetelmällä voitaisiin rakennekosteuden mittaukseen sovellettuna siis lähinnä ';' määrittää, millä nopeudella rakenteen pinnasta siirtyy kosteutta ympäröivään ilmaan : vallitsevissa olosuhteissa. Mitään varsinaista rakennekosteuden mittaukseen soveltuvaa 30 ratkaisua julkaisussa ei ole esitetty. Julkaisussa esitetyssä laitteessa on lisäksi ongelmana se, että ympäristön ilmavirtaukset voivat aiheuttaa pyörteitä suojakotelon 3 108163 sisälle. Pyörteilevässä tai virtaavassa ilmassa kosteusvirta ei enää määräydy pelkästään diffuusiovirran perusteella, ja laitteella voidaan päätyä erheelliseen mittaustulokseen.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatut puutteellisuudet ja aikaansaada aivan uudentyyppinen menetelmä ja laite materiaalin haihduttaman tai imemän 5 kosteuden mittaamiseksi.

Keksintö perustuu siihen, että kosteusvirtaa mitataan määrittämällä kosteuspitoisuuden gradientti suljetussa mittauskammiossa. Kosteuspitoisuutta mitataan ainakin yhdessä pisteessä. Kussakin kosteuden mittauspisteessä mitataan myös lämpötilaa edullisesti kosteusanturiin integroidun lämpötila-anturin avulla. Keksintö perustuu myös siihen, 10 että mittauskammion avoimelle sivulle vastakkaiseen päähän sijoitetaan joko kosteutta mittauskammion ilmatilaan vapauttava kosteuslähde tai kosteutta mittauskammion ilmatilasta itseensä sitova kosteudensitoja. Kosteusgradientista lasketaan kosteusvirta, ja kosteusvirtaa ja/tai sen muutosta analysoimalla määritetään mitattavan materiaalin Kuivumis- tai kostumisnopeus. Mitattavan materiaalin tasapainokosteus voidaan 15 päätellä kuivumisnopeuden perusteella. Mikäli mitataan lisäksi tasapainokosteus materiaalin sisältä sopivalta, tyypillisesti 2-4 cm:n, syvyydeltä, voidaan määrittää materiaalin permeabiliteetti. Näiden tietojen perusteella voidaan myös ennakoida . rakenteen tasapainokosteuden käyttäytyminen esim. materiaalin kuivaessa tai kostuessa tai materiaalia pinnoitettaessa. Menetelmässä voidaan ottaa huomioon myös 20 mahdollinen lämpögradientin syntyminen ja sen aiheuttama konvektio mittaamalla ””· lämpötila diffuusiotien molemmista päistä ja kolaamalla konvektion vaikutus f · :: laskennallisesti.

• · * • * * Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle • · 25 laitteelle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 10 . tunnusmerkkiosassa.

« ‘ · ’ Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

V Keksinnön avulla voidaan parantaa rakennekosteusmittauksen tarkkuutta ja nopeutta.

Vettä imevän aineen massan muutokseen perustuvaan rakennekosteuden 108163 4 mittausmenetelmään verrattuna keksintö nopeuttaa ja tarkentaa kosteusmittausta huomattavasti. Keksinnön mukaisella menetelmällä diffuusion mittaus voidaan nimittäin tehdä esim. 15 minuutissa. Mittauksen nopeuden ansiosta voidaan käyttää useampia mittauspisteitä tai esim. tehdä tarvittavat rakennuksen kosteusmittaukset 5 mittaushenkilön yhden käynnin aikana.

Keksinnöllä on myös lisäetuja taijoavia edullisia sovellusmuotoja.

Mikäli keksinnön yhteydessä käytetään mittauskammiossa kosteudensitojan tilalla kosteuslähdettä, kuten kostutettua huopaa, voidaan mitata myös materiaalin kosteudenimemiskykyä.

10 Mikäli käytettäessä kosteudensitojaa tai kosteuslähdettä kosteuden diffuusiovirtaa mitataan välittömästi mittalaitteen mitattavalle pinnalle asettamisen jälkeen, voidaan määrittää pinnan maksimaalinen haihdutuskyky tai vastaavasti maksimaalinen kosteudenimemiskyky kyseisessä mittausolosuhteessa. Jatkettaessa mittausta edelleen voidaan määrittää materiaalin haihdutuskyky ja kosteudenimemiskyky.

15 Kosteusvuon aikariippuvuuden perusteella voidaan määritellä mitattavan materiaalin tasapainokosteus ja permeabiliteetti.

