Badania szczelności budynków

Polskie ustawodawstwo nie narzuca obowiązku wykonywania badań szczelności budynków – są one jedynie zalecone. Wymagania dotyczące szczelności zawarte są w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], a sposób przeprowadzania badania metodą pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora podaje norma PN-EN 13829:2002 [2].

Szczelność budynków a wymagania warunków technicznych

W rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], określono, że w budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, budynku użyteczności publicznej, a także w budynku produkcyjnym przegrody zewnętrzne nieprzezroczyste, złącza między przegrodami i częściami przegród oraz połączenia okien z ościeżami należy projektować i wykonywać pod kątem osiągnięcia ich całkowitej szczelności na przenikanie powietrza.

Przepisy zalecają przeprowadzenie badania szczelności powietrznej budynku oraz wyznaczenie wartości wskaźnika n50, określającego liczbę wymian powietrza na godzinę przy różnicy ciśnień 50 Pa. Wymagane wartości współczynnika n50 wynoszą:

• w odniesieniu do budynków z wentylacją grawitacyjną – 3,0 h–1,
• w odniesieniu do budynków z wentylacją mechaniczną – 1,5 h–1.

W budynkach pasywnych wartość współczynnika n50 powinna być mniejsza niż 0,6 h–1. Wymóg ten nakłada obowiązek wykonywania badań szczelności tych obiektów.

Metody i warunki badania według normy PN-EN 13829:2002

Badania szczelności budynków należy przeprowadzać zgodnie z normą PN-EN 13829:2002 [2], opisującą sposób określania przepuszczalności powietrznej budynków metodą pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora. Metoda ta może być stosowana:

• do pomiaru przepuszczalności powietrznej budynku lub jego części w celu sprawdzenia spełnienia wymagań projektowych w zakresie szczelności powietrznej,
• do porównania przepuszczalności powietrznej kilku podobnych budynków lub części budynków,
• do identyfikowania źródeł przecieku powietrza,
• do określenia zmniejszenia przecieku powietrza wynikającego z indywidualnych działań modernizacyjnych zastosowanych etapowo w stosunku do istniejącego budynku lub jego części.

Metoda opisana w normie PN-EN 13829:2002 [2] nie umożliwia pomiaru strumienia infiltracji powietrza budynku. Może natomiast służyć do pomiaru przepływu powietrza przez obudowę budynku z zewnątrz do wewnątrz lub odwrotnie. Nie stosuje się jej do pomiaru przepływu powietrza z zewnątrz przez obudowę budynku i ponownie na zewnątrz budynku.

Dopuszcza się dwie metody badań, w zależności od założonego celu, a mianowicie:

• metodę A – badanie użytkowanego budynku,
• metodę B – badanie obudowy budynku.

Różnica polega na przygotowaniu budynku do badania. W obydwu przypadkach wszystkie celowo wykonane otwory w obudowie budynku (okna, drzwi na zewnątrz, przewody kominowe) mają być zamknięte lub zaślepione, wszystkie drzwi wewnętrzne obiektu powinny natomiast pozostać otwarte w czasie całego badania.

Należy wyłączyć urządzenia grzewcze z doprowadzaniem powietrza zewnętrznego, urządzenia klimatyzacyjne oraz wentylacyjne. Kominki otwarte powinny zostać oczyszczone z popiołu.

Wszystkie nawiewniki i wywiewniki instalacji wentylacji mechanicznej i klimatyzacji powinny zostać zaślepione. Otwory wentylacji naturalnej muszą zostać zamknięte (metoda A) lub zaślepione (metoda B).

Charakterystyka metody pomiaru

W badaniach szczelności budynków wykorzystuje się nadciśnienie lub podciśnienie wytworzone w sposób mechaniczny w budynku lub jego części. Urządzenie wprowadzające powietrze w ruch umożliwia wytworzenie określonego zakresu wartości podciśnienia i nadciśnienia w budynku względem środowiska zewnętrznego. Efektem badania jest wyznaczenie wielkości wymiany powietrza n50 w warunkach różnicy ciśnienia 50 Pa.

