Stropodachy a zagadnienia cieplno‑wilgotnościowe

Ze względu na sposób użytkowania rozróżnia się stropodachy:

• nieużytkowe, w których ogranicza się dostęp do stropodachu, z wyjątkiem niezbędnych czynności związanych np. z pracami konserwatorskimi i nadzorem;
• użytkowe, dostępne dla ludzi (ruch pieszy), pojazdów kołowych (np. parking dachowy) i tzw. stropodachy zielone.

W zależności od rodzaju użytkowanego budynku stropodachy można podzielić na ocieplane i nieocieplane.

Stropodachy nieocieplane występują w budynkach, w których obliczeniowa temperatura pomieszczeń znajdujących się pod stropodachem ti jest < 8°C.

Dla stropodachów ocieplanych możemy wprowadzić umowny podział na:

• stropodachy "mocno ocieplane" dla pomieszczeń znajdujących się pod stropodachem, w których temperatura t_i  ≥  16°C, z wymaganą izolacyjnością termiczną według WT 2017 na poziomie U_max= 0,18 W/(m²·K).
• W przypadku, gdy w pomieszczeniach pod stropodachem występuje temperatura 8°C ≤ t_i < 16°C, stropodach można określić jako "słabo ocieplany", z wymaganą izolacyjnością termiczną na poziomie U_max = 0,30 W/(m²·K).
• Stropodachy nieocieplane t_i < 8°C, z wymaganą izolacyjnością termiczną według WT 2017 na poziomie U_max = 0,70 W/(m²·K).

W przypadku stropodachów ocieplanych stosowane są rozwiązania tzw. dachu zimnego, np. stropodach dwudzielny, a także dachu ciepłego w postaci stropodachu pełnego z warstwą termoizolacji usytuowanej powyżej warstw konstrukcyjnej.

Zależnie od występowania pustki przestrzeni wentylacyjnej rozróżnia się stropodachy wentylowane i niewentylowane. Ze względów konstrukcyjnych, a także struktury fizycznej, tj. liczby i układu warstw, stropodachy dzielimy na stropodachy:

• pełne,
• odwrócone,
• wentylowane
• i odpowietrzane.

Stropodachy wentylowane dzieli się na:

• dwudzielne (dwuprzegrodowe), w którym nad termoizolacją znajduje się przestrzeń powietrzna i dach;
• szczelinowe, w których nad warstwą termoizolacji znajdują się szczeliny powietrzne utworzone technologicznie,
• oraz kanalikowe, w których nad termoizolacją znajdują się kanaliki wentylujące warstwę izolacji cieplnej.

W wielu publikacjach znajdujemy odmienne klasyfikacje stropodachów. Np. stropodach odpowietrzany klasyfikowany jest jako stropodach pełny z pokryciem wentylowanym lub też jako konstrukcja pośrednia między stropodachem pełnym a wentylowanym.

W wybranych publikacjach do stropodachów zalicza się także dachy, w których spadek połaci dachowej jest znacznie większy niż 10%, określając je jako stropodachy strome, co wpływa na kolejny podział stropodachów, np. na płaskie do 20° i strome powyżej 20°.

Ze względu na sposób odwodnienia stropodachy dzielimy na:

• stropodachy z odwodnieniem zewnętrznym, gdzie woda jest odprowadzana przez systemem rynien oraz rur spustowych poprowadzonych na zewnątrz budynku oraz
• stropodachy z odwodnieniem wewnętrznym, w których woda jest odprowadzana do rur spustowych umieszczonych wewnątrz budynku. W zależności od ilości połaci dachowych rozróżnia się stropodachy jednospadowe i wielospadowe.

Stropodach pełny

Najprostszym rozwiązaniem materiałowo-konstrukcyjnym jest stropodach pełny. Wszystkie warstwy stropodachu przylegają wzajemnie do siebie, bez wytworzenia przestrzeni, szczelin lub kanalików powietrznych.

Spadek stropodachu kształtuje się w zależności od zastosowanego pokrycia dachowego.

Dla tradycyjnych pokryć papowych minimalny zalecany spadek stropodachu wynosi 3%. typowym stropodachu pełnym na warstwie konstrukcyjnej ułożona jest izolacja cieplna, na której spoczywa pokrycie dachowe (RYS. 1 i RYS. 2).

