envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa











40Jednym z najlepiej wpojonych polskiemu społeczeństwu przez aktywny marketing poglądów na temat budownictwa jest konieczność tzw. „oddychania przegród”. Jest to zdanie na tyle rozpowszechnione i obowiązujące, że niemal nikt, słysząc ten termin, nie pyta o jego znaczenie i nie próbuje go podważać, a prawie każdy twierdzi, że chciałby mieszkać w budynku „oddychającym”.

„Oddychanie przegród”

Wszyscy twierdzą, że chcieliby mieszkać w „oddychającym” budynku. Tymczasem, jeśli pada prośba o zdefiniowanie „oddychania”, to odpowiedzi nie są już tak jednoznaczne. Czasem wspomina się o wymianie powietrza przez pełne przegrody, kiedy indziej o usuwaniu tą drogą dużych ilości pary wodnej i stabilizowaniu w ten sposób wilgotności powietrza w pomieszczeniu czy wręcz o ratowaniu wnętrza przed zawilgoceniem i pleśnieniem. Zawsze jest to jednak zjawisko traktowane jako bardzo pożądane i niezbędne w „zdrowym budynku”.

Konfrontacja „oddychania przegród” z procesami fizycznymi zachodzącymi we wnętrzu budynku i jego obudowie zewnętrznej stwarza jednak całkowicie inny obraz zjawisk i warunków wilgotnościowych w budynkach.


Emisja wilgoci we wnętrzu budynku

W użytkowanym przez ludzi wnętrzu budynku mamy zawsze do czynienia z emisją wilgoci, związaną z wydychaniem pary wodnej, odparowaniem wody z powierzchni skóry oraz wszelkimi formami używania wody. Ilość wytwarzanej w ten sposób pary wodnej jest ściśle zależna od sposobu eksploatacji budynku i nawyków jego użytkowników (tabela1).Należy się więc spodziewać, że warunki wilgotnościowe w budynkach są w rzeczywistości bardzo silnie zróżnicowane, tak jak różne są sposoby życia mieszkańców, nawyki higieniczne czy kulinarne, a także np. ilość hodowanych roślin, rodzaj sprzętu domowego itp.

Szacuje się, że np. w mieszkaniu 4-osobowej rodziny mamy do czynienia ze stałą średnią emisją pary na poziomie od 300 g/h [2] do nawet 450 g/h [1]. Utrzymanie oczekiwanej wilgotności powietrza w pomieszczeniu na mniej więcej jednolitym poziomie wymaga więc również stałego, dość intensywnego usuwania pary wodnej z wnętrza budynku.

Ciśnienie pary wodnej

Atmosfera ziemska na każde ciało znajdujące się na powierzchni ziemi wywiera parcie, które nazywane jest ciśnieniem atmosferycznym. Para wodna, obecna w powietrzu, dodatkowo powiększa to parcie, wywierając tzw. ciśnienie cząstkowe pary wodnej. Ilość pary wodnej jaka może znajdować się w powietrzu, a w efekcie również i ciśnienie cząstkowe pary jest ograniczone tzw. stanem nasycenia. Przekroczenie tego stanu prowadzi do wykroplenia (kondensacji) nadmiaru pary wodnej. Wartość ciśnienia stanu nasycenia zależy bardzo mocno od temperatury powietrza. Ciśnienie pary wodnej w warunkach rzeczywistych jest zwykle niższe od ciśnienia odpowiadającego stanowi nasycenia.

Warunki wilgotnościowe w budynku charakteryzuje wilgotność względna powietrza φ, wyliczana jako iloraz ciśnienia rzeczywistego pary wodnej i ciśnienia stanu nasycenia:

φ = p/PS

gdzie:

p – ciśnienie rzeczywiste pary wodnej,

ps – ciśnienie stanu nasycenia w danej temperaturze.

Mierząc więc wilgotność względną powietrza w pomieszczeniu i jego temperaturę można w prosty sposób obliczyć ciśnienie rzeczywiste pary wodnej. Właśnie wartości cząstkowych ciśnień rzeczywistych w budynku i jego otoczeniu decydują o przebiegu zjawisk związanych z dyfuzją pary przez przegrody, tj. o kierunku dyfuzji oraz jej intensywności.

