Właściwości fizykalne docieplonych przegród zewnętrznych

Ostatnie lata w budownictwie polskim charakteryzują znaczne rozmiary prac docieplających, najczęściej od strony zewnętrznej elewacji budynków mieszkalnych i usługowych. Akcja docieplania mieszkań, zupełnie zrozumiała i uzasadniona względami ekonomicznymi, może budzić wątpliwości w zakresie technologicznym i konstrukcyjnym – również co do jakości i trwałości używanych materiałów budowlanych, a przede wszystkim skutków fizykalnych dla przegrody wynikających z zastosowania określonej metody docieplania.

Na rynku dominują prawie wszystkie lekkie metody mocowania na elewacjach płyt styropianowych czułych na klawiszowanie i ugięcia pokrywanych następnie cienką warstwą tynku zewnętrznego o wątpliwej długotrwałości bądź oblicówką z tworzyw sztucznych.

Tego rodzaju technologia, być może bardziej zasadna na budynkach wielokondygnacyjnych, wydaje się zupełnie nie trafiona na obiektach niskich – domach jednorodzinnych itp. Równocześnie coraz częściej, wymieniona wyżej, lekka metoda docieplania przegród, zagościła jako trwały sposób wykonywania ścian zewnętrznych budynków nowowznoszonych, traktowana jako swoista, ostatnia faza robót wykończeniowych – elewacyjnych.

Fizykalne uwarunkowania niektórych metod dociepleń ścian zewnętrznych

Działania zmierzające do oszczędzania energii wypromowały przegrody o niskich wartościach współczynnika przenikania ciepła oraz dużej szczelności. Taki sposób postępowania spowodował pojawienie się w krajach północnej Europy, USA i Kanadzie domów szkieletowych drewnianych, w których drewno w ścianie konstrukcyjnej zewnętrznej zostało obudowane od strony pomieszczenia barierą powietrznoszczelną oraz najczęściej dodatkowo paroizolacją – warstwą opóźniającą i ograniczającą przenikanie pary wodnej dyfundującej na zewnątrz na skutek różnicy ciśnień.

W konsekwencji tych działań pojawił się problem niedostatecznego zwentylowania pomieszczeń – prowadzący do obniżenia jakości powietrza wewnętrznego – a przez to zagrożenia zdrowia i bezpieczeństwa mieszkańców. Współczesne drewniane domy szkieletowe są dlatego obligatoryjnie wyposażone w system wentylacji mechanicznej sterowanej ręcznie lub automatycznie, pozwalającej na co najmniej 1/2-krotną wymianę powietrza na godzinę w pomieszczeniu w sezonie grzewczym [4].
Takiej wentylacji brakuje w domach polskich, docieplanych warstwami styropianu, który jest swoistym opóźniaczem pary, generującym porównywalny do typowych paroizolacji opór dyfuzyjny. Płyta grubości 12 cm (aktualnie obowiązuje wymóg obniżenia kmax w domkach jednorodzinnych do 0,3 W/(m²K)) posiada opór dyfuzyjny 100 m² h hPa/g zbliżony do oporu dyfuzyjnego papy asfaltowej z obustronną powłoką (120 m² h hPa/g) a nawet wyższy od powłoki z folii etylenowej (66 m² h hPa/g) [3].
Mieszkania oraz domy oddzielane od atmosfery coraz grubszymi warstwami styropianu stają się faktycznie prawie całkowicie szczelne na przenikanie pary wodnej. Można z dużym przybliżeniem określić, że strumień pary wodnej dyfundującej przez takie przegrody nie przekracza 1–5% całości wytworzonej w mieszkaniu wilgoci (8–20 l w ciągu doby dla przeciętnej rodziny). Całą resztę powinien odprowadzić sprawny system wentylacji, a przy zastosowaniu nowych, szczelnych okien – system wentylacji mechanicznej, który usuwa zanieczyszczenia, dostarczając świeżego powietrza potrzebnego zarówno do życia mieszkańców, jak i niezbędnego w procesie spalania i wytwarzania ciągu w kanałach kominowych oraz utrzymywania wilgotności pomieszczeń na pożądanym poziomie.

