Kierunek przepływu pary wodnej przez strop nad piwnicą dla okresu zimowego i letniego

Niektóre materiały są całkowicie lub praktycznie nienasiąkliwe i nie zmieniają właściwości pod wpływem wody, jak metale, szkło, zbite kamienie naturalne, materiały bitumiczne, wybrane tworzywa sztuczne [1].

Materiały budowlane w większości mają jednak budowę kapilarno-porowatą, umożliwiającą pochłanianie wody, która może wnikać w głąb materiału wypełniając całkowicie lub tylko częściowo jego pory. Wraz ze wzrostem zawartości wody w materiale rośnie wartość jego współczynnika przewodzenia ciepła, a jednocześnie maleje trwałość.

W materiałach pochodzenia organicznego wzrost zawilgocenia sprzyja korozji biologicznej, natomiast w wilgotnych materiałach porowatych pochodzenia mineralnego wzrost objętości przy przechodzeniu wody w lód powoduje uszkodzenie ich struktury, zwłaszcza przy wielokrotnym powtarzaniu cykli zamrażania i odtajania.

Również zmiany objętości towarzyszące zmianie zawartości wody (skurcz i pęcznienie) w przypadku wielokrotnego zawilgocenia i wysychania materiałów prowadzą do ich stopniowego niszczenia.

Zawilgocenie przegród jest zatem zjawiskiem niekorzystnym ze względów:

• higieniczno-sanitarnych,
• obniżenia trwałości materiałów przegrody wskutek korozji chemicznej lub biologicznej
• oraz zwiększonych strat ciepła [2].

Znaczna porowatość jest przede wszystkim podstawową właściwością materiałów termoizolacyjnych. Gdy są one eksploatowane w warunkach dużej wilgotności, przestrzenie pomiędzy włóknami czy pory mogą być wypełnione wodą, która ma wartość współczynnika przewodzenia ciepła ok. 20-krotnie większą niż gaz. Oprócz wzrostu współczynnika przewodzenia ciepła zawilgocenie tego typu izolacji obniża jej:

• wytrzymałość,
• odporność na korozję biologiczną
• oraz mrozoodporność [3].

Zawilgocenie materiałów w przegrodzie może być spowodowane m.in. oddziaływaniem czynników eksploatacyjnych, w tym przemieszczaniem się wilgoci wewnątrz przegrody [1], które jest skutkiem różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej i temperatury powietrza po obu jej stronach [4]. Taki ruch pary wodnej odbywa się przez dyfuzję [2] i ma najczęściej kierunek z pomieszczenia na zewnątrz – z uwagi na większe ciśnienie pary wodnej we wnętrzu niż w powietrzu zewnętrznym [4].

Przemieszczanie się wilgoci z zamkniętych przestrzeni na zewnątrz jest możliwe, bo jest w nich (zwłaszcza w mieszkalnych) dużo wilgoci pochodzącej od ludzi oddychających, od parowania z powierzchni ich ciała oraz od czynności gospodarczych, jak przygotowanie posiłków, kąpiele, pranie, mycie podłóg itp. [2].

W warunkach letnich ruch wilgoci może jednak odbywać się w przeciwnym kierunku [4]. Para wodna przechodzi od ośrodka ciepłego do zimnego i w związku z tym zimą przenika z wnętrza przez obudowę na zewnątrz, latem natomiast odwrotnie [5], ponieważ przy projektowaniu przegród dąży się do maksymalnego zabezpieczenia przed możliwością trwałego ich zawilgocenia [2], do osłony materiałów, w tym termoizolacji, przed napływem pary wodnej stosuje się paroizolacje [5], czyli warstwy zapobiegające wnikaniu pary wodnej w konstrukcję [6].

Przegrodami, w których mogą one być zastosowane, są dachy, stropodachy, ściany lub stropy [5]. W przypadku tych ostatnich izolacje parochronne układa się w podłogach stropów znajdujących się nad pomieszczeniami o dużej wilgotności powietrza [7].