Stropodachy pełne wykonuje się najczęściej w konstrukcjach stropodachów płaskich.

Konstrukcję nośną stropodachu może stanowić każdy rodzaj stropu międzykondygnacyjnego o odpowiedniej nośności. Spadek uzyskuje się na stropodachu poprzez odpowiednie ukształtowanie konstrukcji, wykonanie warstwy kształtującej spadek z kruszyw lekkich lub betonu lekkiego bądź właściwe ułożenie materiału termoizolacyjnego (np. zastosowanie klinów termoizolacyjnych).

W przypadku, gdy pomieszczenia znajdujące się bezpośrednio pod stropodachem pełnym są pomieszczeniami o znacznej wilgotności (np. przy przekroczeniu ciśnienia pary wodnej 1200 Pa), pod warstwą izolacji cieplnej należy wykonać dodatkową paroizolację, z zapewnieniem całkowitej szczelności na niekontrolowaną infiltrację powietrza.

W celu poprawy trwałości pokrycia dachowego, które jest narażone na znaczne oddziaływanie promieniowania UV oraz znaczne wahania temperatury można wykonać dodatkową ochronną warstwę dociskową (np. żwir, płyty betonowe). Zróżnicowane rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne stropodachów pełnych przedstawiono na RYS. 3-6 oraz RYS 7-15.

Stropodach odpowietrzany

Odmianą stropodachów pełnych jest stropodach odpowietrzany (czasem także zaliczany do stropodachów wentylowanych) (RYS. 16). Przyjmuje się konieczność umieszczania układu odpowietrzającego w stropodachach pełnych nad pomieszczeniami o ciśnieniu pary wodnej powyżej 1400 Pa.

Zaleca się, aby stropodachy odpowietrzane były stosowane nad pomieszczeniami, w których wilgotność względna nie przekracza 60%.

Pod właściwą warstwą pokrycia dachowego układa się warstwę perforowaną (np. papę podkładową wentylacyjną) w celu wyeliminowania powstającego nadciśnienia powietrza i pary wodnej pod pokryciem dachowym.

Wykształcona przestrzeń powietrzna umożliwia odprowadzenie nadmiaru pary wodnej dyfundującej z wnętrza budynku spod pokrycia na zewnątrz. Stropodach odpowietrzany wykonuje się dla zmniejszenia ryzyka zawilgocenia warstw oraz uszkodzenia pokrycia dachowego. Odprowadzenie wilgoci najczęściej odbywa się za pomocą zastosowania tzw. kominków odpowietrzających lub specjalnego ukształtowania obróbek blacharskich na krawędziach stropodachu. Jeden kominek wentylacyjny stosuje się średnio na 40-60 m2 dachu.

Stropodach wentylowany

Stropodachy wentylowane, w zależności od sposobu ukształtowania przestrzeni wentylowanej, można podzielić na:

• stropodachy kanalikowe,
• stropodachy szczelinowe
• i stropodachy dwudzielne.

Przestrzeń powietrzna, przez którą przepływa powietrze zewnętrzne zlokalizowana jest nad materiałem termoizolacyjnym.

Stropodach kanalikowy charakteryzuje się tym, że pomiędzy warstwą izolacji cieplnej a pokryciem dachowym zlokalizowana jest warstwa tworząca kanaliki, którymi przepływa powietrze. Najczęściej stosuje się do tego celu blachy trapezowe lub płyty faliste (RYS. 17).

Skuteczność wentylacji uzależniona jest od kąta nachylenia dachu oraz długości i przekroju kanalików. Wymagane jest wykonanie tzw. kanałów zbiorczych, dzięki którym powietrze ma możliwość dotarcia do wszystkich wolnych przestrzeni powietrznych.

Stropodachy szczelinowe stanowią przegrodę o dużym kącie nachylenia do poziomu. Przyjmuje się, że powinien on przekraczać 10°. W celu odprowadzenia nadmiaru pary wodnej z wnętrza przegrody, pod pokryciem dachowym stosuje się szczelinę wentylowaną. Zaleca się, by powierzchnia otworów wylotowych w kalenicy wynosiła minimalnie 0,5‰ całkowitej powierzchni połaci dachu oraz by liczba otworów wlotowych w okapie była na poziomie przekraczającym 0,2‰. (RYS. 18)

Izolacja termiczna w stropodachach szczelinowych może być umieszczona w zróżnicowany sposób. Powszechnym rozwiązaniem jest lokalizacja materiału termoizolacyjnego pomiędzy elementami nośnymi stropodachu (np. między krokwiami).