41

Właściwości dyfuzyjne przegród

Różnica ciśnienia jest przyczyną powolnej dyfuzji (transportu) pary wodnej przez poszczególne warstwy obudowy. Materiały budowlane różnią się właściwościami związanymi z przepuszczalnością pary wodnej. Część z nich jest bardzo paroprzepuszczalna, jak np. wełna mineralna, lekkie betony czy porowata ceramika. Inne charakteryzują się większą szczelnością, jak np. beton zwykły, lekkie gatunki drewna czy styropian. Są też wreszcie materiały o relatywnie wysokiej paroszczelności, jak np. lżejsze odmiany kamieni naturalnych (wapień lub piaskowiec), pianka polietylenowa lub cięższe gatunki drewna.

Właściwości materiałów związane z dyfuzją pary wodnej przez materiały budowlane są charakteryzowane przez bezwymiarowy współczynnik oporu dyfuzyjnego μ. Wielkość ta pozwala porównać opór jaki stawia dyfuzji pary wodnej materiał w porównaniu do oporu warstwy powietrza takiej samej grubości. Paroprzepuszczalność materiału zależy m.in. od jego porowatości, ale także od wilgotności (tabela 2).Natomiast opór dyfuzyjny dowolnej warstwy materiału lub całej przegrody złożonej z wielu warstw jest charakteryzowany poprzez wielkość sD, tj. grubość równoważnej warstwy powietrznej:

sD = μ · d [m]

gdzie:

d – grubość warstwy [m].

Całkowity opór dyfuzyjny przegrody jest równy sumie oporów dyfuzyjnych poszczególnych warstw tworzących tę przegrodę.

 

Wilgotnościowe aspekty projektowania przegród

Dyfuzja pary wodnej przez obudowę zewnętrzną budynku odbywa się od środowiska o wyższej wartości cząstkowego ciśnienia pary wodnej do środowiska o niższym ciśnieniu.

W warunkach zimowych wyższej temperaturze powietrza we wnętrzu budynku niż w jego otoczeniu odpowiada wyższe ciśnienie pary wodnej. Tak więc przy niskiej temperaturze zewnętrznej przepływ pary wodnej odbywa się zwykle od strony cieplejszej do strony chłodniejszej (na zewnątrz).W lecie, z powodu odwróconej różnicy temperatury, przepływ pary wodnej może odbywać się od zewnątrz do wnętrza.

Dyfuzja pary wodnej może również odbywać się w warunkach równej temperatury, ale przy zróżnicowanej wilgotności względnej powietrza z obydwu stron. Zwykle w tych warunkach nie dochodzi do kondensacji pary wodnej.

Stosownie do właściwości związanych z przepuszczaniem pary wodnej powinien być dobierany właściwy układ warstw w przegrodach zewnętrznych, tak aby umożliwić niezakłócony transport pary wodnej przez przegrodę i w miarę możliwości uniknąć kondesacji pary w jej wnętrzu. Generalna zasada projektowania przegród ze względu na dyfuzję pary wodnej polega na uporządkowaniu warstw wg malejących oporów dyfuzyjnych poczynając od wnętrza. Dzięki temu para przenikająca przez przegrodę nie osiągnie w warunkach malejącej temperatury stanu nasycenia. Do kondensacji dochodzi bowiem wtedy, gdy w powietrzu jest zbyt duża, jak na dane warunki, ilość pary lub spada temperatura (albo i jedno, i drugie razem). Należy przy tym zauważyć, że w poprawnie zaprojektowanej przegrodzie nie występuje w ogóle tzw. „punkt rosy”. Często bowiem dyskutuje się o miejscu występowania lub przesuwaniu punktu rosy do którejś z warstw, zakładając, że taki punkt musi się w każdej przegrodzie pojawić. W temperaturze ujemnej, nawet bardzo niskiej, w powietrzu wciąż znajduje się pewna ilość pary wodnej, występowanie temperatury zerowej lub ujemnej w jakimś miejscy przegrody wcale nie musi znaczyć, że jest tam „punkt rosy”. Zasada projektowania przegrody pod względem wilgotnościowym polega na porównaniu ze sobą w każdym miejscu przegrody wartości rzeczywistego ciśnienia pary wodnej i ciśnienia stanu nasycenia.

Warto przy tej okazji wspomnieć, że zgodnie z normą europejską [4] i polskimi przepisami [5],ograniczona kondensacja w przegrodzie jest dopuszczalna, jeśli nie dojdzie do nadmiernego okresowego zawilgocenia materiałów i narastania zawilgocenia z roku na rok.

