MULTIPOR - Ocieplanie od wewnątrz Wydanie rozszerzone

Transkrypt

1 Zeszyt techniczny MULTIPOR - Ocieplanie od wewnątrz Wydanie rozszerzone

2

3 mgr inż. Piotr Harassek Zeszyt techniczny MULTIPOR - Ocieplanie od wewnątrz wydanie I Marzec 2012

4 Copyright by Xella Polska sp. z o.o. Warszawa 2012 Znaki SILKA i YTONG są zarejestrowanymi znakami towarowymi. Prawa ochronne na te znaki przysługują Xella Polska Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie. Żadna część tej pracy nie może być powielana i rozpowszechniana bez pisemnej zgody wydawcy.

5 SPIS TREŚCI 1. Wstęp MULTIPOR Opis Proces produkcji Asortyment Mineralne płyty izolacyjne MULTIPOR Zaprawa MULTIPOR Właściwości Ocieplenie od wewnątrz Fizyka budowli Ciepło Transport pary wodnej Kondensacja pary wodnej Warunki klimatyczne Rozwój pleśni Wymagania prawne Wymagania co do ochrony termicznej budynków Wymagania co do ochrony przed kondensacją pary wodnej Projektowanie ocieplenia od wewnątrz Ocieplenie od wewnątrz i od zewnątrz Izolacyjność termiczna przegród Ochrona przed rozwojem pleśni Kondensacja pary wodnej w przegrodzie Analiza na podstawie PN-EN ISO Zaawansowane modele numeryczne Wykonawstwo Dane techniczne Detale konstrukcyjne Przykłady obliczeń Obliczenie współczynnika U Ocena ryzyka kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni przegrody Obliczanie kondensacji międzywarstwowej Bibliografia...50 Formularz danych do Analizy cieplno-wilgotnościowej...51

6

7 1. WSTĘP W Polsce istnieje obecnie wiele obiektów, które charakteryzują się dużymi stratami ciepła oraz wysokim zapotrzebowaniem na energię do ogrzewania. W większości przypadków ocieplenie ścian zewnętrznych jest w stanie rozwiązać ten problem. Pod względem izolacyjności termicznej całej przegrody kolejność położenia poszczególnych warstw przegrody nie ma znaczenia, bowiem izolacyjność termiczna wynika jedynie z sumy ich oporów cieplnych. Bardzo często przyjmowanym rozwiązaniem jest montaż złożonych systemów izolacji termicznej (ETICS) po zewnętrznej stronie przegrody. Takie podejście charakteryzuje się szeregiem dodatkowych korzyści: akumulacja ciepła w murze izolacja termiczna po zewnętrznej stronie sprawia, że konstrukcja muru przejmuje część ciepła dostarczanego do pomieszczenia. Dzięki temu w upalne dni pomieszczenie nie ulega przegrzaniu, natomiast zimą pomieszczenie dłużej się wychładza; małe ryzyko wykroplenia pary wodnej izolacja po stronie zewnętrznej ogranicza ryzyko kondensacji pary wodnej w warstwie konstrukcyjnej muru; mniejszy wpływ mostków termicznych warstwa izolacji zewnętrznej w równym stopniu pokrywa powierzchnię elewacji dodatkowo zabezpieczając mostki termiczne; brak wpływu na powierzchnię pomieszczeń wykonanie ocieplenia ścian od zewnątrz nie wiąże się z konieczności opróżniania pomieszczeń budynku (na czas prac budowlanych) oraz nie zmniejsza ich powierzchni. Powyższe względy przemawiają za tym, aby izolację termiczną wykonywać po stronie zewnętrznej przegrody zawsze, o ile jest to możliwe. Dotyczy to przede wszystkim obiektów nowobudowanych, a także termomodernizacji większości obiektów istniejących. Jednak istnieje grupa budynków, które z różnych względów nie mogą lub nie powinny być ocieplone od zewnątrz. Do tej grupy należą: obiekty zabytkowe budynki wpisane do rejestru zabytków lub objęte ochroną konserwatorską powinny w jak najmniejszym stopniu ulegać modyfikacji, zarówno pod względem konstrukcyjnym, jak i estetycznym. Z tego względu w zdecydowanej większości przypadków w tego typu obiektach nie ma możliwości zmiany wyglądu elewacji, np. poprzez jej ocieplenie; obiekty o wartości architektonicznej w przypadku części budynków inwestor lub zarządca może nie wyrazić zgody na wykonanie termoizolacji od zewnątrz ze względu na ciekawy charakter fasady lub chęć zachowania oryginalnego wyglądu budynku; ograniczenie praw własności w niektórych obiektach część ścian zewnętrznych znajduje się dokładnie na granicy działki, przez co każda dodatkowa warstwa zewnętrzna będzie naruszać działkę sąsiednią, na co może nie zgodzić się jej właściciel. Innym przykładem ograniczenia praw własności jest sytuacja, w której część z mieszkańców budynku wyraża chęć ocieplenia budynku, podczas gdy pozostali się na to nie zgadzają; obiekty użytkowane czasowo budynki ogrzewane czasowo i/lub w nieregularnych okresach często wymagają możliwości szybkiego ogrzania, natomiast mniejsze znaczenie dla użytkownika ma zjawisko akumulacji cieplnej i bezwładności termicznej muru. W tym przypadku ocieplenie od wewnątrz odcina mur od powietrza wewnętrznego. Dzięki temu użytkownik jest w stanie szybko ogrzać pomieszczenie bez konieczności nagrzewania muru. Ocieplenie od wewnątrz w niektórych przypadkach może zatem stanowić rozwiązanie bardziej pożądane lub wręcz jedyne dopuszczalne. Jednak w przeciwieństwie do izolacji termicznej zewnętrznej wymaga bardziej szczegółowej analizy przegród, przede wszystkim ze względu na zjawiska cieplno-wilgotnościowe. 7

