Skutki braku wentylacji w dachu nad basenem

Przykładowy stropodach stanowi fragment przekrycia kompleksu sportowo-rekreacyjnego oddanego do użytku w 2009 r. Główną konstrukcję nośną hali basenowej stanowią słupy i ściany żelbetowe. Konstrukcję dachu tworzą dźwigary wykonane z drewna klejonego klasy GL28. Dźwigary o zmiennej wysokości od 129 cm do 156 cm oparte są na słupach i ścianach żelbetowych.

Stropodach nad halą basenową został zrealizowany jako stropodach ze szczeliną wentylowaną. Na dźwigarach dachowych, w celu montażu warstw stropodachu, zamontowano prefabrykowane skrzynie drewniane, tzw. isobox, z żebrami z drewna litego o przekroju 200×100 mm o rozpiętości 6 m.

Isobox od dołu został fabrycznie zabezpieczony aluminizowaną folią paroizolacyjną, na której ułożono warstwę termoizolacji z wełny mineralnej o gr. 20 cm. Warstwę izolacji termicznej zabezpieczono fabrycznie montowaną od góry membraną paroprzepuszczalną. Isoboksy zostały ułożone na górnej powierzchni dźwigarów nośnych dachu i tworzyły podparcie poszycia dachu.

Nad warstwą isoboksów zaprojektowano szczelinę powietrzną ukształtowaną przez kontrłaty o przekroju 80×60 mm. Na wierzchnią warstwę dachu zastosowano płyty OSB o gr. 22 mm, które zaprojektowano jako podłoże pod pokrycie dachowe z membrany EPDM.

Dolną warstwę wykończeniową stropodachu zrealizowano jako izolację akustyczną z paneli z wełny drzewnej o gr. 25 mm, mocowanych fabrycznie do paneli isobox przez warstwę deskowania ażurowego (RYS. 1).

Dla zapewnienia wymiany powietrza w szczelinie wentylowanej stropodachu zaprojektowano szczelinę wlotową zlokalizowaną w ścianie attykowej (RYS. 2). W celu wyprowadzenia powietrza ze szczeliny wentylowanej zaprojektowano szereg stalowych kominów wywiewnych (RYS. 3).

Zaobserwowane uszkodzenia stropodachu

Pierwszym symptomem złego funkcjonowania stropodachu były pojawiające się już po kilku miesiącach użytkowania zacieki na warstwach wykończeniowych sufitu oraz na powierzchni dźwigarów nośnych w hali basenowej (FOT. 1). Zacieki na powierzchni sufitu wielokrotnie zamalowywano, jednakże po każdym sezonie zimowym odnawiały się po raz kolejny. Zawilgocenie płyt akustycznych spowodowało w niektórych obszarach stropodachu ich odkształcenie (ugięcie).

Po 6 latach użytkowania podczas kontroli technicznej budynku zaobserwowano w kilku miejscach zastoiska wodne powstające w wyniku ugięcia warstwy podłoża z płyty OSB. Osłabieniu ulegały najczęściej płyty zamocowane w strefach attykowych (FOT. 2). Oględziny pokrycia wykazały dobry stan warstwy wodoszczelnej stropodachu z membrany EPDM. Na dachu nie znaleziono miejscowych przebić i nieciągłości warstwy pokrycia.

Na podstawie dokonanych odkrywek stwierdzono wysokie zawilgocenie płyt OSB stanowiących poszycie dachu oraz zawilgocenie warstwy termoizolacyjnej z wełny mineralnej. Płyty OSB w miejscu wykonanej odkrywki całkowicie straciły swoje pierwotne właściwości wytrzymałościowe i uległy całkowitej degradacji biologicznej (FOT. 3).

Warstwa wełny mineralnej stykająca się ze ścianą attykową uległa zagrzybieniu, prawdopodobnie w wyniku długotrwałego zawilgocenia (FOT. 4). Pobrane próbki wełny mineralnej miały zróżnicowaną wilgotność - od całkowicie wysuszonych do wilgotności zbliżonej do stanu nasycenia.

Drewniane elementy nośne oraz kontrłaty kształtujące szczelinę powietrzną pod pokryciem w miejscach odkrywek wykazywały ślady korozji biologicznej (FOT. 5 i FOT. 6).

W celu poprawy funkcjonowania stropodachu dokonano demontażu najbardziej zawilgoconych pasm stropodachu znajdujących się wzdłuż attyk i wymiany warstw stropodachu (FOT. 7).

Przyczyny złego funkcjonowania stropodachu

W projekcie architektonicznym budynku przyjęto do realizacji stropodach płaski o bardzo małym spadku (1,5%), pierwotnie zaprojektowanym jako stropodach pełny.