Tasapainokosteus voidaan haluttaessa varmistaa helposti ja yksinkertaisesti mittaamalla tietyltä syvyydeltä mitattavasta materiaalista, jolloin mitattavan aineen • ; permeabiliteetti voidaan laskea mitatun tasapainokosteuden diffuusion ja materiaalin * · . . 20 pinnassa oleva anturin mittaustiedon perusteella.

• · · » · • · · v : Mikäli keksinnön avulla seurataan rakennusmateriaalin kuivumista ja mitataan materiaalin kosteus, keksintö tarjoaa erinomaisen menetelmän rakennusmateriaalien • · '.'. * pinnoitettavuuden arvioimiseen.

• * · • · · • · «

Keksintöä ryhdytään seuraavassa tarkastelemaan esimerkkien avulla ja oheiseen ·, 25 piirustukseen viitaten.

• - ’: Kuvio 1 esittää poikkileikkauksena yhtä keksinnön mukaista mittalaitetta.

5 108163

Keksinnön yleinen mittausperiaate on se, että mitattavan pinnan yläpuolelle muodostetaan olennaisesti höyrytiivis mittauskammio, jonka sisältämää ilmatilaa pitkin voi kosteutta diffusoitua joko mitattavasta pinnasta kammion toiseen päähän tai päin vastoin. Ilman kosteuspitoisuus määritetään ainakin kahdessa 5 mittauskammionpisteessä ja tuloksista lasketaan mittauskammion läpäisevä kosteusvirta. Määrittäminen tehdään mittaamalla. Vaihtoehtoisesti kosteusvirta voidaan määrittää myös siten, että kosteuspitoisuus mitataan ainoastaan yhdessä pisteessä materiaalin pinnalla ja oletetaan tunnetuksi mittauskammion toisessa päässä.

Kuvion 1 mukainen mittalaite käsittää ensimmäisestä ja toisesta päästä avoimen, 10 sylinterimäisen rungon 1, jonka sisäpuolelle jää mittauskammio 7. Mittalaite käsittää myös rungon 1 toisen avoimen pään sulkemaan sovitetun kannen 2, rungon 1 ja kannen 2 väliin sovitetun kosteudensitojan 3 tai kosteuslähteen 13, rungon 1 ensimmäiseen päähän sovitetun tiivisteen 4 sekä mittauskammioon 7 lähelle rungon 1 ensimmäistä ja toista päätä sijoitetut lämpötila- ja kosteusanturit 5, 6. Kuviossa on 15 myös esitetty materiaalia 8, jonka kosteutta mitataan. Kosteutta mitataan asettamalla mittalaite materiaalin 8 pintaa 9 vasten. Kosteudensitojan 3 tai kosteuslähteen 13 kosteutta sitova tai vastaavasti vapauttava pinta on puolestaan pinta 10. Mittalaite käsittää myös laskentayksikön ja tarvittavat johtimet mittaustietojen johtamiseksi laskentayksikköön. Näitä elimiä ei kuitenkaan ole esitetty kuviossa 1.

20 Rungon 1 tehtävänä on yhdessä kannen 2 kanssa rajata mitattavan pinnan 9 päälle : olennaisesti höyrytiivis mittauskammio 7. Lisäksi runko 1 tukee joitakin mittalaitteen « · osia. Itse mittauskammion 7 ja siten rungon 1 muodolle ei ole juurikaan ··· • · · ’·’ periaatteellisia rajoituksia. Rungon 1 ensimmäisessä päässä olevien reunojen tulee kuitenkin tasopintoja mitatessa olla mahdollisimman hyvin ja tasaisesti yhdessä • · · • · · I.: 25 tasossa, jotta voidaan saavuttaa hyvä tiivistys rungon 1 ja mitattavan pinnan 9 välille.

• · · • · ·

Mittauskammion 7 poikkileikkaus mitattavan pinnan 9 suunnassa taas voi periaatteessa * olla minkä muotoinen tahansa. Valmistusteknisesti edullisia muotoja ovat kuitenkin suorakaide, neliö ja erityisesti ympyrä. Muutoin mittauskammio 7 on edullisesti siten ' ' : muotoiltu, että mittausasennossa oleva mittauskammio 7 jatkuu mitattavan pinnan 9 30 normaalin suunnassa tasalevyisenä ja poikkileikkaukseltaan yhtenäisenä. Mittauskammio 7 on siis edullisesti muodoltaan esim. kuutio tai sylinteri.