8 2. MULTIPOR 2.1. Opis MULTIPOR to mineralne płyty izolacyjne wykonane z bardzo lekkiej odmiany betonu komórkowego. Ich gęstość wynosi do 115 kg/m 3, przez co charakteryzują się wysoką izolacyjnością termiczną zachowując wszystkie najważniejsze zalety betonu komórkowego. Płyty MULTIPOR to produkt zgodny z Europejską Aprobatą Techniczną ETA-05/0093, wydaną przez Niemiecki Instytut Techniki Budowlanej (DIBt). Materiał ten spełnia surowe wymagania, co uprawnia do znakowania go symbolem CE. Izolacyjność termiczna MULTIPOR, jako bardzo lekka odmiana betonu komórkowego, wykazuje się wysoką izolacyjnością termiczną. To mineralny materiał, który doskonale sprawdza się jako izolacja termiczna ścian zewnętrznych, stropów i dachów. Wyjątkowe właściwości pozwalają na stosowanie płyt MULTIPOR także jako ocieplenie ścian od wewnątrz. Jednorodność MULTIPOR, podobnie jak bloczki YTONG, to materiał jednorodny (izotropowy), co oznacza, że posiada on takie same właściwości we wszystkich kierunkach. Dzięki temu nie ma znaczenia kierunek przyklejania płyt, czy sposób ich docięcia. Jednocześnie MULTIPOR to materiał solidny, o niezmiennym kształcie i wymiarach. Regulacja wilgotności Beton komórkowy posiada zdolność do chłonięcia wilgoci z powietrza oraz bardzo szybkiego wysychania. Właściwość ta sprawia, że płyty MULTIPOR można stosować także jako ocieplenie od wewnątrz bez paroizolacji. Odporność ogniowa MULTIPOR jest w pełni materiałem mineralnym, przez co także niepalnym. Zalicza się go do klasy A1 reakcji na ogień podczas pożaru nie ulega zapłonowi, nie wydziela dymu, nie topi się. Pozwala to na bezpieczne stosowanie płyt izolacyjnych jako ocieplenie zarówno od zewnątrz, jak i wewnątrz. Przegrody ocieplone płytami MULTIPOR wykazują się także zwiększoną odpornością ogniową ze względu na izolacyjność termiczną. Dokładność wymiarowa Elementy MULTIPOR produkowane są z precyzją do 2 mm. Dzięki temu płyty MULTIPOR dobrze do siebie przylegają, nie tworząc nieszczelności ani mostków termicznych. Duża dokładność wymiarowa zapewnia również komfort pracy oraz przyspiesza czas budowy Proces produkcji Proces produkcji mineralnych płyt MULTIPOR jest niemal identyczny jak produkcja elementów YTONG. MULTIPOR powstaje z naturalnych i mineralnych surowców: piasku kwarcowego, wapna, cementu i wody. Po wymieszaniu wszystkich składników w odpowiednich proporcjach oraz dodaniu środka porotwórczego (pasty aluminiowej), mieszanką zalewa się formy. Aluminium w reakcji z wodorotlenkiem wapnia tworzy uwodniony glinian wapna. Wydzielający się w tym procesie wodór spulchnia mieszankę tworząc w niej zamknięte pory, które zajmują do 95% objętości. Wodór wewnątrz porów szybko zostaje zastąpiony przez powietrze. Po rozformowaniu blok betonu komórkowego cięty jest mechanicznie do formatu płyt o odpowiednich wymiarach, które umieszczane są w autoklawach. W trakcie autoklawizacji MULTIPOR uzyskuje swoje ostateczne właściwości oraz kształt. Gruntowanie Suszenie Wypełnianie form Autoklawizacja Pakowanie Dozowanie Mieszanie Surowce: Piasek Woda Wapno Cement Pasta aluminiowa Rys. 1. Schemat procesu produkcji mineralnych płyt izolacyjnych MULTIPOR Dojrzewanie form Wycinanie płyt 8

9 2.3. Asortyment Mineralne płyty izolacyjne MULTIPOR Mineralne płyty izolacyjne MULTIPOR dostępne są w szerokim asortymencie grubości od 5 do 20 cm. Na zamówienie możliwe jest również dostarczenie elementów o grubości do 30 cm. Elementy MULTIPOR pakowane są w małe pakiety po 3-10 sztuk, które umieszczane są na standardowych paletach drewnianych. Taki sposób pakowania chroni wyroby przed uszkodzeniem w trakcie transportu. Tab. 1. Mineralne płyty izolacyjne MULTIPOR asortyment Opis elementu Grubość 1) [mm] Wysokość [mm] Długość [mm] Liczba elementów na palecie [szt.] Średnia wydajność z palety [m 2 ] Masa palety [kg] Numer artykułu , , , , MULTIPOR , , , , , ) Na zamówienie dostępne są płyty o grubości 220, 240, 260, 280 i 300 mm Zaprawa MULTIPOR Zaprawa tynkarska lekka MULTIPOR jest mineralną suchą mieszanką gotową do zarobienia wodą. Służy do klejenia płyt MULTIPOR do podłoża, do szpachlowania i wykonywania warstwy zbrojonej siatką z włókna szklanego na powierzchni płyt MULTIPOR, do szpachlowania nierównych podłoży, do renowacji, zbrojenia i naprawy starych tynków. Może także stanowić podłoże pod właściwy tynk wewnętrzny lub zewnętrzny. 9

10 2.4. Właściwości płyt MULTIPOR Mineralne płyty MULTIPOR stanowią wyjątkowo lekką odmianę betonu komórkowego. Dzięki temu charakteryzują się bardzo wysoką izolacyjnością termiczną, niskim oporem dyfuzyjnym oraz niepalnością. Izolacyjność termiczna Płyty MULTIPOR charakteryzują się bardzo małą zależnością izolacyjności termicznej od wilgotności. Zjawisko to opisuje współczynnik konwersji z uwagi na wilgotność f u. Im mniejsza wartość f u tym mniejszy wpływ wilgotności na izolacyjność termiczną materiału. Zależność izolacyjności termicznej od wilgotności materiału opisuje wzór (na podstawie normy PN-EN ISO 10456): λ D = F m λ 10,dry [W/(mK)] (1) f F m = e u (u 2 -u 1 ) (2) F m f u u 1 u 2 czynnik konwersji z uwagi na wilgotność współczynnik konwersji z uwagi na wilgotność wyrażony w stosunku masy wilgoci do masy materiału masowa zawartość wilgoci w materiale w stanie powietrzno-suchym, u 1 = 0,00 kg/kg przewidywana masowa zawartość wilgoci w materiale [kg/kg] Wartości f u odnoszących się do większości materiałów powszechnie stosowanych w budownictwie podaje norma PN-EN ISO W tablicy 3 podano wartości współczynników konwersji f u odnoszących się do płyt MULTIPOR w zależności od warunków otoczenia na podstawie Europejskiej Aprobaty Technicznej ETA Zawartość wilgoci w materiale zależeć może od różnych czynników, przede wszystkim: temperatury i wilgotności powietrza; λ D obliczeniowa wartość współczynnika przewodzenia ciepła [W/(mK)] λ 10,dry wartość współczynnika przewodzenia ciepła w stanie powietrzno-suchym [W/(mK)] zjawisk fizycznych zachodzących w przegrodzie (dyfuzja i kondensacja pary wodnej); zewnętrznych źródeł wilgoci. Tab. 2. Mineralne płyty izolacyjne MULTIPOR parametry techniczne Parametr Wartość Gęstość objętościowa, ρ [kg/m 3 ] 115 Współczynnik przewodzenia ciepła w stanie suchym, λ 10,dry [W/(m K)] 0,042 wartość obliczeniowa, λ D [W/(m K)] 0,043 Przenikanie pary wodnej współczynnik oporu dyfuzyjnego, μ 3 przepuszczalność pary wodnej, δ [kg/(m s Pa)] 0, Wytrzymałość na ściskanie w stanie suchym [kpa] 300 Średnia wytrzymałość na rozciąganie [kpa] 80 Odkształcenie pod ciężarem 1 kn [mm] 1,0 Reakcja na ogień klasa A1 Sorpcja [%-masy] 6 Absorpcja wody krótki kontakt z wodą, W P [kg/m²] 2,0 długi kontakt z wodą, W PL [kg/m²] 3,0 Zużycie [szt./m 2 ] 4,27 10

