Dachy i stropy cz. II

Aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia wgłębnej kondensacji pary wodnej, stosuje się paroizolacje np. w postaci folii z polimerów konstrukcyjnych lub z folii aluminiowej. Wyboru właściwej paroizolacji do cieplno-wilgotnościowych warunków eksploatacji można dokonać np. na podstawie obliczeń wg PN-EN ISO 13788:2003 (Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku - Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji między-warstwowej - Metody obliczania).

Dachy i stropy cz. I

Cieplno-wilgotnościowe warunki eksploatacji dachów
Po wyschnięciu z zawilgocenia powstałego w czasie "mokrych" prac budowlanych, w trakcie normalnej eksploatacji budynku i przy zabezpieczeniu dachu przed zawilgoceniem w wyniku opadów atmosferycznych, można zakładać niską zawartość wilgoci w zastosowanych w nim materiałach. Materiały o zwartej budowie wewnętrznej, bez porów, kapilar, rys i pustek są nienasiąkliwe i stanowią barierę dla pary wodnej (np. blachy i folie metalowe, szkło, materiały bitumiczne, niektóre polimery konstrukcyjne). Materiały o budowie kapilaro-porowatej (np. betony gipsy, zaprawy, ceramika, silikaty), o budowie włóknistej (np. wełna mineralna i skalna) oraz o budowie komórkowej (np. styropian) są wrażliwe na działanie wilgoci, która powoduje spadek ich wytrzymałości i pogarsza ich właściwości cieplne. W kontakcie z wilgotnym powietrzem w zależności od swojej wilgotności pochłaniają parę wodną. Jej przepływ przez warstwy paroprzepuszczalne może wiązać się z występowaniem zjawiska okresowej wgłębnej kondensacji pary wodnej, która jest akceptowalna tylko wtedy gdy powstałe w jej wyniku zawilgocenie nie prowadzi do degradacji materiału i w całości wyparowuje w okresach, w których kondensacja nie występuje (czyli nie narasta w kolejnych latach eksploatacji). Aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia wgłębnej kondensacji pary wodnej, stosuje się paroizolacje np. w postaci folii z polimerów konstrukcyjnych lub z folii aluminiowej. Wyboru właściwej paroizolacji do cieplno-wilgotnościowych warunków eksploatacji można dokonać np. na podstawie obliczeń wg PN-EN ISO 13788:2001 (Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku - Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji między-warstwowej - Metody obliczania). Do obliczeń sprawdzających występowanie kondensacji wgłębnej w dachu konieczne jest przyjęcie założeń co do warunków temperaturowych wewnątrz pomieszczeń i zewnętrznych wg danych meteorologicznych lokalizacji rozpatrywanego budynku. Poczynając od dowolnego miesiąca w roku (miesiąca próbnego) oblicza w odniesieniu do kolejnych miesięcy rozkłady temperatury i ciśnienia cząstkowego pary wodnej nasyconej oraz rozkład ciśnienia pary w dachu, sprawdzając możliwość kondensacji. Poczynając od pierwszego miesiąca, w którym występuje kondensacja, oblicza się wielkość kondensacji lub odparowania w każdym z dwunastu miesięcy w roku. Masa wody, powstałej w wyniku kondensacji, zakumulowana pod koniec tego miesiąca, w którym kondensacja pojawiła się, jest porównywana z całkowitym odparowaniem w ciągu pozostałej części roku.
Jeżeli kondensacja nie występuje w miesiącu próbnym, należy powtórzyć obliczenia w odniesieniu do kolejnych następujących miesięcy aż do stanu, gdy albo:
1) nie stwierdzi się kondensacji w żadnym z dwunastu miesięcy, wtedy można uznać przegrodę jako wolną od kondensacji, albo
2) stwierdzi się miesiąc z kondensacją, to jest miesiąc początkowy.