6 108163

Periaatteessa mittauskammio 7 voi kuitenkin kaventua, leventyä tai muuttaa muotoaan liikuttaessa mittauskammion 7 ensimmäisestä päästä toiseen päähän, mutta säännöllinen muoto helpottaa diffuusioilmiön mallintamista ja siten mittausta. Diffuusiotie, joka voidaan määritellä mittauskammion 7 sisällä olevaksi reitiksi 5 rungon 1 ensimmäisessä päässä olevalta mitattavalta pinnalta 9 rungon 1 toiseen päähän, on siis edullisesti tasaleveä ja mitattavan pinnan 9 normaalin suuntainen. Diffuusiotien suunta voi olla myös edellä kuvatulle päinvastainen. Mittauskammio 7 toimii siis diffuusiokammiona.

Rungon 1 materiaalin tulee olla vettä ja höyryä olennaisesti sitomatonta ja hyvin 10 lämpöä johtavaa materiaalia, jotta mittauskammio 7 itse vaikuttaisi mahdollisimman vähän mittaukseen. Veden tai höyryn adsorption materiaalin pinnalle pitää olla pientä tai olematonta. Sopivia materiaaleja ovat esim. alumiini, teräs tai polytetrafluorietyleeni. Runko 1 voi myös koostua kahdesta eri materiaalista, joista toinen on vettä sitomatonta. Tällöin rungon 1 mittauskammioon 7 rajoittuvat osat on 15 päällystetty vettä sitomattomalla materiaalilla.

Kuvion 1 esittämässä laitetyypissä rungon 1 mitat voivat sovelluksesta riippuen olla esim. sellaiset, että mittauskammion 7 muodostavan sylinterin korkeus on 6 - 10 cm ja halkaisija 5-10 cm.

; , Kansi 2 muotoillaan puolestaan siten, että se voidaan tiivistää runkoa 1 vasten. Kansi ^ ! 20 2 voidaan tehdä esim. painamalla paikoilleen sovitettavaksi. Mikäli runko 1 on sylinterimäinen, kansi 2 voidaan tehdä myös kierteiden avulla kiinnitettäväksi. Kannen * ♦ · • · .·:·. 2 ja rungon 1 välisen liitoksen ei tarvitse välttämättä olla höyrytiivis, mikäli liitos ei rajoitu mittauskammion 7 diffuusiotiehen, vaan sijaitsee esim. kosteudensitojan 3 takana. Kanteen 2 muotoillaan myös tila, johon kosteudensitoja 3 tai vastaavasti • ♦ :T: 25 kosteuslähde 13 voidaan sijoittaa. Vaihtoehtoisesti kosteudensitoja 3 tai kosteuslähde . 13 voidaan suunnitella asetettavaksi runkoon 1 tehtyyn upotukseen tai rungon 1 ja : ‘: kannen 2 väliin. Edullisen muotoisessa mittauskammiossa 7 myös mitattava pinta 10 : ja kosteutta sitova tai vapauttava pinta 10 ovat yhdensuuntaiset.

Kosteudensitojan 3 ja vastaavasti kosteuslähteen 13 suunnittelussa on olennaista se, 30 että kosteutta sitova tai vapauttava pinta 10 kattaa olennaisesti koko diffuusiotien 7 108163 poikkipinnan. Edullisen muotoista mittauskammiota 7 käytettäessä tällaisella muotoilulla voidaan välttää kosteudensitojan 3 tai kosteuslähteen 13 pinnan 10 suuntaisen kosteusgradientin syntyminen mittauskammion 7 sisälle. Kosteudensitojan 3 kosteutta sitovana aineena voi olla esim. silikageeli, kalsiumkloridi tai muu vastaava 5 aine. Olennaista on, että kosteudensitoja 3 kykenee sitomaan kosteutta ainakin jotakuinkin samalla nopeudella jolla mitattava pinta 9 sitä vapauttaa. Kosteudensitojan 3 tulisi myös kyetä sitomaan kosteutta tasaisesti koko pinnan 10 alueelta. Kosteuslähteen 13 kosteutta vapauttavana aineena voi puolestaan olla esim. kostutettu huopa. Olennaista kosteuslähteelle 13 on, että se kykenee tarvittaessa vapauttamaan 10 kosteutta ainakin samalla nopeudella jolla mitattava pinta 9 voi tätä diffuusiotien toisessa päässä sitoa. Kosteuslähteen 3 tulisi myös kyetä vapauttamaan kosteutta tasaisesti koko pinnan 10 alueelta.

