Ściany z ceramiki poryzowanej - wymagania wilgotnościowe

Wymagania w zakresie oceny wilgotnościowej ścian zewnętrznych i ich złączy zostały sformułowane w § 321 rozporządzenia [1]:
„§ 321.1. Na wewnętrznej powierzchni nieprzezroczystej przegrody zewnętrznej nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych.
2. We wnętrzu przegrody, o której mowa w ust. 1, nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie spowodowane kondensacją pary wodnej.
3. Warunki określone w ust. 1 i 2 uważa się za spełnione, jeśli przegrody odpowiadają wymaganiom określonym w pkt 2.2.4. załącznika nr 2 do rozporządzenia”.

Warunki spełnienia wymagań dotyczących powierzchniowej kondensacji pary wodnej podane zostały w załączniku nr 2 do rozporządzenia w sprawie warunków technicznych [1]:

„2.2.1. W celu zachowania warunku, o którym mowa w § 321.1. rozporządzenia, w odniesieniu do przegród zewnętrznych budynków mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej i produkcyjnych, rozwiązania przegród zewnętrznych i ich węzłów konstrukcyjnych powinny charakteryzować się współczynnikiem temperaturowym f_Rsi o wartości nie mniejszej niż wymagana wartość krytyczna, obliczona zgodnie z polską normą dotyczącą obliczania temperatury powierzchni wewnętrznej koniecznej do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej. 
2.2.2. Wymaganą wartość krytyczną współczynnika temperaturowego f_Rsi w pomieszczeniach ogrzewanych do temperatury co najmniej 20ºC w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej należy określać według rozdziału 5 polskiej normy, o której mowa w pkt 2.2.1., przy założeniu, że średnia miesięczna wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego jest równa ϕ = 50%, przy czym dopuszcza się przyjmowanie wymaganej wartości tego współczynnika równej 0,72”. 

W zakresie ochrony wilgotnościowej (kondensacja na wewnętrznej powierzchni przegrody, kondensacja międzywarstwowa) zaleca się stosowanie normy PN-EN ISO 13788:2003 [2], powoływanej w załączniku 1 do rozporządzenia w sprawie warunków technicznych [1]. Wiele dyskusji wywołuje wartość krytyczna czynnika temperaturowego f_Rsi = 0,72. Wykonane obliczenia dotyczące Warszawy (na podstawie [3]) wykazują, że maksymalna wartość czynnika temperaturowego z 12 mies. wynosi 0,789 (w grudniu). Jego wartość zależy od wartości temperatur powietrza zewnętrznego te dla dwunastu miesięcy roku (w zależności od położenia geograficznego), wilgotności powietrza zewnętrznego ϕe oraz temperatury powietrza wewnętrznego ti. W celu dokładnej oceny złączy pod względem wilgotnościowym należy każdorazowo określać graniczny czynnik temperaturowy f_Rsi.

Obliczenia własne

Do analizy wytypowano charakterystyczne złącza ścian zewnętrznych jednowarstwowych z ceramiki poryzowanej:

• połączenie ściany zewnętrznej z oknem w przekroju przez ościeżnicę,
• połączenie ściany zewnętrznej ze stropem w przekroju przez wieniec,
• połączenie ściany zewnętrznej z posadzką na gruncie. 

Ściany jednowarstwowe to jedna z najstarszych technik budowlanych – jedna warstwa materiału pełni funkcję nośną i termoizolacyjną. Dawniej ściany jednowarstwowe były dużo grubsze, ich budowa uchodziła za kosztowną i czasochłonną, a eksploatacja wymagała wielkich nakładów energii. W wielu wypadkach trudne jest zaprojektowanie ściany jednowarstwowej spełniającej warunek cieplny. 

Pustaki szczelinowe z ceramiki poryzowanej, nazywanej w literaturze ciepłą ceramiką, mają podobne właściwości mechaniczne do tradycyjnych cegieł, a jednocześnie lepszą izolacyjność cieplną i akustyczną. Są jednak bardziej kruche i nasiąkliwe. Najważniejsze zalety wykonawcze związane z wykonywaniem ścian z tych pustaków to skrócenie czasu realizacji inwestycji oraz zmniejszenie kosztów robocizny. Wznoszenie ścian z tych pustaków wymaga jednak stosowania elementów wykonywanych bardzo dokładnie. Duże znaczenie ma również rodzaj użytej zaprawy oraz grubość spoin. Z tego względu zaleca się stosowanie specjalnych gotowych zapraw z kulkami styropianu o zbliżonej izolacyjności cieplnej do pustaków o grubości spoiny 10–15 mm. Ściany jednowarstwowe wykańcza się tradycyjnymi tynkami cementowo-wapiennymi, a nawet – w wypadku gładkich powierzchni – tynkami pocienionymi [4]. W tego typu rozwiązaniach ścian zewnętrznych szczególne znaczenie ma poprawne zaprojektowanie złączy, np. połączenie ściany zewnętrznej z oknem.

