Wentylacja dachów płaskich i nisko nachylonych

W artykule: 

• Podstawowe zasady wentylacji dachów o nachyleniu 0º–15º 
• Wentylacja dachów i stropodachów o nachyleniu do 15º (26,8%)
• Otwory wentylacyjne
• Podsumowanie

***

W artykule przedstawiono podstawowe zasady projektowania dachów płaskich i nisko nachylonych pod kątem wentylacji. Na ilustracjach pokazano różne przypadki wentylacji dachów i stropodachów. Podkreślono wagę prawidłowego usytuowania otworów wentylacyjnych.

The article presents the basic principles of designing flat and low-pitched roofs for ventilation. The illustrations show different cases of roof ventilation and flat roofs. The importance of the correct location of ventilation openings is emphasized.

***

Dawniej, gdy dysponowaliśmy mniejszą ilością materiałów pokryciowych, część z nich była przewidziana do układania tylko na dachach płaskich, dlatego ich zakres stosowania wyznaczał graniczne nachylenia dachów płaskich. Z tych czasów pochodzi podział, w którym za granicę przyjmowano umownie nachylenie 10% (czyli kąt 6º) i poniżej niej układano prawie wyłącznie papy asfaltowe na osnowie z juty lub kartonu w kilku warstwach. Dzisiaj papa też może być układana na dachach pochyłych. Według Słownika Terminów i Nazw Dekarskich PSD dach płaski ma kąt nachylenia < 5°, dach nisko nachylony kąt zawarty między 5 a 15°, a dach stromy powyżej 16° (>15°). Oczywiście dach nisko nachylony jest odmianą dachu pochyłego (inaczej: spadzistego). Takie rozróżnienie ma sens z dwóch powodów: poniżej 15° wszystkie najistotniejsze zjawiska dotyczące funkcjonowania dachu: podwiewanie opadów w szczeliny i nierówności, zaleganie opadów i działania wody pośniegowej, działają dużo intensywniej. Dodatkowo wentylacja na tak niskich kątach działa inaczej niż na typowych (szczególnie tych nachylonych powyżej 20°), a jest ona ważnym czynnikiem usuwającym skutki tych zjawisk. W związku z tym przy podziale dachów według kryterium ich nachylenia warto wyróżnić dachy nisko nachylone, czyli te o pochyleniu ≥ 5º–15º (8,75–26,80%). Zaś całościowo, dla potrzeb tej publikacji, dzielimy dachy w następujący sposób:

• dachy płaskie: o pochyleniu <5º (8,75%),
• dachy pochyłe: o pochyleniu ≥5º (8,75%).

Wyodrębnienie w tym podziale dachów nisko nachylonych ma sens z powodu ich specyfiki działania powodującej, że są one trudniejsze i droższe od tych wyżej nachylonych (szczególnie tych powyżej 20°). Jednym z powodów jest to, że dla wentylacji ważną wielkością graniczną jest kąt 10º², poniżej którego siła ciągu termicznego jest bardzo ograniczona. Ta różnica granicznych nachyleń bywa powodem nieporozumień i błędów. Można to zaobserwować oglądając dachy pokryte blachami profilowanymi (np. trapezowymi o zalecanym najniższym nachyleniu 8º). Okazuje się bowiem, że w dachach o nachyleniu poniżej 10º dominującą siłą poruszającą powietrze jest wiatr, który nie działa tak stabilnie jak ciąg termiczny.

Czytaj też: Izolacje wodochronne na dachach płaskich

Podstawowe zasady wentylacji dachów o nachyleniu 0º–15º 

Z opisanych wyżej powodów, przy niskich kątach nachylenia połaci (≤10º (17,6%)) duże znaczenie dla prawidłowego działania przestrzeni wentylacyjnej mają otwory wentylacyjne – ich wielkość, usytuowanie i odpowiednia osłona. Natomiast sama przestrzeń wentylacyjna powinna zawierać jak najmniej elementów spowalniających ruch powietrza. Z tych powodów wykształciły się popularne rozwiązania charakterystyczne dla budynków o płaskich dachach, w których otwory umieszcza się na przestrzał budynku (w przeciwległych ścianach) pod okapami (RYS. 1) lub w szczytach (RYS. 2).

Dachy o małych spadkach stwarzają specyficzne możliwości architektoniczne i narzucają charakterystyczne rozwiązania konstrukcyjne. Jeżeli budowane są w wersji wentylowanej, to mają strop rozdzielony od warstwy nośnej pokrycia dachu. A dzięki temu istnieje możliwość wygospodarowania odpowiednio dużej przestrzeni dla przepływu powietrza wentylacyjnego. Przy tych kątach nachylenia dużo częściej budynki przykrywane są stropodachem niż dachem, a gdy stropodach jest wentylowany, to nazywany jest stropodachem dwudzielnym wentylowanym.