Mimo że najbardziej niekorzystne warunki występują zimą i stąd rozpatrywanie wszystkich procesów związanych z zawilgoceniem materiałów budowlanych (jak i strat ciepła) przeprowadza się głównie dla tego okresu [2], kiedy para wodna dyfundować będzie do przegrody w kierunku z ogrzewanych mieszkań do piwnic, które mogą być przestrzeniami zawilgoconymi, to w poradnikach dla majstrów budowlanych podaje się, że na stropach nad pomieszczeniami o znacznej wilgotności powietrza wykonuje się dodatkowo izolację paroszczelną, którą należy ułożyć pod termoizolacją [8, 9]. Umieszczona w tym miejscu przepona dyfuzyjna nie będzie zabezpieczać izolacji cieplnej przed wnikaniem do niej wilgoci przemieszczającej się z mieszkania do przyziemia, a ponadto będzie utrudniać swobodne wydostanie się pary wodnej z termoizolacji w kierunku piwnicy. W przepisach budowlanych nie ma w tym względzie wskazań metod obliczeniowych, które należy wykonać, aby tego typu przegrody były poprawnie zaprojektowane.

W warunkach technicznych obowiązujących w chwili obecnej [10] wymagania odnoszące się do zagadnień związanych z zawilgoceniem ustrojów budowlanych jednoznacznie sprecyzowane są jedynie do przegród zewnętrznych. Z tego względu projektant nie ma obowiązku sprawdzać dla stropu między mieszkaniem a piwnicą wartości współczynnika temperaturowego f_Rsi, ani możliwości wystąpienia międzywarstwowej kondensacji pary wodnej.

W przypadku stropów nad nieogrzewanymi przestrzeniami zobowiązany jest jedynie do obliczenia współczynnika przenikania ciepła, który nie powinien być większy niż 0,25 W·(m2·K)^–1.

W przegrodach wewnętrznych dla ochrony materiałów budowlanych przed wilgocią układ i rodzaj warstw osoba projektująca dobiera, kierując się wiedzą i doświadczeniem, które uzależnione będzie od stopnia poznania zjawiska ruchu wilgoci w budynku.

Bez wątpienia pomocną w zakresie oceny wgłębnej kondensacji pary wodnej może być procedura wykorzystywana w analizie pregród zewnętrznych. Problematycznym wówczas może jednak okazać się ustalenie warunków brzegowych, zwłaszcza parametrów środowiskowych w pomieszczeniach nieogrzewanych.

Celem artykułu jest sprawdzenie - pod kątem określenia właściwego miejsca ułożenia paroizolacji w przegrodzie - kierunku przepływu pary wodnej przez strop nad nieogrzewaną piwnicą w budynku podczas ogrzewania mieszkania oraz w czasie braku zysków ciepła z układu grzewczego.

Materiał i metody

Do oznaczeń temperatury i wilgotności powietrza w podpiwniczonym budynku jednorodzinnym wykorzystano komputerowy miernik mikroklimatu z zespołem sond na statywie. Jako wartości miarodajne przyjmowano średnie z serii kilkudziesięciu oznaczeń.

Środowisko termiczno-wilgotnościowe oceniano w pokoju dziennym na parterze i w nieogrzewanej piwnicy, znajdującej się pod tym pokojem.

Analizę kierunku przepływu pary wodnej przez strop dzielący oba te pomieszczenia przeprowadzono w sierpniu, gdy budynek nie był ogrzewany, oraz w lutym dla dwóch przypadków, tzn. kiedy obiekt miał włączone ogrzewanie w czasie tęgich mrozów i kiedy pomieszczenia mieszkalne pozbawione były jakichkolwiek zysków wewnętrznych oraz strumieni ciepła z systemu grzewczego w okresie, gdy budynek nie był użytkowany.

Dla pomierzonych wartości temperatury powietrza ciśnienie pary wodnej nasyconej odczytywano z tabel, natomiast ciśnienie cząstkowe pary wodnej w mieszkaniu i piwnicy obliczano z prostej zależności:

p = p_s · φ [Pa]

gdzie:

p_s - ciśnienie pary wodnej nasyconej, odpowiednio w pokoju dziennym lub w piwnicy [Pa],

φ - wilgotność względna pary wodnej, odpowiednio w pokoju dziennym lub w piwnicy.

Kierunek przepływu pary wodnej przez strop między mieszkaniem i piwnicą określano przez porównanie wielkości ciśnienia cząstkowego pary wodnej w tych dwóch przestrzeniach.

Wyniki i ich omówienie

Pomierzone wartości temperatury i wilgotności względnej powietrza na parterze budynku oraz w przyziemiu w wybranych miesiącach lata i zimy zamieszczono w TABELI.