W odniesieniu do wytypowanych złączy wykonano obliczenia rozkładu temperatur oraz czynnika temperaturowego f_Rsi przy zastosowaniu programu komputerowego TRISO. Zasady modelowania mostków cieplnych oraz przyjmowania warunków brzegowych przyjęto zgodnie z obowiązującymi normami PN-EN ISO 10211:2008 [5], PN-EN ISO 13788:2003 [2]. We wszystkich obliczeniach wilgotnościowych opory przejmowania ciepła ustala się, przyjmując na powierzchni wewnętrznej wartość Rsi = 0,25 (m²·K)/W z wyjątkiem oszkleń i ram okiennych, dla których f_Rsi = 0,13 (m²·K)/W. 

Czynnik temperaturowy wyznaczono przy zastosowaniu procedury normy PN-EN ISO 13788 [2] na postawie zależności:

gdzie:
θ_si,min. – temperatura minimalna na wewnętrznej powierzchni przegrody mostka cieplnego [°C], θe – temperatura powietrza zewnętrznego [°C],
θ_i – temperatura powietrza wewnętrznego [°C].

Wyniki obliczeń temperatur minimalnych i czynnika temperaturowego f_Rsi były następujące (temperatury minimalne w złączach przy: temperaturze powietrza zewnętrznego θ_e = –20°C, temperaturze powietrza wewnętrznego θ_i = 20°C):

• połączenie ściany zewnętrznej z oknem w przekroju przez ościeżnicę:
  – temperatura minimalna w złączu θ_si,min. = 13,46°C (rys. 1–2),
  – czynnik temperaturowy f_Rsi = 0,836 (rys. 1–2),
  – temperatura minimalna w złączu θ_si,min. = 11,99°C (rys. 3–4),
  – czynnik temperaturowy f_Rsi = 0,800 (rys. 3–4);
• połączenie ściany zewnętrznej ze stropem w przekroju przez wieniec:
  – temperatura minimalna w złączu θ_si,min. = 17,11°C (rys. 5–6),
  – czynnik temperaturowy f_Rsi = 0,928 (rys. 5–6);
• połączenie ściany zewnętrznej z posadzką na gruncie:
  – temperatura minimalna w złączu θ_si,min. = 16,88°C (rys. 7–8),
  – czynnik temperaturowy f_Rsi = 0,922 (rys. 7–8)

Analiza wyników obliczeń

W celu oszacowania kondensacji wilgoci na powierzchni wewnętrznej przegrody (zwykle w miejscu mostka cieplnego – w złączach budowlanych) należy wyznaczyć czynnik temperaturowy f_Rsi na podstawie temperatury minimalnej (θ_si,min.) i porównać z wartością maksymalną (krytyczną) [6]. Wartość graniczną czynnika temperaturowego f_Rsi ustala się na podstawie kilku parametrów:

• temperatury powietrza zewnętrznego dla poszczególnych miesięcy roku i danego obszaru,
• wilgotności powietrza zewnętrznego,
• klasy wilgotności pomieszczeń wewnętrznych.

Wartość graniczna współczynnika f_Rsi jest zmienna w zależności od przyjętych parametrów, a procedura obliczeniowa jest następująca:

• określenie parametrów powietrza zewnętrznego: wartości średnich miesięcznych temperatur powietrza zewnętrznego θ_e oraz wilgotności powietrza zewnętrznego ϕ_e przyjęto dla Warszawy na podstawie [3],
• określenie ciśnienia pni(θ_e) na podstawie średnich miesięcznych temperatur θ_e przy zastosowaniu tablicy „Ciśnienie cząstkowe pary wodnej nasyconej psat w powietrzu w funkcji temperatury” [w:] A. Dylla, „Praktyczna fizyka cieplna budowli” [6],
• określenie ciśnienia: p_e = p_ni(θ_e)·ϕ_e,
• określenie nadwyżki ciśnienia zgodnie z oczekiwanym sposobem eksploatacji budynku Δp w odniesieniu do klas wilgotności oraz temperatury powietrza zewnętrznego, przyjmowanej na podstawie danych zawartych w tabeli 1 oraz rys. 9 według normy PN-EN ISO 13788:2003 [2] (w pracy do obliczeń przyjęto 3. klasę wilgotności – mieszkania mało zamieszkane); można przyjąć wilgotność względną powietrza wewnętrznego jako wartość stałą, ale tylko wtedy, gdy jest ona utrzymywana na stałym poziomie, np. dzięki klimatyzacji,
• określenie ciśnienia: p_i = p_e + 1,1·Δp,
• określenie ciśnienia: p_sat(θ_si) = p_i/0,8 (aby uniknąć rozwoju pleśni, wilgotność względna na powierzchni nie powinna przekraczać wartości 0,8),
• określenie temperatury θsi,min. na podstawie ciśnienia psat przy zastosowaniu tablicy „Ciśnienie cząstkowe pary wodnej nasyconej psat w powietrzu w funkcji temperatury” [w:] A. Dylla, „Praktyczna fizyka cieplna budowli” [6],
• określenie temperatury powietrza wewnętrznego θ_i,
• określenie czynników temperaturowych f_Rsi dla każdego miesiąca roku,
• określenie wartości maksymalnej z 12 mies. – wynosi ona (f_Rsi)max 0,789 dla grudnia; oznacza to, że w każdym miesiącu roku i dla każdych innych wartości temperatur brzegowych, by uniknąć rozwoju pleśni, wartość współczynnika f_Rsi powinna być większa od 0,789.

Wyniki obliczeń według procedury zawartej w normie PN-EN ISO 13788 [2] przedstawiono w tabeli 2. Według rozporządzenia w sprawie warunków technicznych [1] można przyjmować średnią miesięczną wartość względnej wilgotności powietrza wewnętrznego na poziomie ϕ_i = 50% i temperaturę powietrza wewnętrznego θ_i = 20°C, niezależnie od sposobu użytkowania pomieszczeń. Dla takich parametrów została ustalona wartość graniczna czynnika temperaturowego f_Rsi = 0,72 bez uwzględnienia parametrów powietrza zewnętrznego. Takie podejście zmienia istotę metodyki obliczeniowej. Wartość czynnika temperaturowego f_Rsi jest zależna zarówno od parametrów powietrza wewnętrznego (θ_i, ϕ_i, Δp), jak i zewnętrznego (θ_e, ϕ_e). Dlatego analizę wilgotnościową przegród i ich złączy powinno się przeprowadzać w zależności od stref klimatycznych oraz warunków użytkowania budynków.

Podsumowanie i wnioski

W analizowanych złączach ścian zewnętrznych z ceramiki poryzowanej nie występuje ryzyko kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody i rozwoju pleśni, ponieważ obliczeniowe wartości czynnika temperaturowego f_Rsi (na podstawie temperatur minimalnych w złączach) są większe od wartości granicznej (wyznaczonej w sposób dokładny) f_Rsi = 0,789. W przypadku złączy ścian zewnętrznych jednowarstwowych należy zwrócić szczególną uwagę na poprawne ich zaprojektowanie, a także wykonanie, co pozwoli uniknąć dodatkowych strat ciepła oraz ryzyka występowania kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody i rozwoju pleśni.

Istnieje potrzeba opracowania katalogów mostków cieplnych wielu często stosowanych rozwiązań przegród zewnętrznych i ich złączy. Takie opracowania powinny uwzględniać zróżnicowane parametry powietrza wewnętrznego (przeznaczenie pomieszczeń budynku) oraz powietrza zewnętrznego (lokalizację budynku). Tego typu prace [7] pozwolą na dokładną i szczegółową ocenę wilgotnościową.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690, DzU z 2003 r. nr 33, poz. 270, DzU z 2004 r. nr 109, poz. 1156, z późn. zm.).
2. PN-EN ISO 13788:2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej umożliwiająca uniknięcie krytycznej wilgotności powierzchni wewnętrznej kondensacji. Metody obliczania”.
3. „Komputerowa fizyka budowli. Typowy rok meteorologiczny od symulacji wymiany ciepła i masy w budynkach”, praca zbiorowa pod red. D. Gawina i E. Koseckiej, Politechnika Łódzka, Łódź 2002.
4. K. Kończal, „Współczesne metody numeryczne w budowaniu katalogu mostków cieplnych ścian zewnętrznych jednowarstwowych”, praca magisterska, Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2009.
5. PN-EN ISO 10211:2008, „Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe”.
6. A. Dylla, „Praktyczna fizyka cieplna budowli. Szkoła projektowania złączy budowlanych”, Wydawnictwo Uczelniane UTP, Bydgoszcz 2009.
7. „Katalog mostków cieplnych”, praca zbiorowa, Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli (w przygotowaniu do druku).
8. K. Pawłowski, „Efektywność zewnętrznych przegród budowlanych i ich złączy w aspekcie cieplno-wilgotnościowym”, praca doktorska, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2008.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!