Ze względu na aktualne wymagania w zakresie ochrony cieplnej budynków jednowarstwowa izolacja termiczna okazuje się w większości przypadków niewystarczająca. Najczęściej realizuje się dodatkową warstwę ocieplenia pod elementami konstrukcyjnymi.

Innym rozwiązaniem jest wykonanie całości izolacji cieplnej nad lub pod konstrukcją nośną stropodachu. Tego typu rozwiązania nie znajdują jednak tak szerokiego zastosowania jak rozwiązania izolacji termicznej zarówno pomiędzy konstrukcja nośną, jak i pod nią.

Optymalnym rozwiązaniem w zakresie ochrony cieplno-wilgotnościowej budynków jest stropodach dwudzielny. Tego typu stropodachy zaleca się wykonywać w szczególności nad pomieszczeniami o ciśnieniu pary wodnej powyżej 2130 Pa. Warstwa termoizolacji układana jest na warstwie konstrukcyjnej stropodachu. (RYS. 19)

Ze względu na charakterystykę stropodachu izolacja cieplna powinna być dobrana w taki sposób, aby możliwym było równomierne jej układanie.

Istotnym problemem jest zapewnienie odpowiedniej wentylacji przestrzeni powietrznej. Otwory wentylacyjne należy projektować w taki sposób aby zapewniały wymaganą wymianę powietrza w przestrzeni stropodachu oraz nie uległy zatkaniu przez izolację termiczną.

Otwory wlotowe wykonuje się najczęściej w ściankach kolankowych stropodachu.

Powietrze, wraz z parą wodną, zostaje odprowadzone na zewnątrz budynku przez otwory wylotowe zlokalizowane w ściankach kolankowych lub w górnej warstwie stropodachu dwudzielnego.

Przestrzeń powietrzna powinna mieć minimalną wysokość wynikającą z konieczności ułożenia odpowiedniej grubości termoizolacji oraz zapewnienia odpowiedniej wymiany powietrza. Wobec powyższego minimalne wysokości przestrzeni wentylacyjnej nie powinny być mniejsze niż 30 cm. W przypadku stropodachów przełazowych wysokość przestrzeni może przekraczać 100 cm.

Pokrycie dachowe stropodachów dwudzielnych może być wykonywane analogicznie do stropodachów pełnych, za wyjątkiem rozwiązań o bardzo dużych obciążeniach. Można zrealizować stropodach dwudzielny z hydroizolacją jako wierzchnią warstwą. Istnieją także rozwiązania z warstwą ochronną w postaci żwiru oraz rozwiązania tzw. stropodachu zielonego.

Stropodach odwrócony

W tradycyjnych rozwiązaniach stropodachów warstwę wierzchnią stanowi hydroizolacja usytuowana nad warstwą termoizolacji. Jej zadaniem jest zabezpieczenie wszystkich warstw leżących poniżej oraz całej konstrukcji stropodachu przed opadami atmosferycznymi. Nieliczne warstwy znajdujące się w wybranych rozwiązaniach powyżej izolacji wodochronnej, mają za zadanie jej ochronę przed niekorzystnym wpływem oddziaływań środowiska zewnętrznego, w tym wahań temperatury, promieniowania UV, a także, w aspekcie jej trwałości, uszkodzeń mechanicznych związanych z utrzymaniem i bieżącą konserwacją stropodachu.

Powyższe wpływy są znacznie minimalizowane w rozwiązaniu stropodachu o odwróconym układzie warstw - tzw. stropodach odwrócony. W tego typu rozwiązaniach izolacja cieplna znajduje się powyżej warstwy izolacji wodochronnej (RYS. 20, RYS. 21-22, RYS. 23 oraz RYS. 24).

Rozwiązanie to zabezpiecza pokrycie dachu przed wahaniami temperatury, promieniowaniem UV oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Istotne jest, by zastosowana izolacja termiczna była odpowiednia do warunków, w których będzie się znajdowała (zalecany polistyren ekstrudowany XPS).