Stropodachy dwudzielne wentylowane, w zależności od zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych, wykonuje się w dwóch wersjach:

• z pokryciem leżącym na poszyciu, a termoizolacją ułożoną pod spodem na stropie masywnym (poszycie jest wparte ściankami ażurowymi),
• z izolowanym termicznie stropem podwieszonym do konstrukcji wiązara dachowego, na którym ułożone jest poszycie z pokryciem.

Przestrzenie wentylacyjne w takich stropodachach (i dachach) mają formę spłaszczonych brył o wymiarach zbliżonych do wymiarów obrysu budynku. O skuteczności wentylacji decyduje wysokość przestrzenni, w której przepływa powietrze usuwające wilgoć oraz odpowiednie usytuowanie otworów dla tego powietrza. Dla prawidłowego działania takich stropodachów priorytetem jest dobre odwodnienie. Dlatego ukształtowanie przestrzeni wentylacyjnych wynika zazwyczaj z przyjętych wcześniej założeń dotyczących systemu odwodnienia (RYS. 3–4).

O skuteczności wentylacji decyduje wysokość przestrzenni, którą narzuca kształt oraz wielkości stropodachu. Zależności między tymi wielkościami regulują normy lub reguły dekarskie tworzone przez wiele lat na drodze praktycznych doświadczeń oraz badań. Wybierając kierunek (z dwóch możliwych) przepływu powietrza wentylującego w tych przestrzeniach, należy posłużyć się następującymi kryteriami:

• wybierać krótszą drogę przepływu (jeżeli jest to możliwe),
• dobierać kierunek przepływu tak, aby uwzględniał najczęściej wiejące wiatry.

Jednocześnie należy pamiętać, że warunki te będą skuteczne tylko wtedy, gdy otwory wentylacyjne umieszczone będą na przeciwległych ścianach (na przestrzał) budynku. Dodatkowo w przypadku, gdy przestrzeń wentylacyjna jest na planie prostokąta, najlepiej jest, aby kierunek przepływu powietrza był zgodny z kierunkiem krótszego boku (jednocześnie idealnie, aby był to kierunek zgodny z najczęściej wiejącymi wiatrami). Jednak nie zawsze można dobierać tak optymalnie, dlatego kryterium „krótszej drogi” jest nadrzędne, szczególnie gdy:

• budynek znajduje się w osłoniętym od wiatrów miejscu,
• dłuższy wymiar budynku przekracza 30 m długości.

Aby wentylacja dachu działała prawidłowo, trzeba również pamiętać o otworach przelotowych, które ze względu na zmienność wiatru raz spełniają funkcję wlotu, a raz wylotu powietrza wentylacyjnego. Prawidłowe funkcjonowanie wentylacji dachu zależy w znacznym stopniu od przelotowości tych otworów, dlatego zawsze powinny być osłonięte, tak aby chronić przestrzeń wentylacyjną przed gniazdowaniem ptaków i owadów. Dodatkowo ważne, aby wysokość otworów była mniejsza od wysokości samej szczeliny. W dachach o pochyleniu do 10º w najniższym miejscu między termoizolacją a dachem właściwym odległość powinna wynosić co najmniej 10 cm. Im pochylenie połaci jest mniejsze, tym warunek ten powinien być bardziej rygorystycznie przestrzegany. Projektując otwory dla powietrza wentylującego, zawsze trzeba uwzględnić rzeczywistą powierzchnię przelotową osłony wlotu.

Realizując powyższe zalecenia, należy także pamiętać, że w trakcie przepływu powietrze nie może podlegać zbyt częstym zmianom kierunku. Opory przepływu zależą od materiałów, które tworzą otwory wlotowe oraz kanały przepływowe i rosną wraz z ilością zmian kierunków. Ma to szczególne znaczenie w dachach o dużych wymiarach i trudnych warunkach dla przeprowadzenia wentylacji. Projektując takie dachy, należy ograniczyć do trzech zmiany kierunku przepływu powietrza wentylującego.

Dlatego w dużych stropodachach o skomplikowanych kształtach, łączących w sobie kilka brył o wielu połaciach, najlepiej jest wykonać wentylację na przestrzał z wewnętrznymi kanałami przepływowymi o wysokościach nie mniejszych niż 30 cm (RYS. 5). W tak dużych dachach pokrywających budynki o dużym zawilgoceniu lepiej jest wprowadzić wymuszony obieg powietrza wentylującego.