11 W tablicy 4 podano wartość wilgotności płyt MULTIPOR w zależności od wilgotności powietrza. Przedstawione dane pochodzą z Europejskiej Aprobaty Technicznej ETA oraz wyników badań sorpcji-desorpcji. Sorpcja-desorpcja Płyty MULTIPOR charakteryzują się bardzo niskim oporem dyfuzyjnym. Oznacza to, że para wodna ma możliwość swobodnego wnikania w porowatą strukturę płyt. W przypadku konstrukcji ocieplonych od wewnątrz może się to wiązać ze zjawiskiem wykraplania pary wewnątrz materiału, wynikającym z gradientu temperatury. Z tego powodu niezwykle istotną właściwością płyt MULTIPOR jest zdolność do oddawania wilgoci do otoczenia. Wzrost wilgotności otoczenia (powietrza) powoduje, że w każdym materiale wzrasta zawartość wilgoci na skutek sorpcji. Cząsteczki pary wodnej transportowanej przez pory materiału mogą osadzać się na ścianach porów wewnątrz materiału na skutek (słabych) oddziaływań van der Waalsa. W efekcie na powierzchni ścian porów powstaje jedno- lub wielowarstwowy film cząsteczek wody. Zjawisko to zachodzi w zakresie do 95% wilgotności względnej. Wzrost wilgotności materiału wraz ze wzrostem wilgotności powietrza opisuje krzywa sorpcji. Krzywa desorpcji odnosi się do sytuacji odwrotnej, tzn. spadku zawartości wilgoci w materiale, na skutek spadku wilgotności względnej otoczenia. Im mniejsza różnica krzywej histerezy sorpcji- -desopcji, tym wyższa zdolność materiału do oddawania gromadzonej wilgoci. Mineralne płyty MULTIPOR wykazują się takimi właściwościami. Na podstawie badań sorpcji-desorpcji stwierdzono, że krzywe sorpcji i desorpcji praktycznie się pokrywają. Z tego powodu do opisu zawartości wilgoci w płytach MULTIPOR przyjmuje się tylko krzywą sorpcji (rys. 2). Tab. 3. Wartości współczynników konwersji f u płyt MULTIPOR wg ETA Tab. 4. Wilgotność płyt MULTIPOR w zależności od warunków otoczenia wg ETA Warunki otoczenia temperatura wilgotność względna Współczynnik konwersji z uwagi na wilgotność f u Warunki otoczenia temp. wilgotność względna Zawartość wilgoci u [kg/kg] 23 C 50% 0,42 23 C 80% 0,96 23 C 50% 0, C 80% 0,032 1 Zawartość wilgoci [m 3 /m 3 ] 0,1 0,01 0,001 0% 20% 40% 60% 80% 100% Wilgotność względna Rys. 2. Krzywa sorpcji mineralnych płyt MUTLIPOR na podstawie badań sorpcji-desorpcji 11

12 2.5. Ocieplenie od wewnątrz Ocieplanie od wewnątrz kojarzone jest często ze zjawiskiem wnikania pary wodnej w strukturę przegrody i jej kondensacji pod wpływem gwałtownego gradientu temperatury. Z tego powodu bardzo często spotykanym rozwiązaniem jest stosowanie materiałów paroszczelnych na wewnętrznej powierzchni przegrody. Konstrukcja taka może jednak powodować uwięzienie wilgotnego powietrza wewnątrz przegrody pod barierą paroszczelną. Podstawą funkcjonowania przegród ocieplonych od wewnątrz płytami MULTIPOR jest zapewnienie możliwości przepływu pary wodnej w obu kierunkach: z pomieszczenia do wnętrza przegrody i z powrotem. Proces ten wiąże się oczywiście ze zjawiskiem wykraplania pary wodnej na granicy izolacji termicznej i ocieplonego muru. Zimą różnica ciśnień pary wodnej pomiędzy środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym powoduje wnikanie pary w strukturę paroprzepuszczalnej warstwy izolacji termicznej MULTIPOR. Znaczne obniżenie temperatury na styku izolacji oraz muru (w stosunku do temperatury pomieszczenia) powoduje kondensację wewnątrz porów płyt MULTIPOR (rys. 3a, b). W pierwszej kolejności para wodna wykrapla się na wewnętrznych ściankach porów. Duża zawartość porów powietrza (ok. 95% objętości) sprawia, że większość porów pozostaje wypełniona jedynie w niewielkim stopniu, utrzymując wysoką izolacyjność termiczną płyt MULTIPOR oraz nie powodując uszkodzeń mechanicznych pod wpływem ujemnych temperatur i zamarzania wody. W okresie letnim temperatura wewnątrz przegrody podnosi się, przez co wilgoć zgromadzona wewnątrz porów płyt MULTIPOR przechodzi w stan pary wodnej. Wysokie ciśnienie pary wodnej wewnątrz przegrody oraz niższe wewnątrz pomieszczenia powoduje, że przegroda w naturalny sposób wysycha (rys. 3c). Brak izolacji paroszczelnej oraz właściwości płyt MULTIPOR sprawiają, że warstwa ocieplenia od wewnątrz aktywnie uczestniczy w procesie zmian wilgotności pomieszczeń. Zdolność do pochłaniania pary wodnej ogranicza zjawisko wykroplenia pary na wewnętrznej powierzchni ścian oraz zmniejsza ryzyko rozwoju pleśni. Płyty MULTIPOR mocuje się do powierzchni ścian za pomocą systemowej zaprawy (patrz p. 6). Sposób montażu płyt (całą powierzchnią) sprawia, że wewnątrz przegrody nie występują szczeliny powietrza. W trakcie montażu wewnątrz przegrody, za warstwą izolacji termicznej, nie jest zamykane wilgotne powietrze z pomieszczenia, co powoduje brak możliwości rozwoju pleśni wewnątrz przegrody. (a) (b) (c) Rys. 3. Ogólna zasada funkcjonowania przegród ocieplonych od wewnątrz płytami izolacyjnymi MULTIPOR: (a) wnikanie pary wodnej w okresie późnojesiennym, (b) kondensacja pary wodnej na przełomie zimy i wiosny, (c) wysychanie przegrody w okresie wiosenno-letnim 12

13 3. FIZYKA BUDOWLI 3.1. Ciepło Ciepło to inaczej forma przekazywania energii zawartej w ośrodku (gaz, ciecz, ciało stałe). Energia ta wynika z ruchu cząstek ośrodka. Zgodnie z zasadą zachowania energii, zmiana ruchu cząstek powoduje również zmianę stanu cieplnego ośrodka. Do jego charakterystyki stosuje się pojęcie temperatury opisane przy pomocy różnych skal, m.in. Celsjusza, Kelvina lub Fahrenheita. W układzie jednostek SI temperatura ośrodka mierzona jest w stopniach Celsjusza [ C], zaś różnica temperatur w stopniach Kelvina [K]. Jeżeli w obrębie jednego ośrodka lub dwóch ośrodków przylegających do siebie występuje różnica temperatur, wówczas układ ten dąży do wyrównania stanu cieplnego, zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki. Przekazywanie ciepła następuje wówczas na drodze przewodzenia lub konwekcji. Przewodzenie ciepła oznacza bezpośrednie przekazywanie energii kinetycznej od jednej cząsteczki ośrodka do drugiej. Intensywność przewodzenia ciepła zależy od właściwości danego ośrodka (materiału) oraz gradientu temperatury. Zjawisko przewodzenia ciepła opisywane jest prawem Fouriera: q strumień ciepła przekazanego na drodze przewodzenia [W/m 2 ]; λ współczynnik przewodzenia ciepła [W/(mK)]; grad T gradient temperatury po obu stronach przegrody, grad T = dt/dx [K/m]. Współczynnik przewodzenia ciepła λ jest wartością charakterystyczną dla każdego ośrodka. Jego wartość wyznacza się np. przy pomocy aparatu płytowego z czujnikiem gęstości strumienia cieplnego. Przewodzenie ciepła jest podstawowym zjawiskiem, które ma wpływ na straty ciepła w budynku. Zjawisko konwekcji (unoszenia) polega na makroskopowym ruchu ogrzanych cząstek gazu lub cieczy. Ośrodek o wyższej temperaturze charakteryzuje się niższą gęstością, co z kolei generuje ruch cząsteczek ku górze. W praktyce, obok zjawiska konwekcji swobodnej, występuje także zjawisko konwekcji wymuszonej ruchem powietrza, np. na skutek pracy wentylatora. (3) Trzecią formą wymiany energii między dwoma ciałami jest promieniowanie fal elektromagnetycznych. Z promieniowaniem wiążą się pojęcia absorpcji i emisji promieniowania. Podczas absorpcji (pochłaniania) fale elektromagnetyczne wprawiają w ruch cząstki ośrodka, zwiększając tym samym ich energię, a przez to również temperaturę. Emisja polega na zjawisku odwrotnym. W budownictwie zjawisko promieniowania uwzględnia się przede wszystkim do oceny efektywności energetycznej budynków i przegród. Absorpcję uwzględnia się przy określaniu zysków ciepła od promieniowania słonecznego. Z kolei emisyjność powierzchni przegród może mieć wpływ na ocenę straty ciepła (parametr ten jest bardzo istotny m.in. przy badaniach termowizyjnych) Transport pary wodnej W powietrzu znajduje się zawsze pewna ilość pary wodnej pochodzącej z opadów atmosferycznych, parowania wody, obecności organizmów żywych lub działania urządzeń mechanicznych. Najprostszym sposobem opisu zawartości pary wodnej w powietrzu jest wartość bezwzględna wilgotności W [g/m 3 ]. W praktyce częściej stosowanym parametrem jest ciśnienie parcjalne (cząstkowe) pary wodnej p [Pa]. Obie wartości są ze sobą powiązane zależnością: lub W wilgotność bezwzględna [g/m 3 ] p ciśnienie parcjalne pary wodnej [Pa] t temperatura powietrza [ C] T temperatura bezwzględna powietrza [K] m współczynnik objętościowego rozszerzania gazów równy 1/273 Z powyższych wzorów wynika, że wilgotność powietrza jest ściśle powiązana z temperaturą. Powietrze może przyjąć pewną ograniczoną ilość pary wodnej, zależnie od temperatury. Stan granicznego nasycenia parą wodną oznacza, że każda dodatkowa ilość pary dostarczona do powietrza ulegnie wykropleniu. (4) (5) 13

