Renowacja dachów płaskich i pochylonych

W artykule nie zaproponowano konkretnych rozwiązań z zakresu renowacji dachów, lecz jedynie wytyczne dotyczące wymiany, uzupełniania i napraw ich warstw termoizolacyjnych. Wymiana zużytych technicznie pokryć dachowych, ich podkładów czy też konstrukcji je utrzymujących wymaga ścisłego stosowania się do wymagań producentów. W artykule tematyka ta została opisana w podsumowaniu.

Dachy płaskie i pochylone oraz stropodachy są wyjątkowymi przegrodami budowlanymi, w całości wyeksponowanymi na oddziaływania klimatyczne oraz na wpływ otaczającego środowiska, w tym nawet na obciążenie wodą wywierającą pionowe i boczne parcie hydrostatyczne (stropodachy płaskie z obwodowymi ściankami attyk) o kącie nachylenia zależnym od potrzeb użytkowników, a także od szczelności pokryć oraz nośności konstrukcji. Obecnie przeważnie mają one budowę warstwową, na którą składa się z część nośna (konstrukcja), zazwyczaj termoizolacja, oraz pokrycie [2–3].

Wymagania w zakresie izolacyjności cieplnej dachów i stropodachów

Wartości współczynnika przenikania ciepła U_C ścian, dachów, stropów i stropodachów dla wszystkich rodzajów budynków, uwzględniające poprawki ze względu na pustki powietrzne w warstwie izolacji, łączniki mechaniczne przechodzące przez warstwę izolacyjną oraz opady na dach o odwróconym układzie warstw, obliczone zgodnie z polskimi normami dotyczącymi obliczania oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła oraz przenoszenia ciepła przez grunt, nie mogą być większe niż wartości U_C(max) określone w TABELI 1 [1].

Zewnętrzne przegrody budynków (w tym dachy) powinny być zaprojektowane i wykonane w sposób eliminujący zagrożenie zdrowia i higieny użytkowania m.in. wskutek penetracji opadów atmosferycznych oraz pary wodnej zawartej w powietrzu.

Rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe dachów i ich uszczelnienia powinny uniemożliwiać przenikanie wody opadowej do wnętrza budynków. Dachy i tarasy powinny mieć spadki umożliwiające odpływ wód opadowych oraz wód pochodzących z topniejącego śniegu do rynien i wewnętrznych lub zewnętrznych rur spustowych. Na wewnętrznej powierzchni nieprzezroczystej przegrody zewnętrznej nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych, natomiast we wnętrzu przegrody nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie spowodowane kondensacją pary wodnej. Niespełnienie ww. wymagań, nawet przy uzyskaniu zakładanego współczynnika U ≤ U_C(max), z pewnością teoretycznie poprawi ich parametry cieplne, lecz będą one malały w funkcji czasu podobnie jak trwałość przegród.

Rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne zewnętrznych przegród budynku (w tym dachów), warunki cieplno-wilgotnościowe, a także intensywność wymiany powietrza w pomieszczeniach powinny uniemożliwiać powstanie zagrzybienia. Do budowy przegród zewnętrznych należy stosować materiały, wyroby oraz elementy budowlane odporne lub uodpornione na zagrzybienie i inne formy biodegradacji odpowiednio do stopnia zagrożenia korozją biologiczną.

Przed przystąpieniem do przebudowy, rozbudowy lub zmiany przeznaczenia budynku (w tym także renowacji) wymaga się sprawdzenia poziomu zawilgocenia obiektu oraz jego elementów składowych i w przypadku stwierdzenia oznak korozji biologicznej zaleca się sporządzenie ekspertyzy poszerzonej o badania mykologiczne, która powinna wskazać na rodzaj i zakres prac ratunkowych oraz zabezpieczających.

Wilgoć gromadząca się w przegrodach budowlanych lub we wnętrzu pomieszczeń będzie zawsze powodować szybsze zużywanie się wbudowanych w nie materiałów budowlanych, natomiast zawilgocone lub mokre materiały termoizolacyjne będą traciły swoje właściwości ciepłochronne.

Szczelne zamykanie wszystkich warstw składowych w obrysie nie zawsze będzie rozwiązaniem korzystnym. Każdą ingerencję w remontowanych, naprawianych i wzmacnianych obiektach budowlanych lub ich elementach należy tak projektować i przeprowadzać, żeby zakładany zamiar poprawy warunków eksploatacyjnych nie przerodził się w ich pogorszenie. O tych zasadach należy pamiętać przy wszelkiego rodzaju próbach poprawy cieplnych parametrów przegród, które powinny charakteryzować się szczelnością, wymaganą izolacyjnością z ograniczeniem występowania mostków cieplnych i nie powinny trwale gromadzić w sobie wilgoci.

Przepływ ciepła w przegrodach

Ciepło jest niczym innym jak energią przemieszczającą się w kierunku niższych temperatur. Obiekty budowlane ograniczone są przegrodami oddzielającymi środowiska różniące się m.in. temperaturą oraz wilgotnością, dlatego też gradient temperatury będzie powodował przenikanie ciepła przez przegrody, jakimi są ściany, dachy, stropodachy itp., z ośrodka cieplejszego w kierunku zimniejszego.

