Konstrukcja balkonów - zagadnienia cieplno-wilgotnościowe

Balkon czy taras to specyficzny i wyjątkowo niewdzięczny w wykonaniu element budynku. Nie dosyć, że wymaga w wykonawstwie wyjątkowej precyzji, to dodatkowo nie toleruje żadnych błędów: projektowych, wykonawczych czy materiałowych.

Nie można rozpatrywać zagadnień związanych z balkonami czy tarasami bez uwzględnienia ich wpływu na inne elementy wykończenia budynku, np. ocieplenie ścian. Należy również wziąć pod uwagę sposób zaprojektowania i wykonania płyty nośnej (jest to istotne dla konstrukcji balkonu).

Może się bowiem zdarzyć, że błędy w ich wykonaniu skutkują późniejszymi problemami nie tylko z przeciekami do pomieszczeń pod tarasami czy przez płytę balkonu, lecz także z przyległymi fragmentami ociepleń ściany oraz mostkami termicznymi na przyległych nadprożach okiennych, co skutkuje powstawaniem kolonii grzybów pleśniowych na styku ściany i stropu przechodzącego w płytę tarasową lub balkonową.

Konstrukcja oraz sposób odprowadzenia wody

Balkon to element konstrukcyjny i architektoniczny w postaci płyty wysuniętej poza lico ściany, połączony drzwiami z pomieszczeniem za ścianą oraz zabezpieczony balustradą.

Taras naziemny to element konstrukcji składający się z płyty nośnej, pod którą nie ma pomieszczeń (przestrzeń pod płytą wypełniona jest gruntem). Powierzchnia tarasu naziemnego znajduje się na poziomie porównywalnym z poziomem otaczającego terenu.

Natomiast taras nadziemny jest elementem konstrukcji umieszczonym nad pomieszczeniem. Pełni on jednocześnie funkcję dachu i jest zabezpieczony balustradą lub attyką. Powierzchnia tarasu dostępna jest z przyległych pomieszczeń.

Niezależnie od rodzaju tarasu (nadziemny, naziemny) spotyka się dwie koncepcje uszczelnienia: powierzchniowy i drenażowy. Powierzchniowy sposób odprowadzenia wody to sposób wykonania hydroizolacji powierzchni balkonu lub tarasu zakładający całkowite odprowadzenie wody opadowej po powierzchni użytkowej (np. wykładzinie ceramicznej).

Zupełnie inne założenie leży u podstaw drenażowego sposobu odprowadzenia wody. Woda ma tu możliwość wnikania w warstwy wierzchnie konstrukcji. Skutkuje to odprowadzeniem wody opadowej zarówno po powierzchni użytkowej (wykładzinie ceramicznej, dekoracyjnych płytach chodnikowych, kostce betonowej), jak i przez specjalną warstwę drenującą. Hydroizolacja ułożona jest pod warstwami użytkowymi.

Dla tego wariantu można wyróżnić konstrukcję w układzie odwróconym (warstwa hydroizolacji chroniona jest przez warstwę termoizolacyjną) lub klasycznym (warstwa termoizolacyjna chroniona jest przed oddziaływaniem wilgoci przez warstwę hydroizolacji).

Poprawny układ warstw dla poszczególnych rodzajów konstrukcji oraz koncepcji uszczelnienia pokazano na rys. 1–7.

Podane warianty wykonania hydroizolacji nie zależą od układu statycznego płyty. Elementem konstrukcyjnym balkonu jest płyta nośna, jednak może ona być zaprojektowana jako: wspornikowa – oparta na belkach wspornikowych, oparta na przyległych ścianach (loggia), dostawiana – na niezależnej konstrukcji nośnej (słupach, ścianach); niekiedy spotyka się też układ płytowo-cięgnowy. Do tego dochodzi wariant z balustradą pełną oraz możliwość zaprojektowania płyty o kształtach trapezu lub z łukowymi krawędziami.

