KOMPENDIUM WIEDZY. Opracowanie: BuildDesk Polska CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKÓW I ŚWIADECTWA ENERGETYCZNE NOWE PRZEPISY.

Transkrypt

1 Sprawdzanie warunków cieplno-wilgotnościowych projektowanych przegród budowlanych (wymagania formalne oraz narzędzie: BuildDesk Energy Certificate PRO) Opracowanie: BuildDesk Polska Nowe Warunki Techniczne (Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki ich usytuowanie) wymagają od projektantów sprawdzenia projektowanej przegrody także pod względem uniknięcia kondensacji pary wodnej wewnątrz przegrody oraz uniknięcia wzrostu grzybów pleśniowych na powierzchni wewnętrznej przegrody Na wewnętrznej powierzchni nieprzezroczystej przegrody zewnętrznej nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych. 2. We wnętrzu przegrody, o której mowa w ust. 1, nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie spowodowane kondensacja pary wodnej. 3. Warunki określone w ust. 1 i 2 uważa się za spełnione, jeśli przegrody odpowiadają wymaganiom określonym w pkt załącznika nr 2 do rozporządzenia. ; W uzasadnieniu wprowadzonych wymagań podkreślono szczególną wagę projektowania przegród pod kątem zjawisk cieplno-wilgotnościowych, mających duży wpływ na kształtowanie prawidłowego mikroklimatu pomieszczeń. Jak podaje uzasadnienie załączone do Rozporządzenia, wymagania cieplno-wilgotnościowe, są szczególnie istotne przy wprowadzaniu obowiązku sporządzania świadectw charakterystyki energetycznej budynków. Uzasadnienie szczegółowe: 8. Zmiana 321 polega na uwzględnieniu wymagania eliminującego zjawisko kondesacji pary wodnej i jest na tyle istotna w zakresie wdrażania dyrektywy 2002/91/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, że przedmiotowy przepis powinien być wprowadzony w życie, bez oczekiwania na wynik notyfikacji innego rozporządzenia zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Do sprawdzenia obu warunków w Rozporządzaniu przywołuję się normę PN EN ISO Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody obliczania. Strona 1

2 Spełnienie warunku pod kątem uniknięcia wzrostu grzybów pleśniowych polega na zaprojektowaniu przegrody tak, aby tzw. maksymalny obliczeniowy czynnik temperaturowy na powierzchni wewnętrznej (f Rsi,max ) był mniejszy od dopuszczalnego: f Rsi > f Rsi,max Warunek na kondensację pary wodnej wewnątrz przegrody uznaje się także za spełniony, jeśli ilość wykondenosowanej wilgoci w przegrodzie wysycha w ciągu roku tak, aby nie następował jest przyrost w kolejnych latach. Aby sprawdzić oba warunki dla projektowanej przegrody, należy wykonać roczne (dla każdego miesiąca) obliczenia. Znając wilgotności i temperatury powietrza zewnętrznego oraz wewnętrznego, parametry cieplne oraz wilgotnościowe (współczynnik oporu dyfuzyjnego, dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy powietrza) warstw przegrody, dla każdego miesiąca roku wyznacza się rozkład ciśnień pary wodnej w przegrodzie oraz oblicza czynnik temperaturowy na powierzchni wewnętrznej dla założonej wilgotności krytycznej. Obliczanie kondensacji międzywarstwowej Metoda obliczeń wewnętrznej kondensacji pary wodnej, zaproponowana w PN EN ISO 13788:2003. W opisywanej metodzie zakłada się, że: a) początkowo przegroda jest całkowicie wysuszona, b) układ jest jednowymiarowy, c) warunki wilgotnościowe już ustaliły się (tzn. obliczenia rozpoczyna się od stanu ustalonego), d) ruch powietrza przez warstwy przegrody lub wewnątrz niej nie są rozważane, e) materiały użyte do budowy przegrody nie są higroskopijne, f) transport wilgoci polega wyłącznie na dyfuzji pary wodnej, opisanej następującym równaniem: δ µ = = δ (1) gdzie: g gęstość strumienia wilgoci [kg/(m 2 s)], δ o współczynnik dyfuzji pary wodnej w powietrzu [kg/(m s Pa)] δ o = kg/(m s Pa), µ współczynnik oporu dyfuzyjnego pary wodnej [-] s d dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy powietrza pod względem oporu dyfuzyjnego pary wodnej [m] Wielkość δ o jest uzależniona od temperatury i ciśnienia atmosferycznego, ale wpływ tych czynników jest w niniejszej normie zaniedbywany. Zaleca się, aby niniejsza metoda uważana była raczej za sposób oszacowania, niż za narzędzie służące do dokładnego przewidywania. Jest ona przydatna przy porównywaniu różnych budynków i oceny skutków modyfikacji. Nie dostarcza dokładnych prognoz warunków wilgotnościowych wewnątrz budowli w warunkach eksploatacji, nie jest także właściwa do obliczeń związanych z wysychaniem wilgoci budowlanej. Strona 2

