[B027] Idealna ściana, dach i podłoga, czyli fizyka budowli cz. 2/3

fizyka budowli

Witaj!

W poprzednim artykule [B026] 4 żywioły w Twoim domu, czyli fizyka budowli cz. 1/3 przedstawiłem Ci na jakie aspekty musimy zwrócić uwagę przy projektowaniu i wykonaniu dobrze działających przegród budowlanych. Teraz czas na kolejny krok, w którym przedstawię Ci w jaki sposób ułożyć wszystkie warstwy kontrolne w przegrodzie.

Teoretycznie idealna przegroda

Cała teoria, którą poniżej przytoczyłem nie jest moim wymysłem. Opiera się na znanych nauce zjawiskach fizycznych i wielu latach doświadczeń całych pokoleń inżynierów i naukowców. Na wyróżnienie zasługuje tu szczególnie jedna osoba, która zainspirowała mnie do napisania tej serii artykułów: dr inż. Joseph Lstiburek. Jest on autorem koncepcji „przegrody idealnej”, którą tutaj przytaczam i wkładam ją w polskie realia. Oryginalny dokument możesz przeczyta klikając tutaj.

Idealny układ warstw kontrolnych

Na początku musisz wiedzieć, że przytoczone tu ogólne zasady dotyczą wszystkich przegród zewnętrznych: zarówno dachów, ścian jak i podłóg na gruncie. W pewnym sensie domy szkieletowe mają tutaj łatwiej: dach, ściany, podłoga mogą mieć dokładnie taką samą konstrukcję i układ warstw. W tradycyjnym polskim budownictwie sprawa nieco się komplikuje, ale spokojnie, damy sobie z tym radę.

W idealnej przegrodzie warstwy kontrolne muszą mieć określoną kolejność. Jako podstawę mamy warstwę konstrukcyjną, dzięki której budynek istnieje. Generalną zasadą jest ułożenie warstw kontrolnych na zewnątrz konstrukcji (a czasem po jej obu stronach) tak aby ją chronić. Konstrukcja jest najważniejsza bo bez niej budynek się zawali.

Pierwszą zewnętrzną warstwą jest oczywiście ta kontrolująca wodę. Musi ona chronić wszystkie pozostałe warstwy i konstrukcję przed wodą i promieniowaniem UV. Chyba nie muszę już wyjaśniać dlaczego jest to ważne i dlatego czasem warto zdublować tę warstwę.

Druga (licząc od zewnątrz) powinna być warstwa kontrolująca przepływ ciepła. Jej zadaniem jest ochrona pozostałych warstw przed wahaniami temperatur i oczywiście zapobieganie „ucieczce” ciepła z budynku. Stała (lub przynajmniej mniej zróżnicowana) temperatura materiałów budowlanych jest dla nich po prostu dobra. Szczególnie materiały z tworzyw sztucznych dłużej zachowują swoje właściwości w stałej, dodatniej temperaturze. Materiały nasączone wodą nie zamarzają i nie niszczeją, a konstrukcja ma mniejsze odkształcenia termiczne.

Warstwa kontrolująca przepływ powietrza jest już odrobinę trudniejsza do umiejscowienia. Żeby ją prawidłowo zamontować trzeba rozważyć kilka aspektów. Pierwszy: nie chcemy dopuścić aby powietrze niosące parę wodną dostawało się do konstrukcji i izolacji. Jednocześnie z warstwy izolacji i konstrukcji nie powinno przedostawać się do wewnątrz budynku – nie koniecznie chcemy oddychać tym, co znajduje się w we wszystkich warstwach. Dlatego chociaż teoretycznie wystarczy tylko jedna warstwa blokująca przepływ powietrza to w praktyce warto zastosować dwie. Jedną po stronie zewnętrznej pomiędzy warstwą kontrolną wody a termoizolacją, oraz drugą całkowicie po stronie wewnętrznej.