Z uwagi na niejednorodność materiałów budujących przegrody rozkład temperatury także nie będzie w nich jednorodny. Znaczącą, lecz negatywną rolę będzie tu odgrywała nieciągłość poszczególnych warstw przegród (w tym głównie termoizolacji), w tym głównie miejsca lokalizacji mostków termicznych.

Renowacja dachów powinna zostać poprzedzona wykonaniem szczegółowej dokumentacji technicznej opartej na wynikach obliczeń cieplno-wilgotnościowych, która powinna uwzględniać:

• warunki klimatyczne środowiska zewnętrznego oraz wewnętrznego w powiązaniu z wentylacją pomieszczeń,
• właściwości cieplno-wilgotnościowe i odporność korozyjną wbudowywanych materiałów,
• kolejność ułożenia poszczególnych warstw składowych przegrody,
• możliwość zacienienia, np. drzewostanem, innymi obiektami lub elementami obiektów,
• rodzaj oraz kolor pokrycia opisany współczynnikiem absorpcji lub emisyjności ε.

Wilgoć w przegrodach

Żadna przegroda budowlana nie będzie pozbawiona wilgoci, nawet w obiektach eksploatowanych zgodnie z ich przeznaczeniem. Materiały wbudowywane w przegrody posiadają już pewien początkowy poziom wilgoci, który jest uzupełniany w okresie późniejszym przez czynności i procesy życiowe człowieka, procesy fizykalne, a także nieszczelności przegród.

Kondensacja pary wodnej zarówno na powierzchni wewnętrznej przegród, jak i w ich wnętrzu, jest zjawiskiem dalece niepożądanym. Kondensację wewnętrzną wywołuje zjawisko ruchu kapilarnego wilgoci, połączone z dyfuzją pary wodnej wywołaną różnicą jej ciśnień cząstkowych po obu stronach przegrody. O wielkości tej kondensacji będzie decydowała budowa przegród. O ile przegroda jednorodna o niskim oporze dyfuzyjnym nie będzie stanowiła bariery dla ruchu wilgoci i jej wysychania, to już jej budowa warstwowa może nie mieć takich właściwości. Dlatego też renowacja pokryć i warstw termoizolacyjnych powinna zawsze uwzględniać ten aspekt.

Szkody mrozowe

Każda zewnętrzna przegroda kumulująca w sobie wilgoć będzie okresowo narażana na szkodliwe oddziaływanie ujemnych temperatur. Zakres tego oddziaływania będzie zależny m.in. od rodzaju i kolejności ułożenia warstw izolacji „ciepłochronnej”. W sytuacjach, gdy termoizolacja będzie znajdowała wewnątrz przegrody lub też zostanie ułożona po jej wewnętrznej stronie, pola temperatur ujemnych mogą docierać do nowo ułożonej termoizolacji lub nawet do jej wnętrza. Wówczas nagromadzona w porach i kapilarach materiałów woda, zamarzając, może doprowadzić do trwałych uszkodzeń materiałów i konstrukcji znajdujących się powyżej.

Pokrywa śnieżna – warstwa pozytywna czy też niepożądana?

Ostatnie okresy zimowe są bardzo oszczędne w opady śniegu, jednak opady te się pojawiają, chociaż ze zmienną częstotliwością i obfitością. Powstająca wówczas pokrywa śnieżna, poza jej walorami ozdobnymi, nie jest pozytywnie postrzegana, ponieważ w odczuciu zarządców stanowi zbędne obciążenie dachu, wręcz zagrażające jego pokryciu i konstrukcji, a także otoczeniu.

W rzeczywistości można byłoby doszukać się pozytywnej strony tego zjawiska i potraktować śnieg jako materiał okresowo polepszający parametry termoizolacyjne dachu. Tak więc niekoniecznie należy się go pozbywać, ponieważ jego zaleganie na dachach może przynieść wymierne korzyści, związane z oszczędnościami w zużyciu energii potrzebnej do ogrzewania ostatnich kondygnacji budynków. Tym samym nie należy obawiać się uszkodzenia pokryć dachowych warstwą śniegu, chyba że są dosyć mocno zużyte technicznie.

Na FOT. 1–2 pokazano fragment dachu, który częściowo chroniony jest pokrywą śnieżną o niewielkiej grubości około 5 cm. Nawet przy tak niewielkiej warstwie śniegu na zdjęciu termowizyjnym wyraźnie zauważalna jest różnica pomiędzy powierzchniami, na których on jeszcze zalega, a powierzchniami, z których już się zsunął. Śnieg stanowi tu dodatkową warstwę izolacyjną, która okresowo będzie ograniczać straty ciepła, w tym przypadku na powierzchni dachu równej ok. 1000 m². Powszechnie przyjmuje się, że straty ciepła przez dachy mogą dochodzić do 10–30% wszystkich strat ciepła przez przegrody budynków, dlatego też choćby już z tego powodu jest on znaczącym elementem każdego obiektu budowlanego.

