[B026] 4 żywioły w Twoim domu, czyli fizyka budowli cz. 1/3

fizyka budowli
Dawniej domy były dużo prostsze niż obecnie.

Cześć!

Dzisiaj chciałbym zaprosić Cię do zgłębienia bardziej teoretycznego tematu. Będzie to kompletnie inny artykuł niż te, które dotychczas publikowałem. Przedstawiam w nim zagadnienia o których każdy słyszał, ale mało kto dokładnie poznał. Dzięki przedstawionej tu wiedzy zrozumiesz w jaki sposób działa Twój dom. Dokładnie tak: działa. Bo to że stoi i się nie rusza, nie oznacza, że nic się w nim nie dzieje.

Postaram się udzielić odpowiedzi na pytania takie jak:

  • Jakie są przyczyny wilgoci w domu?
  • Jak zabezpieczać dom przed wodą opadową?
  • Jak i po co wykonać hydroizolację fundamentów?
  • Czy ściany powinny oddychać?
  • Po co budować szczelny dom?
  • Czy paroizolacja jest potrzebna?
  • Jak prawidłowo stosować paroizolacje?
  • Jak prawidłowo stosować ocieplenie styropianem?
  • Jak wykonać ocieplenie dachu?
  • I wiele innych…

Ta wiedza przyda Ci się przed i podczas budowy. Dzięki niej będziesz mógł samodzielnie ocenić, czy przyjęte w projekcie rozwiązania mają sens, albo czy wykonawca nie zrobił czegoś źle „bo zawsze tak robimy”. Na początek zrób sobie herbatę albo kawę i usiądź wygodnie bo to będzie długa historia.

Czym jest dom?

Tak wiem, że to absurdalne pytanie, ale musimy na nie odpowiedzieć żeby wszystko zrozumieć. Dom jest budynkiem w którym możemy mieszkać. To proste, ale drążymy dalej: co jest takiego szczególnego w domach, że można w nich mieszkać? To też nie jest podchwytliwe ani trudne pytanie. Budynki mają fundamenty, ściany, dach i dzięki temu w środku jest nam przyjemniej niż na zewnątrz. Nic odkrywczego, ale to jest właśnie podstawa do zrozumienia świata budownictwa: każdy dom lub inny budynek służy właśnie do tego, aby oddzielić środowisko wewnętrzne od zewnętrznego.

Czym są przegrody budowlane

W dzisiejszych czasach podłoga, ściana i dach są tak oczywistymi elementami otaczającej nas rzeczywistości, że nikt poza budowlańcami nie przywiązuje do nich większej uwagi. Ale z okazji, że chcesz wybudować własny dom warto żebyś poznał je bliżej. Nazywamy je fachowo przegrodami budowlanymi, bo ich podstawową funkcją jest właśnie oddzielenie środowiska wewnętrznego od zewnętrznego. Znowu banał. Zauważ jednak, że jeżeli przegrody budowlane zawiodą i przestaną pełnić skutecznie swoją funkcję to cała praca pójdzie na marne. Równie dobrze można by mieszkać pod chmurką albo w jaskini. Zgadzasz się ze mną? W takim razie musimy odpowiedzieć na kolejne, trudniejsze pytanie? Czym tak dokładnie zajmują się przegrody, jakie funkcje pełnią?

Funkcje przegród budowlanych

Wiesz już, że nadrzędną funkcją jest oddzielenie środowiska wewnętrznego od zewnętrznego. W tym zawiera się szereg bardziej szczegółowych zadań:

  • Funkcja konstrukcyjna – jest nadrzędna w stosunku do wszystkich poniżej. Każda przegroda i każdy budynek musi po prostu wytrzymać wszystkie działające na niego obciążenia takie jak ciężar własny, wiatr, woda, śnieg, parcie gruntu, obciążenia pochodzące od użytkowania, pożar i inne. Bez tego nie ma mowy o dalszych funkcjach.
  • Funkcja kontrolna –najbardziej złożona i najtrudniejsza do zrozumienia. Pod tym pojęciem znajduje się szeroko rozumiana kontrola i regulacja wszystkich nie konstrukcyjnych obciążeń działających na przegrodę. Innymi słowy: kontrola przepływu wody, powietrza, wilgoci i ciepła przez przegrodę (a dodatkowo: światła, dźwięku, szkodników, dymu, ognia). Jest to tak naprawdę zadbanie o nasz komfort fizyczny wewnątrz domu. Jeżeli przegroda nie jest w tanie skutecznie kontrolować przepływów to budynek będzie bardzo nie przyjazny dla użytkownika i kolejne dwie funkcje nie mają znaczenia.
  • Funkcja wizualna – każdy budynek siłą rzeczy musi jakoś wyglądać. A wygląda tak, jak wyglądają jego przegrody zarówno na zewnątrz jak i wewnątrz. Dzięki swojemu wyglądowi może wzbudzać emocje, przekazywać informacje itp. Tym zajmują się architekci, więc ja się nie wtrącam.
  • Funkcja kształtowania przestrzeni – przegrody pozwalają wydzielić poszczególne miejsca, pomieszczenia, a także zapewniają komunikację pomiędzy nimi. I nie chodzi tu tylko o przechodzenie człowieka z jednego pomieszczenia do drugiego, ale również o rozprowadzenie w budynku powietrza, wody i wszelkich mediów.

Wszystkie powyższe funkcje mają wpływ na siebie nawzajem. Np. uzyskanie określonego efektu wizualnego wymusza pewne rozwiązania konstrukcyjne lub odwrotnie. Dlatego budynki projektowane są jako całość, jako zestaw rozwiązań pełniących określone funkcje.

Projektowaniem konstrukcji zajmują się inżynierowie budownictwa na spółkę z architektami. Na szczęście jest to materia bardzo dobrze znana i zawalenia się budynków są rzadkością. Za funkcję wizualną odpowiadają architekci i też zazwyczaj nieźle sobie radzą. W razie niepowodzenia po prostu nie trafią w czyjś gust, a w najgorszym wypadku dostaną „Makabryłę”. Kształtowanie przestrzeni jest zależne od wielu czynników: potrzeb inwestora, doświadczenia architekta, możliwości konstrukcyjnych, sposobów dystrybucji mediów itp. Mnogość osób uczestnicząca w tym etapie projektowania może być spora, ale gdy kupujesz gotowy projekt domu to tak naprawdę dostajesz gotowe rozwiązania i po kłopocie.

A co z funkcją kontrolną? O tym właśnie chciałem Ci opowiedzieć więcej. Zapewnienie tej funkcji przegrody leży po stronie projektanta budynku. Czyli kogo? Konstruktora? Architekta? Inżyniera od instalacji? Dla Ciebie jako Inwestora to naprawdę nie ma znaczenia kto to zaprojektuje. A jak to wygląda w praktyce? Na studiach budowlanych ten zakres jest traktowany bardzo pobieżnie. Na architekturze tak samo. Projektowanie funkcji kontrolnych przegrody w polskim prawie sprowadza się do wymogów co do izolacyjności cieplnej, a bardziej dociekliwe osoby znajdą też normę dotyczącą paroizolacyjności. Ale zaprojektowaniem całego kompletu funkcji mało kto chce się profesjonalnie zająć. Dlaczego? Bo to jest trudne, bo zawsze tak robimy (my inżynierowie i architekci), bo gotowy projekt ma być tani i nie ma czasu na detale. A efekty bywają różne, ale zacznijmy od początku.

Dawne czasy w budownictwie

fizyka budowli
Przepływy wody, powietrza, pary i ciepła w starym domu.