14 Ciśnienie nasycenia pary wodnej wynosi zależnie od temperatury: Zależność odwrotna: (6) Transport pary wodnej w powietrzu odbywa się samoistnie, w wyniku różnic ciśnień pary w dwóch różnych obszarach, lub w sposób wymuszony przez wentylację. Samoistny transport pary wodnej następuje także w wyniku różnic ciśnień po dwóch stronach przegród nieprzeźroczystych. Zjawisko przenikania (dyfuzji) pary wodnej przez przegrody opisywane jest pierwszym prawem Ficka: [kg/(m 2 s)] (9) W praktyce, często stosowane jest pojęcie względnej wilgotności powietrza, oznaczane jako φ lub RH (ang. relative humidity). Względna wilgotność powietrza wyraża stosunek rzeczywistego ciśnienia parcjalnego pary wodnej do ciśnienia stanu nasycenia w danej temperaturze: Znając wilgotność względną oraz temperaturę powietrza, można wyznaczyć rzeczywiste ciśnienie cząstkowe pary wodnej. Zwiększenie wilgotności względnej może nastąpić w wyniku zwiększenia zawartości pary wodnej w powietrzu lub przez obniżenie temperatury powietrza , ,00 (7) (8) ρ G v G strumień pary wodnej (gęstość x prędkość) [kg/(m 2 s)] δ współczynnik dyfuzji pary wodnej [kg/(m s Pa)] grad p gradient ciśnienia pary wodnej po obu stronach przegrody, grad p = dp/dx [Pa/m]. Współczynnik δ jest wartością charakterystyczną dla każdego ośrodka. Obok współczynnika dyfuzji δ, do opisu przepuszczalności pary wodnej stosuje się również współczynnik oporu dyfuzyjnego μ, którego wartość wynika z porównania przepuszczalności danego materiału z przepuszczalnością warstwy powietrza. (10) μ współczynnik oporu dyfuzyjnego δ współczynnik dyfuzji pary wodnej materiału δ 0 współczynnik dyfuzji pary wodnej powietrza, δ 0 = [kg/(m s Pa)]. 30,00 Ciśnienie pary wodnej [Pa] 3 500, , , , , ,00 500,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 Wilgotność bezwzględna [g/m 3 ] Temperatura [ C] Rys. 4. Rozkład ciśnienia pary wodnej w zależności od temperatury powietrza 14

15 Opór dyfuzyjny warstwy materiału opisuje się przy pomocy parametru s d określającego grubość warstwy powietrza równoważnej pod względem paroprzepuszczalności. (11) 3.3. Kondensacja pary wodnej wewnątrz przegród Z dyfuzją pary wodnej przez przegrody zewnętrzne nieodłącznie wiąże się zjawisko kondensacji oraz parowania. W związku z występowaniem wilgoci w postaci ciekłej, obok transportu pary wodnej, w przegrodzie zachodzi również transport wody generowany przez siły kapilarne. Kondensacja pary wodnej wewnątrz porów materiału przegrody wynika równolegle ze zjawiska transportu pary wodnej ze środowiska o wyższym stężeniu (wnętrze budynku) do środowiska o stężeniu mniejszym (na zewnątrz) oraz stopniowego obniżania się temperatury w kierunku warstw zewnętrznych (zakładając, że temperatura zewnętrzna jest niższa). Ostatnią fazą nawilgacania jest wypełnienie porów kulistych wodą. Do tego zjawiska dochodzi niezwykle rzadko, wyłącznie pod wpływem sił zewnętrznych - bardzo intensywnej dyfuzji i kondensacji pary wodnej pod wpływem gradientu wilgotności powietrza lub bezpośredniego kontaktu materiału z wodą pod ciśnieniem. Wilgotność względna powietrza wewnątrz porów wynosi w tej fazie zawsze 100%. Należy zwrócić uwagę, że (zazwyczaj w warunkach zimowych) w trakcie sorpcji cząsteczek pary wodnej ciągła warstwa wody na powierzchni ścian porów jest tym grubsza, im bliżej powierzchni zewnętrznej przegrody. Wynika to z faktu, że wilgotność względna powietrza jest wyższa na zewnętrz niż wewnątrz budynku zatem im bliżej powierzchni zewnętrznej przegrody, tym więcej pary wodnej wykropli się w porach materiału. Zjawisko to powoduje występowanie tzw. dyfuzji powierzchniowej cząsteczki wody z grubszych warstw kondensatu przemieszczają się w kierunku warstw cieńszych, czyli w kierunku wewnętrznej powierzchni przegrody (rys. 6). Należy jednocześnie pamiętać, że dyfuzja powierzchniowa jest formą transportu wody, a nie pary wodnej. W początkowej fazie nawilgacania materiałów budowlanych, pojedyncze cząsteczki pary wodnej osadzają się na powierzchni ścian porów materiału (rys. 5a). Zjawisko to wynika przede wszystkim z sorpcji, kiedy materiał w stanie suchym wyrównuje swoją wilgotność z otaczającym powietrzem. Ciśnienie pary wodnej p D wewnątrz porów jest wówczas dużo mniejsze od ciśnienia stanu nasycenia p s. (a) (b) Wzrost poziomu wilgotności względnej otoczenia i/lub dyfuzja pary wodnej przez przegrodę sprawia, że podnosi się również wilgotność względna wewnątrz porów materiału. Wówczas na powierzchni ścian porów tworzy się jedno-, a później wielocząsteczkowa cienka warstwa kondensatu (rys. 5b). Zjawisko to zachodzi w zakresie do 95% wilgotności względnej. W dalszym etapie, kondensat wypełnia część porów kapilarnych a transport wilgoci w znacznym stopniu odbywa się przez siły kapilarne. Dyfuzja pary wodnej występuje wyłącznie w obrębie porów niewypełnionych wodą, głównie kulistych o relatywnie dużej średnicy, w których nie zachodzi podciąganie kapilarne (rys. 5d, e). (c) (e) (f) Rys. 5. Schemat dyfuzji i transportu kapilarnego wilgoci w porowatym materiale higroskopowym: (a) dyfuzja pary wodnej i adsorpcja pojedynczych cząstek pary do ścian porów, (b) powstanie ciągłej warstwy wody na powierzchni ścian porów, (c) początek transportu kapilarnego, (d) koniec dyfuzji pary wodnej, (e) nawilgacanie pod wpływem sił zewnętrznych, (f) całkowite wypełnienie porów wodą (d) 15