Współczynnik przewodzenia ciepła λ nie jest wielkością stałą dla śniegu. Zależy on od okresu zalegania pokrywy śnieżnej na dachach (gruncie) i w przybliżeniu wynosi (TABELA 2).

Wyniki przeprowadzonych obliczeń wykazały, że już nawet niewielka warstwa zleżałego śniegu (czas zalegania do 1 miesiąca) grubości około 10 cm może okresowo znacząco poprawić parametry cieplne dachów, stropodachów, a nawet tarasów, w tym przypadku nawet o około 10%. Dlatego też każdorazowo należy rozważyć zasadność usuwania śniegu z tych powierzchni, o ile jego rosnący w czasie ciężar nie pogorszy warunków bezpiecznego użytkowania dachów oraz całych obiektów. Można więc stwierdzić, że śnieg jest jedną z form termomodernizacji dachów w okresach zimowych, chociaż okresową i pojawiającą się niesystematycznie.

Wybrane przykłady związane z ochroną cieplną dachów i stropodachów

Poniżej zamieszczono wyniki badań i obliczeń przeprowadzonych dla kilku stropodachów wentylowanych i pełnych, z wariantowaniem lokalizacji i grubości warstwy termoizolacji, z uwagi na to, że nie jest to bez znaczenia, w którym miejscu przegrody będzie się ona znajdowała. Zasadniczo powinno się ją lokować po zewnętrznej stronie przegród budowlanych; w wyjątkowych sytuacjach można je umieszczać po stronie wewnętrznej.

Dobór materiału do przeprowadzenia termomodernizacji lub renowacji warstw izolacyjnych powinien mieć na uwadze m.in. jego niepalność, możliwie niski współczynnik przewodzenia ciepła λ ≤ 0,040 W/(m·K), niski współczynnik oporu dyfuzyjnego μ ≤ 3 oraz sorpcję ≤ 6%. Nie wyklucza się również stosowania materiałów o wyższym oporze dyfuzyjnym. O tych zasadach należy pamiętać podczas prowadzenia prac termomodernizacyjnych i renowacyjnych.

Pierwszy etap obliczeń symulacyjnych przeprowadzono na przestrzennym modelu stropodachu dwudzielnego (wentylowanego, FOT. 3) dla wilgotności względnej powietrza wewnętrznego φ ≤ 50% (tj. takiej jaka przeciętnie występuje w prawidłowo wentylowanych mieszkaniach) i temperatury wewnętrznej t_w = +20°C oraz zewnętrznej równej t_z = –20°C.

Poniżej zamieszczono kilka przykładów renowacji stropodachów wentylowanych uwzględniających dwa warianty docieplenia stropu nad ostatnią kondygnacją. Istniejąca warstwa pozioma ocieplenia stropodachu była pojedynczą płytą styropianową lub z wełny mineralnej o współczynniku przewodzenia ciepła λ ≤ 0,045 W/(m·K) i grubości 5 cm (RYS. 1–3) – była to jedna z wad technologicznych systemów wielkopłytowych.

W obliczeniach przyjęto jej pogrubienie do 20 cm (RYS. 4–6) materiałem nasypowym, a w dalszym etapie uwzględniono również ewentualne docieplenie ścian zamykających przestrzeń wentylowaną stropodachu (RYS. 7–9 i RYS. 10–11) materiałem natryskowym (trzeci wariant).

RYS. 1–12 zawierają trzy części: po lewej stronie znajdują się pola rozkładu temperatur w środku: model przegrody, po prawej stronie pola rozkładu strumieni ciepła. Strzałką w kolorze czerwonym oznaczono miejsca o najniższej wartości temperatury powierzchni wewnętrznej t_i. Temperatura punktu rosy dla przyjętych wyżej warunków otoczenia wynosi t_s = +7,7°C. Wskazane strzałką naroża są miejscami o najwyższych stratach ciepła, co można ocenić po lokalizacji punktów najwyższego zagęszczenia strumieni ciepła (kolor czerwony).

Należałoby się jednak zastanowić nad rozwiązaniem problemów nadmiernych strat ciepła w takich słabych miejscach budynku, zarówno na etapie projektowania budynku, jak również na etapie projektu jego docieplenia. Autor artykułu uważa, że problem ten można byłoby częściowo ograniczyć wdmuchaniem granulatu i wyższym obsypaniem nim obustronnie ścianek (np. ażurowych).

Na płaskich modelach (RYS. 14–21) przedstawiono problem związany z nadmiernymi stratami ciepła przez wystające poza ściany/stropodachy konstrukcje balkonów wspornikowych, gzymsów oraz daszków (U_D i U_S oznacza współczynnik przenikania ciepła dla dachu i ściany, ƒ_Rsi jest współczynnikiem temperaturowym).

Za pomocą diagramów pokazano wpływ grubości warstwy izolacji i jej lokalizacji na straty ciepła w przegrodach oraz kierunek strumieni. Wszystkie rysunki przedstawiają ten sam układ płaskich przekrojów: model przegrody, linie izoterm i linie strumieni ciepła (RYS. 14–21).