Jedną z możliwości kształtowania stropodachów odwróconych jest tzw. dach zielony. Dach zielony składa się od góry z warstwy roślinnej, warstwy glebowej (daje możliwość zakorzenienia się roślinom), wykonywanej np. w postaci mieszanki ziemi i lekkich kruszyw. Zapobieganie wypłukiwaniu składników odżywczych i drobnych części z warstwy glebowej, a także zamulania się drenażu odbywa się dzięki zastosowaniu warstwy filtrującej. Pod nią znajduje się warstwa drenażowa, służąca do odprowadzania nadmiaru wody a także przewietrzania warstwy glebowej.

Warstwa ochronna (zwana także inaczej przeciwkorzeniową) chroni izolację dachu przed oddziaływaniem korzeni roślin, mogących doprowadzić do jej uszkodzenia. Pod warstwą izolacji termicznej znajduje się hydroizolacja oraz konstrukcja nośna. Warstwa wierzchnia może być wykonana jako tzw. zazielenienie intensywne (wymagające rośliny i drzewa na grubych warstwach ziemi) lub zazielenienie ekstensywne z niewielką warstwą ziemi (odporna roślinność, niewymagająca intensywnych zabiegów pielęgnacyjnych).

Uszkodzenia i błędy stropodachu

Studium przypadku 1

Przedmiotem analizy jest obiekt krytej pływalni.

• Budynek wzniesiony w konstrukcji monolitycznej szkieletowej.
• Wypełnienie szkieletu stanowią elementy drobnowymiarowe (pustaki).
• Dach wykonany w konstrukcji drewnianej:
  ramy z drewna klejonego o dużej rozpiętości,
  płatwie drewniane oparte bezpośrednio na ramach drewnianych.
• Pokrycie dachu na znacznej części wykonane jest z płyt poliwęglanowych.
• Płyty łączone wzdłuż krawędzi profilami aluminiowymi.
• Profile oparte są bezpośrednio na płatwiach drewnianych.
• Pozostała część dachu wykonana jest jako dach pełny, nieprzezroczysty z izolacją cieplną między płytami z blachy stalowej.

Badania makroskopowe dotyczyły dachu hali basenu w części, w której pokrycie dachu wykonane zostało z płyt poliwęglanowych.

Podczas przeprowadzania badań makroskopowych stwierdzono występowanie śladów po zawilgoceniach w miejscu połączenia profili aluminiowych z płatwiami drewnianymi.

Dodatkowo stwierdzono: ślady po znacznych zawilgoceniach w miejscu połączenia płatwi z ramami drewnianymi oraz występowanie zabrudzeń i zawilgoceń wewnątrz płyt poliwęglanowych.

Ślady po zawilgoceniach występują praktycznie we wszystkich miejscach połączeń profili aluminiowych z elementami drewnianymi. Przykładowe miejsca po zawilgoceniach pokazano na FOT. 1, FOT. 2, FOT. 3 i FOT. 4.

Ślady po zawilgoceniach występują praktycznie we wszystkich miejscach połączenia profili aluminiowych z płatwiami drewnianymi oraz w niektórych miejscach połączenia elementów drewnianych ze ścianami zewnętrznymi. W trakcie przeprowadzania badań stwierdzono występowanie wilgoci na powierzchniach wewnętrznych stolarki aluminiowej stanowiącej fragment obudowy zewnętrznej hali basenu.

W celu określenia temperatury na powierzchni elementów od strony wewnętrznej, wykonano badania termowizyjne (RYS. 25), polegające na rejestracji chwilowych pól temperatury na powierzchniach badanych elementów konstrukcji i poszycia dachu w tym:

• powierzchni wewnętrznej płyt poliwęglanowych,
• powierzchni profili aluminiowych od strony wewnętrznej,
• powierzchni płatwi drewnianych.

Na podstawie przeprowadzonych badań makroskopowych stwierdzono brak uszczelek poziomych w profilach aluminiowych w miejscu łączenia płyty poliwęglanowej z profilem oraz brak szczelnego zaślepienia profilu aluminiowego. Stan taki powoduje niekontrolowaną infiltrację powietrza do wnętrza profilu, co z kolei wpływa na lokalne wychładzanie się profilu.