Tiivisteen 4 tehtävänä on eristää mittauskammion 7 ensimmäistä päätä lähellä oleva osa olennaisen höyrytiiviisti mittalaitetta ympäröivästä ilmasta. Tiivisteen edullinen 15 materiaali ja edulliset mitat riippuvat mittauskammion 7 mitoista sekä mitattavasta materiaalista 8 ja sen pinnan 9 tasaisuudesta. Mikäli veden diffuusio mitattavassa materiaalissa on nopeaa, tiivisteen 4 on oltava riittävän leveä materiaalia 8 pitkin tiivisteen 4 ohi diffusoituvan kosteusvirran merkityksen vähentämiseksi. Useimmiten ; t: tiiviste 4 voi olla esim. kumia ja noin 5-10 mm leveä.

20 Lämpötila- ja kosteusanturit 5, 6 ovat mieluiten sellaista tyyppiä, jossa lämpötila- *:**: anturit on integroitu kosteusantureihin. Tällöin saadaan mitattua tarkasti • · :.v kosteusanturin lämpötila, joka puolestaan seuraa ympäröivän ilman lämpötilaa. Mikäli *.* * käytetään erillisiä kosteus- ja lämpötila-antureita, kosteus- ja lämpötila-antureiden lämpötilat saattavat poiketa toisistaan, jolloin päädytään väärään mittaustulokseen.

• · • · · *·*·* 25 Käytettäessä kahta lämpötila- ja kosteusanturia 5, 6 nämä sijoitetaan mittalaitteeseen • · ♦ siten, että ensimmäinen anturi 5 sijaitsee lähellä mitattavaa pintaa 9 ja toinen anturi 6 . : lähellä kosteudensitojan 3 tai kosteuslähteen 13 pintaa 10. Antureiden 5, 6 etäisyys

« · I

em. pinnoista voi olla esim. 2-5 mm. Anturi 5 etäisyys pinnasta 9 minimoidaan.

• · : ‘ : Anturit 5, 6 voidaan ripustaa esim. diffuusiotien keskelle, ja ripustus voidaan tehdä 30 esim. runkoon 1 kiinnitettyjen ripustimien avulla. Ripustimet käsittävät myös tarvittavat johtimet mittausinformaation siirtämiseksi anturilta laskentayksikköön.

8 108163

Anturit 5, 6 tulee valita siten, että niiden poikkileikkaus ei muodosta merkittävää osaa mittauskammion poikkileikkauksesta eli diffuusiotien pinta-alasta. Muutoin antureiden 5, 6 valintaan vaikuttavat mm. tarvittava mittaustarkkuus ja -alue.

Keksinnön mukaisessa mittausmenetelmässä käytetään apuna esim. edellä kuvatun 5 kaltaista mittalaitetta. Menetelmässä muodostetaan mitattavan materiaalin 8 pinnan 9 yläpuolelle diffuusiokammio 7, joka tiivistetään mitattavaa pintaa 9 vasten. Diffuusiokammiota 7 muodostettaessa tai muodostamisen jälkeen mitattavalle pinnalle 9 vastakkaiselle diffuusiokammion 7 sivulle muodostetaan haihdutusta mitattaessa diffuusiokammiosta höyryä puoleensa sitova pinta 10. Mikäli taas mitataan höyryn 10 imeytymistä materiaaliin 8, diffuusiokammioon 7 muodostetaan vastaavasti kosteutta diffuusiokammion 7 ilmaan vapauttava pinta. Näin luodaan diffuusiokammioon olennaisesti häiriötön diffuusiotie sekä olosuhteet, joissa diffuusiokammion ensimmäisessä ja toisessa päässä on erilaisen kosteuden omaavat pinnat 9, 10. Kosteus pyrkii tasoittumaan pintojen 9, 10 ja näitä vasten olevan ilman välillä, ja 15 diffuusiokammion 7 ilmatilaan syntyy kosteusgradientti pintojen 9, 10 välisessä suunnassa. Kosteusgradientti puolestaan aiheuttaa kosteuden diffusoitumisen diffuusiokammion ilmatilassa kosteammasta päästä kuivempaan päähän.

Diffuusiokammion 7 muodostamisen jälkeen määritetään diffuusiokammion ilmatilasta : : : vesihöyryn osapaine Pw kahdessa pisteessä. Ensimmäinen mittauspisteistä sijaitsee : /. i 20 lähellä mitattavaa pintaa 9 ja toinen lähellä kosteutta sitovaa tai vapauttavaa pintaa 10.