Została nam jeszcze jedna, ostatnia warstwa kontrolująca przepływ pary wodnej. Jej umiejscowienie jest ściśle powiązane z przepływem ciepła przez przegrodę. Pamiętaj, że para wodna przepływa razem z ciepłem. Zimą na zewnątrz budynku, a latem do środka. I to właśnie jest problem. W naszym klimacie raz potrzebujemy warstwy po stronie wewnętrznej (zimą), żeby para nie dostawała się do przegrody, a raz (latem) po stronie zewnętrznej z tego samego powodu. Jeżeli zastosujemy dwie paraizolacje to okaże się, że kierujemy ją tylko do środka przegrody bez możliwości jej wyjścia w którąkolwiek stronę. Oczywiście jest na to rozwiązanie: nie używać paroizolacji. Wcale nie żartuję. Dużo lepiej jest nie zastosować paroizolacji niż zastosować ją błędnie. Sam zobacz: jeżeli wentylacja w budynku działa prawidłowo, a warstwa chroniąca przed przepływem powietrza jest całkowicie szczelna to ilość pary wodnej dostającej się do przegrody przez dyfuzję będzie naprawdę minimalna. Dobrze zaprojektowana i wykonana przegroda da sobie z nią radę, bo będzie mogła wyschnąć na zewnątrz i do wewnątrz. Oczywiście nie namawiam teraz nikogo aby wyrzucił swoją paroizolację. Jak najbardziej możliwe jest jej prawidłowe wykonanie, a w szczególnych przypadkach jest niezbędne. Ogólna zasada w naszym klimacie jest taka: paroizolacja wysokiej jakości po wewnętrznej stronie przegrody.

Teoretycznie układ wszystkich warstw kontrolnych w przegrodzie powinien wyglądać zatem następująco:

  • środowisko zewnętrzne

  • podwójna warstwa wodochronna

  • warstwa kontrolna powietrza

  • warstwa termoizolacyjna

  • konstrukcja*

  • warstwa kontrolna pary wodnej

  • warstwa kontrolna powietrza

  • środowisko wewnętrzne

* teoretyczna warstwa konstrukcyjna nie pełni żadnej innej roli jak przenoszenie obciążeń, dlatego jest ustawiona pomiędzy innymi warstwami aby ją chronić. W rzeczywistości konstrukcja może pełnić też inne funkcje, więc jej położenie może być nieco inne, ale nigdy nie powinno być przed warstwą termoizolacyjną.

fizyka budowli idealna ściana
Idealny układ warstw kontrolnych w dowolnej przegrodzie

Jest to idealny układ warstw w przegrodzie w naszym klimacie i do takiego powinniśmy dążyć. Niestety rzeczywistość nie jest taka idealna jakbyśmy tego sobie życzyli. Okazuje się bowiem, że czasem jeden materiał pełni kilka funkcji jednocześnie, pomimo, że tego nie chcemy (np. gdy materiał ma być paroprzepuszczalny, a nie jest). A czasem jeden materiał pełni tylko jedną funkcję i musimy zastosować zestaw warstw, żeby uzyskać pożądany efekt.

Idealna przegroda opisana powyżej działa zarówno dla dachu, ściany oraz fundamentu. Jest tylko jeden warunek: wszystkie warstwy muszą zachować ciągłość wokół całego budynku. Czyli łączymy warstwę wodochronną podłogi z warstwą wodochronną ściany i warstwą wodochronną dachu itd. Super eleganckie teoretyczne rozwiązanie. Ale tu znowu praktyka daje o sobie znać. Sami dziurawimy swoje idealne przegrody: oknami, drzwiami, kominami itp. Potrzebujemy wtedy kolejnego zestawu materiałów do uszczelniania połączeń i  zachowania ciągłości warstw.