Ponadto brak uszczelek w miejscu połączenia płyty poliwęglanowej z profilem, przy znacznej rozszerzalności termicznej elementu, może powodować infiltrację powietrza, jak i wypływanie kondensatu z wnętrza profilu.

Dodatkowo stwierdzono znacznie wyższą wilgotność powietrza wewnątrz hali basenu w odniesieniu do wilgotności rejestrowanej przez lokalny system pomiarowy. Wilgotność ta w miejscach oddalonych od wylotu systemów klimatyzacyjnych przekraczała wartości 70%. Ma to zdecydowany wpływ na zjawisko kondensacji pary wodnej na powierzchniach elementów stropodachu.

Z uwagi na brak uszczelek może następować wnikanie pary wodnej w przestrzeń pomiedzy profilami oraz w komory płyt poliwęglanowych.

Para wodna o dużym ciśnieniu nasycenia unosi ze sobą cząstki zanieczyszczeń powietrza. W zetknięciu z wierzchnimi warstwami płyt para wodna kondensuje, a następnie w postaci wody spływa w kierunku zgodnym z pochyleniem dachu, lokalnie tworząc widoczne zacieki. Zjawisko to przybierać będzie na sile przy obniżonych temperaturach powietrza zewnętrznego.

Kondensacja powierzchniowa pojawia się również na wewnętrznej płaszczyźnie profili aluminiowych. Dodatkowymi elementami wychładzającymi powierzchnię profilu są metalowe łączniki.

Jak wynika z obliczeń, temperatura na wewnętrznej powierzchni profilu (dla temperatury powietrza zewnętrznego równej –1°C) jest niższa od temperatury punktu rosy.

Można stwierdzić, iż przy temperaturze zewnętrznej poniżej –1°C, zjawisko kondensacji pary na wewnętrznej powierzchni profili aluminiowych będzie ciągłe dla panujących w hali warunków klimatycznych i jest praktycznie nie do uniknięcia.

Studium przypadku 2

Kolejne studium przypadku dotyczyło ustalenia przyczyn występujących nieprawidłowości w połaci dachowej, objawiających się lokalnym sączeniem wody w różnych miejscach dachu od strony wewnętrznej.

Przedmiotem analizy był budynek jednokondygnacyjny hali produkcyjnej o powierzchni użytkowej 975 m2 i kubaturze 3900 m3.

• Konstrukcja budynku stalowa szkieletowa ze ścianami wypełniającymi z bloczków ABK.
• Stropodach w postaci dźwigarów stalowych.
• Dach wykonano jako dwupołaciowy.
• Nad fragmentem budynku wykonano stropodach wentylowany, a częściowo stropodach wykonano jako pełny.

Widok ogólny dachu od strony zewnętrznej i wewnętrznej pokazano na FOT. 5, FOT. 6, FOT. 7 i RYS. 25.

Warstwy stropodachu dwudzielnego wentylowanego stanowią:

• blacha trapezowa,
• pustka powietrzna,
• wełna mineralna gr. około 2–8 cm,
• folia PCV,
• sufit podwieszany do konstrukcji stalowej.

Podczas wykonywania badań makroskopowych stwierdzono występowanie następujących nieprawidłowości w pustce dachowej pomiędzy sufitem podwieszanym a połacią dachową (stropodach wentylowany):

• sączenie się wody z połaci dachowej na izolację cieplną i sufit podwieszany,
• pojawianie się skroplin na wewnętrznej powierzchni blachy fałdowej pokrycia w okresach jesieni, zimy i wiosny,
• znaczne uszkodzenia izolacji termicznej (brak jednakowej grubości izolacji termicznej, lokalne zawilgocenia itp.).

W celu określenia stanu ochrony cieplnej oraz wykrycia ewentualnych nieprawidłowości w postaci nieszczelności na przenikanie powietrza przedmiotowego dachu, przeprowadzono badania termowizyjne, przedstawiające wizualizację różnic temperatury na badanej powierzchni od strony wewnętrznej.

Badania rozkładu temperatur przeprowadzono metodą termograficzną za pomocą urządzenia termowizyjnego, składającego się z kamery termowizyjnej oraz monitora.

