Wpływ wilgotności i temperatury powietrza na przegrodę wewnętrzną na klatkach schodowych

Grubość izolacji cieplnej jest zależna od oporu cieplnego warstwy konstrukcyjnej ściany, czyli od rodzaju materiału użytego do budowy ściany, oraz od współczynnika przewodzenia ciepła izolacji cieplnej λ.

Opór cieplny izolacji wpływa na temperaturę wewnętrznej powierzchni ściany (od strony mieszkania) pomiędzy klatką schodową a pomieszczeniami mieszkalnymi.

Jeżeli temperatura powierzchni ściany spadnie poniżej temperatury tzw. punktu rosy, wówczas nastąpi wykroplenie się zawartej w powietrzu pary wodnej. Kondensacja pary wodnej na powierzchni ściany może być przyczyną rozwoju grzybów i pleśni, a w konsekwencji wpłynie negatywnie na komfort użytkowania mieszkań oraz zdrowie mieszkańców, sprzyjając powstawaniu alergii i przewlekłych chorób układu oddechowego [2].

Wytyczne dotyczące wartości współczynnika przenikania ciepła mają zastosowanie dla nowo wybudowanych budynków.

W starszym budownictwie klatka schodowa często jest nieizolowana, co zwiększa ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchni ściany od strony mieszkania, zwłaszcza na najniższej kondygnacji budynku.

Na wartość temperatury powierzchni ściany w mieszkaniu wpływ ma również temperatura powietrza na klatce schodowej.

Według normy PN-EN 12831:2006, [3] oraz rozporządzenia [1] temperatura na ogrzewanych klatkach schodowych w budynkach zamieszkania zbiorowego powinna wynosić 8°C. Temperatura ta może ulec obniżeniu, np. wskutek nieogrzewania klatek schodowych przez zarządców budynków, w wyniku rezygnacji z części grzejników na klatce schodowej, podczas modernizacji instalacji c.o. lub ograniczenia przepływu przez grzejniki na klatce, wówczas ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej w mieszkaniu wzrasta.

Warunkiem wykroplenia się pary wodnej zawartej w powietrzu przy danej temperaturze powierzchni ściany jest określona wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu.

Wilgotność względna powietrza w mieszkaniu może być utrzymywana na stałym poziomie, gdy budynek jest wyposażony w klimatyzację, bądź zmieniać się w zależności od wilgotności względnej powietrza zewnętrznego i sposobu użytkowania pomieszczeń (wentylacja grawitacyjna). Ryzyko rozwoju grzybów i pleśni zwiększa się, gdy do ściany klatki schodowej przylega bezpośrednio łazienka, w której obserwuje się podwyższoną wilgotność względną powietrza w stosunku do pozostałej części mieszkania.

W artykule przeprowadzono analizę wpływu temperatury powietrza na klatce schodowej oraz wilgotności względnej powietrza w lokalu mieszkalnym na ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej oraz rozwoju pleśni na wewnętrznej powierzchni ściany pomiędzy mieszkaniem a klatką schodową. W tym celu w oparciu o modelowanie numeryczne wyznaczono dwa wskaźniki: minimalną temperaturę powierzchni przegrody T_smin oraz współczynnik temperaturowy f_Rsi [1, 4], które porównano z wartościami granicznymi, obliczonymi zgodnie z algorytmem prezentowanym w normie PN-EN ISO 13788:2013 [4]. Obliczenia wykonano dla izolowanej i nieizolowanej ściany klatki schodowej w budynku wielorodzinnym, przylegającej do łazienki oraz przedpokoju w lokalu mieszkalnym, dla dziewięciu wartości temperatury klatki schodowej oraz pięciu wartości wilgotności względnej powietrza wewnętrznego w mieszkaniu.

Temperaturę powierzchni ściany pomiędzy mieszkaniem a klatką schodową wyznaczono za pomocą obliczeń numerycznych procesu wymiany ciepła w węźle konstrukcyjnym, które stanowi połączenie ściany klatki schodowej ze stropem. Obliczenia przeprowadzono za pomocą autorskiego programu komputerowego wykorzystującego metodę elementów brzegowych (MEB), opracowanego w Katedrze Ciepłownictwa, Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Białostockiej, którego przydatność do modelowania wymiany ciepła w konstrukcjach budowlanych z mostkami termicznymi została zweryfikowana w pracy [5].

Budowa modelu obliczeniowego

Schemat przegrody budowlanej

Ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej jest największe w miejscu występowania mostka cieplnego, w którego obrębie obserwuje się spadek temperatury przegrody oraz zwiększoną gęstość strumienia ciepła w stosunku do pozostałej części przegrody. W związku z tym do obliczeń numerycznych przyjęto połączenie ściany klatki schodowej ze stropem (model dwuwymiarowy), a nie samą ścianę (model jednowymiarowy).

Ze względu na przeprowadzanie obliczeń dla łazienki oraz przedpokoju, przyjęto dwie konstrukcje budowlane różniące się miedzy sobą rodzajem warstwy wykończeniowej podłogi (RYS. 1 i RYS. 2).