W założeniach do obliczeń przyjęto takie same warunki otoczenia jak dla modeli 3D opisanych wyżej, tj.: t_z = –20°C, t_w = +20°C, termoizolację o λ ≤ 0,045 W/(m·K).

Wyniki przeprowadzonych obliczeń jednoznacznie wskazują, jak znaczącą rolę w ograniczaniu strat ciepła odgrywa choćby niewielkie ocieplenie liniowych mostków termicznych, jakimi są elementy konstrukcyjne wystające poza obrys ocieplonych przegród zewnętrznych.

Na diagramach zamieszczonych na RYS. 17 i RYS. 18 można zauważyć, że nawet grubsza, wynosząca 20 cm warstwa ocieplenia zewnętrznego wraz z dodatkowym, spodnim dociepleniem stropu płytami termoizolacyjnymi grubości 6 cm nie poprawia parametrów ciepłochronnych górnego naroża na styku ściany ze stropodachem.

Niejednokrotnie może nie udać się próba poprawy warunków klimatycznych pomieszczeń poprzez wykonanie dodatkowego docieplenia zewnętrznego (RYS. 15–17). Wówczas można skorzystać z rozwiązania alternatywnego, wprowadzając ocieplenie od środka pomieszczeń (RYS. 21). Taki układ ocieplania przegród zewnętrznych każdorazowo wymaga uzasadnienia obliczeniowego, szczególnie w zakresie kondensacji wilgoci w przegrodzie.

W ostatnim wariancie symulacji pozostawiono stropodach z pierwotnym układem ocieplenia od zewnątrz grubości 10 cm (RYS. 14, RYS. 15, RYS. 19, RYS. 20), natomiast dodatkowo docieplono od środka ścianę oraz strop płytami izolacyjnymi minimalnej grubości 6 cm (RYS. 21).

Parametry przegrody w miejscu najbardziej wrażliwym na straty ciepła uległy dwukrotnej poprawie, i to przy dodatkowej warstwie izolacji wewnętrznej niewielkiej grubości 6 cm. Poprawa parametrów cieplnych przegrody spowodowała jednocześnie przesunięcie się strefy niskich temperatur (bliskich 0°C i ujemnych przy t_z = –20°C) w stronę pomieszczenia, tj. w kierunku zabudowanej warstwy ocieplenia (głównie dotyczy to w tym przypadku ścian). Jest to dosyć niekorzystna sytuacja dla kondensacji pary wodnej, dlatego też w stosunku do technologii ociepleń przegród od środka wymaga się, aby umożliwiały możliwie swobodną migrację wilgoci do wnętrza pomieszczeń, w których powinna być zachowana sprawna, normowa krotność wymian powietrza. Wówczas tak docieplona przegroda będzie mogła spełnić oczekiwania użytkowników. Należy również pamiętać o tym, że po takim dociepleniu przegród znacząco zmaleje ich bezwładność cieplna, co ma zarówno swoje plusy, jak i minusy.

Wybrane przykłady związane z ochroną cieplną dachów i stropodachów i jej wpływ na korozję wbudowanych w nie materiałów

Konstrukcje budowlane, a także elementy wykończenia obiektów, regularnie poddawane obciążeniom, zużywają się technicznie, a nawet ulegają uszkodzeniom, na co składa się jedna lub kilka przyczyn. Defekty występujące w obiektach mogą być konsekwencją wadliwie wykonanej dokumentacji projektowej lub też braku rozwiązań szczegółowych.

Bezpośrednią przyczyną uszkodzeń lub szybszego zużywania się dachów nie musi być typowy błąd projektowy, lecz pominięcie istotnych dla późniejszej eksploatacji zagadnień, takich jak szczegółowe rozwiązania zabezpieczeń pokryć dachowych w lokalizacjach podatnych na nieszczelności oraz analiza procesów fizykalnych zachodzących we wnętrzu przegród.

Inny wymiar w stosunku do opracowanej dokumentacji przyjmuje na siebie wykonawstwo, które jest trudnym i złożonym procesem budowlanym, mającym już miejsce w rzeczywistości. Jakość wykonawstwa będzie zależała od specjalistycznego przygotowania kierownictwa robót, zespołów roboczych, warunków i czasu realizacji, stosowania reżimów technologicznych i stosowania sprawdzonych materiałów lub całych technologii. Nie bez znaczenia jest również jakość dokumentacji, jaką będzie dysponował wykonawca

Największa grupa przyczyn defektów dachów związana jest jednak z ich niewłaściwą eksploatacją, spowodowaną zaniedbywaniem przez właścicieli i zarządców ustawowych obowiązków, nałożonych przez Ustawę Prawo budowlane [4], niską świadomością oraz ograniczoną wiedzą techniczną, co w konsekwencji często prowadzi do nieuzasadnionych i szkodliwych ingerencji w budynki lub tylko ich elementy.