Obliczone wartości ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu strefy mieszkalnej i piwnicy dla okresów letniego oraz zimowego z dwoma przypadkami, to jest w czasie działania urządzeń grzewczych i w czasie, gdy budynek był pustostanem, przedstawiono na RYS.

W mieszkaniu ciśnienie pary wodnej było większe od ciśnienia w piwnicy jedynie dla okresu zimowego w czasie, kiedy działał system grzewczy. Wartości te wyniosły odpowiednio 1119 Pa oraz 692 Pa.

Mimo stosunkowo dużej wilgotności przyziemia (74%) ruch wilgoci przez strop odbywał się w kierunku od pokoju dziennego do piwnicy. W takim przypadku należałoby ułożyć paroizolację nad warstwą ocieplenia, czyli pod podkładem -jeśli oczywiście termoizolacja przewidziana była na konstrukcji nośnej, a nie od spodu stropu.

Jednocześnie tego typu izolacja wodochronna zabezpieczyłaby materiał ociepleniowy przed zamoczeniem wodą z podkładu podłogowego w rozwiązaniu, gdy byłby on wykonany w formie jastrychu. W żadnym wypadku nie należałoby wówczas zamiast tej izolacji paroszczelnej na warstwie nośnej stropu położyć stosowanej w praktyce papy asfaltowej. Jako szczelna przepona nie wypuściłaby ona pary wodnej z materiału ociepleniowego w kierunku piwnicy, a to mogłoby skutkować obniżeniem się ciepłochronności termoizolacji. Tym bardziej przy takim kierunku ruchu wilgoci nie do przyjęcia są zalecenia poradników [8, 9], w których paroizolację także proponuje się umieścić pod warstwą ocieplenia.

Jak nie trudno zauważyć, porównując na wykresie kształtowanie się ciśnień pary wodnej dla okresu letniego, większe wartości odnotowano w piwnicy, dlatego należy przyjąć, że zawarta w powietrzu przyziemia wilgoć będzie przedostawać się do pomieszczenia mieszkalnego. Kierunek przepływu pary wodnej w okresie letnim będzie zatem odwrotny niż dla sezonu grzewczego, a wyniki badań potwierdzają formułowane na ten temat opinie w literaturze fachowej [4, 5].

Ułożona dla warunków zimowych paroizolacja na warstwie ocieplenia pod podkładem podłogowym byłaby niekorzystną przeponą dyfuzyjną, blokującą możliwość wyjścia pary wodnej z termoizolacji do mieszkania.

Wrażliwy na wilgoć porowaty materiał ociepleniowy w takim rozwiązaniu nie byłby chroniony od strony dyfundującej pary wpodnej do przegrody, choć w warunkach letnich zagrożenia skutkującego obniżeniem się jakości termoizolacji w wyniku skondensowania się w niej pary wodnej nie będzie. Dlatego należałoby przyjąć, że w przypadku okresu letniego paroizolacja powinna znajdować się pod warstwą ociepleniową, a znajdująca się nad nią wkładka technologiczna zabezpieczająca to ocieplenie przed wodą z jastrychu powinna cechować się zdolnością do przepuszczania pary wodnej.

Identyczny co do kierunku ruch pary wodnej przez strop nad piwnicą odnotowano dla okresu zimowego, kiedy budynek był nieogrzewanym pustostanem - ciśnienie pary wodnej w mieszkaniu podczas pomiarów wyniosło 765 Pa, a w przyziemiu aż 856 Pa.

Oceniając także to zjawisko dla okresu letniego, można przyjąć, że w przypadku niezamieszkałego obiektu paroizolacja powinna być ułożona pod ociepleniem.

Nieużytkowanie nie jest jednak celem realizacji inwestycji budowlanych i w warunkach normalnych ruch pary wodnej przez strop między mieszkaniem i piwnicą, jak wynika z przeprowadzonych badań, może odbywać się w dwóch kierunkach. Fakt ten nie ułatwia podjęcia jednoznacznej decyzji, w którym miejscu tej przegrody (pod czy nad ociepleniem) należałoby ułożyć paroizolację.

