Izolacja termiczna attyk na przykładzie kompleksu budynków basenowych o konstrukcji stalowej

Specyfika hal basenowych sprawia, że błędy projektowe i wykonawcze w przegrodach zewnętrznych mogą skutkować problemami eksploatacyjnymi uwidaczniającymi się już w pierwszych miesiącach funkcjonowania obiektu. Tak było w wypadku kompleksu basenowego wybudowanego w 2012 r. w Polsce południowej.

Problemy eksploatacyjne attyk

Konstrukcję dachów hal basenowych tworzą najczęściej dźwigary średniej i dużej rozpiętości wsparte na konstrukcji szkieletowej (z wypełnieniem) albo na ścianach murowanych lub monolitycznych.

Przy zachowaniu podstawowych wymagań fizyki budowli ściany hal basenowych z reguły nie sprawiają problemów eksploatacyjnych. Trudne w realizacji i projektowaniu mogą być natomiast fasady szklane, przeszklenia elewacyjne i dachowe oraz stropodachy.

Ze względów ekonomicznych dachy nad basenami krytymi często wykonywane są jako lekkie stropodachy płaskie. Taka konstrukcja wymaga bardzo starannego zaprojektowania i wykonawstwa.

Szczegółowe zasady opisano w pracach „Problemy eksploatacyjne stropodachu szczelinowego nad basenem” [1], „Ocieplone stropodachy na blachach fałdowych nad krytymi basenami” [2] i „Ocena cieplno-wilgotnościowa stropodachu szczelinowego nad basenem na przykładzie rozwiązania zrealizowanego w praktyce” [3]. Zwieńczeniem ścian i stropodachów płaskich jest najczęściej attyka w formie konstrukcji żelbetowej, murowanej lub szkieletowej.

Przykładem obiektu o zróżnicowanej konstrukcji attyk jest kompleks basenowy z 2012 r. zlokalizowany w Polsce południowej, w którym hale basenowe zbudowano w technologii szkieletowej z dachem płaskim (stropodachem pełnym na blachach fałdowych) wspartym na stalowych dźwigarach kratowych. Obiekt dzieli się na kilka połączonych segmentów. W budynku znajdują się 2 baseny – sportowy o wymiarach ok. 25×21 m oraz rekreacyjny o wymiarach ok. 8,5×22,5 m.

Eksploatacja budynku rozpoczęła się zimą. Od początku zaobserwowano zawilgocenie i wycieki na fragmentach wewnętrznych powierzchni ścian hali basenowej. Wystąpiły nacieki wilgoci (fot. 1–3) w strefie przyściennej stropodachu, w nadprożach części przeziernej fasady szklanej oraz na fragmentach sufitów podwieszanych.

Miejscami widoczne były także kałuże powstające na powierzchni posadzki basenu spowodowane skapywaniem wilgoci ze stropodachu i ścian. Powierzchnie attyki okresowo pokrywały się także szronem i lodem (fot. 1–2).

Stan techniczny i zastosowane rozwiązania konstrukcyjne

Hale basenowe stanowiły stalową konstrukcję szkieletową z murowymi wypełnieniami ścian. Attyki podłużne i wewnętrzne (między halami) wykonano jako konstrukcje stalowe wsparte na słupach ze ścianami z płyt OSB i blach trapezowych (rys. 1–3).

Konstrukcję poprzecznych attyk zwieńczających ściany szczytowe budynku wykonano jako murowane z betonu komórkowego. Fragmenty te miały bardzo zróżnicowaną budowę ze względu na sposób wykończenia warstw elewacyjnych, ich wysokość, funkcję itp.

Stan techniczny attyk w budynku po roku użytkowania był dobry, jednakże ze względu na zawilgocenie istniało ryzyko ich szybkiej degradacji. Najmniej problemów stwarzały attyki murowane.

Attyki o konstrukcji stalowej ulegały natomiast okresowemu zawilgoceniu. Zawilgocenie przegród zewnętrznych hal basenowych zmieniało się w ciągu roku.