Nader często zdarza się, że to właśnie takie działanie, a nie środowisko zewnętrzne, jest główną przyczyną uszkodzeń konstrukcji i pokryć dachowych.

Podstawowymi materiałami wykorzystywanymi do wykonywania części nienośnych dachów lub stropodachów są izolacje chroniące je przed wilgocią oraz przed stratami ciepła.

Drugim zasadniczym elementem są termoizolacje. Wykonuje się je głównie z materiałów organicznych będących pochodną przeróbki drewna, torfu, trzciny oraz z materiałów nieorganicznych, takich jak wełna mineralna (pod różnymi postaciami), wata szklana, styropian (spieniony polistyren), mineralne płyty izolacyjne, poliuretan (PUR, PIR), keramzyt granulowany [2–3].

Bardzo istotną przyczyną defektów występujących m.in. w dachach jest korozja. Nadal wykonywane są dachy w technologiach tradycyjnych z użyciem drewna. Nadal istnieje wiele starszych, eksploatowanych obiektów posiadających takie właśnie dachy.

Naturalnym wrogiem drewna jest wilgoć, zamknięte niewentylowane przestrzenie, biologiczne szkodniki drewna, tj. owady oraz grzyby. O tych problemach należy pamiętać podczas planowania renowacji dachów.

Zarówno owady, jak i grzyby wymagają sprzyjających warunków do rozwoju i jeżeli takie warunki zostaną im stworzone poprzez nieskuteczną impregnację materiałów lub jej brak, ograniczenie przestrzeni wentylowanych, doprowadzenie do trwałego zawilgocenia przegród, to może dojść do przyspieszenia procesów degradacji korozyjnej materiałów budujących przegrody, a tym samym do skrócenia żywotności technicznej całych obiektów.

Dosyć często zdarza się tak, że izolacje dachowe ulegają lokalnym rozszczelnieniom, umożliwiając niekontrolowane przenikanie wody do wnętrza dachów, co w konsekwencji stwarza poważne zagrożenie korozyjne oraz prowadzi do utraty właściwości cieplnych termoizolacji zabudowanej we wnętrzach przegród. Drewno, niezabezpieczone przed bezpośrednim wpływem warunków atmosferycznych lub zabezpieczone w sposób niewłaściwy (np. odsłonięte konstrukcje dachów), może ulec rozkładowi.

W dalszej części artykułu przedstawiono symulację stanu zawilgocenia elementów drewnianych oraz materiałów termoizolacyjnych wbudowanych w pełny stropodach dla najczęściej stosowanych w praktyce rozwiązań i ich wpływ na trwałość tych konstrukcji [2–3]. Taka sytuacja dotyczy również wszystkich pozostałych materiałów znajdujących się wewnątrz przegród zewnętrznych.

Obliczenia cieplne wykonano z wykorzystaniem zaawansowanego programu Physibel Trisco 13.0w, natomiast do wykonania obliczeń wilgotnościowych użyto programu WUFI 2D.

Przedmiotem analizy był model przegrody symulujący obustronnie zamknięty układ krokwiowy z ociepleniem (wełna mineralna λ = 0,045 W/(m²·K)), ulokowanym pomiędzy elementami drewnianymi grubości równej wysokości tych elementów – przekrój w wariancie A, RYS. 22.

W ostatnich latach można zauważyć tendencje do eliminacji mostków termicznych, jakimi w tej przegrodzie są drewniane belki krokwiowe, poprzez wprowadzenie poniżej nich dodatkowej warstwy termoizolacji (przekrój w wariancie B, RYS. 22). Są to przykłady przekrojów o pokryciu papowym lub membranowym, lecz z powodzeniem odzwierciedlają one inne przypadki, w tym dachy kryte dachówką o podobnym układzie górnych i spodnich warstw. Analizie cieplno-wilgotnościowej poddano pokazane na RYS. 22 i  RYS. 23 modele stropodachów.

Opis do poszczególnych przekrojów dachu w wariantach A–E:

Wariant A: Bardzo powszechnie stosowane rozwiązanie dla dachów pełnych o grubości termoizolacji równej grubości krokwi.
Wariant B: Przekrój w wariancie A uzupełniony o dolną warstwę termoizolacji eliminującej wpływ liniowych mostków termicznych, jakie tworzą drewniane krokwie.
Wariant C: Przekrój o układzie warstw termoizolacyjnych odwrotnym do przekroju w wariancie B, uciąglonych ponad krokwiami, ograniczony od spodu niewielką zamkniętą szczeliną powietrza, izolowaną od spodu paroizolacją.
Wariant D: Przekrój, w którym całość termoizolacji znajduje się ponad krokwiami, zawierający zamkniętą od spodu szczelinę powietrza, izolowaną od spodu paroizolacją.
Wariant E: Przekrój, w którym całość termoizolacji znajduje się ponad krokwiami, natomiast krokwie są całkowicie odkryte od strony pomieszczeń.

Dla wszystkich przekrojów przyjęto łączną grubość termoizolacji równą 20 cm. Górną warstwę, chroniącą dach przed opadami, stanowi membrana PVC (alternatywnie papa).