Wydaje się, że - mając na uwadze jednak bardziej ekstremalne warunki środowiskowe w zimie (w pomiarach różnica ciśnienia pary wodnej w tym okresie wyniosła aż 427 Pa, a w lecie tylko 128 Pa) - w przypadku stropów nad nieogrzewanymi przestrzeniami zamkniętymi mógłby sprawdzić się ułożony na termoizolacji nowy typ paroizolacji, zwanej regulatorem pary wodnej (lub aktywną paroizolacją). Jest ona materiałem o własnościach zapewniających większy lub mniejszy przepływ pary wodnej w stronę termoizolacji i o paroprzepuszczalności dużo większej od popularnych paroizolacji z folii PE (typu opóźniacz pary wodnej), ale jednocześnie dużo mniejszej niż membran wstępnego krycia, dlatego działanie takiej przepony dyfuzyjnej jest bardzo korzystne, gdy występuje zjawisko odwrotnego przenikania pary [5].

Równie przydatne w sytuacji dwukierunkowego przemieszczania się wilgoci przez stropy nad piwnicami mogłyby okazać się wspierające wysychanie materiału ociepleniowego paroizolacje o specjalnych cechach [5], czyli o oporze dyfuzyjnym stawianym napływającej parze wodnej zależnym od stopnia zawilgocenia panującego wokół tych pariozolacji, do których zalicza się paroizolacje kapilarnie aktywne (nazywane higrodiodami) i poliamidowe paroizolacje wilgotnmościowo-adaptacyjne. Ich działanie polega na odprowadzeniu pary wodnej do wnętrza pomieszczeń (przenikanie odwrotne), ale tylko wtedy, gdy wzrośnie stopień zawilgocenia osłanianej termoizolacji. Gdy termoizolacja jest sucha, para napierająca z wnętrza pomieszczenia jest blokowana.

Wnioski

Uzyskane wyniki pomiarów upoważniają do przedstawienia stwierdzeń:

• latem ciśnienie pary wodnej w pokoju dziennym było mniejsze od ciśnienia w przyziemiu, podobnie jak zimą w czasie, gdy budynek nie był użytkowany;
• jedynie zimą podczas działania ogrzewania ruch wilgoci przez strop nad piwnicą odbywał się w kierunku z przestrzeni mieszkalnej do tego pomieszczenia.

Przeprowadzone badania pozwoliły sformułować następujące wnioski:

• dwukierunkowe, zależne od pory roku, przenikanie pary wodnej przez przegrodę poziomą nad nieogrzewaną piwnicą nie pozwala projektantowi jednoznacznie przyjąć miejsca ułożenia paroizolacji względem materiałów ociepleniowych,
• wydaje się, że odpowiednim - z uwagi na bardziej niepożądane warunki środowiskowe w okresie zimowym - będzie rozłożenie przepony dyfuzyjnej nad termoizolacją, ale wykorzystując do tego celu nowoczesne regulatory pary wodnej lub paroizolacje kapilarnie aktywne i poliamidowe paroizolacje wilgotnościowo-adaptacyjne, bardzo korzystne przy zjawisku odwrotnego przenikania pary.

Literatura

1. "Budownictwo ogólne”, t. 2, "Fizyka budowli", pod kier. P. Klemma, Arkady, Warszawa 2005.
2. W. Żenczykowski, "Budownictwo ogólne", t. 3/1, "Problemy fizyki budowli i izolacje", Arkady, Warszawa 1987.
3. "Budownictwo ogólne”, t. 1, "Materiały i wyroby budowlane", pod kier. B. Stefańczyka, Arkady, Warszawa 2005.
4. W. Żenczykowski, "Budownictwo ogólne”, t. IV, "Fizyka budowli, izolacje, roboty wykończeniowe, konstrukcje pneumatyczne", Arkady, Warszawa 1970.
5. K. Patoka, "Wentylacja dachów i stropodachów", DW Medium, Warszawa 2010.
6. M. Rokiel, "Tarasy i balkony. Projektowanie i warunki techniczne wykonania i odbioru robót", DW Medium Warszawa 2012.
7. W. Parczewski, Z. Wnuk, "Budownictwo dla architektów. Elementy robót wykończeniowych", Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1995.
8. "Poradnik majstra budowlanego", Arkady, Warszawa 1985.
9. "Poradnik majstra budowlanego", pod red. J. Panasa, Arkady, Warszawa 2008.
10. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75 z późn. zmianami).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!