Funkcje warstw kontrolnych

Wiesz już do czego służą i w jaki sposób powinny być ułożone poszczególne warstwy kontrolne. Żeby przejść dalej do omówienia z jakich materiałów i w jaki sposób ma być wykonana idealna przegroda potrzebujemy jeszcze jednego: dokładnego zrozumienia w jaki sposób mają działać poszczególne warstwy.

Jak działa warstwa kontrolująca wodę

fizyka budowli woda
Warstwa kontrolująca wodę

Zabezpieczenie przegrody przed wodą jest najważniejszym zadaniem spośród wszystkich warstw kontrolnych. Jest też pierwszą barierą pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a budynkiem. Żeby było ciekawiej środowisko zewnętrzne jest inne powyżej i poniżej poziomu terenu.

Woda ponad poziomem terenu

Odprowadzenie wody

Deszcz lub śnieg są największym pod względem ilościowym obciążeniem budynku wodą. Dlatego pierwsze i dość oczywiste co należy zrobić to jak najszybciej odprowadzić wodę z dala do wszystkich przegród. Podstawowym elementem, który do tego służy jest dach i rynny (wiem, że to nic odkrywczego, ale nie porzucaj jeszcze czytania). Prowadzi to do wniosku, że należy kształtować dachy w taki sposób aby skutecznie, szybko i jak najdalej odprowadzać wodę. I to wcale już nie jest takie oczywiste. W praktyce sprowadza się to do zastosowania dużych okapów i niskich ścian. Najlepszym rozwiązaniem jest dom parterowy z 4 spadowym dachem i dużymi okapami. Im większy okap tym lepiej chroni ściany przed bezpośrednim działaniem deszczu. Zapytasz: dlaczego tak ważna jest ochrona ścian? Dlatego że mamy w nich drzwi i okna, czyli miejsca najbardziej wrażliwe na błędy wykonawcze i dostawanie się wody do wnętrza przegrody. Ale jest jeszcze jeden powód, żeby chronić ściany. Mają one zwykle tylko jedną warstwę chroniącą przed wodą, czyli tynk lub farbę. Skoro kontrolowanie wody jest najważniejsze to takie pojedyncze zabezpieczenie ścian jest dość ryzykowne prawda? Tym bardziej, że na dachu stosuje się zwykle dachówkę, a pod nią membranę dachową, czyli podwójne zabezpieczenie (poniżej poziomu terenu też możemy zabezpieczać przegrody podwójnie, a nawet potrójnie).

Ściany w domach bez okapów są dużo bardziej narażone na bezpośrednie działanie deszczu, więc muszą być dokładniej zabezpieczone. Dotyczy to także połączenia pomiędzy dachem i ścianą. Pokrycie przeciwwodne dachu musi być szczelnie połączone z wierzchnią warstwą ściany. Najgorszym przypadkiem są dachy płaskie. Odprowadzenie z nich wody jest możliwe, ale znacznie trudniejsze i bardziej zawodne. Trzeba się z tym liczyć.

Przy okazji deszczu warto jeszcze wspomnieć o jego połączeniu z wiatrem. Silny wiatr potrafi dosłownie popchnąć wodę pod górę albo naciskać na okno tak mocno, że woda przedostanie się pomiędzy uszczelkami. To kolejne argumenty za tym, aby podwójnie zabezpieczyć dach (woda może przejść pomiędzy dachówkami) oraz stosować jak największe okapy, aby ochraniać okna i drzwi.