Vesihöyryn osapaine Pw voidaan määrittää esim. mittaamalla ilman suhteellinen kosteus Rh ja lämpötila T, ja laskemalla vesihöyryn osapaine Pw näistä suureista. '·* * Vesihöyryn osapaine Pw voidaan tällöin laskea kaavasta: :·!·! PwCn = £flP-*PmCO [hPa], (1) 100 I » « 25 jossa on kyllästyneen vesihöyryn osapaine. Kyllästyneen vesihöyryn osapaine \: saadaan puolestaan esim. taulukosta tai laskemalla kaavasta: ' ’ : 7.5»r(oc)

Pws(T) = 6,1078*10r(°C)+237-3°c [hPa]. (2) 9 108163

Mikäli veden höyrynpaine ensimmäisessä mittauspisteessä PW1 eroaa veden höyrynpaineesta toisessa mittauspisteessä Pm, mittauspisteiden edustamien höyrynpainetasojen välille syntyy diffuusiovirta W. Diffuusiovirta W diffuusiokammion 7 ensimmäisestä päästä toiseen päähän voidaan laskea 5 höyrynpaineiden eron, mittauspisteiden edustamien höyrynpainetasojen välimatkan L, diffuusiotien poikkipinta-alan A ja vesihöyryn permeabiliteetin u perusteella. Vesihöyryn permeabiliteetti u on ilmassa 174 ng/s*m*Pa. Kuvion 1 laitetta käytettäessä A on sylinterin pohjan pinta-ala ja L mittauspisteiden välimatka sylinterin korkeussuunnassa. Diffuusiovirralle W saadaan em. yksikköjä käyttäen yhtälö: 10 V = 3,6*10' [g/h], (3)

Mikäli kosteutta siirtyy mitattavasta materiaalista 8 kosteudensitojaan 3, kaavasta 3 laskettu diffuusiovirta W on positiivinen. Mikäli taas käytetään kosteuslähdettä 13, josta siirtyy kosteutta mitattavaan materiaaliin 8, kaavasta 3 laskettu diffuusiovirta W on negatiivinen.

15 Mikäli mitattavan materiaalin 8 pinta 9 voi luovuttaa tai vastaanottaa kosteutta, diffuusiovirta W alkaa muodostua välittömästi diffuusiokammion 7 muodostamisen ‘ jälkeen. Aivan aluksi diffuusiovirtaa ei kuitenkaan voida luotettavasti mitata, koska v : kosteusgradientit diffuusiokammion 7 ilmatilassa sekä pintojen 9 ja 10 ja näiden ;‘ : lähellä olevan ilman välillä eivät ole vielä tasaantuneet. Tämä vaihe kestää tapauksesta * * 20 riippuen noin 30 - 600 sekuntia. Tasaantumisvaihetta seuraa tyypillisesti suuren • · · '·*;* diffuusiovirran vaihe, jolloin materiaalin 8 pinnasta 9 haihtuu voimakkaasti kosteutta » * · • kosteudensitojan 3 kuivattamaan ilmaan. Materiaalin 8 pinnan 9 kosteuden

. . vähentyessä myös diffuusiovirta W pienenee nopeasti. Diffuusiovirran W

pieneneminen ajan funktiona tapahtuu tyypillisesti eksponentiaalisesti, A*e'B*' - • ·, 25 tyyppisesti. Mitattaessa diffuusiovirtaa W tällä aika-alueella, noin 30 - 600 sekuntia ;;! diffuusiokammion 7 muodostamisen jälkeen, voidaan määrittää mitattavan pinnan 9 ' ·' maksimaalinen haihdutuskyky vallitsevissa kosteusolosuhteissa.

Jatkettaessa mittausta edelleen mitattavan materiaalin 8 pintaosat kuivuvat, eivätkä ne voi enää merkittävästi luovuttaa kosteutta itsestään. Mikäli mitattavan materiaalin 8 10 108163 sisäosissa on kuitenkin kosteutta, kosteus alkaa siirtyä materiaalissa 8 sisäosista pintaa 9 kohti. Tässä vaiheessa diffuusiovirta lähestyy eksponentiaalikäyrällä absoluuttisina arvoina tarkasteltuna tasapainovirtaa. Tämä perushaihtumisnopeus kuvaa puolestaan materiaalin 8 ominaisuuksia. Jos materiaalin permeabiliteetti tunnetaan, niin 5 perushaihtumisnopeuden perusteella voidaan päätellä materiaalin tasapainokosteus.