3 W normie zaproponowano następującą procedurę obliczeń: początkowo należy zdefiniować własności materiałowe: grubości warstw d, współczynniki przewodzenia ciepła δ o i współczynniki oporu dyfuzyjnego µ, po czym obliczyć opory termiczne R, R si, R se i równoważne grubości warstw s d. Następnie: a) określa się temperatury oraz wilgotności wewnętrzne i zewnętrzne, b) wykonuje się obliczenia rozkładu temperatury w przekroju poprzecznym ściany, c) oblicza się rozkład pary wodnej nasyconej w funkcji temperatury, d) rysuje się przekrój poprzeczny ściany zastępując grubości rzeczywiste warstw materiału równoważnymi grubościami warstw powietrza (s d ); jeśli w ścianie nie ma żadnej wilgoci skondensowanej w poprzednich miesiącach, to rysuje się wykres ciśnienia pary wodnej jako linię prostą pomiędzy wartościami rzeczywistego ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego w tym przypadku wykresy ciśnienia rzeczywistego pary wodnej i ciśnienia pary wodnej nasyconej nie przecinają się; jeśli wykresy te przecinają się, to kondensacja występuje i wykres ciśnienia pary wodnej powinien być rysowany w postaci stycznych do wykresu ciśnienia pary wodnej nasyconej. Jeżeli kondensacja pary wodnej występuje, to ma ona miejsce najczęściej na jednej lub kilku powierzchniach styku warstw materiałów. Na tych powierzchniach wartość wilgotności względnej wynosi 100% do czasu aż kondensat całkowicie odparuje (wyschnie). Możliwe jest również, aby kondensacja wystąpiła w strefie. Jeżeli wystąpi ona w jednej lub wielu strefach, to należy policzyć ilość wykondensowanej wilgoci w każdej z tych stref. Kondensat w materiale jest skoncentrowany w środku strefy kondensacji i tam wilgotność względna wynosi 100% do czasu aż kondensat wyparuje. W każdej strefie i powierzchni kondensacji ciśnienie pary wodnej przyjmuje się jako równe ciśnieniu pary wodnej nasyconej i wykres ciśnienia pary wodnej rysuje się jako linie proste pomiędzy wartością ciśnienia pary wodnej wewnątrz, powierzchnią/strefą kondensacji i wartością ciśnienia pary wodnej na zewnątrz, e) oblicza się ilość wykondensowanej (lub wyparowanej) podczas danego miesiąca wilgoci i dodaje (lub odejmuje) się tę wartość od ilości wilgoci zakumulowanej w danym przekroju przegrody podczas poprzednich miesięcy. Jeżeli zakumulowana ilość wilgoci w końcu danego miesiąca jest ujemna to oznacza, że cała wilgoć wyparowała przed końcem miesiąca. Wówczas miesiąc ten dzieli się na dwa okresy. Pierwszy, kiedy wilgoć wyparowuje z przegrody i drugi kiedy przegroda jest już sucha. W tym ostatnim przypadku obliczenia następnego miesiąca rozpoczyna się przyjmując zerową zawartość wilgoci w przegrodzie. Strona 3

4 Przypadek kondensacji wilgoci w płaszczyźnie: Ilość wykondensowanej wilgoci zgodnie z (1) wynosi: = δ + [kg/m 2 ] δ o = kg/(m s Pa), p i ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wewnętrznym [Pa], p e ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu zewnętrznym [Pa], p s, p c ciśnienia pary wodnej w stanie nasycenia [Pa], s d1, s d2, s d3 dyfuzyjnie równoważne grubości warstw powietrza pod względem oporu dyfuzyjnego pary wodnej [m] Przypadek kondensacji wilgoci w dwóch płaszczyznach: Strona 4

5 Strona 5 Ilość wykondensowanej wilgoci zgodnie z (1) wynosi: Wysychanie wilgoci wykondensowanej w jednej płaszczyźnie: Wysychanie wilgoci wykondensowanej w dwóch płaszczyznach: [kg/m 2 ] [kg/m 2 ] + = δ + = δ

6 Wysychanie wilgoci wykondensowanej w strefie = δ Wyrażenia na strumień parowania i kondensacji są takie same. Umownie kondensacja pojawia się wtedy, gdy wyrażenie jest dodatnie, a parowanie gdy jest ujemne. Strona 6

7 Wszystkie opisane powyżej warunki, ich obliczenia i sprawdzenia, można dokonać w programie BDEC Pro, który wyposażony został w pełen algorytm zgodny z normą PN EN ISO 13788: Zaimportowanie wybranej przegrody z zakładki Przegrody. Strona 7

8 2 Określenie warunków wewnętrznych, poprzez wybór klasy wilgotnościowej pomieszczenia odpowiedniej dla jego przeznaczenia. Strona 8

9 3 Obliczanie współczynnika temperaturowego f Rsi, pozwalającego oszacować ryzyko rozwoju pleśni. Program oblicza najpierw współczynnik f Rsi na podstawie oporów cieplnych warstw przegrody i oporu przejmowania ciepła. Strona 9

10 4 Następnie wykonywane są obliczenia współczynnika f Rsi dla każdego miesiąca przy założonej wilgotności krytycznej. Po obliczaniach, w podsumowaniu, następuje sprawdzenie warunku ze względu na temperaturowy czynnik powierzchni wewnętrznej. Strona 10

11 5 Program wykonuje obliczenia rocznego bilansu wilgoci oraz ilości wilgoci zakumulowanej z powodu kondensacji międzywarstwowej spowodowanej dyfuzją pary wodnej. Po zakończonych obliczeniach, także tym punkcie następuje podsumowanie. Strona 11

12 6 Opcja Pokaż szczegółowe wyniki przedstawia wyniki obliczeń kondensacji międzywarstwowej, osobno dla każdego miesiąca, w postaci tabelarycznej i graficznej. Strona 12

13 7 Na końcu program przedstawia ogólne podsumowanie analizy cieplno wilgotnościowej dla projektowanej przegrody pod kątem spełnienia warunków wymaganych Rozporządzeniem. 8 Dodatkowo istnieje możliwość generowania raportów z wynikami obliczeń w postaci pliku *.pdf. Strona 13