Dawniej, zanim wymyślono styropian, plastikowe okna i bieżącą wodę ludzie też żyli w domach, tyle że kompletnie innych. Ówczesne budynki były bardzo proste. Składały się praktycznie z samej konstrukcji, która „średnio” dawała sobie radę z funkcja kontrolną jaką znamy dzisiaj. Podłoga na gruncie dawała praktycznie taką izolację jak sam grunt – czyli żadną. Ściany murowane z cegły również nie grzeszyły termoizolacyjnością. Za to dużo lepiej izolujące ściany z drewna mogły mieć nieszczelności. Do tego klasyczny dach, kryty dachówką ceramiczną bez żadnych dodatkowych zabezpieczeń, który mniej lub bardziej przeciekał. Drzwi i okna bez żadnych uszczelek. Dzisiaj oznaczałoby to katastrofę, ale wtedy nic szczególnego się nie działo.

W całym domu wystarczył jeden komin dymowy i żadnego wentylacyjnego, a mimo to powietrze ciągle było wymieniane przez nieszczelności. Jeżeli woda gdzieś się dostała to mogła łatwo odparować, bo warstw było niewiele i były dobrze przepuszczalne. Takie domy potrzebowały ogromnej ilości energii do ogrzewania, ale wtedy nie było to wadą, a wręcz przeciwnie. Ogrzewanie i duże straty energii przez ściany, podłogę czy dach powodowały że cała znajdująca się tam wilgoć po prostu wysychała. To stąd wzięło się przekonanie, że dom musi „oddychać”.

Później ludzie wymyślili nowe materiały i technologie i nauczyli się budować tak, aby w domu nie było przeciągów, a temperatura wewnątrz nie spadała zimą w okolice zera stopni. Dzisiaj już nikt nie chce wracać do „starych dobrych czasów”. Nie pozostaje to bez konsekwencji dla budynków. Teraz przegrody muszą stawić czoła nowym i znacznie trudniejszym wymaganiom.

Współczesne budownictwo

fizyka budowli
Przepływy wody, powietrza, pary i ciepła w nowym domu.

Współczesna przegroda budowlana ma wielokrotnie niższy współczynnik przewodzenia ciepła od murowanej ściany lub klepiska na gruncie. Na dodatek każdy Inwestor chce aby ten współczynnik był jak najniższy. Bardzo słusznie zresztą, bo w ten sposób dbamy o swój portfel i środowisko. A wiesz jakie są konsekwencje? Energia, która dawniej była tracona przez przegrody powodowała ich osuszanie. Dzisiaj straty energii są minimalne, a więc zdolności do wysychania również mocno spadły.

A to dopiero wierzchołek góry lodowej. Wiele stosowanych dzisiaj materiałów ma dużo mniejszą zdolność do przepuszczania pary wodnej. Szczególnie mam tu na myśli styropiany, folie i wszelkie hydroizolacje. Z jednej strony izolujemy się od przepływu ciepła, pary i wody, a z drugiej drastycznie redukujemy zdolność do jej odprowadzenia z przegrody. Przykład: ściana murowana z gazobetonu ocieplona styropianem. Styropian ma stosunkowo małą zdolność przepuszczania pary wodnej. W niekorzystnych warunkach może zdarzyć się, że więcej pary będzie dostawało się do niego niż odparowywało i w efekcie mamy zawilgocenie ściany. Inny przykład: konstrukcja dachowa z warstwami od góry: szczelna izolacja z papy, termoizolacja, paroizolacja. Niby mamy po stronie wewnętrznej paroizolację, ale jeżeli odrobina wilgoci się przez nią przedostanie (albo zostanie zamknięta w czasie budowy) to nie ma gdzie wyjść. Jeżeli wilgoć będzie się akumulowała w środku to zawilgocenie gotowe.

Sprawa komplikuje się jeszcze bardziej gdy zdamy sobie sprawę, że zmieniły się materiały budowlane. Chcemy budować szybciej i taniej, więc materiały są lżejsze i delikatniejsze, mniej odporne na wilgoć. Spójrzmy na to inaczej: dawniej wilgoć z powietrza po prostu opuszczała wnętrze domu wraz z energią przez ścianę. Ceglana ściana mogła pomieścić stosunkowo dużo wody bez żadnej szkody. Dzisiaj ta sama ilość pary wodnej w powietrzu chce przejść przez ścianę z gazobetonu pokrytą styropianem. Nie dość że mniej energii zajmie się transportowaniem wilgoci przez przegrodę i styropian, stawia ona dodatkowy opór przepływowi pary (o czym pisałem wyżej). Dodatkowo okazuje się, że woda w przegrodzie będzie przebywała dłużej i nie zmieści się jej tyle co w ścianie ceglanej. A o sufitach z płyt gipsowo-kartonowych nawet nie ma co wspominać. Jeżeli więcej wilgoci będzie przybywało niż ubywało to mamy zawilgocenie i pleśń.