Aby zmniejszyć ryzyko występowania kondensacji pary wodnej, wykonawca zmodyfikował uwarstwienie stropodachu przez zastosowanie szczeliny wentylacyjnej (RYS. 1 i RYS. 2). Szczeliny o wysokości 8 cm wykonano równolegle do kierunku spadku na całej połaci dachu. Wlot do szczeliny wykonano pod blaszanymi nakrywami w attyce, natomiast wyloty zostały zrealizowane przez kominy z blachy nierdzewnej z podciśnieniowymi nasadami (średnica kominów Ø 30, rozstaw co 4,5 m).

Prędkość strumienia powietrza w szczelinie wentylowanej zależy od następujących czynników:

• wymiaru przekroju poprzecznego szczeliny,
• powierzchni otworów wlotowych i wylotowych w przestrzeni wentylowanej,
• różnicy wysokości między otworami wlotowymi i wylotowymi,
• oporów ruchu powietrza w szczelinie,
• różnicy temperatury między temperaturą powietrza zewnętrznego i temperaturą powietrza w szczelinie,
• prędkości wiatru.

Wymiary przekroju poprzecznego szczeliny były dobrze dobrane, konfiguracja kierunku szczelin zgodnie z przeważającym kierunkiem wiatru w Polsce (kierunek zachód-wschód) była zaprojektowana poprawnie.

Aby system wentylacji działał skutecznie, powierzchnia otworów wlotowych (nawiewnych) musi równoważyć lub przekraczać powierzchnię otworów wylotowych (wywiewnych).

Poprawnie skonstruowany system wentylacyjny wykorzystuje zasadę unoszenia ciepłego powietrza. Kierunek przepływu powietrza jest najczęściej zgodny z linią spadku dachu, a więc oprócz parcia wiatru wytwarza się naturalny ciąg grawitacyjny. Ułatwia on ruch powietrza pod połacią dachową nawet przy bezwietrznej pogodzie.

Zgodnie z aktualnie obowiązującymi polskimi wytycznymi [1] powierzchnia otworów wentylacyjnych powinna wynosić nie mniej niż 1500 mm²/m² powierzchni stropodachu, tj. 15 cm² na każdy m² powierzchni wentylowanego dachu. Zastosowany przekrój otworów nawiewnych i wywiewnych był mniejszy od wymaganego.

Zaprojektowany sposób wentylacji również nie zapewniał wystarczającej różnicy wysokości między otworami wlotowymi i wylotowymi ze szczeliny, ponieważ znajdowały się one praktycznie na tym samym poziomie (RYS. 2 i RYS. 3).

Kolejnym błędem w opisywanym stropodachu były wysokie opory przepływu powietrza w szczelinie. Powietrze dostające się do szczeliny przez wlot w attyce musiało pokonać 2 załamania pod kątem prostym, by dostać się do szczeliny w płaszczyźnie dachu (RYS. 3).

Poszczególne kanały wentylacyjne nie miały indywidualnych wylotów, lecz były połączone ze sobą prostopadłym kanałem zbiorczym odprowadzającym powietrze do komina wywiewnego obsługującego 4 kanały wentylacyjne (RYS. 4).

Kanał zbiorczy został utworzony przez rozsunięte kontrłaty (przekrój kanału 30×8 cm) i miał za zadanie zasysać powietrze z poszczególnych kanałów wentylacyjnych do komina wywiewnego. Takie rozwiązanie było nieskuteczne. Kanał zbiorczy miał za mały przekrój i ze względu na opory ruchu powietrza nie zapewniał skutecznego odprowadzenia powietrza ze szczelin bocznych do komina wywiewnego.

Wyprowadzenie powietrza ze szczeliny przez stalowe, nieizolowane kominy wentylacyjne o wysokości ponad 50 cm również nie było poprawne. Nasycone wilgocią powietrze ze szczeliny wentylacyjnej uległo w kominie raptownemu wychłodzeniu, przez co występowała kondensacja na powierzchni komina (FOT. 8). Oblodzone kominy miały obniżoną sprawność funkcjonowania, a w okresie odwilży wytopiony lód z komina spływał do wnętrza komina.

Dodatkowo za linią kominów wywiewnych i kanału zbiorczego powstała przestrzeń niewentylowana ze względu na brak nawiewu do tej strefy stropodachu (RYS. 4). Brak ruchu powietrza powodował intensyfikację kondensacji pary wodnej w tej części stropodachu, a w konsekwencji liczne wycieki i obniżoną izolacyjność termiczną dachu (FOT. 9 zdjęcie główne).

