Projektowanie tarasów nadziemnych nad pomieszczeniami ogrzewanymi

Pierwotną przyczyną procesów destrukcyjnych jest wynikające z nieprzeanalizowania rzeczywistych warunków pracy elementu konstrukcyjnego przyjęcie złego rozwiązania konstrukcyjno-materiałowego, tzn. brak systemowych izolacji przeciwwilgociowych, niewłaściwe zaprojektowanie izolacji termicznych, urządzeń odwadniających, wreszcie brak systemowych rozwiązań materiałowych ochrony strukturalnej i powierzchniowej. Przykład błędnego rozwiązania pokazano na rys. 1.

Sposoby uszczelnień tarasów

Istnieją dwa podejścia dotyczące uszczelnień tarasów [1], mianowicie taras może być wykonany z powierzchniowym lub drenażowym odprowadzeniem wody.

Powierzchniowy sposób odprowadzenia wody zakłada całkowite odprowadzenie wody opadowej po powierzchni użytkowej, np. okładzinie ceramicznej (rys. 2). Istotą tego rozwiązania jest niedopuszczenie do penetracji wilgoci i wody w głąb jastrychu. Wilgoć zatrzymuje się na poziomie spodu płytki.  

Drenażowy sposób odprowadzenia wody zakłada możliwość wnikania wody opadowej w warstwy wierzchnie konstrukcji tarasu. Polega na odprowadzeniu wody opadowej zarówno po powierzchni użytkowej (okładzinie ceramicznej, dekoracyjnych płytach chodnikowych, kostce betonowej), jak i przez specjalną warstwę drenującą (rys. 3).

W rozwiązaniu tym zakłada się dwupoziomowe odprowadzenie wody – po powierzchni balkonu oraz po warstwie uszczelniającej – na skutek zastosowania pod jastrychem maty drenażowej.

Ewentualne pozostałości wody odparują po nagrzaniu się okładziny. Nie ma także niebezpieczeństwa zniszczenia konstrukcji na skutek obniżenia się temperatury poniżej zera stopni. Uzupełnieniem systemu są przydrzwiowe kratki wpustowe oraz osłonowe profile boczne. Można tu dodatkowo wyróżnić układ tradycyjny, w którym termoizolacja chroniona jest przez hydroizolację (rys. 3), oraz odwrócony, gdzie hydroizolacja zabezpieczona jest przez termoizolację.

Wymagania stawiane konstrukcji tarasów

Poprawnie zaprojektowany taras powinien przede wszystkim:

• zapewnić bezpieczne przeniesienie obciążeń stałych i zmiennych oddziałujących na konstrukcję,
• zapewnić bezpieczeństwo użytkowania użytkownikom tarasu,
• chronić budynek przed wnikaniem wód opadowych,
• umożliwić utrzymywania we wnętrzu pomieszczenia komfortu cieplnego przez cały rok.

Wymogi te muszą być spełnione niezależnie od tego, czy taras zostanie zaprojektowany w układzie z powierzchniowym, czy z drenażowym odprowadzeniem wody.

Przeniesienie obciążeń stałych i zmiennych zapewnione jest przez odpowiednie zwymiarowanie płyty konstrukcyjnej. Przyjmuje się, że podstawowe jest obciążenie stałe (ciężar własny konstrukcji i warstw wykończeniowych) oraz zmienne (użytkowe). Takie podejście jest błędne.

Znacznie trudniejsze jest zapewnienie odporności na różnice temperatur dochodzące do 60ºC i więcej pomiędzy wierzchnią warstwą tarasu a spodem płyty nośnej, znajdującej się zawsze w pomieszczeniu. W upalne dni powierzchnia tarasu, zwłaszcza wykończona ciemnymi płytkami, potrafi się nagrzać do temperatury nawet 70ºC i wyższej.

Spód płyty ma temperaturę pokojową. Do tego dochodzi obciążenie szokowe, np. w wyniku gwałtownej burzy latem. W czasie ostrej zimy powierzchnia tarasu oziębia się do temperatury –20ºC, a nawet –30ºC, w pomieszczeniu pod tarasem panuje temperatura rzędu +25ºC. Jednak chodzi nie tylko o różnice temperatur między spodem tarasu a jego wierzchnią warstwą, lecz także o różnicę między minimalną zimą a maksymalną latem temperaturą działającą na konstrukcję (gradient rzędu prawie 100ºC).

Bardzo niebezpieczne są cykle zamarzania i odmarzania w okresie wczesnej i pźnej zimy (temperatura ujemna w nocy i nad ranem, dodatnia w ciągu dnia). Dlatego zakres wymagań, które musi spełniać konstrukcja tarasu, jest dużo bardziej obszerny, niż może się wydawać.

Wyodrębnia się dwa podstawowe czynniki, które stymulują destrukcję tarasów. Są nimi: woda, obciążenia termiczne. Z analizy tych czynników wynikają następujące wymagania w stosunku do tarasów nadziemnych:

• całkowita szczelność, zapobiegająca penetracji wody opadowej w konstrukcję, niezależnie od charakteru i rodzaju występującego obciążenia termicznego. Dla wariantu z drenażowym odprowadzeniem wody musi być zapewniona możliwość wnikania wody w warstwę drenażową, niedopuszczalne jest natomiast wnikanie wody pod hydroizolację;
• zdolność i skuteczność oraz szybkość odprowadzania wody opadowej poza obręb tarasu.