Wentylacja dachów i stropodachów o nachyleniu do 15º (26,8%)

Z powodów konstrukcyjnych stropodachy na dużych obiektach wykonuje się najczęściej o nachyleniu w zakresie od 3º do 8º. Natomiast pochylenia od 9º do 15º są bardzo chętnie stosowane w konstrukcjach metalowych krytych blachami trapezowymi. W związku z tym, że są to pochylenia bliskie granicy funkcjonowania ciągu termicznego (10º), warto rozważyć kilka możliwości realizacji wentylacji w takich dachach (do 15º).

Konsekwencją zaniku ciągu termicznego w dachach o nachyleniu poniżej 10º jest zaniechanie stosowania otworów na kalenicach. Dlatego zastanówmy się, jak działać będzie przestrzeń wentylacyjna w dachu o zamkniętej kalenicy (RYS. 6). W takiej sytuacji warto rozpatrzeć dwa przypadki:

• kiedy wiatr będzie wiał prostopadle do okapu (ciemniejsze strzałki) i kalenicy,
• kiedy wiatr będzie równoległy do kalenicy (jaśniejsze strzałki).

W pierwszym wypadku przestrzeń wentylująca będzie miała wloty pod okapem, a w drugim w szczycie. Przy bardzo dużych różnicach temperatur ruch powietrza pod wpływem ciągu termicznego będzie funkcjonował tylko w kierunku prostopadłym do kalenicy, a im połacie będą bardziej pochylone (przy nachyleniu >10º), tym będzie bardziej intensywny. W rozpatrywanym modelu kalenica jest zamknięta, więc ruch powietrza jest możliwy tylko wtedy, gdy wspomaga go wiatr. Na jednej połaci (prawej na RYS. 6), gdzie wiatr wieje w kierunku zgodnym z ciągiem termicznym obie siły dodają się, ale na drugiej połaci (lewej na RYS. 6) będą się znosić. Tak napędzana struga powietrza będzie dławiona tym mocniej, im kąt załamania dachu (nachylenia połaci) będzie większy, a różnica temperatur (wewnątrz-zewnątrz) wyższa. Przy większych nachyleniach cieplejsze powietrze będzie się gromadziło pod kalenicą napływając z dwóch stron bez szansy na opuszczenie tego obszaru. W ekstremalnych warunkach nawet silny wiatr nie zdoła pokonać tych oporów. Oczywiście, w takim modelu, czym długość krokwi będzie większa lub wysokość przestrzeni mniejsza, tym zjawisko to będzie szybciej dławiło przepływ powietrza. Dlatego ze wzrostem długości krokwi powinna wzrastać wysokość przestrzeni wentylacyjnej. Natomiast gdy kąt nachylenia będzie zbliżony do 3º, wiatr nie napotka już żadnych oporów ze strony ciepłego powietrza.

Gdy kierunek przepływu powietrza popychanego wiatrem będzie równoległy do kalenicy, to przy kątach nachylenia zbliżonych do 10º intensywność procesu wentylowania będzie zależała tylko od prędkości wiatru. Natomiast po przekroczeniu granicy nachylenia 10º mogą wystąpić turbulencje w skutek nakładania się dwóch kierunków przepływu; ciąg termiczny będzie działał prostopadle do kalenicy, a wiatr równolegle. Powietrze będzie krążyło, a proces wymiany powietrza ulegnie zakłóceniom, co może powodować zatrzymywanie wilgoci pod dachem.

Z przeprowadzonych rozważań można sformułować następujące wnioski:

• bez otwartej kalenicy warto wentylować dachy o nachyleniu od 3º do 10º (5,2–17,6%), najlepiej zaś od 3º do 8º (górną granicę dyktują względy konstrukcyjne),
• w dachach o nachyleniu od 10º do 15º (17,6–26,8%), gdzie ciąg termiczny jest mały kalenica powinna być otwarta,
• w dachach o nachyleniu od 10º do 15º długość połaci (krokwi) nie powinna być większa niż 15 m (ciąg termiczny jest słaby),
• przepływów prostopadłych do kalenicy (RYS. 6) prawie się nie wykorzystuje, ponieważ z oczywistych powodów dach o pochyleniu od 3º do 8º dużo lepiej jest ocieplić na poziomie stropu (RYS. 7); można wtedy wybrać jeden z dwóch możliwych kierunków przepływu powietrza wentylującego i łatwo wentylować dach.