Znacznie korzystniejsze właściwości wilgotnościowe wykazują płyty i maty wiórkowo-cementowe z wełny mineralnej i z włókna szklanego (opór dyfuzyjny tych materiałów relatywnie mniejszy od styropianu odpowiednio 31, 40 i 60 razy). W ścianach ocieplonych tymi materiałami, o ile nie zastosowano równocześnie warstw paroizolacyjnych – co jest w pełni uzasadnione dla pomieszczeń suchych i średniowilgotnych – ma miejsce naturalny ruch wilgoci do powietrza atmosferycznego. Ściana oddycha. Komfort cieplny wnętrza może więc zostać zachowany przy utrzymaniu tradycyjnych sposobów wentylacji grawitacyjnej.

W krajach zachodnich do izolowania termicznego ścian zewnętrznych i dachów stosuje się najczęściej wełny mineralne bądź waty szklane. Materiały te, dostępne w postaci rulonów lub miękkich mat, płyt sztywnych lub półsztywnych mogą mieć również postać sypką do nasypywania lub wdmuchiwania między warstwy ścienne. Izolacje piankowe i styropianowe służą zasadniczo do ocieplania ścian fundamentowych lub jako izolacja obwodowa płyt fundamentowych układanych na gruncie.
Uważniejsze odczytanie podanych w załączniku 2 normy [3] zasad projektowania przegród pod względem wilgotnościowym potwierdza powyższe spostrzeżenia, lecz sposób określania wymagań w tym zakresie jest niejasny i dalece niewystarczający. Mówi się, że „warstwy o dużym oporze dyfuzyjnym (pokrycia papowe, blacha, szkło itp.) należy stosować z pozostawieniem szczeliny powietrznej wentylowanej” (wymaganie 2 normy [3]). Gruba warstwa styropianu, posiadająca znaczny opór dyfuzyjny, zastosowana we wnętrzu przegrody, powinna być więc również wentylowana od strony wnętrza pomieszczenia (utrudnia to bowiem zasadniczo przepływ wilgoci), sprzyjając kondensacji wewnętrznej. Tego norma nie uściśliła.
Zastrzeżenia budzi sformułowanie wymagania normy [3] odnoszące się do przegród trójwarstwowych z izolacją termiczną między dwiema warstwami konstrukcyjnymi lub okładzinowymi, abstrahujące od wielkości oporu dyfuzyjnego izolacji termicznej przegrody. Wymaganie to nie powinno dotyczyć ścian szkieletowych drewnianych, które jak powiedziano wyżej, zgodnie z tendencjami światowego budownictwa, powinny być od wnętrza w każdym przypadku chronione izolacją paroszczelną.

Wentylowanie ściany zewnętrznej

Pojawienie się na rynku szerokiego asortymentu elewacyjnych kształtek ceramicznych oraz powrót do pewnej tradycyjnej surowej faktury zewnętrznej budynku, w powiązaniu ze współczesnymi warunkami technicznymi wymagają nowych badań i modyfikacji ścian warstwowych zarówno ceramicznych, betonowych – ciężkich, jak i lekkich szkieletów drewnianych obudowanych licówką ceramiczną.
W obu przypadkach niezbędne staje się wykonanie pod warstwą faktury ceramicznej szczeliny powietrznej połączonej systemem otworów z powietrzem atmosferycznym.

Mamy tu do czynienia z pewnym skomplikowanym ruchem wilgoci w przegrodzie. Nakładają się bowiem dwa niezależne zjawiska dyfuzji, a więc przemieszczania się pary wodnej przez przegrodę w kierunku zewnętrznym, w stronę powietrza o mniejszej ilości wilgoci – mniejszym ciśnieniu cząstkowym. Szczelina „skomunikowana” z powietrzem zewnętrznym kończy proces dyfuzji i służy do odprowadzenia wilgoci do atmosfery. W warstwie fakturowej zachodzi inne złożone zjawisko – przecieki deszczu, wtłaczanego wiatrem przez nieszczelności w zaprawie spoin, a także na skutek mechanizmu ruchu kapilarnego w ceramice faktury.

W neutralizowaniu negatywnego wpływu tych zjawisk na stan wilgotnościowy całej przegrody szczelina wentylowana odgrywa zasadniczą rolę, chociaż jej parametry techniczne powinny być w obu przypadkach nieco inne. O grubości szczeliny, sposobie połączenia z powietrzem atmosferycznym mogą decydować wzajemne ilościowe relacje wilgoci dyfuzyjnej z wnętrza i przedostającej się z atmosfery poprzez warstwę fakturową.