Projektowanie przegród w pełni wg podanej wcześniej zasady nie zawsze jest możliwe, stąd więc konieczna jest analiza funkcjonowania konkretnej przegrody pod względem wilgotnościowym lub stosowanie sprawdzonych w praktyce przegród. Uwagi wymaga też zamiana materiałów izolacyjnych o zbliżonych właściwościach termicznych, a zdecydowanie różnych pod względem dyfuzji pary wodnej. Wbrew utartym opiniom, zastosowanie we wnętrzu przegrody warstwowej materiału o bardzo wysokiej paroprzepuszczalności (czyli wg popularnej terminologii „oddychającego” ) nie ułatwia projektowania przegrody. Jego obecność może bowiem stwarzać spore problemy związane z kondensacją pary na styku z materiałem szczelniejszym (tynk zewnętrzny, okładzina itp.) i zwykle wymagane jest wtedy wprowadzenie do przegrody szczeliny wentylowanej.

Strumień dyfuzji

Utrzymanie stałych, poprawnych warunków wilgotnościowych w budynku wymaga ciągłego, intensywnego usuwania pary wodnej z pomieszczeń.

Specyficzne funkcje i rozwiązania przegród zewnętrznych w budynkach sprawiają, że niektóre z nich mogą mieć niewielkie opory dyfuzyjne (np. ściany z betonu komórkowego czy poryzowanej ceramiki), a inne są zazwyczaj bardzo szczelne (np. ściany o konstrukcji betonowej, stropodachy z paroizolacją i hydroizolacją).Żeby prawidłowo ocenić znaczenie dyfuzji pary wodnej dla bilansu wilgotnościowego wnętrza warto wykonać proste obliczenia ilości pary wodnej jaka przenika przez obudowę zewnętrzną budynku. Do obliczeń przyjęto warunki najkorzystniejsze, gwarantujące możliwie intensywne „oddychanie”.W przypadku sprzyjającym intensywnej dyfuzji pary, a więc przegrody o wysokiej paroprzepuszczalności (np. ceramika poryzowana bez tynków, grubości 40 cm, współczynnik oporu dyfuzyjnego μ = 5) i dość dużej różnicy temperatury w zimie (20 K), gęstość strumienia dyfundującej w czasie jednej godziny przez jednostkową powierzchnię przegrody pary wodnej może wynosić zaledwie 0,25 g/(h·m2).Gdyby jedynie tzw. „oddychanie przegród” miało zapewnić utrzymanie poprawnych i stabilnych warunków wilgotnościowych wewnątrz budynku to powierzchnia paroprzepuszczalnych przegród zewnętrznych mieszkania 4-osobowej rodziny musiałaby wynosić aż 1200 czy nawet 1800 m2.Dopiero taka powierzchnia pozwoliłaby bowiem na usunięcie z wnętrza budynku pary, emitowanej w ilości 300 lub 450 g/h. Można ocenić, że powierzchnia ścian zewnętrznych mieszkania dla 4 osób jest w rzeczywistości 10 do 20 razy mniejsza od podanych liczb.

Jedynym realnym sposobem usuwania nadmiaru pary wodnej z wnętrza budynku jest właściwa wentylacja. Szacuje się, że udział dyfuzji pary wodnej przez przegrody w bilansie wilgoci poprawnie funkcjonującego budynku zawiera się faktycznie w granicach 1-3% całkowitej emisji pary wodnej [2], a więc jest pomijalnie mały. Pomijalny jest więc także problem „oddychania”, a zasadniczy jest problem właściwego wentylowania budynków.

Sorpcja wilgoci

42aNa marginesie wilgotnościowych aspektów funkcjonowania budynków warto wspomnieć o dobrze i mniej znanych właściwościach drewna. Drewno jest materiałem wykazującym bardzo silną sorpcję wilgoci, tj. zdolność do chłonięcia pary wodnej z powietrza (rys. 1). Praktycznym skutkiem wysokiego zawilgocenia sorpcyjnego są duże odkształcenia geometryczne, nazywane potocznie „pracą drewna”. Mniej znany jest natomiast fakt, że drewno jest materiałem o wysokiej, porównywalnej z betonem, paroszczelności (tablela 2). Niska wilgotność powietrza w budynkach drewnianych nie jest więc zasługą „oddychania” drewna, ale raczej nieszczelności drewnianej ściany i intensywnej infiltracyjnej wymiany powietrza.