Dla tarasów nie ma aż tak dużego zróżnicowania układu statycznego płyty, jednak ilość wariantów jest również duża: balustrada ażurowa (barierka), balustrada pełna, ściana docieplana w systemie ETICS, ściana jednowarstwowa, ściana trójwarstwowa (te warianty dotyczą także balkonów) czy wreszcie taras przechodzący w balkon.

Pomijanie zagadnień cieplno­-wilgotnościowych i jego skutki

To nie wszystkie aspekty zagadnienia. Rozwiązanie projektowe powinno zapewnić odpowiedni komfort cieplny użytkownikom pomieszczeń pod tarasem oraz nie dopuszczać do rozwoju grzybów pleśniowych na stropie i przyległych fragmentach ścian. Do tego dochodzą także wymogi zapewnienia odpowiedniej izolacyjności akustycznej i bezpieczeństwa użytkowania – warstwa użytkowa powinna mieć odpowiednią klasę antypoślizgowości.

Oznacza to, że nie wolno ograniczać analizowanych zagadnień tylko do układu warstw i detali (choć to podstawowa czynność, bardzo często jest ona traktowana po macoszemu). Należy także przeanalizować konstrukcję pod kątem jej układu i zagadnień cieplno-wilgotnościowych. Ten drugi aspekt jest notorycznie pomijany (trudno uznać wyznaczenie jedynie wartości współczynnika przenikania ciepła U za kompleksowe podejście do problemu).

Rozpatrzmy kilka typowych sytuacji. Pierwsza, wydawałoby się najprostsza, to balkon w układzie wspornikowym, ściana dwuwarstwowa ocieplona systemem ETICS. Taki wariant stosowany jest w bardzo wielu budynkach, zarówno mieszkalnych, jak i użyteczności publicznej (fot. 1–2).

Żelbetowa płyta balkonu wypuszczona jest z wieńca i monolitycznie zespolona ze stropem (schemat uszczelnienia balkonu pokazano na rys. 1).

Fotografie (fot. 1–2) pokazują pewną bezmyślność uczestników procesu budowlanego. Pozostawienie nieocieplonej płyty nawet po wykonaniu uszczelnienia będzie skutkowało powstaniem mostka termicznego. Zwykle zostaje to dostrzeżone i próbuje się docieplać płytę balkonową. Niekiedy z mizernym rezultatem.

Docieplenie płyty z obu stron wymaga bowiem układu warstw od góry jak dla tarasu, co powoduje problemy zarówno z brakiem miejsca na poprawne wykonanie wszystkich warstw balkonu, jak i wzajemnym poziomem warstwy użytkowej balkonu i posadzki w pokoju.

Przeanalizujmy sytuację dla wspornikowej płyty żelbetowej gr. 12 cm z uszczelnieniem podpłytkowym i okładziną ceramiczną zamocowaną w ścianie gr. 25 cm (wieniec o wys. 25 cm) z pustaków z ceramiki poryzowanej, ocieplonej systemem ETICS (15 cm styropianu). Jakie mogą być skutki pozostawienia nieocieplonej płyty? Załóżmy na zewnątrz temp. –10°C, a wewnątrz +20°C.

Rys. 8–10 przedstawiają rozkład izoterm w obszarze wieńca, ściany i płyty. Widać wyraźnie, jak obecność tak zamocowanej płyty wpływa na rozkład temperatury w przekroju ściany. Temperatura (powierzchni tynku) na styku ściany ze stropem wynosi 14,7°C, zaś w miejscu styku wieńca ze ścianą (10 cm niżej) tylko 15,4°C, co w porównaniu z temperaturą powierzchni ściany oznacza spadek o prawie 25% (tabela i rys. 11).

Także w przyległej strefie stropu (w odległości 8 cm od krawędzi ściany) temperatura na powierzchni tynku wynosi 16,7°C. Tłumaczy to pojawiające się często w tym obszarze kolonie grzybów pleśniowych (podane wartości temperatur wyznaczono w odniesieniu do temp. zewnętrznej -10°C, a ostatnio zdarzają się zimy z dużo niższą temperaturą).