Przy temacie odporności materiałów na wodę nie sposób nie wspomnieć o wodzie deszczowej lub śniegu. Gdy woda dostanie się przez nieszczelność to będzie miała naprawdę sporo trudności z odparowaniem. Oznacza to, że domy muszą być budowane dużo dokładniej i szczelniej zatem i drożej.

Pewnie zauważyłeś też, że wszystko „kręci się” wokół wody? Masz rację, woda jest wszędzie i pod różnymi postaciami: lodu, wody lub pary wodnej. Wilgoć o której tu piszę jest niczym innym jak tylko wodą. Każda z tych postaci jest kłopotliwa dla przegród budowlanych, bo wilgotne podłoże to idealne podłoże dla pleśni i grzybów. A tego nie chcemy mieć w domu.

Czy to znaczy, że powinniśmy wrócić do przeszłości i budować z kamieni i gałęzi? Jest to jakieś rozwiązanie, ale ja w to nie wchodzę. Lepiej zadbać o prawidłową wentylację i bardziej przyłożyć się do kontrolowania tego co dzieje się w przegrodach. Tylko jak?

„Ściany powinny oddychać”

W każdym nowym domu wentylacja jest najważniejsza dla zapewnienia komfortowego środowiska wewnętrznego. Sam temat wentylacji jest na tyle złożony, że stanowi dobry materiał na oddzielny artykuł. Tutaj chciałbym poruszyć zagadnienie „oddychania ścian”.

Pojęcie to powstało zapewne w wyniku niewiedzy „fachowców” budowlanych. Ściany oczywiście nie oddychają i oddychać nie muszą. Oddychanie jest cechą organizmów żywych, w tym ludzi. I rzeczywiście człowiek w budynku musi oddychać. Budynek, a dokładniej jego przegrody muszą za to w kontrolowany sposób przepuszczać (lub nie przepuszczać) powietrze i parę wodną co właśnie potocznie określone jest mianem „oddychania ścian”. Jednocześnie powietrze wewnątrz budynku musi być nieustannie wymieniane na nowe za pomocą wentylacji.

Kluczem do zrozumienia powyższego zagadnienia jest słowo „kontrolowany”. Tak jak pisałem wyżej: stare budynki były niezbyt szczelne przez co para, powietrze, woda i energia cieplna beztrosko podróżowały przez przegrody. Dzisiaj, gdy budujemy domy o znacznie wyższym standardzie to my dyktujemy warunki. A są one następujące:

Po pierwsze: wentylacja. Zużyte powietrze, szczególnie takie w którym jest dużo pary wodnej (np. z gotowania lub kąpieli) musi być usuwane przez sprawną wentylację. To najlepszy sposób na uniknięcie zawilgocenia ścian, podłóg i dachów. Dobra wentylacja potrafi usunąć z pomieszczeń ponad 99% pary wodnej. Co oznacza, że przez przegrody przedostaje się mniej niż 1%. Słaba wentylacja też usuwa znacznie więcej pary niż przegroda bo aż 97%.

Po drugie: mimo wentylacji w dalszym ciągu przez przegrodę próbuje się przedostać 1-3% pary wodnej. Jednorazowo nie jest to dużo, ale wróć kilka akapitów wyżej: para ma spore trudności w przejściu przez zaizolowaną przegrodę i jeżeli zatrzyma się gdzieś po drodze to dojdzie do nagromadzenia wody w przegrodzie. A później wiesz co będzie. Ten proces może trwać nawet kilka lat zanim mieszkańcy zorientują się że coś jest nie tak. Dlatego przegrody budujemy tak aby utrudnić dostawanie się do nich pary, a gdy już się tak dostanie to ułatwiamy jej wyjście.