16 (a) (b) (c) Rys. 6. Schemat transportu wilgoci w porowatym materiale higroskopowym w warunkach zimowych (wilgotność względna powietrza wyższa po stronie zewnętrznej): (a) dyfuzja pary wodnej i adsorpcja pojedynczych cząstek pary do ścian porów (b) równoległa dyfuzja pary wodnej i transport wody w cienkiej warstwie na powierzchni ścian porów (c) transport kapilarny wody 3.4. Warunki klimatyczne Kluczowym czynnikiem wpływającym na pracę cieplno-wilgotnościową przegrody są warunki klimatyczne panujące w środowisku zewnętrznym i wewnętrznym. Wpływają one zarówno na możliwość kondensacji pary na wewnętrznej powierzchni przegród zewnętrznych, jak i zjawisko wykroplenia pary wewnątrz przegrody na styku warstw o różnym oporze dyfuzyjnym. Szczególne znaczenie ma przede wszystkim profil temperatury oraz ciśnienia pary wodnej w ciągu roku po obu stronach przegrody. Wartości temperatury i wilgotności powietrza zewnętrznego należy przyjąć zgodnie z danymi meteorologicznymi dla danej lokalizacji. Część programów komputerowych do obliczeń cieplno-wilgotnościowych, zarówno tych podstawowych, jak i bardziej zaawansowanych, posiada w swoich bazach zdefiniowane dane klimatyczne dla różnych lokalizacji. Dane klimatyczne, tzw. typowe lata meteorologiczne znajdują się również na stronie internetowej Ministerstwa Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej ( dział świadectwa energetyczne). Dostępne dane obejmują 61 polskich miast i opisują następujące parametry w rozkładzie godzinowym: temperaturę powietrza; wilgotność względną powietrza; ciśnienie barometryczne; prędkość i kierunek wiatru; zachmurzenie; wielkość opadu; natężenie promieniowania słonecznego. Tak dokładny opis warunków klimatycznych jest szczególnie przydatny do wykonania niestacjonarnej analizy cieplno-wilgotnościowej przegrody przy pomocy modeli komputerowych. Klimat wewnętrzny określa się na podstawie: danych o projektowanych warunkach użytkowania: zakładanej wartości temperatury wewnętrznej, przewidywanej produkcji wilgoci w pomieszczeniach oraz strumieniu powietrza wentylacyjnego (krotności wymian powietrza), lub Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Załącznik 2 p , lub normy PN-EN ISO 13788, załącznik A. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury określa, że dla pomieszczeń o temperaturze wewnętrznej t i 20 C średnia miesięczna wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego jest równa φ = 50%. Norma PN-EN ISO stwierdza, że warunki wewnętrzne (wilgotność powietrza) mogą być określane na podstawie średniej miesięcznej temperatury zewnętrznej w zależności od przeznaczenia budynku (tab. 5, rys. 7). Do obliczeń zaleca się przyjmować górną wartość graniczną wilgotności dla danej klasy, o ile nie ma przesłanek do przyjęcia niższego obciążenia wilgocią. 16

17 Znając wartości średnich miesięcznych temperatur oraz ciśnienia pary wodnej w środowisku zewnętrznym oraz różnicę ciśnień pary wodnej pomiędzy klimatem zewnętrznym i wewnętrznym, wyznacza się wilgotność powietrza wewnątrz budynku z 10-cio procentowym marginesem bezpieczeństwa: p i = p e + 1,1 Δp [Pa] (12) p i ciśnienie pary wodnej wewnątrz budynku [Pa] p e ciśnienie pary wodnej w środowisku zewnętrznym [Pa] Δp różnica ciśnień pomiędzy środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym na podstawie PN-EN ISO (rys. 7) [Pa] (13) Tab. 5. Klasy wilgotności powietrza wewnętrznego w zależności od przeznaczenia obiektu Klasa wilgotności Przeznaczenie budynku 1 powierzchnia magazynowa 2 biura, sklepy 3 mieszkania mało zagęszczone 4 mieszkania mało zagęszczone, hale sportowe, kuchnie, stołówki, budynki ogrzewane grzejnikami gazowymi bez przewodów spalinowych 5 budynki specjalne, np. pralnie, baseny, browary 0,009 Różnica bezwględnej wilgotności powietrza, Δw [kg/m 3 ] 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0, Różnica ciśnień pary wodnej, Δp [Pa] Temperatura powietrza zewnętrznego [ C] Rys. 7. Różnica wilgotności powietrza w podziale na klasy wilgotności w zależności od temperatury zewnętrznej 17

18 3.5. Rozwój pleśni Pleśnie to popularna nazwa grupy grzybów saprofitycznych (cudzożywnych). W środowisku występują setki różnych gatunków pleśni, różniących się warunkami rozwoju oraz wpływem na środowisko zewnętrzne (w tym na zdrowie ludzi i zwierząt). Część grzybów pleśniowych pozostaje nieszkodliwa dla ludzi. Co więcej, niektóre gatunki pleśni wykorzystywane są do produkcji artykułów spożywczych lub leków. Istnieją jednak gatunki szkodzące człowiekowi, powodując m.in. alergie, choroby przewlekłe, lub nawet mające działanie rakotwórcze. Pleśnie rozprzestrzeniają się poprzez zarodniki, które znajdują się niemal w każdym środowisku. Są one w stanie przetrwać wiele lat bez germinacji (kiełkowania), będąc niezwykle odporne na chemikalia oraz temperaturę. Jednocześnie jest ich bardzo wiele oraz potrafią się bardzo szybko rozprzestrzeniać. Po osadzeniu się na podłożu zarodniki kiełkują, w efekcie czego powstają pojedyncze strzępki (niewidoczne dla oka nieuzbrojonego). Pleśń staje się widoczna dopiero, gdy strzępki zaczynają formować kolonię na powierzchni podłoża grzybnię. Z grzybni wyrastają owocniki, które produkują kolejne zarodniki. Rys. 8. Cykl rozwoju grzybów pleśniowych W tablicy 6 podano warunki rozwoju pleśni oraz możliwe metody jej unikania i powstrzymywania. W praktyce najskuteczniejszą metodą powstrzymania rozwoju pleśni jest kontrola wilgotności powietrza. Podwyższona wilgotność może być spowodowana jednym lub kilkoma z czynników opisanych w tablicy 7. Niezwykle istotna pozostaje zatem kontrola wilgotności pomieszczeń, przede wszystkim poprzez zapewnienie odpowiedniej wentylacji. W przypadku konstrukcji budowlanych dochodzi przede wszystkim do powierzchniowego porażenia materiałów. W konsekwencji występowanie pleśni objawia się widocznym nalotem najczęściej na wewnętrznej powierzchni przegród zewnętrznych. Wszechobecność zarodników pleśni może również doprowadzić do ich zamknięcia wewnątrz konstrukcji przegrody w trakcie jej wznoszenia lub modernizacji. Dzieje się tak szczególnie w przypadku przegród warstwowych, w których (często z założenia) występują niewentylowane szczeliny powietrza. Sytuacja taka może dotyczyć m.in. ocieplania od wewnątrz przy użyciu płyt gipsowo-kartonowych montowanych na stelażu. Tab. 6. Warunki rozwoju pleśni oraz sposoby jej zwalczania Warunki konieczne do rozwoju pleśni (patrz też: rys. 9) Sposoby zwalczania pleśni w budynkach przed wystąpieniem porażenia po wystąpieniu porażenia podłoże, na którym znajduje się pokarm (martwa substancja organiczna, np. warstwa kurzu); temperatura w zakresie od 0 C do 60 C (optymalnie od 15 C do 35 C); wilgotność względna powietrza powyżej 75-80% (zależnie od rodzaju podłoża i temperatury); odpowiednia ilość czasu (różna w zależności od gatunku pleśni i czynników zewnętrznych). utrzymywanie odpowiedniej wilgotności powietrza poprzez wentylację i ogrzewanie; obniżenie wpływu mostków cieplnych na izolacyjność termiczną przegród budynku (np. poprzez dodatkowe ocieplenie); kontrola cyrkulacji powietrza na wewnętrznej powierzchni przegród (np. w narożach, za meblami); utrzymywanie odpowiedniej czystości pomieszczeń. usunięcie pleśni przy użyciu środków chemicznych, mechanicznych lub wysokiej temperatury (metody często niemożliwe do zastosowania) pokrycie lub zasłonięcie porażonej powierzchni, np. tapetą, farbą (metoda mało skuteczna); odnalezienie i usunięcie źródła występowania pleśni (np. mostek termiczny, niedostateczna wentylacja, itd.); naprawa lub wymiana porażonej powierzchni. 18