Na RYS. 23 pokazano podział przekroju dachu izotermą o wartości 0°C na strefę temperatur ujemnych i widoczną strefę temperatur dodatnich, natomiast ramką w kolorze zielonym (schematy wariantów C–E) oznaczono najbardziej korzystny dla tych przegród układ warstw ze względu na zasięg temperatur ujemnych omijający materiały wrażliwe na możliwe cykliczne procesy zamarzania i rozmarzania. Tym materiałem jest w tym wypadku drewno, którego włóknista budowa jest wrażliwa na wilgoć oraz skoki temperatur.

Przekroje dachów w wariancie A i B (RYS. 22 i RYS. 23) znajdują najczęstsze zastosowanie w rozwiązaniach dachów i jednocześnie są najbardziej niekorzystnymi wariantami dla zabudowanych w ich wnętrzu materiałów, nieodpornych na obciążenia sezonowymi amplitudami temperatur oraz wilgocią. W tych przypadkach ponad połowa przekrojów belek drewnianych może okresowo znajdować się w strefie temperatur ujemnych (RYS. 22, RYS. 23 i RYS. 24).

Podczas renowacji dachów należy dążyć do lokowania termoizolacji po chłodniejszej stronie przegród. W wyjątkowych sytuacjach można to zrobić po stronie cieplejszej (RYS. 22, przekrój w wariancie B), lecz wówczas należałoby udokumentować niską szkodliwość takiego rozwiązania dla materiałów zabudowanych we wnętrzu przegrody, co dosyć często bywa pomijane.

Problem gromadzenia się wilgoci w każdej przegrodzie zewnętrznej (dachy oraz stropodachy), opisany wielkością kondensatu pozostającego trwale w jej wnętrzu, jest bardzo istotny. Jeśli jej ilość będzie malejąca lub stabilna w funkcji czasu, to należy uznać, że przegroda taka została prawidłowo zaprojektowana i wykonana. Jeżeli ilość wilgoci będzie wzrastała, dojdzie nie tylko do wewnętrznych uszkodzeń strukturalnych, lecz również do utraty właściwości termoizolacyjnych warstw odpowiedzialnych za ochronę cieplną.

Poniżej poddano analizie szczelne membranowe (papowe) pokrycie dachu z przestrzenią wentylującą i bez niej. Powyżej dokonano porównania dwóch kolejnych rozwiązań, z których jedno (RYS. 25) jest obecnie dosyć często stosowane, głównie w dachach stromych, natomiast drugie (RYS. 26) spotykane jest znacznie rzadziej.

Porównując obydwa przypadki pod względem cieplnym, należy stwierdzić, że ich parametry są do siebie bardzo zbliżone. Wyraźna różnica zauważalna jest w układzie izoterm w przekroju poprzecznym, szczególnie w zasięgu strefy niskich temperatur. Izoterma o wartości temperatury 0°C przebiega w pobliżu dolnych krawędzi krokwi (przekrój w wariancie B), natomiast w przekroju w wariancie C znajduje się poza górną krawędzią krokwi (RYS. 22, przekrój w wariancie A). Oznacza to, że w przekroju w wariancie C strefa temperatur ujemnych, w najchłodniejszych okresach, nie będzie obejmowała swoim zasięgiem elementów drewnianych dachu, a tym samym drewno nie będzie poddawane cyklom zamarzania. Taka sytuacja daje gwarancję dłuższej żywotności technicznej elementów drewnianych w przekroju w wariancie C. Wykonane obliczenia wilgotnościowe dla ww. przekrojów wskazują na wzrost poziomu zawilgocenia zarówno dla przekroju w wariancie B, jak i przekroju w wariancie C, przy nieszczelnej dolnej paroizolacji lub jej braku.

Znacznie korzystniejsze wyniki uzyskano dla przekroju w wariancie C, dla którego zawartość wilgoci w całym przekroju przegrody po 10 latach osiągnie dosyć niski poziom, ok. 19–20 kg/m³, a wilgotność masowa drewna także ustabilizuje się na niskim poziomie 12–13%. Wełna mineralna również będzie wykazywała lekki wzrost zawilgocenia, które po 10 latach eksploatacji osiągnie wielkość 11–12%.

Odpowiadające ww. wartościom zawilgocenie materiałów w przekroju Nr 2 wykazuje wyraźną tendencję do wzrostu, po 10 latach ilość wody w całym przekroju może więc wynosić już 70 kg/m³ i nadal rosnąć. Wilgotność masowa drewna po 10 latach osiągnie poziom 26% i nadal będzie rosła.

Znaczne zawilgocenie materiałów znajdujących się w opisanych przegrodach może znacznie obniżyć jej parametry cieplne, natomiast okres niskich temperatur może doprowadzić do trwałych uszkodzeń struktury drewna, a w konsekwencji do jego brunatnego rozkładu.