Zjawisko sorpcji wilgoci przez materiały budowlane ma natomiast duże, pozytywne znaczenie dla zmniejszania wahań wilgotności powietrza w budynkach. Akumulacja wilgoci w powierzchniowej warstwie przegród pozwala na ograniczenie wzrostu wilgotności powietrza przy dużej podaży pary wodnej (np. podczas suszenia prania). Przy spadku wilgotności powietrza, na skutek desorpcji, para wchłonięta wcześniej przez materiał jest oddawana ponownie do wnętrza budynku.

42b

Schemat działania wentylacji naturalnej w budynku z bardzo szczelną obudową zewnętrzną i specjalnymi otworami nawiewnymi w stolarce okiennej

Szczelność powietrzna budynku

Obudowa zewnętrzna budynku powinna charakteryzować się możliwie wysoką szczelnością na przenikanie powietrza. W świadomości społecznej budynek szczelny jest negatywnie utożsamiany z „termosem”. Ma to swoje źródła prawdopodobnie w błędnych realizacjach budynków z naturalną wentylacją i brakiem rozumienia zasad jej działania. Wymiana powietrza w jakimkolwiek systemie wentylacyjnym jest możliwa tylko wtedy, gdy są otwory wywiewne i nawiewne. O ile w systemach grawitacyjnych otwory wywiewne były zawsze przedmiotem projektowania (kratki i piony wentylacyjne), to dostawa powietrza odbywała się zwykle w sposób przypadkowy (nieszczelności stolarki). W ostatnich latach przepisy zmierzają w kierunku wysokiej szczelności całej obudowy, włącznie ze stolarką i zorganizowanej wymiany powietrza poprzez specjalne otwory nawiewne [5].Dzięki wysokiej szczelności obudowy, poza otworami wentylacyjnymi, uzyskuje się możliwość sterowania wymianą powietrza, utrzymania jej na wymaganym poziomie i ograniczenia w ten sposób do niezbędnego minimum wentylacyjnych strat ciepła, bez uszczerbku dla warunków wilgotnościowych we wnętrzu i komfortu cieplnego. Tak więc budynek o dużej szczelności nie musi mieć nic wspólnego z „syndromem chorego budynku”.

Określenie faktycznej szczelności zewnętrznej obudowy budynku jest możliwe tylko poprzez specjalistyczne badania. Podstawowa metoda badawcza to tzw. metoda ciśnieniowa. Polega ona na wytworzeniu za pomocą wentylatora zadanego nad lub podciśnienia i pomiarze ilości powietrza tłoczonego w tych warunkach przez wentylator, potrzebnego do utrzymania różnicy ciśnienia. Ilość powietrza jest odnoszona do kubatury badanego obiektu i określana następnie jako tzw. krotność wymian.

W nowelizacji Warunków technicznych z 2008 roku [5] po raz pierwszy w naszym kraju podane zostały zalecenia dotyczące szczelności budynku. Według nich, krotność wymian przy standardowym badaniu różnicą ciśnienia 50 Panie powinna przekraczać wartości 1,5 [1/h] w przypadku budynków z wentylacją mechaniczną i 3,0 [1/h] dla wentylacji grawitacyjnej.

Natomiast w budynkach pasywnych wymiana powietrza w tych samych warunkach nie powinna wynosić więcej niż 0,6 [1/h]. Tak wysoka szczelność wymaga już zastosowania specjalnych rozwiązań i materiałów uszczelniających, a także musi być przedmiotem badań kontrolnych szczelności obudowy w fazie wykończeniowej budynku.

Warto przy tej okazji zauważyć, że w Wielkiej Brytanii od początku 2009 r. badanie szczelności jest badaniem obowiązkowym dla każdego oddawanego do użytkowania budynku.




Literatura

[1] http://ekoenergia.dzien-e-mail.org/content/view/265/58/

[2] Pogorzelski J.A.: Zagadnienia cieplno-wilgotnościowe prze-gród budowlanych, Budownictwo Ogólne, tom 2, Fizyka Budowli, pod redakcją prof. dr. hab. inż. Piotra Klemma, Arkady 2005

[3] PN-EN 12524 Materiały i wyroby budowlane – Właściwości cieplno-wilgotnościowe – Tabelaryczne wartości obliczeniowe

[4] PN-EN ISO 13788 Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku – Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa – metody obliczania

[5] Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002, DzU Nr 75, poz. 690 z dnia 15 czerwca 2003 wraz z późniejszymi zamianami


O AUTORZE

dr inż. Tomasz Kisilewicz Zakładzie Budownictwa i Fizyki Budowli Politechniki Krakowskiej


 

pi