19 Tab. 7. Przyczyny podwyższonej wilgotności względnej pomieszczeń Źródło wilgoci Wysoka produkcja pary wodnej wewnątrz pomieszczeń Niedostateczne ogrzewanie pomieszczeń Niedostateczna wentylacja pomieszczeń Nieszczelność (powietrzna) przegród zewnętrznych Występowanie mostków termicznych Wysoka wilgotność technologiczna elementów konstrukcji Wnikanie wody opadowej w głąb elementów konstrukcji Zawilgocenie przegród na skutek kondensacji pary wodnej Opis Stała, intensywna produkcja pary wodnej przyczynia się do wzrostu wilgotności pomieszczeń. Zwiększa się przez to wilgotność względna oraz nasila dyfuzyjny transport pary wodnej przez przegrody zewnętrzne, co może prowadzić do zwiększenia kondensacji wewnątrz przegrody. Obniżona temperatura powietrza wewnętrznego przyczynia się do wzrostu wilgotności względnej. Zbyt mała ilość wymian powietrza w pomieszczeniu powoduje wzrost wilgotności względnej. Wszelkie nieszczelności konstrukcji stanowią mostki termiczne oraz mogą powodować nawilgacanie wewnętrznych powierzchni przegród. Na wewnętrznej powierzchni mostków termicznych występuje niższa temperatura niż na pozostałej części przegrody. W efekcie w pobliżu mostków termicznych wilgotność względna jest wyższa niż w całym pomieszczeniu. Brak odpowiednich przerw technologicznych podczas wznoszenia konstrukcji uniemożliwia jej wyschnięcie przed ociepleniem lub rozpoczęciem użytkowania budynku. W konsekwencji konstrukcja długo utrzymuje wysoką zawartość wilgoci powodując także stały wzrost wilgotności pomieszczeń (szczególnie w przypadku przegród ocieplonych od zewnątrz). Nieszczelność izolacji przeciwwodnej lub jej nieprawidłowe wykonanie powoduje wzrost wilgotności przegród. Źle dobrana lub wykonana konstrukcja przegrody może powodować niespełnienie warunków opisanych w p Długo utrzymująca się i duża zawartość wilgoci w przegrodzie może zwiększyć jej podatność na porażenie pleśnią. Podłoże z grupy I podłoże dobrze strawne (np. tapeta papierowa, płyty gipsowo-kartonowe) Podłoże z grupy II podłoże porowate (np. materiały mineralne, materiały izolacyjne, drewno) Wilgotność względna [%] mm/doba dzień 2 dni mm/doba 3 mm/doba 2 mm/doba 80 4 dni 8 dni 80 1 mm/doba 16 dni 75 LIM I 75 LIM I mm/doba 95 1 dzień 95 3 mm/doba 90 2 dni 90 2 mm/doba 4 dni 1 mm/doba 85 8 dni dni 80 LIM II 80 LIM II Temperatura [ C] Źródło: Dipl.-Phys. Klaus Sedlbauer, Vorhersage von Schimmelpilzbildung auf und in Bauteilen, rozprawa doktorska, Universität Stuttgart 2001 Rys. 9. Warunki rozwoju pleśni w zależności od rodzaju podłoża oraz wilgotności względnej i temperatury 19

20 4. WYMAGANIA PRAWNE 4.1. Wymagania co do ochrony termicznej budynków Zgodnie z 328, ustęp 1 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, budynek i jego instalacje powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby ilość ciepła, chłodu i energii elektrycznej, potrzebnych do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem, można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie. Dla budynków nowobudowanych powyższe wymaganie uznaje się za spełnione w dwóch przypadkach: 1. Gdy przegrody zewnętrzne budynku (tab. 8-10) oraz technika instalacyjna odpowiadają wymaganiom izolacyjności cieplnej oraz powierzchnia okien spełnia wymagania określone w p.2.1 załącznika nr 2 do Rozporządzenia; 2. Gdy wartość wskaźnika EP [kwh/(m 2 rok)] określającego roczne obliczeniowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, chłodzenia, wentylacji, przygotowania ciepłej wody użytkowej, a także oświetlenia wbudowanego jest mniejsza od wartości granicznych EP max określonych w zależności od współczynnika kształtu budynku. Dodatkowo przegrody zewnętrzne budynku powinny spełniać wymagania izolacyjności termicznej niezbędnej dla zabezpieczenia przed kondensacją pary wodnej (patrz p. 5.3). Dla budynku przebudowywanego dopuszcza się zwiększenie średniego współczynnika przenikania ciepła o nie więcej niż 15% w porównaniu z budynkiem nowym o takiej samej geometrii i sposobie użytkowania. Za budynek przebudowywany uważa się obiekt, w którym (w wyniku prowadzonych prac) następuje zmiana parametrów użytkowych lub technicznych, z wyjątkiem charakterystycznych parametrów: kubatury, powierzchni zabudowy, wysokości, długości, szerokości bądź liczby kondygnacji. Obliczenie współczynnika przenikania ciepła U przegród należy przeprowadzać zgodnie z normą PN-EN ISO 6946 (patrz: p. 5.2 oraz Przykład 1). Tab. 8. Wymagania izolacyjności termicznej przegród - budynki mieszkalne i zamieszkania zbiorowego Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym, niezależnie od rodzaju ściany): a) przy t i > 16 C b) przy t i 16 C Ściany wewnętrzne pomiędzy pomieszczeniami ogrzewanymi a nieogrzewanymi, klatkami schodowymi lub korytarzami Ściany przyległe do szczelin dylatacyjnych o szerokości: a) do 5 cm, trwale zamkniętych i wypełnionych izolacją cieplną na głębokości co najmniej 20 cm b) powyżej 5 cm, niezależnie od przyjętego sposobu zamknięcia i zaizolowania szczeliny Ściany nieogrzewanych kondygnacji podziemnych Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami: a) przy t i > 16 C b) przy 8 C < t i 16 C Stropy nad piwnicami nieogrzewanymi i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi, podłogi na gruncie Stropy nad ogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi Współczynnik przenikania ciepła U max [W/(m 2 K)] budynki nowobudowane 0,30 0,80 budynki modernizowane 0,35 0,92 1,00 1,15 1,00 0,70 0,25 0,50 bez wymagań 1,15 0,81 0,29 0,58 0,45 0,52 bez wymagań Ściany wewnętrzne oddzielające pomieszczenie ogrzewane od nieogrzewanego 1,00 1,15 20