Dodatkowo warto wspomnieć, że w zimie warunkiem prawidłowego działania otworów na kalenicy jest ich odpowiednio wysokie umieszczenie nad poziomem pokrycia – osłony wylotów powietrza muszą być dostatecznie wysoko, aby śnieg ich nie zasłonił. Jednocześnie podniesienie otworów ułatwi wywołanie ciągu termicznego, gdy dach się nagrzewa oraz powstanie sił ssących po stronie zawietrznej skrzynki kalenicy, gdy wieje wiatr.

Jednak wiatr jako siła napędowa wentylacji jest elementem zmiennym i niezależnym od konstruktora. Natomiast ciąg termiczny gwarantuje stałe usuwanie pary wodnej, która zawsze unoszona jest przez ciepłe powietrze. Z tych powodów w dachach o nachyleniu ok. 10º warto podnieść i otworzyć kalenicę, ponieważ polepsza to wentylację. Otwarta dla ruchu powietrza kalenica jest gwarantem skutecznej wentylacji bez względu na kształt i typ dachu. Oczywiście, im kalenica jest wyżej od wlotu powietrza, tym ciąg termiczny jest silniejszy. Dodatkowo wloty wentylacji na kalenicy wspomagają działanie wiatru. Dzieje się tak z powodu działania sił ssących. Wiatr, pokonując każdą przeszkodę, wywołuje powstanie sił ssących na zawietrznej tej przeszkody, a to uaktywnia przepływ powietrza w przestrzeniach wentylujących niezależnie od wzajemnego kierunku wiatru i linii kalenicy.

Z powodu tych sił warto jest podzielić przestrzeń wentylacyjną wraz z wylotem na kalenicy na dwa oddzielne obszary (RYS. 9). Jest to szczególnie ważne, gdy długość krokwi (długość jednej połaci) jest mniejsza niż 15 m, a dach przykrywa pomieszczenia stale wilgotne. W takim przypadku bardzo łatwo jest uzyskać przepływy turbulentne, które tamują wymianę powietrza i tym samym zatrzymują wilgoć. Podział kalenicy na dwie strefy porządkuje ruch powietrza nie tylko w obrębie samego wylotu, lecz także w każdej z rozdzielonych komór wentylacyjnych. Dlatego schemat ten warto zastosować w dachach przykrywających budynek o szerokości mniejszej od 30 m z wilgotnymi pomieszczeniami.

W niektórych sytuacjach warto też pamiętać o dodatkowej możliwości wykorzystania ciągu termicznego dla polepszenia efektów wentylacji dachów o nachyleniu od 8º do 10º. Chodzi o dachy (szczególnie pulpitowe – RYS. 10), w których istnieje możliwość intensyfikacji tego zjawiska przez podniesienie wylotu powietrza. Wzrasta wtedy różnica wysokości wlotu (nawiewu) powietrza i jego wylotu (wywiewu). Jest to warte wykonania, gdy dach styka się z innymi wyższymi budynkami i trudno jest zrealizować wentylację na przestrzał budynku. Wtedy jego kalenica powinna opierać się o sąsiadujący budynek, co należy wykorzystać do podniesienia wywiewu (RYS. 10). Nawiew natomiast można wtedy wykonać pod okapem jak najbliżej termoizolacji i jak najniżej jest to możliwe. Czasami przy stykających się budynkach wykonanie wywiewów w postaci kominów jest jedynym możliwym rozwiązaniem (RYS. 11).

W takich konstrukcjach trzeba jednak pamiętać o tym, by liczba zmian kierunków przepływu powietrza nie była zbyt duża, gdyż łatwo jest spowodować zablokowanie ruchu powietrza. Każda zmiana kierunku ruchu powietrza w przestrzeni wentylacyjnej i w kanałach wylotowych zwiększa opory przepływu i może spowodować jego zatrzymanie. Przyjmuje się, że powietrze wentylujące nie powinno zmieniać kierunku więcej niż trzy razy. Dlatego kominy na RYS. 11 są zakończone osłoną – daszkiem otwartym na wszystkie strony, umożliwiającą swobodny przepływ powietrza z minimalną zmianą kierunku. Popularne na dachach płaskich wywiewki w kształcie rączki laski (gęsia szyja) zbyt mocno zmieniają kierunek i mogą zatrzymać przepływ powietrza wentylującego.