Rys. 1. Okno w ścianie zewnętrznej trójwarstwowej
Rys. 1. Okno w ścianie zewnętrznej trójwarstwowej

Ściany warstwowe prowadzące znaczy strumień wilgoci (bez paroizolacji, z materiałów o niskich oporach dyfuzyjnych) wymagają szczeliny o znaczniejszej grubości (zwykle ³ 4 cm), połączonej dołem i górą z atmosferą licznymi otworami umożliwiającymi intensywną wymianę powietrza. Łączna powierzchnia (przekrój) tych otworów powinna wynosić około 1/1500 (0,7‰) powierzchni całej ściany [1]. Tak określone wymagania wydają się być rozsądne (przykładowo dla szczeliny 4 cm oraz ściany wysokości 1 kondygnacji [3 m] powierzchnia otworów wynosi dołem i górą po 10 cm²/mb ściany) w przeciwieństwie do zaleceń normy [3] (wymaganie 2, załącznik 2) trudnych do spełnienia dla licówek ceramicznych opartych na konstrukcji budynku.

Rys. 2. Okno w ścianie zewnętrznej trójwarstwowej wg autora
Rys. 2. Okno w ścianie zewnętrznej trójwarstwowej wg autora

Uszczelnienie warstwy wewnętrznej przegrody wraz z zastosowaniem paroizolacji (np. ściana działowa drewniana) pozwala na zamianę konstrukcji szczeliny wentylowanej. Strumień wilgoci dyfuzyjnej jest wtedy znacznie ograniczony. Celowym staje się przeciwdeszczowe ekranowanie przegrody, które polega między innymi na zmniejszeniu grubości szczeliny do 2,5 cm, zamknięciu szczeliny w górnej jej części i podziale na szczelne sekcje wzdłuż przegrody z pozostawieniem ograniczonej ilości otworów dolnych.

Wiatr wdmuchuje przez te otwory powietrze, powodując wzrost ciśnienia w szczelinie. Wyrównanie ciśnień po obu stronach warstwy fakturowej znacznie ogranicza przenikanie wilgoci do wnętrza przegrody.
W ten sposób wyjaśnić można zasadnicze różnice w budowie i parametrach geometrycznych szczelin wentylacyjnych, zależnych bezpośrednio od struktury warstw przegrody.

Wydaje się rzeczą istotną, dla uniknięcia zasadniczych błędów fizykalnych we wznoszonych budynkach, dokładniejsze sprecyzowanie wymagań normowych w tym zakresie, poprzedzonych stosownymi badaniami.
Szczególnej staranności wymaga wykonanie obrzeży ściany zewnętrznej w miejscach osadzania stolarki. Publikowane rozwiązania dla ścian warstwowych ceramicznych, z reguły przewidują na wysokości nadproża oraz wieńca stropowego, a także węgarków pionowych dosunięcie warstwy fakturowej do konstrukcji wewnętrznej z zaniechaniem szczeliny wentylowanej [1], [2].
Nadproże, wymurowane z cegieł licowych na profilu ze stali z powłoką antykorozyjną, powinno posiadać izolację przeciwwilgociową, ułożoną na konstrukcji podtrzymującej w sposób pozwalający na odprowadzenie przedostającej się przez warstwę licową wody (rys. 1).

Mankamenty takiego rozwiązania można usunąć przez rozdzielenie warstw w ścianie w sposób podany na rysunku 2, wypróbowany przez autora w praktyce. Uzyskuje się przez to łatwe wietrzenie od dołu szczeliny wentylacyjnej oraz trwałość konstrukcji nadproża.

Literatura
[1] Schild E., Oswald R., Rogier D., Scweikert H., Schnapauff V.: Słabe miejsca w budynkach. Tom II – Ściany zewnętrzne i otwory na stolarkę. Arkady, Warszawa, 1982.
[2] Dietz A.: Dwelling house construction. Cambridge, Massachussets, M.I.T. Press 1991.
[3] PN-91/B-02020: Ochrona cieplna budynków.
[4] Humidity, Condensation and Ventilation in H ouses Building, Science Insight. Seminar, X, XI, 1983, NRCC 23293, Ottawa Canada, National Research Council 1984, s. 66.

Prof. dr hab. inż. Andrzej Dylla
ATR Bydgoszcz

 

 

Udostępnij ten wpis

Post Comment