Na podstawie przeprowadzonych badań termowizyjnych stwierdzono:

• niedostateczną izolacyjność termiczną ścianki pomiędzy przestrzenia stropodachu a pomieszczeniami ogrzewanymi,
• niedostateczną izolacyjność termiczną stropodachu (lokalny brak termoizolacji),
• liniowe mostki termiczne w obrębie połączenia stropodachu i ściany zewnętrznej,
• nieszczelności na infiltracje powietrza w obrębie stropodachu, brak otworów zapewniających prawidłową wentylacje przestrzeni ponad izolacją cieplną,
• punktowe i liniowe mostki termiczne związane z konstrukcją stropodachu,
• mostki termiczne w miejscach przejścia urządzeń technicznych (rury wentylatorów, kable itp.) przez sufit podwieszany.

Po wykonaniu przeglądu obiektu, zarówno od strony pokrycia dachowego, przestrzeni stropodachu, jak i od strony wewnętrznej pomieszczeń można wskazać dwie grupy przyczyn składających się na aktualny stan techniczny z występującymi wadami:

• przyczyny technologiczne, w tym:
  • konieczności przeprowadzenia przez sufit podwieszany instalacji technologicznych powodujących niekontrolowany przepływ powietrza i pary wodnej do przestrzeni ponad izolacja cieplną,
  • usytuowania części instalacji w przestrzeni stropodachu i konieczność ich obsługi i kontroli co powoduje uszkadzanie izolacji cieplnej na płytach sufitu podwieszonego,
• przyczyny techniczno-budowlane, w tym:
  • niska jakość robót przy wykonaniu sufitu podwieszanego i ułożonej na nim folii i izolacji cieplnej, w tym brak dokładnego uszczelnienia przejść instalacyjnych przez płyty podwieszane,
  • brak prawidłowo zaprojektowanej i dopasowanej do kubatury, wentylacji przestrzeni między sufitem podwieszanym a płaszczyzną dachu,
  • brak prawidłowego ocieplenia ścianek bocznych (wykonane są z kawałków blachy) nad sufitem podwieszanym,
  • występujące nieszczelności w pokryciu dachu z blachy trapezowej na skutek nierównomiernego nagrzewania się blach połaci i związanych z tym odkształceń cieplnych.

Przy projektowaniu połaci dachowej nie wzięto pod uwagę zróżnicowanych rozwiązań poszczególnych fragmentów stropodachu, przyczyną występujących sączeń się wody jest także postępująca korozja blach i łączników mocujących je do płatwi, rozszczelnienie lokalnych połączeń na korodujących łącznikach i fragmentach blachy.

Przedstawione nieprawidłowości skutkowały notorycznymi przeciekami wody z przestrzeni stropodachu do wnętrza hali, uniemożliwiając bezpieczne jej użytkowanie.

Literatura

1. C. Byrdy, D. Kram, K. Korepta, M. Śliwiński, "Podstawy budownictwa cz. II". Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 1997.
2. D. Neuman, U. Hestermann, L. Rongen, "Frick/Knoell Baukonstruktionslehre 2", Vieweg+Teubner 2008.
3. Flachdach-Atlas, AlwitraFlachdach-Systeme.
4. H. Nowak, "Stropodachy - uszkodzenia oraz sposoby naprawy i modernizacji (cz. 1.)", "IZOLACJE" 4/2007.
5. W.M. Willems, "Flachdächer. Scriptum zur Lehrveranstaltung Baukonstrukzionen", Bochum 2004.
6. "Metall-Dacheindeckungen International auf Erfolgskurs", Project Info Hochbau, B64, Marzec 2000.
7. "Bauder Grundach-Systeme Detailkonstruktionen".
8. Praca NB-25/-RB 4/09, "Ocena przyczyn powstawania zawilgoceń elementów konstrukcji drewnianej dla pokrycia dachowego wykonanego w systemie płyt poliwęglanowych na basenie w Rudzie Śląskiej", Gliwice 2010.
9. P. Krause, T. Steidl, "Prace niepublikowane", 2010-2014.
10. P. Krause, "Dachy i stropodachy oraz materiały do pokryć dachowych" WPPK, Szczyrk 2011.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!