W opisywanym w artykule badaniu wykorzystano zestaw drzwi nawiewnych z kontrolerem cyfrowym pokazany na fot. 1 oraz oprogramowanie do analizy wyników.

Badanie rozpoczyna się od złożenia i dopasowania aluminiowej ramy wraz z brezentem z tworzywa sztucznego do drzwi zewnętrznych lub ramy okiennej. Rama ma specjalny mechanizm dopasowania, co pozwala wyeliminować ewentualne nieszczelności wokół otworu. Specjalne dźwignie rozpychające zabezpieczają przed destabilizacją przy nagłym skoku różnicy ciśnień między środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym.

Po zamontowaniu ramy należy zamocować w niej wentylator. Od kierunku montażu zależy, czy będzie on wytwarzał nadciśnienie, czy podciśnienie. Do wentylatora należy podłączyć jednostkę sterującą, a tę z kolei do komputera z odpowiednim oprogramowaniem.

Zakres działania wentylatora regulowany jest za pomocą tzw. blend – przesłon zamykających światło wentylatora, które pozwalają regulować ilość przepływającego powietrza, zależną od kubatury badanego obiektu. Zmniejszenie światła przepływu powoduje zmniejszenie wahań różnicy ciśnień i przepływów i pozwala osiągnąć dokładniejsze wyniki badań. Im większy budynek, tym większe musi być światło wentylatora.

W pierwszej fazie pomiaru, po szczelnym zamknięciu płócienną przesłoną otworu wentylatora, sprawdzana jest rzeczywista różnica ciśnienia między środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym. Jeśli różnica nie przekracza wartości 5 Pa, rozpoczyna się druga faza pomiaru. Uruchamiany zostaje wentylator, a wskutek otwierania poszczególnych blend regulowana jest wielkość nawiewanego lub wywiewanego strumienia powietrza.

Program wykonuje pomiar wielkości strumienia powietrza przepływającego przez wentylator w odniesieniu do różnicy ciśnienia 15 Pa, 20 Pa, 25 Pa, 30 Pa, 35 Pa, 40 Pa, 45 Pa, 50 Pa, 55 Pa, 60 Pa. W odniesieniu do każdej wartości różnicy ciśnienia program wykonuje 20 pomiarów, z których wylicza się wartość średnią.

Pomiar ciśnienia zgodnie z normą PN-EN 13829:2002 [2] wykonywany jest z dokładnością 2 Pa w zakresie od 0 Pa do 60 Pa, pomiar temperatury zaś – z dokładnością 1 K.

Po zakończonym badaniu za pomocą specjalnego oprogramowania komputerowego sporządza się raport z przeprowadzonego badania. Taki zapis zawiera wszystkie informacje o budynku oraz warunkach, w jakich przeprowadzano badanie. Na podstawie pomiarów i wprowadzanych danych program oblicza wielkości zdefiniowane w normie, opisujące szczelność budynku, a mianowicie:

• wielkość wymiany powietrza n50,
• przepuszczalność powietrzną przy ciśnieniu 50 Pa – q50,
• jednostkowy strumień przecieku powietrza w50.

W tabeli 1 przedstawiono przykładowe wyniki pomiaru.

Utrudnienia podczas badań

Wykonywanie badań wymaga nie tylko odpowiedniego przygotowania budynku, lecz także sprzyjających warunków atmosferycznych, opisanych w pkt. 5.1.4 normy PN-EN 13829:2002 [2]. W praktyce spełnienie wszystkich warunków jest bardzo trudne.

Przed rozpoczęciem badania należy wprowadzić do programu dane dotyczące budynku i warunków atmosferycznych panujących na zewnątrz budynku, takich jak:

• kubatura netto budynku,
• prędkość wiatru,
• ciśnienie atmosferyczne,
• temperatura wewnątrz i na zewnątrz budynku.

Wszystkie dane mogą być zmienione po wykonaniu badania – program przelicza wówczas wyniki.