Mittaamalla diffuusiovirran lisäksi materiaalin tasapainokosteus tietyltä syvyydeltä d voidaan laskea kyseisen materiaalin permeabiliteetti em. tasapainokosteuden, mittaussyvyyden ja anturin 5 lukeman perusteella kaavasta: μ-—~— [kg*m'1*s'Ii|,Pa'1], (4)

^WM ~ ^WS

10 jossa - μ on vesihöyryn permeabiliteetti materiaalissa, - W on diffuusiovirta kilogrammoina neliömetriä ja sekuntia kohti, - Pym on tasapainokosteusmittauksella mitattu vesihöyryn osapaine materiaalin sisällä syvyydellä d ja " ΛνΜ on materiaalin pinnalta diffuusiokammion anturilla 5 mitattu 15 vesihöyryn osapaine.

Diffuusiovirran tasapainoalue saavutetaan tyypillisesti 5-30 minuutissa. Materiaalista ·.'·: 8 ja mittausjärjestelyistä riippuen tasapainon saavuttaminen voi viedä huomattavasti * * enemmänkin aikaa. Tasapainon saavuttamista voidaan kuitenkin seurata mittaamalla • · ♦ · ♦ diffuusiovirtaa ajan funktiona. Tasapaino on saavutettu, kun diffuusiovirran • · · * 20 absoluuttinen muutos ei ole enää merkittävä.

: Materiaalin tasapainokosteus määräytyy materiaalin sisältämästä vesimäärästä ja * · · v J kyvystä sitoa vettä. Vedensitomiskyky on materiaalikohtainen. Samalla : vesipitoisuudella suuren vedensitomiskyvyn omaavan materiaalin tasapainokosteus on : : pienempi verrattuna pienen vedonsitomiskyvyn omaavaan materiaaliin. Tarkemmin : 25 rakenteiden kosteusfysiikkaa ja rakennusmateriaalien ominaisuuksia on kuvattu kirjassa: ’’Manual on Moisture Control in Buildings” (ISBN: 0-8031-2051-6).

11 108163

Mitattaessa pinnan 9 kosteudenimemiskykyä toimitaan vastaavasti kuin edellä on esitetty. Mittaus eroaa siinä, että diffuusioprosessi ovat tällöin päinvastainen.

Pinnan 9 maksimaalinen haihdutus tai kosteudenimemiskyky sekä tasapainoalueen perushaihtumisnopeus tai kostumisnopeus voidaan määrittää mittaamalla nämä suureet 5 edellä kuvatulla tavalla. Vaihtoehtoisesti, mikäli diffuusioprosessia voidaan kuvata eksponentiaaliyhtälöllä, voidaan mitata ajan funktiona riittävä määrä pisteitä eksponentiaalisen relaation määrittämiseksi. Tämän jälkeen halutut suureet voidaan ekstrapoloida muodostetusta eksponentiaaliyhtälöstä.

Mitattava materiaali 8 ei kuitenkaan välttämättä aina noudata eksponentiaalista 10 riippuvuutta. Tämä voi johtua esim. mittavasta rakenteesta itsestään tai siitä, että materiaalissa on mittaushetkeä edeltäneestä kosteushistoriasta johtuvia suuria kosteusgradientteja. Mittavasta rakenteesta johtuvia poikkeamia voivat aiheuttaa esim. mittausaluetta lähellä olevat kosteusjohteet, kuten halkeamat tai kosteutta hyvin johtavat materiaalit tai materiaaliliitokset. Tällöinkin mittauksilla voidaan saada 15 arvokasta tietoa rakenteista, niiden kosteusolosuhteista ja/tai kosteuskäyttäytymisestä.

Keksinnön puitteissa voidaan ajatella myös yllä kuvatuista sovellusmuodoista poikkeavia ratkaisuja. Kuten edellä on mainittu, laitteiston muoto voi olla hyvinkin erilainen kuvion 1 laitteeseen verrattuna. Laitteeseen voidaan myös haluttaessa liittää ' lisää toimintoja, tai laite voidaan yhdistää tietokoneeseen. Menetelmä ei myöskään • ; 20 rajoita mitattavaa materiaalia. Menetelmällä voidaan mitata myös esim. maata.

• · . . Mitattava rakennusmateriaali 8 voi puolestaan olla lähes mitä tahansa, esim. betonia, • · · puuta, tiiltä, kaakelia tai kipsi-, puu- tai lastulevyä. Mitattava kohde voi olla myös eri • · · materiaalien saumakohta. Materiaali 8 voi olla joko irrallista rakennusmateriaalia tai . V. kuulua kiinteästi rakenteisiin.