Ze względu na uwarstwienie stropodachu skuteczność działania warstwy paroizolacyjnej jest kluczowa w jego funkcjonowaniu. Dokumentacja projektowa nie zawierała informacji dotyczących wymaganych parametrów oporu dyfuzyjnego folii paroizolacyjnej. Projektant nie zamieścił także sposobu rozwiązania newralgicznych dla ciągłości paroizolacji szczegółów połączeń prefabrykatów (isoboksów), połączeń stropodachu z attykami czy zabezpieczeń przebić instalacyjnych itp.

W opisywanym stropodachu zastosowano paroizolację z wielowarstwowej folii polietylenowej metalizowanej folią aluminiową. Ze względu na konieczność wielokrotnych przebić paroizolacji podczas montażu wewnętrznych warstw wykończeniowych i podwieszeń znacznie obniżył się jej opór dyfuzyjny i trudno było ocenić jej rzeczywistą sprawność.

Podsumowanie

W przestrzeni wewnętrznej hali basenowej panował typowy dla tych obiektów klimat wewnętrzny [2], charakteryzujący się wysoką temperaturą i wysokim ciśnieniem pary wodnej. Na podstawie przeprowadzonych analiz obliczeniowych przepływu pary wodnej przez przegrodę stwierdzono ryzyko powstawania kondensacji międzywarstwowej w stropodachu w miesiącach zimowych, nawet przy założeniu bezbłędnego ułożenia warstw stropodachu.

Najbardziej intensywnie kondensacja przebiegała w górnych warstwach wełny mineralnej, w pustce powietrznej i w płycie OSB. Na RYS. 5 strefę kondesacji obrazuje styk wykresu ciśnienia nasyconej pary wodnej z rozkładem ciśnienia pary wodnej w przegrodzie.

Stropodach ze względu na niedrożność szczelin wentylujących pracował jak stropodach pełny. Zastosowanie wymuszenia przepływu powietrza w szczelinie wentylowanej przez montaż nasad turbowent na kominy wywiewne nie spowodował poprawy warunków eksploatacyjnych stropodachu.

Zgodnie z publikacjami "Ocieplone stropodachy na blachach fałdowych nad krytymi basenami" [3], "Ocena cieplno-wilgotnościowa stropodachu szczelinowego nad basenem na przykładzie rozwiązania zrealizowanego w praktyce" [4], "Analiza rozwiązań izolacji termicznej attyk na przykładzie kompleksu budynków basenowych o konstrukcji stalowej" [5] w basenach zaleca się stosowanie stropodachów wentylowanych lub o odwróconej kolejności warstw.

Konstrukcja stropodachu pełnego w warunkach eksploatacyjnych hal basenowych, nawet przy zastosowaniu wysokosprawnej paroizolacji, może być narażona na kondesację wewnątrzwarstwową. Z tego powodu nadmiar pary wodnej powinien być usuwany przez intensywną wentylację z przestrzeni stropodachu.

Kondensacja wewnątrzwarstwowa pary wodnej w tego typu stropodachu powoduje szybką degradację warstw dachu, co może spowodować konieczność wstrzymania użytkowania obiektu.

Naturalna wentylacja stropodachu płaskiego jest w praktyce bardzo trudna w realizacji. Wymaga odpowiedniego zaprojektowania otworów nawiewnych i wywiewnych z przestrzeni wentylowanych. W wypadku tego typu dachów konieczna jest wyjątkowa staranność w projektowaniu i wykonastwie poszczególnych warstw dachu.

Dokumentacja projektowa dachów nad basenami powinna zawierać rysunki szczegółowych rozwiązań przebiegu warstw paroizolacji, termoizolacji i szczelin wentylacyjnych w newralgicznych przekrojach stropodachu, takich jak styk stropodachu z attyką czy przebicia dachowe.

Literatura

1. PN-EN ISO 6946:2008, "Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania".
2. VDI 2089. Blatt 1 Etwurf. "Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern. Hallenbäder", Verlag Beuth GmbH, Berlin 2003.
3. A. Byrdy, C. Byrdy, "Ocieplone stropodachy na blachach fałdowych nad krytymi basenami", "Czasopismo Techniczne - Budownictwo", 2-B/2010, s. 33-40.
4. A. Byrdy, T. Kisilewicz, "Ocena cieplno-wilgotnościowa stropodachu szczelinowego nad basenem na przykładzie rozwiązania zrealizowanego w praktyce", "Przegląd Budowlany", nr 2/2011, s. 47-53.
5. A. Byrdy, "Analiza rozwiązań izolacji termicznej attyk na przykładzie kompleksu budynków basenowych o konstrukcji stalowej", "IZOLACJE", nr 3/2014, s. 60-64.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!