WYMAGANIA DOTYCZĄCE ZAPOBIEGANIA KONDENSACJI PARY WODNEJ I PROPOZYCJE ICH ZMIAN

Transkrypt

1 Krzysztof KASPERKIEWICZ Instytut Techniki Budowlanej WYMAGANIA OTYCZĄCE ZAPOBIEGANIA KONENSACJI PARY WONEJ I PROPOZYCJE ICH ZMIAN W referacie przedstawiono obowiązujące w Polsce wymagania dotyczące zapobiegania kondensacji pary wodnej na wewnętrznych powierzchniach zewnętrznych przegród budynku i porównano je z wymaganiami obowiązującymi w innych krajach europejskich. Wymagania te poddano analizie, na podstawie której sformułowano propozycje zmian polskich przepisów w tym zakresie. Zmiany te polegają między innymi na wprowadzeniu współczynnika temperaturowego jako wielkości kryterialnej. 1. WPROWAZENIE Kondensacja pary wodnej na wewnętrznych powierzchniach przegród w budynkach jest zjawiskiem niepożądanym przede wszystkim ze względu na ryzyko rozwoju grzybów pleśniowych na wilgotnych powierzchniach materiałów budowlanych. Zjawisko porażenia pleśniowego budynków występuje w wielu krajach, także tych charakteryzujących się wysokim stopniem rozwoju gospodarczego. Według najnowszych danych EHCS (English House Condition Survey) [1] w Zjednoczonym Królestwie problem ten dotyczy około 18% zasobów mieszkaniowych, czyli około 4 milionów mieszkań. W Polsce zjawisko to nie jest jeszcze tak powszechne. Według badań ankietowych przeprowadzonych w budynkach spółdzielni mieszkaniowych w latach problem porażeń pleśniowych dotyczy mniej niż 1% wszystkich mieszkań, ale liczba zgłaszanych przypadków ma tendencję wzrostową [2]. Potwierdza to także wzrost liczby wykonywanych przez Zakład Fizyki Cieplnej ITB ekspertyz, których przedmiotem są mieszkania z porażeniem pleśniowym. Miejscem, w którym występują grzyby pleśniowe są powierzchnie mostków cieplnych, a więc miejsca gdzie temperatura powierzchni wewnętrznej przegrody jest najniższa. Fakt ten skłania do rewizji dotychczas obowiązujących wymagań odnośnie do minimalnej temperatury

2 wewnętrznych powierzchni przegród budowlanych oraz stosowanych w praktyce metod określania wartości tej temperatury. 2. WYMAGANIA OBOWIĄZUJĄCE AKTUALNIE W POLSCE I ICH SPEŁNIANIE W PRAKTYCE Obowiązujące w Polsce wymagania dotyczące minimalnej temperatury na wewnętrznej powierzchni przegród budowlanych opracowane zostały przy przyjęciu klasycznego podejścia do zjawiska rozwoju grzybów pleśniowych, w którym przyjmuje się, że decydującym warunkiem rozwoju grzybów pleśniowych jest zawilgocenie powierzchni przegród budowlanych [3]. Zatem w celu uniknięcia porażeniem pleśniowego przegrody wystarczy aby temperatura jej powierzchni była wyższa od temperatury punktu rosy powietrza wewnętrznego. Szczegółowe wymagania w tym zakresie podane zostały w Rozporządzeniu o warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [4]. Zgodnie z nimi temperatura wewnętrznej powierzchni przegrody si przy obliczeniowych wartościach temperatury powietrza zewnętrznego i wewnętrznego oraz obliczeniowej wilgotności powietrza wewnętrznego powinna być wyższa o co najmniej 1 C od temperatury punktu rosy w pomieszczeniu. Wartość temperatury wewnętrznej powierzchni przegrody oblicza się przy przyjęciu wartości oporu przejmowania ciepła R si równej 0,167 m 2. K/W [5]. W ramach planowanej na koniec bieżącego roku nowelizacji Warunków technicznych nie przewiduje się zmian wyżej wymienionych wymagań. W projektach obliczeń minimalnej wartości temperatury si nie przeprowadza się, a brak takich obliczeń nie stanowi żadnej przeszkody przy zatwierdzaniu projektów. Obliczenia si wykonuje się natomiast w ramach ekspertyz, których celem jest ustalenie przyczyn powstawania zagrzybienia. Stosowanie w takich przypadkach programów przeznaczonych do symulacji przepływu ciepła w obszarze dwuwymiarowym - 2 nie pozwala wykazać jednoznacznie, że na wewnętrznej powierzchni obudowy budynku nie istnieją miejsca w których si nie jest mniejsza od wartości wymaganej si wym, ponieważ największe ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej i rozwoju grzybów pleśniowych występuje w miejscu wspólnego oddziaływania dwu lub trzech mostków cieplnych np. powstających na połączeniu ściany zewnętrznej ze stropem na najwyższej kondygnacji i narożu wypukłym ścian zewnętrznych (rys. 1). Wartość minimalnej temperatury na powierzchni wewnętrznej si w tym obszarze powinno się wyznaczać na podstawie trójwymiarowego modelu przepływu ciepła przez przegrody - 3. W Zakładzie Fizyki