Jeżeli występuje kondensacja w miesiącu początkowym, należy powtórzyć obliczenia w odniesieniu do wcześniejszych miesięcy, aż do stanu gdy albo:
1) występuje kondensacja we wszystkich dwunastu miesiącach; wówczas, poczynając od któregokolwiek miesiąca, należy obliczyć roczną akumulację kondensatu, albo
2) stwierdza się, że w danym miesiącu nie występuje kondensacja; wówczas należy przyjąć następny miesiąc jako początkowy. W klimacie Polski wybór miesiąca próbnego na dwa lub trzy miesiące przed najchłodniejszym okresem roku zwykle pozwala na szybkie znalezienie miesiąca początkowego. Po określeniu miesiąca początkowego, należy prowadzić obliczenia dla każdego miesiąca w roku, poczynając od miesiąca początkowego.
Należy podać wyniki obliczeń zgodnie z poniższymi 1), 2) lub 3):
1) Nie przewiduje się kondensacji na żadnej powierzchni stykowej w żadnym miesiącu. W tym przypadku można uznać przegrodę jako wolną od wewnętrznej kondensacji.
2) Kondensacja występuje na jednej lub większej liczbie powierzchni stykowych, ale z każdej z nich przewiduje się wyparowanie kondensatu podczas miesięcy letnich. W tym przypadku należy podać maksymalną ilość kondensatu występującą na każdej z powierzchni stykowych oraz miesiąc, w którym maksimum wystąpi. Należy również rozważyć ryzyko degradacji materiałów budowlanych oraz pogorszenia właściwości cieplnych w wyniku obliczonej maksymalnej ilości wilgoci, zgodnie z wymaganiami zawartymi w przepisach i wskazówkach w normach wyrobów.
3) Kondensacja na jednej lub większej liczbie powierzchni stykowych nie wyparowuje całkowicie podczas miesięcy letnich. W tym przypadku należy podać, że ocena konstrukcji wypadła niepomyślnie, a także ustalić maksymalną ilość wilgoci, która pojawi się na każdej z powierzchni stykowych oraz ilość wilgoci pozostałej po 12 miesiącach na każdej powierzchni stykowej. Opisana metoda obliczeń cieplno-wilgotnościowych wg PN-EN ISO 13788:2001 pozwala na sprawdzenie występowania kondensacji wgłębnej przegrody budynku, nie daje jednak możliwości dynamicznego modelowania przepływu ciepła i wilgoci (pary wodnej i wody) w przegrodzie, z uwzględnieniem np. działania słońca, deszczu, wiatru. Takie modelowanie, bliższe rzeczywistemu zachowaniu przegród, może być prowadzone przy wykorzystaniu symulacji komputerowej np. programem WUFI (Wärme und Feuchte Instationär). Na rysunkach przedstawiono wyniki obliczeń wg PN-EN ISO 13788 (rys. 8) i programem WUFI (rys. 9) w odniesieniu do przegrody o budowie pokazanej na rys. 7, która ulega, w przyjętych warunkach obliczeniowych, zawilgoceniu w wyniku kondesacji wgłębnej, po czym następuje częściowe odparowanie wilgoci w okresie bez kondensacji. Aby zabezpieczyć warstwę izolacji przed narastającym zawilgoceniem należałoby w rozpatrywanej przegrodzie odpowiednio dobrać parametry folii.

Rys. 7. Budowa przykładowej przegrody, warstwy od lewej: pokrycie ceramiczne, szczelina, folia polimerowa, wełna mineralna, folia polimerowa, szczelina, płyta gipsowo-kartonowa

Rys. 8. Zmiany zawartość wilgoci w kg/m3 warstwie wełny szklanej w powyższej przykładowej przegrodzie (obliczenia programem WUFI Ver. 4.1 POL)

Rys. 9. Przewidywana ilość kondensat odniesiona do powierzchni między warstwą wełny w powyższym przykładzie a zewnętrzną folią (obliczenia wg normy 13788)

Cieplne i wilgotnościowe warunki w pomieszczeniach
Do wyżej opisanych obliczeń cieplno-wilgotościowych konieczne jest określenie warunków eksploatacji pomieszczeń, które wg PN-EN ISO 13788:2001 są charakteryzowane przez podanie średnich miesięcznych wartości temperatury i wilgotności powietrza wewnętrznego. W projektowaniu temperaturę powietrza w pomieszczeniach ogrzewanych qi, zależnie od przeznaczenia budynku, przyjmuje się wg przepisów krajowych. Wilgotność względną ji przyjmuje się: - jako wartość stałą, jeżeli jej niezmienny poziom jest zapewniony dzięki działaniu klimatyzacji, - lub oblicza się wg wzoru:

 (5)

w którym wartości ciśnienia cząstkowego pary wodnej w stanie nasycenia pi,sat(qi) można obliczyć wg wzorów (2) i (3) (PN-EN ISO 13788:2003):

 (6), (7)

Wartość ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu wewnętrznym pi oblicza się wg wzoru:   (8)
w którym:

pe - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu zewnętrznym, w Pa,
Δp - nadwyżka ciśnienia cząstkowego pary wodnej w pomieszczeniu, w Pa.
Wilgotność powietrza w pomieszczeniu można również określić posługując się wyrażoną w kg/m3, wilgotnością powietrza na jednostkę objętości ni, określoną wg wzoru

  (9)

w którym:

ve - wilgotnością powietrza na jednostkę objętości, w powietrzu zewnętrznym,
Δn - nadwyżka wilgotności na jednostkę objętości.