Potrzeba eliminowania kondensacji pary wodnej 

Grzyby pleśniowe pojawiają się w miejscu, gdzie dochodzi do powierzchniowej kondensacji wilgoci, a sprzyja temu niska temperatura podłoża. W powietrzu bowiem zawsze znajduje się pewna ilość pary wodnej. Jest ona określana parametrem zwanym wilgotnością względną powietrza (jest on definiowany jako stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu – w danej temperaturze – do ciśnienia pary wodnej w stanie nasycenia w takiej samej temperaturze).

Z kolei punkt rosy to temperatura, przy której ciśnienie cząstkowe pary wodnej staje się ciśnieniem stanu nasycenia (innymi słowy, więcej pary wodnej w danej temperaturze w powietrzu się „nie zmieści”). Zatem warunkiem wystąpienia kondensacji na powierzchni przegrody jest to, że temperatura powierzchni przegrody jest równa punktowi rosy lub niższa od niego.

Dla temperatury 20°C i wilgotności względnej powietrza 50% punkt rosy wynosi 9,3°C, ale dla wilgotności względnej powietrza 70% już 14,4°C. I to jest odpowiedź na pytanie, dlaczego rozwój grzybów pleśniowych najwcześniej uwidacznia się w obszarze występowania przynajmniej dwóch liniowych mostków termicznych (np. na styku ściana–strop) i dlaczego tak istotne jest wyeliminowanie mostków termicznych – przy zakręconych (lub przykręconych) kaloryferach i szczelnych oknach, gdy do tego nie ma skutecznej wentylacji, rozwój grzybów pleśniowych jest kwestią czasu.

Nie bez przyczyny należy przyjąć takie rozwiązanie konstrukcyjne balkonu oraz obliczeniowo tak dobrać grubość warstwy termoizolacji ściany, aby, oprócz uzyskania odpowiedniej wartości współczynnika przenikania ciepła U, wyeliminować możliwość kondensacji pary wodnej, która umożliwia rozwój grzybów pleśniowych.

Odpowiednie rozwiązanie konstrukcyjne

Aby uniknąć opisanej sytuacji, próbuje się docieplać płytę balkonową także od spodu. Zapomina się jednak o tym, że w takiej sytuacji układ warstw musi odpowiadać układowi tarasowemu, na co zwykle brakuje wysokości. Niezależnie od tego, z tego samego powodu próbuje się zastosować cieńszą niż wymagana grubość warstw. W takiej sytuacji należy również starannie przemyśleć szczegóły. Pytanie, na które należy odpowiedzieć, brzmi: co daje takie docieplenie płyty z obu stron i jakie niesie niebezpieczeństwo?

Zacznijmy od analizy rozkładu temperatur. Z rys. 12–14 wynika, że sytuacja jest dużo lepsza niż ta pokazana na rys. 8–10 (tabela i rys. 11). Temperatura na styku ściany i ­stropu wynosi 16,2°C, co oznacza, że kondensacja pojawi się dopiero przy wilgotności względnej powietrza wynoszącej prawie 80% (dla temperatury +20°C). Jeśli jednak pomieszczeniem tym będzie kuchnia, taka wilgotność powietrza może wystąpić.

Najlepszą z punktu widzenia ochrony cieplnej sytuację ilustrują rys. 15–17. Płyta balkonu jest oparta na osobnej konstrukcji nośnej (dostawiana do budynku). Tu zmiana temperatury wynika z różnego współczynnika przewodzenia ciepła betonu wieńca oraz ściany z pustaków. Wpływ płyty balkonowej jest praktycznie ­pomijalny. Bardzo podobna sytuacja ma miejsce w przypadku stosowania łączników izotermicznych.

Trzeba także wspomnieć o jeszcze jednej sytuacji – konstrukcji: ściana trójwarstwowa – część nośna, termoizolacja, oblicówka. Przy takim układzie (rys. 18–20) praktycznie nie da się wyeliminować mostka termicznego, dlatego nie powinno się tego typu konstrukcji stosować. Pojawia się tu także jeszcze jeden problem.