3 Cieplnej ITB opracowano metodykę diagnostyki przyczyn kondensacji pary wodnej na wewnętrznych powierzchniach przegród, bazującej na symulacyjnych obliczeniach przepływu ciepła w obiektach trójwymiarowych wykonywanych programem TRISCO [6]. Jednak ze względu na znaczną pracochłonność, związaną przede wszystkim z przygotowaniem danych - opracowaniem modelu geometrycznego węzła konstrukcyjnego, nie można liczyć na powszechne zastosowanie tej metody w ekspertyzach technicznych. Rys.1 Zagrzybienie w narożniku wypukłym przegród zewnętrznych [7] Rys.1 Mould growth in the convex corner made by external walls and ceiling [7] 3. KRYTERIA STOSOWANE O OCENY RYZYKA KONENSACJI W KRAJACH CZŁONKOWSKICH CEN 3.1. Bezwymiarowy współczynnik temperaturowy f W większości krajów członkowskich CEN, między innymi w Belgii, Zjednoczonym Królestwie, Francji i RFN, Holandii i Austrii, ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej ocenia się na podstawie wartości bezwymiarowego współczynnika temperaturowego f [8]: gdzie: si e f (1) i e si i - temperatura wewnętrznej powierzchni przegrody zewnętrznej, C, - temperatura środowiska wewnętrznego, C,

4 e - temperatura środowiska zewnętrznego, C. Im większa jest wartość współczynnika temperaturowego f, tym wyższa jest wartość temperatury si a ryzyko kondensacji powierzchniowej mniejsze. Wymaganie dotyczące zabezpieczenia przed kondensacją powierzchniową jest spełnione jeśli wartość współczynnika f jest większa od jego minimalnej wartości wartości f min podanej w przepisach budowlanych lub normie narodowej. Należy zaznaczyć, że wartości f min zależą od rodzaju budynku lub pomieszczenia albo od klasy wilgotnościowej budynku mierzonej ilością wilgoci emitowanej do środowiska wewnętrznego, nie zależą natomiast od strefy klimatycznej w jakiej usytuowany jest budynek Opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody R si Wartość temperatury wewnętrznej powierzchni przegrody si zależy od warunków brzegowych wymiany ciepła, w tym od wartości oporu przejmowania ciepła na tej powierzchni. Z przeprowadzonej analizy wynika, że w przypadku przyjęcia w obliczeniach wartości R si > R si, w celu uzyskania takiej samej wartości temperatury powierzchni si konieczne jest zapewnienie większego oporu przewodzenia przegrody R t > R t [9]. W obliczeniach dotyczących kondensacji powierzchniowej w krajach członkowskich CEN przyjmowane są różne wartości R si (tablica 1). W jednowymiarowym modelu przepływu ciepła przez przegrodę zależność między oporem przejmowania ciepła R si, a współczynnikiem temperaturowym f 1 jest następująca: f gdzie: 1 1 f ' (2) 1 ' 1 R f R (1 f ) si si f 1 - wartość współczynnika temperaturowego przy obliczona przyjęciu oporu przejmowania ciepła R si. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że zastosowanie wzoru (2) w przypadku dwuwymiarowego modelu przepływu ciepła w przegrodzie - 2 prowadzi do wyników obarczonych błędem w granicach 2% - temperatura obliczona ze wzoru jest niższa o około 0,3 C od wartości uzyskanej z obliczeń numerycznych wykonanych przy zmienionej wartości R si [9] Kryterialne wartości współczynnika f min w krajach członkowskich CEN Minimalne wartości współczynnika f członkowskich CEN podano w tablicy 1 [8]. min obowiązujące w wybranych krajach