Różnica temperatury zewnętrznej i wewnętrznej

Iloczyn różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej [K] i wysokości obudowy budynku [m] nie powinien wynosić więcej niż 500 [m·K]. Warunek ten oznacza, że w razie niskiej temperatury zewnętrznej wykonanie pomiaru w wysokich budynkach może być niemożliwe. W tabela 2 podano maksymalne wysokości badanych budynków w zależności od różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej.

Prędkość wiatru

Silny wiatr może być czynnikiem utrudniającym lub uniemożliwiającym wykonanie badania. Jeśli prędkość wiatru przekracza 6 m/s lub osiąga 3. stopień w skali Beauforta, wykonanie badania może okazać się niemożliwe lub dawać wyniki, które nie mogą być uwzględniane w obliczeniach.

Parcie powietrza na budynek może bowiem wytworzyć niezamierzoną różnicę ciśnienia, a tym samym spowodować błędny pomiar. Różnica ciśnienia wewnątrz i na zewnątrz budynku w warunkach zerowego przepływu nie może przekroczyć wartości 5 Pa.

Temperaturę wewnątrz i na zewnątrz budynku, prędkość oraz siłę wiatru należy określić przed rozpoczęciem badania i po jego zakończeniu. Zmiana prędkości wiatru po pomiarze wpływa na analizę wielkości błędu pomiarowego, nie zmienia natomiast samego wyniku.

Badania w warunkach niespełniających wymagań

Podczas wykonywania badań próby szczelności budynków niejednokrotnie można natrafić na niesprzyjające warunki pogodowe. W celach porównawczych i informacyjnych w jednym z analizowanych obiektów jednorodzinnych postanowiono przeprowadzić próbę badania mimo warunków niespełniających normy PN-EN 13829:2002 [2].

Podczas badania prędkość wiatru wynosiła ok.10 m/s. Różnica ciśnienia wewnątrz i na zewnątrz budynku przekraczała 5 Pa. Odczyt wartości zerowego przepływu na początku i na końcu badania, zamieszczony w tabeli 3, pokazuje wartości rzeczywistej różnicy ciśnienia.

Program wykonał 10 pomiarów wartości, wykazujących, jak duże były wahania różnicy ciśnień (maks. 13,84 Pa). Pomimo niespełnienia warunku zerowego przepływu kontynuowano pomiar.

W drugiej fazie pomiarów pojawiły się problemy z uzyskaniem wymuszonej różnicy ciśnień o wartości 15 Pa. Odczyt 20 wartości średnich program rozpoczyna po 20 s ustabilizowanej różnicy ciśnień. Niestety, z powodu podmuchów wiatru nie było możliwe ustabilizowanie wartości 15 Pa ±5% błędu przez 20 s. W takiej sytuacji program proponuje wybór jednej z trzech możliwości:

• pominięcie danej wartości i przejście do wartości wyższej o 5 Pa,
• zwiększenie wartości dopuszczalnego błędu,
• odczyt danych (mimo nieustabilizowanej różnicy ciśnień).

W badaniu pominięto wartość 15 Pa i kontynuowano badania przy wartości 20 Pa. Nie było problemu z uzyskaniem różnicy ciśnień 20 Pa. Kolejny problem wystąpił przy wartości 25 Pa. Odczyt był możliwy przy zwiększeniu dopuszczalnej wartości błędu do 15%.

Duży rozrzut wartości na wykresie różnic ciśnień (rys. 1) oraz zależności przepływu powietrza od wartości ciśnienia (rys. 2) obrazuje bardzo silne podmuchy wiatru w trakcie badania.

Badanie w sprzyjających warunkach atmosferycznych

Na rys. 3 przedstawiono wyniki badań prowadzonych w sprzyjających warunkach pogodowych. Rozrzut wyników w odniesieniu do wartości 15–55 Pa jest niewielki.