21 Tab. 9. Wymagania izolacyjności termicznej przegród - budynki użyteczności publicznej Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym, niezależnie od rodzaju ściany): a) przy t i > 16 C b) przy t i 16 C Ściany wewnętrzne między pomieszczeniami ogrzewanymi a klatkami schodowymi lub korytarzami Ściany przylegające do szczelin dylatacyjnych o szerokości: a) do 5 cm, trwale zamkniętych i wypełnionych izolacją cieplną na głębokość co najmniej 20 cm b) powyżej 5 cm, niezależnie od przyjętego sposobu zamknięcia i zaizolowania szczeliny Ściany nieogrzewanych kondygnacji podziemnych Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami: a) przy t i > 16 C b) przy 8 C < t i 16 C Stropy nad nieogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi, posadzki na gruncie Stropy nad piwnicami ogrzewanymi Współczynnik przenikania ciepła U max [W/(m 2 K)] budynki nowobudowane 0,30 0,65 budynki modernizowane 0,35 0,75 3,00* 3,45 3,00 0,70 0,25 0,50 bez wymagań 3,45 0,81 0,29 0,58 0,45 0,52 bez wymagań * jeżeli przy drzwiach wejściowych do budynku nie ma przedsionka, to wartość współczynnika U ściany wewnętrznej przy klatce schodowej na parterze nie powinna być większa niż 1,0 W/(m 2 K) Tab. 10. Wymagania izolacyjności termicznej przegród - budynki produkcyjne, magazynowe i gospodarcze Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym, niezależnie od rodzaju ściany): a) przy t i > 16 C b) przy 8 C < t i 16 C c) przy t i 8 C Ściany wewnętrzne i stropy międzykondygnacyjne: a) przy Δt i > 16 C b) przy 8 C < Δt i 16 C c) przy Δt i 8 C Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami: a) przy t i > 16 C b) przy 8 C < t i 16 C c) przy Δt i 8 C Stropy nad nieogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi, posadzki na gruncie: a) przy t i > 16 C b) przy 8 C < t i 16 C c) przy Δt i 8 C Stropy nad piwnicami ogrzewanymi Współczynnik przenikania ciepła U max [W/(m 2 K)] budynki nowobudowane 0,30 0,65 0,90 1,00 1,40 0,25 0,50 0,70 0,80 1,20 1,50 bez wymagań bez wymagań budynki modernizowane 0,35 0,75 1,04 1,15 1,61 0,29 0,58 0,81 0,92 1,38 1,73 21

22 4.2. Wymagania co do ochrony przed kondensacją pary wodnej Ochrona przed kondensacją pary wodnej na powierzchni oraz wewnątrz przegrody związana jest przede wszystkim z ograniczeniem ryzyka powstania zagrzybienia. Wymagania co do ochrony nieprzezroczystych przegród zewnętrznych przed kondensacją pary wodnej określa 321 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie: Na wewnętrznej powierzchni przegrody nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych; We wnętrzu przegrody nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie spowodowane kondensacją pary wodnej. Dopuszcza się przy tym kondensację pary wodnej, wewnątrz przegrody w okresie zimowym, o ile struktura przegrody umożliwi wyparowanie kondensatu w okresie letnim i nie nastąpi przy tym degradacja materiałów budowlanych przegrody na skutek tej kondensacji. W celu zachowania pierwszego warunku, rozwiązania przegród zewnętrznych i ich węzłów konstrukcyjnych powinny charakteryzować się współczynnikiem temperaturowym f Rsi o wartości nie mniejszej niż wymagana wartość krytyczna f Rsi,min obliczona zgodnie z PN-EN ISO (patrz: p. 5.2 oraz Przykład 2). Sprawdzenia drugiego warunku można dokonać przy pomocy obliczeń metodą Glasera, która porównuje rozkład ciśnienia rzeczywistego pary wodnej i ciśnienia stanu nasycenia (patrz: p. 5.4 oraz Przykład 3). Innym sposobem jest dokonanie analizy niestacjonarnej przy pomocy zaawansowanych programów komputerowych (patrz: p. 5.5). Jednocześnie Rozporządzenie zastrzega, że konieczność obliczenia kondensacji i parowania wewnątrz projektowanych przegród nie dotyczy przegród, o których z praktyki wiadomo, że zjawisko kondensacji w nich nie występuje. Ze względu na ochronę przed zagrzybieniem, 322 ustęp 1 Rozporządzenia wymaga, aby rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne zewnętrznych przegród budynku oraz wewnętrzne warunki cieplno-wilgotnościowe uniemożliwiały powstanie zagrzybienia. Oznacza to, że stosowane materiały powinny być odporne na biodegradację, zaś system wentylacji należy projektować tak, aby ilość wymian powietrza gwarantowała odpowiednią wilgotność powietrza przy założonej ilości produkcji pary wodnej. Dodatkowo w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej, wartość krytyczną f Rsi dla pomieszczeń o temperaturze wewnętrznej t i 20 C należy określać przy założeniu, że średnia miesięczna wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego jest równa φ = 50%. Jednocześnie dopuszcza się przyjmowanie wymaganej wartości f Rsi,min równej 0,72. Zgodnie z Rozporządzeniem, wartość współczynnika temperaturowego f Rsi należy sprawdzić zarówno dla samej przegrody, jak i dla mostków cieplnych. Konieczność sprawdzenia mostków cieplnych wynika z faktu, że właśnie ich powierzchnia jest najbardziej narażona na rozwój pleśni. 22