Wartości nadwyżki Δp lub Δn uzależnione są od:
- emisji wilgoci w pomieszczeniu,
- intensywności jego wentylacji. Ich wartości określa się w następujący sposób:
- na podstawie danych normowych w odniesieniu do założonej klasy wilgotności pomieszczenia:

Rys. 10. Normowe wartości nadwyżki ciśnienia cząstkowego, w odniesieniu do klas wilgotności pomieszczeń zależnych od ich przeznaczenia, w budynkach w krajach Europy Zachodniej, wg tablicy:

- wg wzoru:  (10)

w którym:
G - strumień emisji wilgoci w pomieszczeniu, kg/h,
n - krotność wymiany powietrza, h^-1, 
V - objętość pomieszczenia, m³.

Strumień emisji wilgoci w pomieszczeniach mieszkalnych jest równy około 12 kg/dobę. Z doświadczeń z badań i ekspertyz wentylacji w mieszkaniach wynika, że decydujący wpływ na jej intensywność mają lokatorzy.

Mogą oni ograniczać wentylację np.:
- zabudowując meblami lub celowo zasłaniając wywiewne kratki wentylacyjne,
- całkowicie zamykając nawiewniki powietrza, jeśli takie zostały zastosowane,
- unikając regularnego, okresowego "przewietrzania" pomieszczeń i używania tzw. mikrouchyłu skrzydeł okiennych. W czasie bardzo silnych mrozów ograniczanie wymiany powietrza wentylacyjnego jest reakcją na fakt, że napływ do pomieszczenia powietrza zewnętrznego staje się dla lokatorów nieprzyjemnie odczuwalny. Orientacyjnie można przyjąć, że krotność wymiany powietrza we współczesnych mieszkaniach, w najzimniejszym okresie sezonu grzewczego, nie jest większa niż jedna wymiana na godzinę (1 h^-1) a przy znaczącym ograniczeniu intensywności wentylacji przez lokatorów spada poniżej połowy wymiany na godzinę (0,5 h^-1).
Ponieważ wilgotność w pomieszczeniach w okresie ogrzewania budynku jest na ogół większa od wilgotności środowiska zewnętrznego, co wywołuje przepływ pary wodnej od pomieszczenia przez przegrody, w tym dach, konieczne jest sprawdzenie, czy nie spowoduje on narastającego zawilgocenia zastosowanych materiałów w wyniku wgłębnej kondensacji pary wodnej. Na podstawie wyników badań autora i danych Zakładu Fizyki Cieplnej ITB zestawiono na niżej zamieszczonym rysunku wyniki pomiarów wilgotności powietrza wewnętrznego w czterech wybranych mieszkaniach. Podano wartości średnie i maksymalne zarejestrowane w okresach kilkunasto-dniowych, w podobnych warunkach zewnętrznych (średnia wartość temperatury powietrza zewnętrznego około 3^oC) i wewnętrznych (średnia wartość około 21^oC).

Rys. 11. Zmierzona wilgotność powietrza wewnętrznego w różnych mieszkaniach

Przykłady współcześnie stosowanych układów warstw materiałów w dachach:
1. Płyty warstwowe z rdzeniem z izolacji cieplnej (b) w okładzinach z blachy (a) lub ułożona na poszyciu z blachy np. trapezowej i paroizolacji (a), izolacja cieplna (b) pokryta izolacją wodochronną z warstwami ochronnymi (a). Przegroda wolna od kondensacji wgłębnej pary wodnej, zwykle stosowana w budynkach przemysłowych i handlowo - usługowych.

2. Dach stromy: pokrycie (a) oddzielona od pokrycia szczeliną wodochronna warstwa paroprzepuszczalna (d), izolacja cieplna ułożona: między krokwiami, lub z dodatkową warstwą od strony wewnętrznej, lub nad krokwiami (b), warstwa paroizolacyjna (c). Możliwa kondensacja pary wodnej i odparowanie kondensatu. Przed zawilgoceniem izolacji cieplnej w wyniku ewentualnej kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni pokrycia lub jego nieszczelności chroni wodochronna membrana (d). Strumień dyfuzji pary wodnej zmniejszony za pomocą paroizolacji. Przegroda stosowana w budynkach mieszkalnych.

3. Stropodach wentylowany: pokrycie (a) oddzielona od pokrycia przestrzenią wentylowaną izolacja cieplna (b), ewentualna warstwa paroizolacyjna (c), strop (f). Możliwa kondensacja pary wodnej i odparowanie kondensatu w przestrzeni wentylowanej stropodachu. Przegroda stosowana w budynkach mieszkalnych.

4. Stropodach z odwróconym układem warstw: warstwa ochronna i dociskowa (a) izolacja cieplna z materiału mało wrażliwego na wilgoć (b), izolacja wodochronna (c) strop (d). Izolacja cieplna chroni izolację wodochronną przed zmianami temperatury zimą i latem. W czasie opadów deszczu i topnienia śniegu przepływająca pod warstwą izolacji cieplnej woda zwiększa straty ciepła przez dach Przegroda stosowana w niektórych budynkach mieszkalnych, biurowych, usługowych.