Bez wątpienia model przegrody oznaczonej jako wariant C jest rozwiązaniem znacznie korzystniejszym w stosunku do dwóch rozpatrywanych wcześniej (warianty A i B), kondensująca w jej wnętrzu wilgoć osiągnie tu bowiem znacznie niższy poziom.

Na RYS. 27 i RYS. 28 porównano przekroje oznaczone jako warianty D i E. Przyjęto niewentylowany model przegrody zabezpieczonej od góry szczelną membraną, natomiast od spodu szczelną folią paroizolacyjną.

We wszystkich przypadkach (warianty C, D oraz E) elementy drewniane powinny znaleźć się poza zasięgiem temperatur ujemnych, toteż drewno nie będzie wystawione na ich oddziaływanie.

W przekrojach w wariantach D i E krokwie będą się znajdowały od strony pomieszczeń, wobec czego poziom ich wilgotności będzie zależny od wilgotności powietrza wnętrza budynku oraz od skuteczności jego wymiany.

Najkorzystniejszy układ warstw budujących przegrodę przedstawia przekrój w wariancie E, gdzie wilgotność masowa drewna powinna stabilizować się na poziomie ok. 11,5%. Podobnie wygląda to również w przekroju w wariancie D, dla którego wilgotność drewna nie powinna przekroczyć wartości ok. 12,2%. Przekrój w wariancie C został dosyć szczegółowo opisany wcześniej (RYS. 26).

Podobne porównanie przeprowadzono dla tych samych przegród, lecz ograniczono się wyłącznie do warstwy termoizolacji (RYS. 29, RYS. 30 i RYS. 31). Uzyskane wyniki są zbliżone z tymi, które otrzymano dla drewna i które zdecydowanie przemawiają na korzyść wprowadzania wentylowanych przestrzeni dachów i stropodachów ponad ich termoizolacjami. Dla wszystkich trzech przekrojów, w których znajdowałaby się szczelina wentylacyjna, dolny (stały) poziom zawartości wilgoci w warstwie termoizolacji osiągnąłby praktycznie tę samą wielkość, czyli około 1% (wilgotność masowa) (RYS. 29, RYS. 30 i RYS. 31).

Na podstawie wyników obliczeń symulacyjnych otrzymanych dla opisanych wyżej przekrojów modelowych podjęto próbę oceny wpływu budowy wewnętrznej przegród na ich skuteczność ciepłochronną, przy jednoczesnej ocenie ich wrażliwości na zawilgocenie.

Jako dane wyjściowe do obliczeń należy przyjmować parametry materiałów oraz warunki środowisk (zewnętrznego i wewnętrznego) w możliwie największym stopniu zbliżone do ich wartości rzeczywistych. Ponadto warunki obliczeniowe klimatu wewnętrznego pomieszczeń powinny odpowiadać ich faktycznemu przeznaczeniu. O warunkach tych należy każdorazowo pamiętać przy podejmowaniu decyzji o przystąpieniu do renowacji dachów.

Warunkiem koniecznym dla zapewnienia sprawności technicznej przegród budowlanych oraz ich trwałości jest skuteczna wentylacja pomieszczeń (naturalna lub wymuszona), która zapewni usuwanie zużytego powietrza z wnętrza obiektów budowlanych i zawartej w nim wilgoci.

Podsumowanie

Zarówno w pokryciach dachowych, jak i w podtrzymujących je konstrukcjach mogą występować wady, na które zazwyczaj składa się kilka przyczyn.

Niejednokrotnie podłożem uszkodzeń konstrukcyjnych, a tym samym pokryć dachowych, są procesy zachodzące we wnętrzu przegród, co w skrócie starano się omówić w niniejszym artykule. To od projektanta, wykonawcy i użytkownika obiektu będzie zależał okres jego żywotności i trwałość poszczególnych elementów, w tym dachów i stropodachów.

Procesy zachodzące we wnętrzu wymienionych wyżej przegród mogą w odpowiednich warunkach doprowadzić do ich degradacji, o ile nie uda się ich przewidzieć wcześniej i monitorować w czasie eksploatacji obiektów. Uszkodzenia mechaniczne są łatwo wykrywalne i naprawialne, czego nie można powiedzieć o zużyciu korozyjnym elementów składowych przegród, będącym pochodną procesów fizykalnych, które z pozoru wyglądają na błahe i którym zazwyczaj nie poświęca się zbyt wiele uwagi, ponieważ proces takich uszkodzeń jest początkowo niezauważalny, a przy tym bywa wydłużony w czasie.

Szczelność pełnych dachów lub stropodachów może gwarantować pewną stabilność w utrzymywaniu stałego poziomu wilgotności w ich wnętrzu. Niemniej, wskutek splotu różnych okoliczności, mogą pojawić się lokalne rozszczelnienia w ciągłości izolacji, które nie zostaną zauważone, np. z powodu umiejscowienia w trudno wykrywalnych lokalizacjach. Wówczas może dojść do sukcesywnego kumulowania wilgoci we wnętrzu dachów i stropodachów, co w konsekwencji może prowadzić do ich znaczących uszkodzeń. W takich przypadkach wentylowana przestrzeń ponad termoizolacją mogłabyby okazać się rozwiązaniem znacznie poprawiającym sytuację.