Nie całą wodę da się odprowadzić

Dach i ściany poradzą sobie z większością wody deszczowej, ale nigdy nie uda się odprowadzić wszystkiego. Jak poradzić sobie z resztą? Jest jej znacznie mniej, ale nie możemy tego po prostu pominąć. Dawniej ściany z cegły, bez żadnych warstw ocieplenia i izolacji po prostu przyjmowały pewną ilość wody deszczowej, a potem wysychały. Dzisiaj jest to niemożliwe, dlatego mamy dwie inne strategie na poradzenie sobie z problemem. Pierwsza polega na użyciu absolutnie szczelnego tynku, idealnym uszczelnieniu wszystkich parapetów, wnęk okiennych, drzwiowych itp. Perfekcja jest dość trudna, ale jakoś udało się tą sztukę opanować wielu wykonawcom elewacji. Pomimo, że jest to dalej tylko pojedyncze zabezpieczenie ściany to działa ono skutecznie. Druga strategia jest częściej stosowana na dachu (albo w domach z dodatkową warstwą elewacyjną np. z desek). Pokrycie z dachówek nie jest idealnie szczelne i dopuszczamy możliwość niewielkiego przecieku. Robimy to z pełną świadomością bo wiemy, że zaraz pod spodem jest druga warstwa kontrolna wody, czyli membrana wstępnego krycia lub papa. Oczywiście wody nie możemy tam zostawić więc przestrzeń pomiędzy warstwami jest drenowana i wentylowana. I po kłopocie.

Wysychanie tego co zostało

Wydawałoby się, że powyżej podane rozwiązania w całości rozwiązują problem, ale niestety tak nie jest. Na koniec zostaje nam jeszcze mała odrobinka wody, która zawsze wsiąka w materiał. Praktycznie każda dachówka i każdy tynk przyjmują pewną minimalną ilość wody. Jak sobie z tym poradzić? Zwyczajnie: umożliwić wysychanie. Niby proste ale jednak nie. Pamiętasz co pisałem wcześniej o dyfuzji pary wodnej? Że para (czyli woda) przepływa tak jak ciepło: w stronę gdzie jest zimniej. Czyli latem woda wędruje do środka, a zimą na zewnątrz. W praktyce oznacza to, że tylko niewielka część wilgoci odparowuje ze ściany na zewnątrz pod wpływem słońca. Jak zapobiegać dostaniu się zbyt dużej ilości wody do przegrody? Znów najtrudniej jest w popularnych ścianach z tynkiem bezpośrednio na ociepleniu. Tynk musi być absolutnie szczelny dla wody, ale jednocześnie umożliwiać dyfuzję pary na zewnątrz. Nowoczesne materiały to potrafią, ważne tylko żeby były prawidłowo dobrane. To pojedyncze zabezpieczenie ścian po raz kolejny okazuje się ryzykowne, ale jakoś musimy z tym żyć. Dach ma nieco łatwiej: jeżeli dachówki będą zawierały wilgoć to mogą odparować w obydwie strony, bo pod nimi jest szczelina dylatacyjna.

Woda poniżej poziomu terenu

Ściany i posadzki poniżej poziomu terenu są narażone na działanie wody tak samo jak te, które widzimy ponad terenem. Tak samo musimy zatem zadbać o skuteczność pierwszej i najważniejszej warstwy kontrolnej.

Woda z dala od fundamentów

Podstawowym krokiem do sukcesu w prawidłowej hydroizolacji fundamentów jest utrzymanie jak największej ilości wody jak najdalej od budynku. Tutaj ponownie pomogą nam duże okapy oraz rynny i rury spustowe, które muszą odprowadzić wodę jak najdalej od ścian. Do tego trzeba dołożyć odpowiednie ukształtowanie terenu: zawsze ze spadkiem od budynku. Im większy spadek, tym lepiej (oczywiście w granicach rozsądku, nie musi być aż taki żeby trzeba było się wspinać do domu jak alpinista). To jest pierwsza linia obrony fundamentów jeszcze ponad terenem. Kolejne zabezpieczania będą już głębiej.

Woda w gruncie

Tutaj sprawa się komplikuje ze względu na różne możliwe warunki gruntowo-wodne i różne możliwości podejścia do problemu hydroizolacji. Dlatego najpierw przedstawię Ci ogólny, idealny pomysł jak radzić sobie z wodą pod poziomem terenu, a do praktycznych rozwiązań przejdziemy później.