• · ♦ • · » »» • ♦ ♦ *') 1 25 Keksintöä voidaan soveltaa myös siten, että vesihöyryn osapaine mitataan ainoastaan yhdessä diffuusiokammion 7 pisteessä. Tällöin tämän mittauspisteen tulee olla lähellä t 1 ' · ’ mitattavaa pintaa 9. Diffuusiovirran laskennassa tarvittava toinen osapaine lasketaan • 1 ; tällöin sillä oletuksella, että diffuusiokammion 7 ilman suhteellinen kosteus kosteudensitojan 3 pinnalla 10 on nolla. Vastaavasti kosteuslähteen 13 pinnalla 10 30 ilman suhteelliseksi kosteudeksi voidaan olettaa 100 %. Mittaustarkkuuden 12 108163 parantamiseksi oletettujen kosteusarvojen 0 % ja 100 % sijasta voidaan käyttää myös näistä poikkeavia kalibroituja arvoja. Kalibroidut arvot voivat olla esim. väleillä 1-3 % ja 97 - 99 %. Pyrittäessä hyvään mittaustarkkuuteen käytetään kuitenkin edullisesti ainakin kahta mittauspistettä. Mittauspisteitä voidaan haluttaessa sijoittaa 5 mittalaitteeseen myös esim. kolmeen tai neljään mittaustasoon ja myös siten, että kussakin mittaustasossa on esim. kaksi, kolme tai neljä erillistä anturia. Mittaustasolla tarkoitetaan tässä oletettuja tasakosteuspintoja.

Runko 1 voidaan myös muotoilla siten, että varsinaista kantta 2 ei tarvita. Tämä voidaan toteuttaa esim. siten, että rungon 1 sivuun mittauskammion 7 toiseen päähän 10 tehdään aukko, jonka kautta kosteudensitoja 3 tai kosteuslähde 13 voidaan työntää mittauskammion sisälle. Tällöin rungon 1 toinen pää voidaan muutoin suunnitella suljetuksi ja höyrytiiviiksi. Rungon sivussa olevan aukon tässä sovellusmuodossa sulkee kosteudensitoja 3 tai kosteuslähde 13. Mittausmenetelmässä voidaan haluttaessa jättää kansi 2 myös pois, mikäli kosteudensitoja 3 tai kosteuslähde 13 peittävät rungon 15 1 toisessa päässä olevan aukon riittävän hyvin. Tässä tapauksessa tosin kosteudensitoja kyllästyy nopeammin, koska se sitoo kosteutta myös mittauskammion 7 ulkopuolisesta ilmatilasta. Vastaavasti kosteuslähde 13 luovuttaa osan kosteudestaan ulkopuoliseen , , ·, ilmatilaan.

• · • · · • · · * · * 1 1 • · · • · • · · • · • · · • · · · · • · »

Claims (15)

1. Menetelmä materiaalin pinnalta tai pinnalle diffusoituvan kosteuden diffuusiovirran määrittämiseksi, jossa menetelmässä 5. muodostetaan mitattavalle pinnalle diffuusiotila, jonka ensimmäisessä päässä on mitattava pinta, - määritetään vesihöyryn osapaine ainakin ensimmäisellä ja toisella etäisyydellä mitattavasta pinnasta sijaitsevissa ainakin ensimmäisessä ja toisessa diffuusiotilan pisteessä ja ίο - lasketaan diffuusiovirta määritettyjen osapaineiden avulla, tunnettu siitä, että - muodostetaan kosteutta haihduttava tai puoleensa sitova pinta ja - diffuusiotila muodostetaan siten, että kosteutta haihduttavan tai puoleensa sitovan pinnan ja mitattavan pinnan välille muodostuu olennaisesti suljettu 15 diffuusiokammio, ! . jolloin kosteutta voidaan siirtää mitattavan pinnan ja kosteutta haihduttavan tai puoleensa sitovan pinnan välillä diffuusiokammion sisätilan kautta tapahtuvan . ·. *. diffuusion välityksellä. ♦ · ♦ · · ♦ ♦ · * · · » :Y: 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · :T: vesihöyryn osapaine määritetään ainakin ensimmäisessä määrityspisteessä siten, että • · · * ·: ·' - mitataan pistettä ympäröivän ilman suhteellinen kosteus, • t : ’ · f - mitataan pistettä ympäröivän ilman lämpötila ja t 1 · · : : - lasketaan vesihöyryn osapaine suhteellisen kosteuden ja lämpötilan 25 perusteella. I4 108163