Wymaga to odpowiedniego wykonstruowania i uszczelnienia obróbek blacharskich. Konieczne jest obsadzenie balustrad w sposób absolutnie szczelny, niepowodujący dodatkowo możliwości uszkodzenia wierzchnich warstw izolacyjno-wykończeniowych.

Wierzchnie warstwy tarasu muszą mieć możliwość ruchów termicznych, kompensujących naprężenia powstałe na skutek zmian temperatury. Warstwa użytkowa powinna być bezpieczna w użytkowaniu (odpowiednio antypoślizgowa), estetyczna, łatwa do utrzymania w czystości, lecz odporna na czyszczenie oraz ewentualne kwaśne deszcze.

Wymagania cieplno-wilgotnościowe

Zagadnieniem niezbędnym do rozwiązania na etapie projektowania jest zapewnienie odpowiedniego komfortu cieplnego użytkownikom pomieszczeń pod tarasem. Jednakże tego zagadnienia nie wolno sprowadzać do ograniczenia strat ciepła z pomieszczenia pod tarasem do otoczenia. Równie istotne jest niedopuszczenie do rozwoju grzybów pleśniowych na stropie i przyległych fragmentach ścian. Nie wystarczy tak dobrać grubości warstwy termoizolacji, aby maksymalna wartość współczynnika przenikania ciepła U_max obliczana zgodnie z normą PN-EN ISO 6946:2008 [2] w pomieszczeniach o temperaturze t₁ > 16ºC była nie większa niż 0,30 [3]. Jednocześnie należy wyeliminować możliwość kondensacji pary wodnej, umożliwiającej rozwój grzybów pleśniowych, oraz możliwość zawilgocenia wnętrza przegrody na skutek powstania płaszczyzny bądź strefy kondensacji [3, 4]. Wynika to z tego, że ograniczenie strat ciepła (czyli uzyskanie wymaganej wartości współczynnika przenikania ciepła U_max) nie zawsze jest skutecznym zabezpieczeniem przed pojawieniem się późniejszych problemów mykologicznych (jest to szczególnie istotne w obszarze występowania mostków termicznych).

Zapisy rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3], wymagają takiego zaprojektowania przegrody, które wyeliminuje ryzyko wystąpienia na jej wewnętrznej powierzchni kondensacji pary wodnej, umożliwiającej rozwój grzybów pleśniowych. Zgodnie z normą PN-EN ISO 13788:2003 [4] do oceny tego ryzyka stosuje się współczynnik temperaturowy f_Rsi:

gdzie:

θ_Si – temperatura wewnętrznej powierzchni stropu konstrukcji tarasu (ºC),

θ_i – temperatura środowiska wewnętrznego (ºC),

θ_e – temperatura środowiska wewnętrznego (ºC).

Obliczona dla przegrody i ich węzłów konstrukcyjnych wielkość f_Rsi musi być nie mniejsza niż wymagana wartość krytyczna podana w normie PN-EN ISO 13788:2003 [4].

Sam proces projektowania, który ma wyeliminować niebezpieczeństwo zagrzybienia, polega na obliczeniu minimalnej dopuszczalnej wartości współczynnika temperaturowego f_{Rsi wym} (ze zwróceniem uwagi na sposób użytkowania pomieszczenia, jego przeznaczenie oraz zewnętrzne warunki cieplno-wilgotnościowe), obliczeniu dla konkretnego przypadku (węzła) f_{Rsi obl min} i sprawdzeniu warunku, czy f_{Rsi obl min} ≥ f_{Rsi wym}. Niespełnienie tego warunku wymaga zastosowania materiału termoizolacyjnego o mniejszym współczynniku przewodzenia ciepła λ lub grubszej warstwy termoizolacji. Doświadczenie oraz analizy numeryczne pokazują, że rozwój grzybów pleśniowych najwcześniej uwidacznia się w obszarze występowania przynajmniej dwóch liniowych mostków termicznych (np. styk ściana–strop, narożnik pomieszczenia), co oznacza, że istotny wpływ może tu mieć izolacyjność cieplna ścian zewnętrznych pomieszczenia pod tarasem (ich ocieplenie).

Norma PN-EN ISO 13788:2003 [4] pozwala na przyjęcie kilku wariantów definiowania obciążenia wilgotnościowego pomieszczeń. Za punkt wyjścia można przyjąć klasy wilgotności wewnętrznej, stałą wartość wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu lub zadaną emisję wilgoci do powietrza w pomieszczeniu oraz stałą lub zmienną (w funkcji temperatury zewnętrznej) intensywność wentylacji. Za najbardziej racjonalne należy w tym wypadku uznać przyjęcie maksymalnej wilgotności względnej powietrza. Na tej podstawie oblicza się wartość f_{Rsi wym} w odniesieniu do każdego miesiąca, a do dalszych obliczeń przyjmuje największą otrzymaną wartość.