5 Tabl.1 Kryterialne wartości współczynnika temperaturowego f min Tabl.1 Criterial values of temperature factor f min Kraj Rodzaj budynku lub pomieszczenia f min Zjednoczone Królestwo Holandia Mieszkalne, szkolne* 0,75 Budynki z pomieszczeniami o 0,90 wysokiej wilgotności wewnętrznej, jak kryte baseny pływackie, pralnie* ** Magazyny** 0,30 Biura** 0,50 Kuchnie, hale sportowe, budynki z 0,80 grzejnikami gazowymi bez odprowadzenia spalin do komina** Nowe budynki mieszkalne i hotele 0,65 Nowe budynki niemieszkalne 0,50 R si m 2. K/W Belgia 0,70 0,20 Francja Emisja wilgoci W/n 2,5 g/m 3 0,25 2,5 < W/n 5 g/m 3 0,52 5 < W/n 7,5 g/m 3 0,73 Szwajcaria 0,570 0,761 0,167 RFN 0,70 b.d. Austria 0,69 b.d. *) Wymagania ze względu na rozwój grzybów pleśniowych. **) Wymagania ze względu na kondensację powierzchniową. Podane w tabl.1 wartości f min dotyczące Szwajcarii obliczone zostały na podstawie obowiązujących w tym kraju wymagań bazujących na temperaturze punktu rosy powietrza wewnętrznego. Graniczne wartości współczynnika f 0,13 0,25 b.d. min odpowiadają minimalnej i maksymalnej obliczeniowej wartości temperatury zewnętrznej dla okresu zimowego. b. d. - brak danych. 4. PORÓWNANIE WYMAGAŃ W tablicy 2 zestawiono wartości współczynnika temperaturowego f min obliczone na podstawie obowiązujących w Polsce wymagań w odniesieniu do pomieszczeń mieszkalnych.

6 Tabl.2. Wartości współczynnika temperaturowego f min obliczone dla Polski Tabl.2. Values of temperature factor f min calculated for Poland R si t i Strefa klimatyczna m 2. K/W. C I t e = -16 C II t e = -18 C III t e = -20 C IV t e = -22 C V t e = -24 C 0, ,769 0,782 0,793 0,802 0,811 Porównanie wymagań obowiązujących w Polsce z wymaganiami stosowanymi w Zjednoczonym Królestwie, Holandii, Belgii i Szwajcarii przeprowadzono w odniesieniu do pomieszczeń mieszkalnych o obliczeniowej temperaturze i = 20 C wykorzystując zależność (3). Wyniki tego porównania pokazano na rys. 2. f 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Wartość maksymalna Wartość minimalna UK Belgia Holandia Szwajcaria Polska Rys.2 Porównanie wartości kryterialnych współczynnika temperaturowego f min Fig.2. Comparison of criterial values of temperature factor f min Z porównania wynika, że: stosowane w Polsce wymagania są ostrzejsze od wymagań stosowanych za granicą, istnieje związek między poziomem wymagań dotyczących zabezpieczenia przed kondensacją powierzchniową, a obliczeniową temperaturą zewnętrzną - im surowszy jest klimat, tym wyższy jest poziom przedmiotowych wymagań ( maksymalna wartość f min w wymaganiach obowiązujących w Szwajcarii obliczona została dla e = - 25 C). 5. POUMOWANIE I WNIOSKI Możliwości i potrzebę zmiany stosowanych w Polsce wymagań dotyczących zabezpieczenia przed kondensacją powierzchniową należy rozpatrywać w dwu aspektach: dostosowania tych wymagań do obowiązujących w krajach członkowskich CEN, sprawdzania spełnienia tych wymagań w praktyce.