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - ainakin yksi toinen vesihöyryn osapaineen määrityspiste valitaan siten, että se sijaitsee kosteutta haihduttavan tai puoleensa sitovan pinnan olennaisessa läheisyydessä, ja 5. kosteutta haihduttavan tai puoleensa sitovan pinnan olennaisessa läheisyydessä sijaitsevaa määrityspistettä ympäröivän ilman suhteellinen kosteus oletetaan tunnetuksi.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että to kosteutta haihduttava pinta muodostetaan sijoittamalla diffuusiokammion mitattavalle pinnalle vastakkaiseen toiseen päähän kostutettua imukykyistä materiaalia, kuten huopaa.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 kosteutta puoleensa sitova pinta muodostetaan sijoittamalla diffuusiokammion mitattavalle pinnalle vastakkaiseen toiseen päähän kosteutta imevää materiaalia, kuten silikageeliä tai kalsiumkloridia. • 4

• · • · · *·'·* 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · · *·* 20 diffuusiovirta määritetään ainakin ensimmäisellä ja toisella hetkellä, joista . . ensimmäinen hetki on 0 - 5 minuuttia diffuusiokammion muodostamisen jälkeen ja M ainakin yksi toinen 5-15 minuuttia diffuusiokammion muodostamisen jälkeen.

• ' ' 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ‘ : 25 diffuusiovirta ajan funktiona määritetään sovittamalla määritetyt hetkelliset diffuusiovirran arvot eksponentiaalikäyrälle. 15 108163

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eksponentiaalikäyrän perusteella määritetään mitattavan aineen, jonka permeabiliteetti on tunnettu, tasapainokosteus.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, jossa lisäksi mitataan materiaalin tasapainokosteus tietyltä syvyydeltä materiaalin sisältä, tunnettu siitä, että - määritetään olennaisesti materiaalin pinnalla vallitseva vesihöyryn osapaine ja 10. määritetään materiaalin tasapainokosteuden ja materiaalin pinnalla vallitsevan vesihöyryn osapaineen avulla vesihöyryn permeabiliteetti materiaalissa.

10. Laite materiaalin (8) pinnalta (9) tai pinnalle (9) diffusoituvan kosteuden . ·. 15 diffuusiovirran määrittämiseksi, joka käsittää - rungon (1), - ainakin osittain rungon (1) sisällä olevan ainakin rungon (1) ensimmäisen pään puolelta avoimen mittauskammion (7), jonka sisällä on diffuusiotie • · · :rungon ensimmäisen ja toisen pään välillä, « « · • · · * · · » 20. ainakin yhden mittauskammion (7) sisäpuolelle sijoitetun kosteusanturin (5) • · *... sekä • a • « • * · * ;*·*. - ainakin yhden mittauskammion (7) sisäpuolelle sijoitetun lämpötila-anturin (5), tunnettu siitä, että 25. laite käsittää mittauskammion (7) sisältä kosteutta sitomaan sovitetun kosteudensitojan (3) tai mittauskammion (7) sisälle kosteutta vapauttamaan κ 108163 sovitetun kosteuslähteen (3), joka kosteudensitoja (3) tai kosteuslähde (3) on sijoitettu mittauskammion (7) toiseen päähän, ja - ainakin yksi kosteusanturi ja lämpötila-anturi (5) on sovitettu diffuusiotiehen lähelle rungon (1) ensimmäistä päätä ja välimatkan päähän mittauskammion 5 toiseen päähän sijoitetusta kosteudensitojasta (3) tai kosteuslähteestä (3).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää rungon (1) toisessa päässä olevan aukon sekä kannen (2) tämän aukon sulkemiseksi. to

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että runko (1) on sylinterimäinen ja valmistettu olennaisesti kosteutta sitomattomasta materiaalista, kuten metallista.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 10 - 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että 15 ainakin yksi kosteusanturi ja lämpötila-anturi (6) on sovitettu lähelle rungon (1) toista päätä.

13 108163

14. Jonkin patenttivaatimuksen 10 - 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että • · 1 • · · I.. runkoon (1) on liitetty tiiviste (4) mittauskammion (7) avonaisen sivun reunojen • · · 20 tiivistämiseksi mitattavaa pintaa (9) vasten. • · « « W « 4 1 • · • · • 1 · on mittauskammiota (7) rajaavilta osiltaan (1, 2) olennaisesti höyrytiivis. ♦ · *·’ 1

15. Jonkin patenttivaatimuksen 10 - 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että se * « • · · 17 ρ, Λ, 108163