Latem i jesienią nie obserwowano większych skutków zawilgocenia. Zimą natomiast tworzył się lód na okapach ścian attykowych (fot. 1–2) oraz zawilgocenia fragmentów wykończenia stropodachu i ścian zewnętrznych (fot. 3). W niektórych fragmentach attyk obserwowano powstawanie „worków wodnych” pod warstwami pokrycia, które zanikały wiosną, by pojawić się następną zimą.

Wykonano odkrywkę i stwierdzono zagrzybienie płyt OSB stanowiących podkład pod obróbkę blacharską nakryw szkieletowych ścian attykowych (fot. 4). W ścianach attykowych zaobserwowano także zagrzybienie i wysokie zawilgocenie wełny mineralnej stanowiącej izolację attyki, dochodzące nawet do 8% (fot. 5).

W ramach obserwacji prowadzonych w hali basenowej dokonano odkrywki w ścianie dzielącej halę basenu sportowego i rekreacyjnego w rejonie ścian attykowych. W attyce w miejscach przecieków zaobserwowano gromadzenie się znacznej ilości wody wewnątrz paroizolacji (fot. 6). Przeprowadzono także badania termowizyjne budynku.

Powierzchnia dolna wykończenia stropodachu wykazała wyrównany rozkład temperatury. Jednakże ze względu na nieprzezierność sufitu podwieszonego nie można było jednoznacznie ocenić jakości termicznej tej przegrody. Na niektórych płytach sufitu w strefach przyattykowych widoczne były wyraźne ślady zawilgocenia (fot. 7).

Wizja lokalna z użyciem kamery termowizyjnej na powierzchni dachu wykazała ucieczkę ciepła w strefach nakryw ścian attykowych oraz wycieki kondensatu spod membrany EPDM wywiniętej na powierzchnię boczną attyk. Wyniki pomiarów temperatury promieniowania powierzchni zewnętrznych attyk pokazano na fot. 8–9.

Warunki panujące w hali basenowej

Warunki klimatyczne panujące we wnętrzu hal basenowych są regulowane przez mechaniczną instalację wentylacyjną z funkcją regulacji temperatury i wilgotności powietrza wewnętrznego.

Szczegółowe wymagania dotyczące parametrów klimatu wewnętrznego w halach basenowych są publikowane przez Polski Związek Pływacki lub w odpowiednich normatywach krajowych, np. w wytycznych Zrzeszenia Inżynierów Niemieckich VDI 2089 [4].

Najczęściej w obiektach basenowych przyjmuje się temp. powietrza wyższą o 2–4°C od temp. wody w basenie [2]. Temp. wody w niecce basenu zależy od sposobu wykorzystania obiektu i wynosi:

• 24–26°C – baseny sportowe,
• 26–28°C – baseny rekreacyjno-sportowe,
• 28–30°C – baseny rekreacyjne,
• 30–32°C – baseny dziecięce.

Osobnym zagadnieniem kształtowania komfortu klimatu pomieszczeń basenu jest zachowanie odpowiedniej wilgotności powietrza, która zgodnie z VDI 2089 [4] powinna wynosić od 40% do 64% (PZP dopuszcza 65%). Klasyfikacja parametrów klimatu wewnętrznego hal basenowych zgodnie z normą PN-EN ISO 13788:2013-05 [5] pozwala przyporządkować te pomieszczenia do 5 (najwyższej) klasy wilgotności.

W ramach badań obserwacji klimatu wewnętrznego w halach basenowych przeprowadzono obserwacje parametrów powietrza wewnętrznego i temperatury wody w basenach.

W okresie badań, tj. od 21.02.2013 do 28.03.2013, wykonano pomiary parametrów powietrza wprowadzanego do hal basenowych w godzinach jego użytkowania. Instalacja wentylacyjna w tym okresie najczęściej działała zgodnie z zaprogramowanym fabrycznie trybem pracy w sposób ciągły.

Temp. wody w basenie była utrzymywana na poziomie 27–28°C w basenie sportowym i na poziomie 27–31°C w basenie rekreacyjnym. Temp. powietrza utrzymywana w hali basenu sportowego była niższa od temperatury panującej w hali basenu rekreacyjnego.

W hali basenu sportowego wahała się od 26,5°C do 28,8°C, a w hali basenu rekreacyjnego od 26,7°C do 32,0°C. Wilgotność względna wprowadzanego powietrza także była zróżnicowana. W hali basenu sportowego wahała się od 32% do 63%, a w hali basenu rekreacyjnego od 35% do 63%.