Cztery żywioły w Twoim domu: woda, powietrze, para, ciepło

Powoli zbliżamy się do konkretów. Trzeba zaprojektować i wybudować wszystkie przegrody (podłogi, ściany, dach) tak, aby się nie zawaliły (funkcja konstrukcyjna) i jednocześnie skutecznie oddzielały środowisko zewnętrzne od wewnętrznego, czyli odpowiednio kontrolowały przepływ wody, powietrza, pary wodnej i ciepła. Zauważ, że celowo nie piszę tu o zatrzymaniu przepływu przez przegrodę tylko o jego kontroli. Całkowita szczelność przegrody jest trudna do uzyskania i nie zawsze potrzebna, a czasem wręcz szkodliwa.

A w jaki sposób możemy kontrolować przepływ przez przegrodę? Teoretycznie jest to bardzo proste. Na konstrukcji wystarczy zastosować cztery warstwy kontrolne:

  1. Warstwę kontrolującą przepływ wody;
  2. Warstwę kontrolującą przepływ powietrza;
  3. Warstwę kontrolującą przepływ pary wodnej;
  4. Warstwę kontrolującą przepływ ciepła.

I to wszystko. Gdy zastosujesz prawidłowo te warstwy we wszystkich przegrodach to gwarantuje Ci, że nigdy nie będziesz miał żadnego problemu z zawilgoceniem, przeciągami i zimnem w swoim domu. Genialne w swojej prostocie – przynajmniej teoretycznie. Teraz należy się kilka stron wyjaśnienia czym są te warstwy i jak je stosować.

Hierarcha warstw kontrolnych

fizyka budowli
Cztery podstawowe warstwy kontrolne i ich hierarchia

Przepływ wody przez przegrody budowlane

Wyżej podana kolejność warstw kontrolnych nie jest przypadkowa. Są one ułożone od najważniejszej do najmniej ważnej. Po pierwsze musimy kontrolować „wodę”, czyli deszcz, śnieg, lód i wody gruntowe. Zauważ, że jeżeli nie powstrzymamy wody z zewnątrz przeciw wnikaniu do przegród i wnętrza domu to tak naprawdę cała praca idzie na marne. Woda w ścianach stwarza idealne warunki do rozwoju pleśni, woda zawilgaca termoizolację przez co spada jej współczynnik przewodzenia ciepła, albo woda po prostu kapie na głowę.

Przepływ powietrza przez przegrody budowlane

Po drugie musimy kontrolować przepływ powietrza. I nie chodzi tutaj o wentylację która musi po prostu być sprawna – to jest osobny temat. Chodzi o przepływ powietrza przez same przegrody – muszą one być szczelne. Dlaczego? Bo powietrze zawsze zawiera w sobie parę wodną. Przepływ powietrza z ciepłego wnętrza do zimnego środowiska na zewnątrz powoduje, że wraz z powietrzem przepływa para. Gdy trafi ona na zimną powierzchnię gdzieś w środku przegrody to mamy kondensację (skraplanie się pary), czyli wodę w przegrodzie. Efekt taki sam jak przy braku kontroli wody. Kolejnym, dość oczywistym powodem dla którego kontrolujemy przepływ powietrza jest brak przeciągów, a tym samym nie tracimy ciepłego powietrza, za którego ogrzewanie przecież płacimy.