Renowacja dachów i stropodachów będzie polegała na odnawianiu uszkodzonych pokryć, odnawianiu, wzmacnianiu lub wymianie podkładów tych pokryć, a także na poprawie ich parametrów cieplnych.

Zasady przeprowadzania termorenowacji zostały opisane w niniejszym artykule, w praktyce natomiast często powstaje problem fizycznego wykonania tych czynności, szczególnie wtedy, gdy mamy do czynienia z obiektami w fazie eksploatacji. Jak wielokrotnie pisano, najkorzystniejszym układem warstw w każdej przegrodzie będzie lokowanie termoizolacji po stronie zewnętrznej tej przegrody.

W dachach krokwiowych można podnieść pokrycie w celu ułożenia dodatkowej warstwy ocieplenia poprzez ułożenie na krokwiach łat równoległych do kalenicy i przymocowanie do nich kontrłat. W ten sposób zostaną wyeliminowane liniowe mostki termiczne, a pozostawione zostaną jedynie mostki punktowe, zlokalizowane w miejscach krzyżującego się drewna krokwi i łat. Będą one praktycznie niezauważalne.

Na tak przygotowanym ruszcie można ułożyć podkład z materiałów drewnopochodnych, pozostawiając szczelinę wentylacyjną, lub zamocować samą folię wraz łatami pod ułożenie dachówki. Docieplanie dachów i stropodachów od spodu należy ograniczyć do minimum (RYS. 22–28).

Uzasadnieniem dla zastosowania tego ostatniego sposobu może być niedopuszczalne powiększenie kubatury budynku i konieczność uzyskania stosownych pozwoleń. Podobnie można postępować ze stropodachami zamkniętymi, niewentylowanymi. Różnica będzie występowała jedynie w braku konieczności montażu dodatkowych łat i braku mostków cieplnych. Tę sytuację pokazano na RYS. 14–21.

Zewnętrzne warstwy dachu można wymienić lub naprawić bez większych problemów. Podobnie będzie to wyglądało z warstwami i konstrukcjami znajdującymi się bezpośrednio pod pokryciem.

Inny problem dotyczy wentylowanych stropodachów zamkniętych (FOT. 3, RYS. 1–13). W takich przypadkach proponuje się wdmuchiwanie granulatu izolacji na powierzchnie poziome, natomiast zaleca się docieplenie przegród pionowych (attyk) od zewnątrz i od środka (RYS. 7–11) metodą natrysku, np. pianką z tych samych miejsc, z których będzie rozprowadzany granulat. Będzie to możliwe do wykonania również przez otwory w pokryciu i płytach dachowych, gdyby pojawiła się taka konieczność.

Wdmuchiwaniem granulatu można również ograniczyć efekt mostków cieplnych w miejscach ustawienia ścianek poddaszy (RYS. 12–13). W przypadku wyboru tej ostatniej metody docieplania przestrzeni poziomych stropodachów należy pamiętać o ich osiadaniu i przewidzieć naddatek warstwy ocieplającej lub docieplającej, zgodnie ze wzorem [5–6]:

gdzie:

d_inst – grubość fizycznie wbudowywana,
d_nom – grubość nominalna (projektowana),
S_d – deklarowana poprawka ze względu na osiadanie granulatu.

W normie [6] określono trzy klasy osiadania materiałów izolacyjnych z wełny mineralnej:

• s1 – poniżej 1,49% wysokości nasypowej,
• s2 – 1–5% wysokości nasypowej,
• s3 – 5–10% wysokości nasypowej.

Obciążenie konstrukcji stropodachowych granulatem będzie niewielkie, toteż nie powinno ono wpłynąć na zmniejszenie nośności ich elementów konstrukcyjnych.

Gęstości materiałów wdmuchiwanych [5]:

• celuloza – 25–40 kg/m³,
• wełna mineralna – 12–30 kg/m³,
• wełna mineralna skalna – 25–60 kg/m³.

Tematyka poruszona w tym artykule została szerzej omówiona w artykule [5]. W celu ograniczenia zużycia energii przeznaczonej na chłodzenie pomieszczeń w cieplejszych okresach roku można stosować barwy pokryć o niższych współczynnikach absorpcji promieni słonecznych.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690).
2. D. Bajno, „Dachy. Zasady kształtowania i utrzymywania”, PWN, Warszawa 2016.
3. D. Bajno, „Wymagania dla dachów płaskich i stromych od 2021 r.”, „Warunki Techniczne 2021”, Wydanie Specjalne miesięcznika „IZOLACJE” 2/2020.
4. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (DzU z 2020 r., poz. 1333).
5. R. Zaorski, „Osiadanie materiałów termoizolacyjnych używanych do ocieplania metodą wdmuchiwania”, „IZOLACJE” 9/2020, s. 34.
6. PN EN 14064: 2018, „Thermal insulation products of buildings. In-situ formed loose-fill mineral wool (MW) products. Specyfication for the loose-fill products before installation”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!