Z analizy cieplno-wilgotnościowej (rys. 21–23) wynika, że na styku warstwy oblicówki z warstwą termoizolacji dochodzi do kondensacji pary wodnej. Przerwanie ciągłości termoizolacji będzie prowadziło do wnikania wilgoci w warstwy ściany, co po kilku latach może prowadzić do lokalnych odspojeń farby w mieszkaniu, w strefie ściany bezpośrednio nad podłogą.

Odpowiednie wykonawstwo

Niezależnie od rozwiązania konstrukcyjnego płyty, konieczne jest odpowiednie wykonanie detali. Chodzi tu przede wszystkim o wykonanie i szczelnienie dylatacji brzegowej (styk płyta–ściana) oraz o sposób obsadzenia barierek. A na to ma także wpływ układ konstrukcyjny płyty(wspornik, niezależna konstrukcja) oraz sposób wykonania termoizolacji ściany i samej płyty balkonowej (łącznik izotermiczny, docieplenie płyty z góry i z dołu, metoda docieplenia ściany).

Bardzo wrażliwe na błędy jest obustronne ocieplenie płyty, co ilustrują fot. 3– 7. Jest to typowy balkon ocieplony z obu stron. Pojawiły się tu przecieki przez płytę balkonową. Dokładne oględziny wykazały nie tylko wyjątkowo niską kulturę techniczną wykonawcy, lecz także jego bezmyślność.

Począwszy od sposobu przyklejania płyt dociepleniowych (fot. 3) – musi to być klejenie całopowierzchniowe – przez montaż barierki do obróbki blacharskiej (fot. 4), a skończywszy na przymocowaniu do termoizolacji dodatkowych elementów (fot. 6–7). Stan warstw konstrukcji jednoznacznie pokazują fot. 5–7.

Należy mieć świadomość, że wnikanie wody w warstwy takiego balkonu bardzo szybko ­prowadzi do uszkodzeń, gdyż możliwości jej odprowadzenia na zewnątrz są bardzo ograniczone (w balkonie pokazanym na fot. 8 po wycięciu rowków w dolnej warstwie termoizolacji z konstrukcji wypływała woda).

Przedstawione na rys. 8–20 izotermy są rozkładem temperatur dla suchych materiałów. Jeżeli na skutek błędów wykonawczych (lub projektowo-wykonawczych) dojdzie do znacznego zawilgocenia strefy przyściennej, rozkład temperatur będzie zupełnie inny – ściana i wieniec będą znacznie bardziej zimne. Niekiedy skutek błędów jest taki, jak pokazano na fot. 9 i fot. 10.

Możliwości popełnienia błędów jest jednak dużo więcej – od bezmyślnego wykonania izolacji międzywarstwowej/paroizolacji (fot. 11), po błędy, których usunięcie wymaga kompleksowej naprawy. Nierzadko jest to spowodowane także usterkami w wykonaniu warstw termoizolacji w strefie przyległej do balkonu (fot. 12–13).

Zdarzają się jednak sytuacje dość drastyczne (fot. 14–15), gdzie przyczyną są nie tylko błędy w wykonaniu izolacji i termoizolacji (a raczej jej brak), lecz także kompletna ignorancja przy wykonywaniu prac. Takie sytuacje nie są rezultatem jednej usterki – wskazują raczej na potrzebę kompleksowej naprawy.

Literatura

1. ZDB, „Außenbeläge. Belagkonstruktionen mit Fliesen und Platten außerhalb von Gebäuden”, VII 2005.
2. 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 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
4. 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”.
5. PN-EN 12524:2003, „Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe”.
6. PN-91-B-02020, „Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia”.
7. M. Rokiel, „Tarasy i balkony. Projektowanie i warunki techniczne wykonania i odbioru robót”, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2011.M. Rokiel, „Poradnik. Hydroizolacje w budownictwie. Wybrane zagadnienia w praktyce”, wyd. II, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2009.
8. „Budownictwo ogólne”, praca zbiorowa, t. 2: „Fizyka budowli”, pod kier. P. Klemma, aut. D. Chwieduk [i in.], Arkady, Warszawa 2007.
9. J. Ważny, J. Karyś, „Ochrona budynków przed korozją biologiczną”, Arkady, Warszawa 2001.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!