Przepływ pary wodnej przez przegrody budowlane

Dopiero gdy zadbamy o dwie powyższe kwestie możemy skupić się na kontrolowaniu przepływu samej pary wodnej. Kontrola wody i powietrza była łatwiejsza, bo każdy wie jak wygląda deszcz który trzeba odprowadzić z dachu, albo jak wygląda dziura w ścianie przez którą ucieka powietrze. Para wodna działa bardziej „podstępnie”. Nie widać jej, nie słychać i próbuje się przedostać przez przegrodę nawet gdy nie ma w niej żadnych otworów. Jest to dość skomplikowane zjawisko fizyczne zwane dyfuzją pary wodnej. W dużym uproszczeniu polega ono na przenikaniu pary wodnej z miejsca gdzie jest większe ciśnienie pary do miejsca gdzie jest mniejsze ciśnienie pary. Ciśnienie to jest bezpośrednio związane z temperaturą powietrza. Czyli w naszym wypadku: para przepływa zimą (wraz z ciepłem) z ogrzewanego wnętrza domu na zewnątrz. Latem zjawisko zachodzi w drugą stronę. I nie byłoby w tym nic strasznego, gdyby nie to, że para może natrafić w przegrodzie na zimną powierzchnię na której nastąpi kondensacja. Może też trafić na warstwę nieprzepuszczalną i tam utknąć. W ogólnym rozrachunku ilości pary wodnej dyfundującej przez przegrodę  są bardzo małe w porównaniu do wody deszczowej, a nawet do pary przepływającej wraz z powietrzem. Mimo to para potrafi latami gromadzić się po trochę w przegrodach jeżeli nie zdoła wyjść. Efekt: znowu ten sam co poprzednio.

Przepływ ciepła przez przegrody budowlane

Czwartym w hierarchii przepływem który musimy kontrolować jest przepływ ciepła. Teraz już widzisz, że nie jest on na samym końcu przypadkowo. Dobre ocieplenie jest małym pocieszeniem w zawilgoconym budynku. Co więcej: niektóre materiały termoizolacyjne tracą swoje właściwości gdy są mokre. Nie znaczy to, że trzeba zrezygnować z ocieplenia. Jest ono przecież ważne, bo podnosi temperaturę wewnątrz przegród, co zapobiega kondensacji na zimnych powierzchniach. Jednocześnie pomaga spełnić nasze marzenia o jak najniższych rachunkach za ogrzewanie. Ale jeszcze raz powtórzę: grubość izolacji i jej współczynnik przewodzenia ciepła to ostatnia rzecz z jaką trzeba się zmierzyć w prawidłowo wykonanej przegrodzie budowlanej. Są ważne, ale nie najważniejsze jak to się powszechnie wydaje.

Trwałość budynku

Wyżej wymienione warstwy kontrolne mają bezpośredni wpływ nie tylko na komfort mieszkańców budynku, ale również na jego trwałość. Wadliwa praca dowolnej z nich powoduje zawilgocenie przegród i powolne niszczenie. Najbardziej wrażliwe jest tu drewno, płyty G-K i delikatne materiały wykończeniowe. Dlatego wszystkie warstwy muszą być poprawnie zaprojektowane i wykonane od początku do końca.

Na tym kończę pierwszą część serii artykułów o podstawach fizyki budowli. Wiesz już na co musimy zwracać uwagę budując przegrody. A jeśli chcesz dowiedzieć się jak takie przegrody powinny wyglądać to zapraszam do kolejnej części.

Krystian 🙂

2 komentarzy do “[B026] 4 żywioły w Twoim domu, czyli fizyka budowli cz. 1/3

  1. Trafiłam tutaj przypadkiem. Też jestem z wykształcenia budowlańcem. Często staram się inwestorom tłumaczyć różnicę między starym, a nowym budownictwem, oddychaniem przegród oraz jakie duże znaczenie ma w dzisiejszym budownictwie wentylacja. W tym artykule wszystko jest super opisane, prostym językiem. Jeżeli przyjdzie mi komuś to tłumaczyć to bez wahania odeślę go do tego artykułu : ) Pozdrawiam

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.

Witaj Inwestorze!

Na budowach i w projektach ciągle widzę te same, powtarzające się błędy. Ty nie musisz ich popełniać. Przecież możesz zapisać się na newsletter i pobrać darmowy ebook!

Oprócz niego dostaniesz 10 innych przydatnych plików i przypomnienia o nowych artykułach!



Zapisując się wyrażasz jednocześnie zgodę na otrzymywanie newslettera.