Dodatkowo musi być spełniony warunek, że we wnętrzu przegrody nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie na skutek kondensacji pary wodnej. Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych [3] dopuszcza kondensację pary wodnej w okresie zimowym wewnątrz przegrody, o ile latem możliwe będzie wyparowanie kondensatu i nie nastąpi degradacja materiału przegrody na skutek tej kondensacji.

Sprawdzenie tego warunku należy wykonać zgodnie z wymaganiami normy PN-EN ISO 13788:2003 [4]. W tym celu oblicza się rozkłady ciśnień pary wodnej dla konkretnego stanu (założone wartości ciśnień pary wodnej po obu stronach przegrody) oraz dla stanu nasycenia i wykonuje się ich wykresy. Jeżeli wykresy te się nie przecinają, oznacza to, że dla tych konkretnych warunków cieplno-wilgotnościowych kondensacja nie zachodzi. Należy wówczas wykonać obliczenia w odniesieniu do niższej temperatury zewnętrznej.

Często dochodzi do sytuacji, że wykresy ciśnień pary wodnej się przecinają. Skutkuje to powstaniem płaszczyzny lub strefy kondensacji. Wyeliminowanie kondensacji wgłębnej jest bardzo istotne, ponieważ zawilgocenie materiału ma wpływ na jego izolacyjność cieplną. Obliczenia współczynnika przenikania ciepła U, zgodnie z normą PN-EN ISO 6946:2008 [2], wykonuje się w odniesieniu do warunków ustalonych. A ponieważ parametry cieplne zależą od wilgotności materiału, może się okazać, że obliczona wartość współczynnika U jest czysto teoretyczna. Dlatego taras (i ogólnie przegrody zewnętrzne) należy projektować tak, aby ich zawilgocenie nie spowodowało takiego obniżenia izolacyjności cieplnej, które sprawi, że przestaną one wypełniać stawiane im wymagania techniczne. Opór dyfuzyjny warstwy (okładziny) wewnętrznej powinien być równy oporowi dyfuzyjnemu warstwy (okładziny) zewnętrznej lub większy od niego. Brak możliwości spełnienia tego warunku wymusza zastosowanie paroizolacji między warstwą wewnętrzną a termoizolacją.

Przyczyną zawilgocenia może być także zbyt wolne wysychanie wilgoci początkowej (technologicznej). Budowa przegród oraz cykl technologiczny budowy powinny umożliwić wyschnięcie przegrody z wilgoci technologicznej. Materiały o wysokiej wilgotności początkowej nie powinny być z obu stron osłaniane szczelnymi okładzinami.

Konieczność wykonania szczegółowych obliczeń cieplno-wilgotnościowych jest szczególnie istotna przy nietypowych rozwiązaniach technologiczno-materiałowych, np. gdy warstwą użytkową jest powłoka z reaktywnej żywicy poliuretanowej (zdaniem autora należy unikać stosowania żywic reaktywnych nad tarasami ogrzewanymi). Pokazuje to dobitnie analiza numeryczna wykonana dla następującego układu warstw tarasu (przy temperaturze zewnętrznej +8ºC):

• powłoka z żywicy poliuretanowej o grubości 1 mm,
• jastrych cementowy o grubości 5 cm,
• warstwa rozdzielająca z papy asfaltowej,
• termoizolacja z płyt styropianowych o grubości 15 cm,
• paroizolacja z papy asfaltowej,
• żelbetowa płyta konstrukcyjna o grubości 20 cm,
• tynk tradycyjny, wapienno-cementowy.

Obliczenia wykonano numerycznie w odniesieniu do parametrów normowych λ, R, μ/SD (dla powłoki z żywicy poliuretanowej μ = 7067) oraz warunków wewnątrz pomieszczenia θ_i = 20ºC i ϕ_i = 64% (budynek zlokalizowany w Łodzi).

Już przy temperaturze zewnętrznej niższej niż +8ºC w warstwach tarasu dochodzi do kondensacji pary wodnej. Nie można przyjąć, że w okresie letnim dojdzie do wyparowania wilgoci (SD dla powłoki żywicznej jest prawie 10 razy większe niż dla jastrychu) (tabela 1).

Wykonanie paroizolacji ze specjalnej żywicy epoksydowej (μ = 117 600, w odniesieniu do warstwy o grubości 0,5 mm SD = 58,8 m) pokazuje, że kondensacja wilgoci zostanie wyeliminowana, o ile temperatury zewnętrzne nie spadną poniżej –1ºC (tabela 2). Przy dalszym spadku temperatury także przy zastosowaniu tego materiału jako paroizolacji dojdzie do kondensacji wilgoci w przegrodzie.

Literatura

1. ZDB, „Auβenbeläge. Belagkonstruktionen mit Fliesen und Platten auβerhalb von Gebäuden”, VII 2005.
2. PN-EN ISO 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i wspłczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690, ze zm.).
3. PN-EN ISO 13788:2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej. Metody obliczania”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!