Otwory wentylacyjne

Od sprawnego działania otworów wentylacyjnych (wlotów – nawiewów i wylotów – wywiewów) zależy w dużym stopniu skuteczność wentylacji dachów niskich. Otwory powinny być rozmieszczone liniowo i równomiernie wzdłuż całej ściany lub okapu. Najlepiej, gdyby umożliwiały jednakowy przepływ powietrza wzdłuż ścian i były wykonane jako odrębny fragment w konstrukcji z małymi równomiernymi przerwami na elementy nośne. Jeżeli mają być oddzielnymi otworami, powinny być rozplanowane w równych odstępach na całej ścianie w jednej linii, każdy o tej samej powierzchni i kształcie (RYS. 12–13).

Wysokość usytuowania otworów wentylacyjnych powinna wynikać z miejsca ułożenia termoizolacji w stropodachu. W dachach jednospadowych (pulpitowych), otwory znajdujące się pod niższą stroną połaci są zawsze tuż nad termoizolacją i tuż pod okapem (RYS. 13–14). Natomiast otwory na przeciwległej ścianie mogą być umiejscowione na takiej samej wysokości nad termoizolacją lub wyżej pod okapem. Zawsze muszą znajdować się minimum 5 cm nad termoizolacją. Jeżeli dach ma nachylenie zbliżone do 3º, wysokość na jakiej zostaną wykonane otwory pod wyższą stroną połaci nie ma większego znaczenia. Lepiej gdyby były na tej samej wysokości, co na ścianie przeciwległej.

W stropodachach jednospadowych o pochyleniu zbliżonym do 10º lepiej jest umieścić otwory w górnej części komory wentylacyjnej (RYS. 14b), jeżeli kierunek przepływu powietrza jest zgodny z kierunkiem najczęściej wiejących wiatrów, a dach jest usytuowany tak, że wyższa ściana jest na zawietrznej. Przy takim położeniu otworów powietrze łatwiej opuści dach, ponieważ wilgotne lub ogrzane jest lżejsze od suchego lub zimnego. Jedynie gdy dach usytuowany jest tak, że najczęściej wiejące wiatry są silne i skierowane na wyższą ścianę, otwory należy wykonać nad termoizolacją (RYS. 14a).

Dodatkowo, obudowy tych otworów powinny spełniać następujące warunki:

• nie stawiać zbyt dużego oporu przepływu;
• nie zmieniać kierunku przepływu powietrza;
• mieć odpowiednią powierzchnię przepływu;
• chronić przed podwiewaniem śniegu i deszczu;
• chronić przed gniazdowaniem ptaków i drobnych zwierząt.

W praktyce okazuje się, że spełnienie wszystkich wspomnianych warunków nie jest łatwe. Dotyczy to szczególnie osłon przed gniazdowaniem ptaków. W tym celu używa się siatek i taśm perforowanych. Jednak ich przelotowość (proporcje powierzchni przepływu do powierzchni całkowitej) powinna wynosić co najmniej 45%. W dachach płaskich otwory nie powinny być zbyt małe: perforacje powinny mieć minimum 5 mm średnicy, a oka siatek niewiele mniej.

Uwzględniając powyższe warunki najlepiej jest umieścić wloty dla powietrza, tak aby były osłonięte przez okap lub inne fragmenty budynku lub dachu. Nie mogą być jednak całkowicie zasłonięte. Jeżeli wiatr wieje w kierunku zbliżonym do prostopadłego względem wysuniętego okapu, to działa on korzystnie wywołując dodatkowe parcie.

Podsumowanie

Projektując dachy i stropodachy o niskim nachyleniu (do 15º), należy stosować kilka poniższych zasad:

• powietrze wentylujące powinno przebywać jak najprostszą i najkrótszą drogę,
• przepływ powietrza nie powinien zmieniać kierunku więcej niż trzy razy (kanały wentylacyjne powinny być proste bez załamań i przewężeń),
• wymiary przestrzeni (szczeliny) muszą mieć odpowiednią wielkość,
• otwory wlotowe powinny być osłonięte.

Dodatkowo:

• bez otwartej kalenicy warto wentylować dachy o nachyleniu od 3º do 10º – najlepiej zaś od 3º do 8º (górną granicę dyktują względy konstrukcyjne),
• w dachach o nachyleniu od 10º do 15º, gdzie ciąg termiczny jest mały kalenica powinna być otwarta,
• w dachach o nachyleniu od 10º do 15º długość połaci (krokwi) nie powinna być większa niż 15 m (ponieważ ciąg termiczny jest słaby).

¹ Różnice między znaczeniem słów: „dach” a „stropodach” są w większości wypadków mało ważne, jeśli chodzi o zasady ich wentylowania. Z tych względów rozróżnienie tych dwóch pojęć pojawia się w publikacji tylko tam, gdzie jest to istotne. W pozostałych sytuacjach określenie „dach” można by zastąpić terminem „stropodach”.
² Według autora.