Woda w gruncie może pochodzić zarówno „z góry”, czyli z deszczu, którego nie udało się odprowadzić z dala od fundamentów oraz „z dołu” czyli z wód gruntowych występujących gdzieś głębiej. Na dodatek woda może przemieszczać się w gruntach poprzez podciąganie kapilarne i grawitację, czyli właściwie we wszystkich kierunkach.

Drugą rzeczą którą musisz wiedzieć o wodzie w gruncie jest sposób jej występowania. Może ona występować jako woda, która w pełni nasączyła grunt i mówimy wtedy o wodzie działającej pod ciśnieniem na naszą przegrodę. Może też występować jako woda podciągana kapilarnie, czyli taka która nie wypełnia całej wolnej przestrzeni pomiędzy ziarenkami gruntu i nie wywiera ciśnienia. Ta pierwsza jest bardziej niebezpieczna, bo ciśnienie hydrostatyczne próbuje ją dosłownie wcisnąć w każdą szczelinkę lub pęknięcie w naszej przegrodzie. Dlatego najważniejsze jest, aby pozbyć się tego ciśnienia. Jak to zrobić?

Gdy pozbędziemy się wody opadowej to zostaje nam tak naprawdę do rozwiązania problem wysokiej wody gruntowej. Tutaj nadrzędną zasadą jest posadowienie fundamentów powyżej zwierciadła wody gruntowej. Oczywiście czasami jest to niemożliwe, bo mamy budynek podpiwniczony albo po prostu głębokość przemarzania jest poniżej wód gruntowych. To są bardzo niekorzystne przypadki i moim zdaniem wtedy po prostu trzeba posadowić budynek bez piwnicy na płycie. Tak, wiem że to radykalne podejście, ale to jedynie 100% skuteczne podejście.

A co zrobić kiedy mimo wszystko poziom posadowienia jest poniżej wód gruntowych lub ze względu na małą przepuszczalność gruntu woda opadowa może tymczasowo gromadzić się przy fundamencie? Wtedy trzeba w pierwszej kolejności usunąć wodę pod ciśnieniem. Służy do tego warstwa drenażowa. I nie chodzi mu tu tylko o rurę drenarską wokół budynku, ale o całe rozwiązanie. Zadaniem warstwy drenażowej jest odprowadzenie wody pod ciśnieniem z całego otoczenia podziemnych przegród budowlanych. Żeby zrobić to skutecznie warstwa drenażowa musi być zastosowana zarówno pod posadzką na gruncie, przy ścianach fundamentowych i fundamentach, a cała zebrana woda musi być odprowadzona rurami drenarskimi z dala od budynku. Tak skonstruowana warstwa drenażowa pełni jeszcze jedną funkcję: jest przerywaczem podciągania kapilarnego, czyli dwa w jednym. Nie dość, że pozbywamy się wody pod ciśnieniem, to jeszcze przerywamy podciąganie kapilarne pomiędzy gruntem a przegrodą. Całe to rozwiązanie stanowi pierwszą warstwę kontrolującą wodę w gruncie.

Wyeliminowanie wody pod ciśnieniem i podciągania kapilarnego jest skuteczne, ale to ciągle za mało żeby całkowicie zabezpieczyć przegrody przed wodą. Pod ziemią potrzebujemy podwójnego zabezpieczenia. Drugą warstwę kontrolującą wodę stanowi hydroizolacja samej przegrody. Musi ona szczelnie i ze wszystkich stron pokrywać wszystkie warstwy przegrody, które potrzebują ochrony. W praktyce wykonuje się je jako np. hydroizolacje bitumiczne na ścianach lub na betonie podkładowym.

Zauważ, że idea zdublowania warstwy kontrolującej wodę jest tu taka sama jak na dachu. Po pierwsze odprowadzamy tyle wody ile się da z dala od domu, po drugie mamy dodatkową warstwę zabezpieczającą przed tym co przedostało się przez pierwszą barierę i po trzecie mamy warstwę w której zachodzi wentylacja i drenaż wody.