Aby zbadać całodobowe parametry klimatu wewnętrznego w hali basenu sportowego, w okresie od 28.03.2013 do 4.04.2013 zainstalowano cyfrowy rejestrator temperatury i wilgotności względnej powietrza. Zapis zmian przedstawiono na rys. 4–5. Obliczono średnią wartość temp. (26,3°C) oraz średnią wilgotność względną powietrza (52,9%).

Analiza przyczyn zawilgocenia attyk

Analiza numeryczna opisywanych attyk jest trudna z powodu ich skomplikowanej budowy, szczególnie w strefach stalowych słupów konstrukcyjnych. Z uproszczonych analiz wynika, że rozwiązanie ścian attykowych wysoko wyprowadzonych ponad poziom powierzchni dachu może powodować ich przemarzanie (rys. 6).

Odkrywki wykazały brak ciągłości paroizolacji na styku ścian i stropodachu. Zimą wewnątrz attyki temperatura spadała poniżej temperatury punktu rosy, a w części górnej obniżała się do temperatury otoczenia.

Attyki pokazane na rys. 3 zostały zaizolowane obustronnie, jednakże ich wewnętrzna przestrzeń została zaprojektowana jako szczelina niewentylowana zamknięta od góry nakrywą blaszaną mocowaną do płyt OSB.

Oprócz nieciągłości paroizolacji w ścianach attykowych zaobserwowano nieciągłość termoizolacji na styku ścian i dachu. Szczeliny w termoizolacji powodowały znaczne straty ciepła i bardzo intensywny napływ ciepłego, zawilgoconego powietrza do przestrzeni powietrznych w attykach (fot. 10).

Naprawa attyk przez zastosowanie warstwy izolacji termicznej pod nakrywami, a nawet całkowite wypełnienie pustki izolacją termiczną, nie zabezpieczą przed kondensacją pary wodnej w przegrodzie.

Zaprojektowane rozwiązanie szczelnego połączenia paroizolacji ścian i dachu przy skomplikowanej konstrukcji stalowej budynku jest praktycznie niemożliwe (rys. 2). Wilgotne powietrze w attykach ulegało wychłodzeniu, przez co na powierzchniach wewnętrznych wykraplała się para wodna. Wykraplanie się kondensatu spowodowane było także złym uwarstwieniem attyk.

Na znacznej długości ścian attykowych na całej wysokości obustronnie zamocowano membranę EPDM, która zamykała przepływ pary wodnej przez przegrodę, co dodatkowo powodowało kondensację wewnątrzwarstwową.

Naprawa opisanych attyk wymaga demontażu i zmiany układu warstw fragmentów dachu i attyk. Całkowita likwidacja skutków błędów może okazać się niemożliwa, ponieważ szczelne sklejenie paroizolacji ścian i stropodachu jest w tej chwili praktycznie niewykonalne. Warstwy paroizolacyjne powinny być łączone na etapie budowy przy jednoczesnej realizacji ścian i stropodachu.

Ze względu na trudności w dokładnym zaizolowaniu przegród, wysokie zawilgocenie powietrza wewnętrznego i dużą trudność w modelowaniu przepływu ciepła i wilgoci przez przegrody o konstrukcji stalowej należy unikać projektowania hal basenowych o takiej konstrukcji.

Przestawiona analiza została zrealizowana dzięki udziałowi w dotacji w ramach tematu nr L-1/116/DS/2013 „Rewitalizacja istniejących obiektów budowlanych”.

Literatura

1. A. Byrdy, „Problemy eksploatacyjne stropodachu szczelinowego nad basenem”, „Izolacje”, nr 10/2010. s. 70–73.
2. A. Byrdy, C. Byrdy, „Ocieplone stropodachy na blachach fałdowych nad krytymi basenami”, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, „Czasopismo Techniczne. Budownictwo”, 2-B/2010, s. 33–40.
3. 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.
4. VDI 2089. Blatt 1 Etwurf. Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern. Hallenbäder, Berlin:Verlag Beuth, 2003.
5. PN-EN ISO 13788:2013-05, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody obliczania”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!