Niestety, w ostatnim pomiarze (podczas próby uzyskania podciśnienia 60 Pa) zabezpieczenie otworu wentylacyjnego zostało uszkodzone, co spowodowało nagłe zmniejszenie wartości podciśnienia wewnątrz budynku. Nagła zmiana jest widoczna na rys. 3 przy najwyższej analizowanej wartości. Ze względu na rozszczelnienie badanie należało powtórzyć. Przypadek ten uzasadnia przeprowadzanie w trakcie badań kontroli zaślepień otworów w obudowie.

Jeśli w trakcie badania w budynku zostanie otwarte okno lub drzwi, w programie pojawi się komunikat o tym, że nie udało się uzyskać wymaganej różnicy ciśnień. Jeśli natomiast przepływ powietrza zostanie zaburzony przez przedmiot lub osobę znajdującą się w pobliżu wentylatora, wyświetli się komunikat o niestabilnym ciśnieniu.

Aby obliczyć wielkość wymiany powietrza oraz przepuszczalności powietrznej, należy wprowadzić do programu wartości kubatury wewnętrznej oraz pola obudowy. Kubatura wewnętrzna V stanowi objętość powietrza wewnątrz badanego budynku lub części budynku. Określana jest jako iloczyn pola podłogi netto oraz średniej wysokości pomieszczenia netto bez odejmowania kubatury umeblowania [2].

Bardzo ważna jest dokładność obliczeń, gdyż na tej podstawie wyznaczana jest wartość n50. Zmiana o 10% danych dotyczących kubatury powoduje zmianę wartości n50 o ok. 10%.

Od precyzyjnego określenia pola obudowy budynku zależy dokładność wartości przepuszczalności powietrznej q50. Pole obudowy stanowi całkowite pole wszystkich podłóg, ścian oraz stropów ograniczających badaną kubaturę wewnętrzną, w tym ścian i podłóg poniżej poziomu terenu. Tu także, podobnie jak w przypadku kubatury budynku, zmiana wartości pola obudowy o 10% powoduje zmianę wartości przepuszczalności powietrznej o ok. 10%.

Przykład badania metodą B

Kolejnym badanym budynkiem był dom jednorodzinny o powierzchni użytkowej 175 m², wybudowany w 2004 r. w technologii ścian murowanych (ściany jednowarstwowe z betonu komórkowego). Obiekt miał wentylację grawitacyjną. Istotnym elementem budynku, wpływającym na wyniki badania, była wewnętrzna, otwarta klatka schodowa, łącząca część mieszkalną z niewykończonym poddaszem. Taki stan poddasza przyczyniał się do intensywnej infiltracji przez nieszczelności między elementami łączeniowymi (fot. 2–3).

Badanie przeprowadzono metodą B – otwory wentylacji naturalnej zostały zaślepione w warunkach podciśnienia i nadciśnienia. W tabelach 4–5 przedstawiono wyniki pomiarów. Uzyskane wartości wymiany powietrza w warunkach różnicy ciśnienia 50 Pa znacznie przekraczają wartość dopuszczaną w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych [1], czyli n50 = 3,0 h–1. Dotyczy to zarówno próby podciśnieniowej (n50 = 8,275 h–1), jak i nadciśnieniowej (n50 = 8,255 h–1).

Podsumowanie

Na podstawie przeprowadzonych badań i obserwacji można stwierdzić, iż czynnikami zaburzającymi dokładność pomiaru i mającymi wpływ na wyniki końcowe są: osłonięcie budynku, chwilowe podmuchy wiatru, jego prędkość oraz temperatura powietrza. Wyniki uzyskiwane podczas badania szczelności obudowy budynku zależą więc w dużej mierze od warunków, w jakich wykonano pomiary.

Podczas badania wykonywanego metodą B bardzo ważne jest bieżące sprawdzanie stanu zaślepień otworów wentylacyjnych.

Omówione w artykule badanie zostało zrealizowane w ramach tematu nr L-1/218/DS./2012 i sfinansowane z dotacji na naukę przyznanej przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690 ze zm.).
2. PN-EN 13829:2002, „Właściwości cieplne budynków. Określenie przepuszczalności powietrznej budynków. Metoda pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!