Jak działa warstwa kontrolująca przepływ ciepła

fizyka budowli ciepło
Warstwa kontrolująca ciepło

Komfort cieplny wewnątrz jest tym na co zwracamy największą uwagę jako użytkownicy budynków (o ile nie pada nam już na głowę :). Każdy chce mieć dom ciepły zimą i chłodny latem, dlatego też wydajemy całkiem konkretne pieniądze na ocieplenie wszystkich przegród i ogrzewanie, a coraz częściej również na klimatyzowanie pomieszczeń.

Funkcja warstwy kontrolującej przepływ ciepła w przegrodzie jest bardzo prosta: zatrzymać przepływ. Dlatego zamiast ogólnie rozumianej kontroli spokojnie możemy tu mówić o izolacji. Żeby lepiej zrozumieć w jaki sposób ciepło „wędruje” przez przegrody potrzebne jest krótkie przypomnienie z fizyki.

Ciepło jest niczym innym jak formą energii, a energia każdego układu zawsze dąży do równowagi. Naszym układem jest środowisko wewnętrzne w budynku, środowisko zewnętrzne i przegroda. Jeżeli temperatura wewnątrz jest wyższa niż na zewnątrz (lub odwrotnie) to automatycznie mamy przepływ energii przez przegrodę, czyli przepływ ciepła.

Wymiana ciepła może odbywać się na trzy sposoby:

  • Przewodzenie – odbywa się w wyniku materialnego połączenia dwóch miejsc o różnych temperaturach, np. w ścianie pomiędzy jej zewnętrzną i wewnętrzną powierzchnią;
  • Konwekcję – polega na przemieszczaniu się ciepła wraz z gazem lub płynem, np. razem z powietrzem wentylacyjnym;
  • Radiację – czyli przenoszenie energii przez promieniowanie elektromagnetyczne, np. promieniowanie słoneczne.

W rzeczywistości wymiana ciepła pomiędzy środowiskiem wewnętrznym a zewnętrznym jest zawsze kombinacją wszystkich trzech powyższych zjawisk. Ich intensywność jest też zmienna w czasie. Dla lepszego zrozumienia podam przykład: Latem słońce nagrzewa ścianę (radiacja), ściana przewodzi ciepło na stronę wewnętrzną (przewodzenie), ciepła ściana ogrzewa powietrze wewnętrzne (przewodzenie na styku różnych materiałów), a ostatecznie powietrze porusza się i ogrzewa wnętrze (konwekcja).

Zadaniem termoizolacji jest zatrzymanie każdego rodzaju wymiany ciepła. Izolując ściany skupiamy się głównie na przewodzeniu, ale pozostałe dwa są równie ważne.

Ocieplanie przegród budowlanych

Wszystkie przegrody budowlane składają się przede wszystkim z warstwy konstrukcyjnej, a ona musi być odpowiednio wytrzymała. Ogólnie mówiąc wytrzymałość popularnych materiałów budowlanych jest bezpośrednio związana z ich gęstością objętościową. Czyli im bardziej wytrzymały materiał tym jest cięższy. Jednocześnie gęstość jest bezpośrednio związana z izolacyjnością cieplną. Im gęstszy materiał tym ma mniejszą izolacyjność i odwrotnie. Dla Ciebie oznacza to tylko jedno: materiał konstrukcyjny z natury nie nadaje się na izolację cieplną. I odwrotnie: materiał izolacyjny nie nadaje się na konstrukcję.