Obliczenia wykonano dla dwóch wariantów izolacji klatki schodowej: ściana bez izolacji [U = 1,64 W/(m2·K)] (RYS. 1) oraz z izolacją cieplną o oporze cieplnym R = 0,4 (m2·K)/W, dla której współczynnik przenikania ściany jest równy U = 0,99 W/(m2·K) (RYS. 2). Przyjęta izolacja cieplna spełnia wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej przegrody pomiędzy klatką schodową a lokalem mieszkalnym, określone w rozporządzeniu [1].

Parametry obliczeń

Wymianę ciepła na powierzchni przegród budowlanych scharakteryzowano poprzez opór przejmowania ciepła Rsi oraz temperaturę powietrza w pomieszczeniu.

Opór przejmowania ciepła przyjęto według zaleceń normy PN-EN ISO 6946:2008 [6] (TABELA).

Temperaturę powietrza w pomieszczeniach przyjęto według zaleceń normy PN–EN 12831 [3] oraz rozporządzenia [1]. Obliczeniowa temperatura na ogrzewanych klatkach schodowych w budynkach zamieszkania zbiorowego wynosi 8°C, w przedpokoju i łazience odpowiednio 20°C i 24°C. Dodatkowo obliczenia przeprowadzono dla temperatury klatki schodowej z zakresu 0°C do 16°C, co odpowiada sytuacji, gdy klatka schodowa jest nieogrzewana lub też przyjmowana jest wyższa temperatura obliczeniowa niż ta określona w normie [3] i rozporządzeniu [1].

Wartości graniczne temperatury powierzchni przegrody T_smin oraz współczynnika temperaturowego f_Rsi

W celu przeprowadzenia analizy ryzyka wystąpienia powierzchniowej kondensacji pary wodnej określono minimalną temperaturę powierzchni ściany T_smin (1), przy której nie zachodzi kondensacja, oraz graniczną wartość współczynnika temperaturowego f_Rsi (2), który określa ryzyko rozwoju pleśni na przegrodzie budowlanej [4]. Wartości f_Rsi obliczono zakładając jako temperaturę powietrza zewnętrznego temperaturę na klatce schodowej.

(1)

gdzie:

p_sat - ciśnienie cząstkowe pary wodnej nasyconej przy temperaturze T [bar],

(2)

gdzie:

T_KS - temperatura powietrza na klatce schodowej [°C],

T_i - temperatura powietrza w pomieszczeniu [°C].

Analizę przeprowadzono dla zmiennej wilgotności względnej powietrza j w łazience oraz przedpokoju. Wilgotność powietrza przyjęto na poziomie 45%, 50%, 55%, 60% i 65%.

Zgodnie z wymaganiami rozporządzenia [1], w zakresie spełnienia wymagań dotyczących powierzchniowej kondensacji pary wodnej, obliczenia należy wykonywać dla średniej miesięcznej wartości wilgotności względnej powietrza wewnętrznego na poziomie 50%.

W pracy rozszerzono zakres analizowanej wilgotności w celu uwzględnienia zmiennych warunków powietrza, występujących w trakcie eksploatacji mieszkania.

W celu zminimalizowania ryzyka wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchni ściany najniższa temperatura w obrębie analizowanego węzła konstrukcyjnego powinna być wyższa od wartości krytycznej T_smin. Jednocześnie współczynnik temperaturowy f_Rsi powinien mieć wartość wyższą od maksymalnej wartości, która uwzględnia eksploatacyjne warunki cieplne i wilgotnościowe w pomieszczeniu [4].

Analiza wyników

W wyniku obliczeń numerycznych otrzymano rozkład temperatury w analizowanym połączeniu ściany klatki schodowej ze stropem (RYS. 3 i RYS. 4). Na podstawie pola temperatury w węźle stwierdzono, że w wyniku zastosowaniu warstwy izolacji cieplnej wzrasta temperatura wewnętrznej powierzchni ściany w lokalu mieszkalnym.

Najniższe obliczone numerycznie wartości temperatury wewnętrznej powierzchni izolowanej i nieizolowanej ściany Ts porównano z wartościami granicznymi dla łazienki (RYS. 5 i RYS. 7) oraz przedpokoju (RYS. 6 i RYS. 8), dla zmiennej wilgotności powietrza j w mieszkaniu i temperatury na klatce schodowej TKS.

W przypadku niezaizolowanej ściany pomiędzy mieszkaniem a klatką schodową, gdy temperatura na klatce schodowej jest niższa od 10°C, istnieje ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na ścianie w łazience (RYS. 5).

Jeżeli temperatura na klatce schodowej jest niższa od 7°C, istnieje ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na ścianie w łazience i w przedpokoju (RYS. 5 i RYS. 6). Przy wilgotności względnej powietrza w lokalu mieszkalnym niższej od 55% nie ma ryzyka wystąpienia kondesacji pary wodnej na powierzchni ściany dla temperatury powietrza na klatce schodowej od 0°C do 16°C (RYS. 5 i RYS. 6).

Jeżeli ściana klatki schodowej jest zaizolowana termicznie, zgodnie z wymaganiami rozporządzenia [1], kondensacja pary wodnej na ścianie w łazience może wystąpić, gdy temperatura na klatce schodowej jest niższa od 6°C (RYS. 7).