7 Pierwsze z tych zagadnień dotyczy przede wszystkim sposobu sformułowania kryterium tzn. wprowadzenia jako wielkości kryterialnej współczynnika temperaturowego f min oraz zmianę wartości oporu cieplnego R si przyjmowanej w obliczeniach. Oba te zagadnienia są ze sobą ściśle związane, np. przyjęcie stosowanej w ostatnio ustanowionej normie EN ISO [10] wartości R si = 0,25 m 2. K/W, zamiast 0,167 m 2. K/W stosowanej obecnie w Polsce, przy niezmienionej postaci wymagania spowodowałoby de facto jego zaostrzenie. Możliwe jest również przyjęcie takiego samego rozwiązania jak w UK, czyli sprawdzanie warunków kondensacji przy przyjęciu takiej samej wartości R si, jaka stosowana jest w obliczeniach strat ciepła przez przegrody pionowe, czyli 0,13 m 2. K/W. Taka zmiana warunków w jakich spełniane jest wymaganie spowodowałaby jego obniżenie. Wynika z tego, że dla zachowania wymagania dotyczącego kondensacji powierzchniowej na obecnym poziomie, a wymaganie stosowane w Polsce jest ostrzejsze od wymagań stosowanych za granicą, przy zmianie wartości R si przyjmowanej w obliczeniach wykonywanych w celu sprawdzenia spełniania tego wymagania konieczna jest zmiana sposobu stawiania wymagania. Kryterium oparte na temperaturze punktu rosy należy zastąpić kryterium opartym temperaturowym f min. na współczynniku rugie zagadnienie dotyczy modelu obliczeniowego, który stosowany jest do sprawdzania kryterium kondensacji. Największe ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej i rozwoju grzybów pleśniowych występuje w miejscu wspólnego oddziaływania dwu lub trzech mostków cieplnych np. powstających na połączeniu ściany zewnętrznej ze stropem na najwyższej kondygnacji i narożu wypukłym ścian zewnętrznych. Obecnie istnieje metoda uproszczona, lecz wystarczająco dokładna, pozwalająca obliczyć wartość współczynnika temperaturowego f 3 w miejscu, w którym przecinają się dwa lub trzy liniowe mostki cieplne [10]. Jeśli w obliczeniach sprawdzających spełnianie kryterium stosowana będzie wartość f 3, to nie zachodzi potrzeba podwyższenia wymagań dotyczących kondensacji powierzchniowej, natomiast w przypadku dopuszczenia do stosowania w obliczeniach sprawdzających wartości f 2 lub si obliczonych z modelu przepływu ciepła 2, konieczne wydaje się zaostrzenie obecnie obowiązujących wymagań. 6. LITERATURA 1. Sanders C. : Thermal Bridges at Joinctions and Openings, UK conference on thermal bridging Part L & Thermal Bridging - Getting in Right, BRE Garston UK,24 th May 2002

8 2. Janińska B.: Termomodernizacja a zagrożenie mikologiczne budynków mieszkalnych, Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce 99, Warszawa Instrukcja ITB 349/97 Metody zabezpieczeń istniejących budynków mieszkalnych przed szkodliwym działaniem grzybów pleśniowych, Warszawa Obwieszczenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 4 lutego 1999 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (z. U nr 15 poz.140) 5. PN-EN ISO 6946:1999 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania 6. Kasperkiewicz K., Geryło R.: iagnostyka przyczyn kondensacji pary wodnej na wewnętrznych powierzchniach przegród zewnętrznych, Zeszyty Naukowe nr 235 Akademii Techniczno-Rolniczej im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, Bydgoszcz NF-0578/2000 Ekspertyza dotycząca zawilgocenia i występowania pleśni w pomieszczeniach mieszkalnych w budynkach SM Lokatorsko-Własnościowej Nasz om w Ostrowii Mazowieckiej 8. Wouters P., Schietecat J., Standaert P.: Practical guide for hygrothermal evaluation of thermal bridges, Brussels Praca badawcza NF-37/01 Zasady projektowania i oceny przegród zewnętrznych budynków z punktu widzenia wymagań ochrony cieplnej (raport przejściowy za rok 2001) 10. PN-EN ISO :2002 Mostki cieplne w budynkach - Obliczanie strumieni cieplnych i temperatury powierzchni- część 2: Liniowe mostki cieplne PRESCRIPTIONS CONCERNING PREVENTION OF INTERNAL CONENSATION AN PROPOSALS OF ITS CHANGES (summary) In the paper are given prescriptions currently obligatory in Poland concerning prevention of internal condensation and its comparison with prescriptions being obligatory in other European countries. These prescriptions were submitted to analysis. On the basis of this analysis the possibilities of changes polish prescriptions were discussed. These changes among other things consist in introducing the concept of temperature factor as a value being a criterion to polish prescriptions.