23 5. PROJEKTOWANIE OCIEPLENIA OD WEWNĄTRZ 5.1. Izolacja od wewnątrz i od zewnątrz Pod względem izolacyjności termicznej całej przegrody, kolejność położenia warstw przegrody nie ma znaczenia, bowiem izolacyjność termiczna wynika jedynie z sumy oporów cieplnych poszczególnych warstw. Pomimo to, kolejność warstw ma znaczny wpływ na sposób pracy przegrody ze względu na pozostałe zjawiska cieplno-wilgotnościowe. W fizyce budowli jedną z właściwości opisujących funkcjonowanie przegród budynku jest tzw. bezwładność termiczna (lub akumulacyjność cieplna). Może być ona definiowana za pomocą różnych parametrów, przy czym najczęściej stosowane to: pojemność cieplna (powierzchniowa) wyraża ilość ciepła niezbędną do podniesienia temperatury 1 m 2 warstwy materiału (o danej grubości) o 1 K: (14) czas oddawania ciepła - czas, w którym temperatura 1 m 2 warstwy materiału spada o 1 K przy różnicy temperatur wewnątrz i na zewnątrz wynoszącej ΔT = 1 K: (15) aktywność cieplna - opisuje zdolność materiału do oddawania lub pobierania ciepła z przyległych ośrodków (cieczy lub ciał stałych): że szybciej odbierają ciepło z przyległych materiałów. Istotnym czynnikiem jest również izolacyjność termiczna materiału - im wyższa (mniejsza wartość λ), tym wolniej materiał oddaje zakumulowane ciepło. Materiały izolacyjne charakteryzują się wysoką izolacyjnością termiczną oraz bardzo małą gęstością. Te właściwości powodują, że warstwa ocieplenia po zewnętrznej stronie zdecydowanie spowalnia proces nagrzewania lub oziębiania się muru oraz przyczynia się do akumulacji w murze większej ilości ciepła pochodzącego z wnętrza budynku. Dzięki temu temperatura wewnątrz pomieszczeń jest bardziej stabilna. Warstwa izolacji termicznej po wewnętrznej stronie przegrody odseparowuje konstrukcję muru od ciepła znajdującego się w pomieszczeniach. Ogranicza to ilość zakumulowanego ciepła, która będzie oddawana z powrotem do wnętrza budynku. Zaletą ocieplenia od wewnątrz jest jednak zmniejszenie ilości energii koniecznej do ogrzania pomieszczeń do żądanej temperatury oraz skrócenie czasu nagrzewania. Ma to znaczenie przede wszystkim w obiektach użytkowanych nieregularnie lub w krótkich okresach, które wymagają szybkiego ogrzania. Cechą charakterystyczną przegród ocieplonych od wewnątrz jest równomierny rozkład temperatury c ciepło właściwe [J/(kg K)] ρ gęstość materiału [kg/m 3 ] d grubość warstwy materiału [m] λ współczynnik przewodzenia ciepła [W/(m 2 K)] (16) Na wszystkie powyższe czynniki wpływ ma ciepło właściwe materiału oraz jego gęstość. Im większy ciężar materiału, tym więcej ciepła jest on wstanie zgromadzić oraz dłużej je oddaje (ze względu na dużą pojemność cieplną). Ciężkie materiały są również bardziej aktywne termicznie, co oznacza, Rys. 10. Obraz termowizyjny nieocieplonej przegrody wyraźny wpływ spoin muru na izolacyjność termiczną 23

24 na powierzchni wewnętrznej (rys. 11a, 12a). Praktycznie na całej powierzchni ściany temperatura wynosi ok C. Temperatura w narożniku jest nieznacznie niższa, jednak z dużym zapasem spełnia warunek f Rsi f Rsi,min odnoszący się do ochrony przed kondensacją pary wodnej na powierzchni wewnętrznej (patrz p. 5.3). Ściana nieocieplona wykazuje nierównomierny rozkład temperatury, szczególnie w otoczeniu naroży (rys. 11b, 12c). W niektórych przypadkach temperatura w rogu pomieszczenia może spadać poniżej punktu rosy. Utrzymywanie się takiej sytuacji w dłuższych okresach (kilka tygodni) może prowadzić do rozwoju pleśni na wewnętrznej powierzchni ściany. (a) W przypadku nieocieplonego muru wyraźny może być również wpływ spoin na izolacyjność termiczną. Gruba warstwa zaprawy murarskiej łączącej elementy murowe stanowi ciągły mostek termiczny na całej powierzchni muru, obniżając izolacyjność termiczną przegrody (rys. 10). W zależności od położenia warstw izolacyjnych w murze, rozkład temperatury będzie się różnił w sposób zasadniczy (rys. 13). Przy izolacji po zewnętrznej stronie warstwa konstrukcyjna ściany znajduje się w strefie temperatur dodatnich, często powyżej ok. 10 C (zależnie od warunków i warstwy izolacyjnej). Warstwa izolacji termicznej po stronie wewnętrznej powoduje, że mur znajduje się w strefie temperatury niskich, w tym część muru w zasięgu temperatur ujemnych. (b) Rys. 11. Rozkład temperatury na wewnętrznej powierzchni ścian zewnętrznych badanie kamerą termowizyjną: (a) ściana ocieplona od wewnątrz płytami MULTIPOR powierzchnia jednorodna termicznie, brak ryzyka kondensacji pary wodnej; (b) ściana nieocieplona nierównomierny rozkład temperatury (a) U = 0,321 W/(m 2 K) ψ = 0,0377 W/(mK) (b) U = 0,297 W/(m 2 K) ψ = 0,1832 W/(mK) (c) U = 1,164 W/(m 2 K) ψ = 0,2576 W/(mK) Rys. 12. Rozkład temperatury w narożniku ściany zewnętrznej, muru ceglanego grub. 38 cm, w przypadku: (a) ocieplenia od wewnątrz płytami MULTIPOR grub. 10 cm; (b) ocieplenia od zewnątrz warstwą polistyrenu ekstrudowanego grub. 10 cm (λ = 0,040 W/(mK)); (c) braku ocieplenia 24

25 przepływu w ciągu jednej godziny przez 1 m 2 płaskiej przegrody wykonanej z danego materiału o grubości 1 m i przy różnicy temperatur na powierzchniach 1 C. (a) Iloraz grubości warstwy materiału oraz współczynnika przewodzenia ciepła jest określany jako opór cieplny: (17) W przypadku przegród budowlanych, izolacyjność termiczna charakteryzowana jest poprzez całkowity opór cieplny R T oraz współczynnik przenikania ciepła U. (b) Rys. 13. Rozkład temperatury w przegrodzie z warstwą izolacji termicznej (a) po stronie zewnętrznej, (b) po stronie wewnętrznej Taki rozkład temperatury w murze powoduje, że kondensacja pary wodnej na powierzchni styku izolacji termicznej i muru, nastąpi z dużo większym prawdopodobieństwem w przegrodzie ocieplonej od wewnątrz. Z tego względu projektowanie przegród ocieplonych od wewnątrz często wymaga zastosowania specjalnych modeli numerycznych. Ocieplenie od zewnątrz jest rozwiązaniem dużo prostszym do zaprojektowania Izolacyjność termiczna przegród Każdy materiał posiada zdolność do przewodzenia ciepła, której miarą jest współczynnik λ [W/(mK)]. Współczynnik przewodzenia ciepła λ określa ilość ciepła przenikającą w warunkach ustalonego Opór całkowity uwzględnia opór cieplny wszystkich warstw przegrody. Dodatkowo uwzględnia się także opór cieplny przypowierzchniowych warstw powietrza po obu stronach przegrody, czyli tzw. opór przejmowania ciepła. Wartość oporu przejmowania ciepła zależy przede wszystkim od układu przegród i kierunku przepływu ciepła (poziomy, pionowy) oraz położenia powierzchni (wewnątrz, na zewnątrz). Do obliczeń projektowych, można przyjmować uśrednione wartości oporu przejmowania ciepła zgodnie z PN-EN ISO 6946 (tab. 11) lub obliczyć wartości dokładne zgodnie z załącznikiem A do normy. Opór całkowity wynosi: (18) Powyższy wzór odnosi się do przegród budowlanych składających się z warstw jednorodnych, w których przepływ ciepła następuje tylko w kierunku prostopadłym do powierzchni przegrody. Należy zwrócić przy tym uwagę, że opór cieplny przegrody nie zależy od kolejności ułożenia poszczególnych warstw. Tab. 11. Opór przejmowania ciepła w zależności od kierunku strumienia ciepła wg PN-EN ISO 6946 Opór przejmowania ciepła R si po stronie wewnętrznej [m 2 K/W] R se po stronie zewnętrznej [m 2 K/W] Kierunek strumienia ciepła w górę poziomy w dół 0,10 0,13 0,17 0,04 0,04 0,04 25