W przedpokoju ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej występuje, gdy temperatura na klatce schodowej jest niższa od 3°C (RYS. 8).

Jeżeli wilgotność powietrza w lokalu mieszkalnym jest niższa od 60%, nie ma ryzyka wystąpienia kondesacji pary wodnej dla temperatury klatki schodowej od 0°C do 16°C (RYS. 7 i RYS. 8).

Porównanie wartości współczynnika temperaturowego f_Rsi, wyznaczonego dla ściany na podstawie obliczeń numerycznych, z wartościami granicznymi f_Rsimax,obliczonymi według normy PN-EN ISO 13788:2013 [4], dla zmiennej wilgotności powietrza φ oraz zmiennej temperatury klatki schodowej TKS przedstawiono na RYS. 9, RYS. 10, RYS. 11 i RYS. 12.

Ryzyko rozwoju pleśni w nieizolowanej termicznie ścianie pomiędzy łazienką w lokalu mieszkalnym a klatką schodową występuje, gdy temperatura na klatce schodowej jest niższa od 10°C (RYS. 9).

W przypadku ściany pomiędzy przedpokojem a klatką schodową ryzyko rozwoju pleśni wystąpi, gdy temperatura na klatce schodowej będzie poniżej 7°C (RYS. 10).

Nie ma ryzyka rozwoju pleśni, gdy wilgotność względna powietrza w mieszkaniu jest mniejsza od 55%, niezależnie od temperatury powietrza na klatce schodowej (RYS. 9 i RYS. 10).

Ryzyko rozwoju pleśni w izolowanej termicznie ścianie, spełniającej wymagania rozporządzenia [1], pomiędzy łazienką w lokalu mieszkalnym a klatką schodową występuje, gdy temperatura na klatce schodowej jest niższa od 6°C (RYS. 11).

W przypadku ściany pomiędzy przedpokojem a klatką schodową ryzyko rozwoju pleśni wystąpi, gdy temperatura na klatce schodowej będzie poniżej 3°C (RYS. 12).

Nie ma ryzyka rozwoju pleśni, gdy wilgotność względna powietrza w mieszkaniu jest mniejsza od 60%, niezależnie od tego czy klatka schodowa jest ogrzewana (RYS. 11 i RYS. 12).

Podsumowanie

• Analizując wyniki obliczeń, przedstawione graficznie na wykresach (RYS. 5, RYS. 6, RYS. 7, RYS. 8, RYS. 9, RYS. 10, RYS. 11 i RYS. 12), można stwierdzić, że zastosowanie izolacji cieplnej na ścianie pomiędzy klatką schodową w budynku wielorodzinnym a lokalem mieszkalnym [współczynnik przenikania ciepła ściany U = 0,99 W/(m²·K)], zmniejsza ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej oraz rozwoju pleśni na wewnętrznej powierzchni ściany w pomieszczeniu o temperaturze 24°C, jeżeli temperatura na klatce schodowej jest większa od 6°C, a w pomieszczeniu o temperaturze 20°C, jeżeli temperatura na klatce schodowej jest większa od 3°C.
• Brak izolacji cieplnej na ścianie pomiędzy klatką schodową a mieszkaniem może powodować kondensację pary wodnej na powierzchni ściany w mieszkaniu oraz ryzyko rozwoju pleśni, nawet jeżeli klatka schodowa jest ogrzewana do temperatury obliczeniowej 8°C.
• W przypadku nieogrzewanej klatki schodowej, zastosowanie izolacji cieplnej na ścianie pomiędzy klatką a lokalem mieszkalnym, o oporze cieplnym zgodnym z wymaganiami rozporządzenia [1], nie zapewnia ochrony przed kondensacją pary wodnej na ścianie w mieszkaniu oraz rozwojem pleśni, jeżeli wilgotność względna w pomieszczeniach utrzymuje się na poziomie większym od 60%.
• W celu zminimalizowania ryzyka wystąpienia kondensacji pary wodnej oraz rozwoju pleśni w lokalu mieszkalnym na powierzchni ściany przylegającej do klatki schodowej, oprócz stosowania izolacji cieplnej, należy dbać o efektywną wentylację pomieszczeń, zapewniając ciągły dopływ powietrza czystego oraz odpływ powietrza zanieczyszczonego.

Opracowanie zrealizowano w ramach pracy nr S/WBiIŚ/4/14

Literatura

1. Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lipca 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2015 poz. 1422).
2. I. Ickiewicz, W. Sarosiek, J. Ickiewicz, "Fizyka budowli: wybrane zagadnienia", Politechnika Białostocka, Białystok 2000.
3. PN-EN 12831:2006, "Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego".
4. PN-EN ISO 13788:2013, "Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody obliczania".
5. A. Werner-Juszczuk, P. Rynkowski, "BEM Utility for Simulation of Linear Thermal Bridges", "Comput. Method. Sci. Technol", Vol. 22, nr 1/2016, s. 31-40.
6. PN-EN ISO 6946:2008, "Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!