Płynie z tego bardzo prosty wniosek: cała konstrukcja musi zostać pokryta materiałem termoizolacyjnym. Cała to znaczy ze wszystkich stron: pod posadzką, na ścianach i na dachu. Wszelkie nieciągłości w izolacji są miejscami, gdzie ciepło ma bardzo swobodny przepływ (przewodzenie ciepła), nazywamy je mostkami termicznymi bo zamiast izolować to łączą środowisko wewnętrzne i zewnętrzne. Jest to bardzo niekorzystne zjawisko i nie chodzi tu tylko o wielkość rachunków za ogrzewanie albo Twój komfort cieplny. Przepływ ciepła jest siłą napędową dla przepływu pary wodnej. Sprowadza się to do sytuacji, w której mamy np. termicznie niezaizolowany fragment przegrody o bardzo niskiej temperaturze. Przechodząca przez niego para wodna ulega kondensacji na zimnej powierzchni. Nie muszę już chyba mówić co oznacza woda, która utknie w przegrodzie.

Dlatego ważne jest zachowanie ciągłości termoizolacji na całej powierzchni budynku. Szczególnie newralgicznymi punktami są okna, drzwi, bramy garażowe. Tam oczywiście warstwa ocieplenia jest przerywana i stolarka musi przejąć jego rolę. Przy czym trzeba pamiętać o zachowaniu ciągłości wszystkich warstw kontrolnych. Wszystko musi być szczelne.

Ocieplenie a szczelność przegrody

Ciągłość ocieplenia nie oznacza, ze budynek będzie szczelny dla powietrza. Np. wełna mineralna jest świetnym materiałem termoizolacyjnym, a jednocześnie nie stanowi praktycznie żadnej bariery dla przepływu powietrza (konwekcja). Dlatego aby budynek był dobrze ocieplony musi być szczelny. Jest to tak naprawdę funkcja warstwy kontrolującej przepływ powietrza i dlatego później omówię ją dokładniej. Tutaj chcę zaznaczyć tylko oczywisty fakt, że nie chcesz mieć w swoich przegrodach „dziur” przez które zimą swobodnie ucieka ciepłe powietrze. Jedyną dopuszczalną, a właściwie obowiązkową forma „dziurawienia” domu jest wentylacja. Nad wentylacją masz większą lub mniejszą kontrolę (zależnie czy jest grawitacyjna czy mechaniczna), a nad „dziurami w ścianach” kontroli nie masz żadnej.

Ciepło w przegrodach przeźroczystych

Czyli głównie w oknach. Wymiana ciepła odbywa się przez okna tak samo jak przez inne przegrody, ale to nie wszystko. Szyby przepuszczają również promienie słoneczne (radiacja) do wnętrza domu. Zimą jest to bardzo pożądane zjawisko i nie chcemy mu zapobiegać. Dokładnie odwrotnie jest latem, wtedy okna stają się bardzo nieprzyjemnym „grzejnikiem”. Pewnie już czujesz, że przydałaby się jakaś kontrola promieniowania, które wpada przez szyby. I rzeczywiście można to kontrolować i to bardzo prosto: przez zastosowanie rolet albo żaluzji zewnętrznych. Nie ma promieniowania słonecznego to nie ma ciepła i po kłopocie.

Warto tutaj też krótko wspomnieć o pochłanianiu ciepła słonecznego (energii promieniowania elektromagnetycznego) przez różne rzeczy. Jest ono głównie zależne od koloru danego materiału. Im ciemniejszy kolor, tym materiał bardziej się nagrzewa i odwrotnie. W praktyce można to rozumieć tak: jeżeli chcesz mieć dom cieplejszy zimą to pomaluj go na czarno, a jeżeli wolisz mieć chłodniej latem to pomaluj go na biało. Zasada ta ma zastosowanie w bardzo wielu miejscach. Pamiętaj zatem, że kolor to nie tylko kwestia estetyczna, ale również praktyczna.

Uwaga

Materiał w ciemnym kolorze jest narażony na większe odkształcenia termiczne niż jego jasny odpowiednik. Jeżeli nie będzie on miał dostatecznej swobody odkształceń to na pewno coś popęka, np. tynk wokół antracytowego okna. A wtedy mamy nieszczelność.

Jak działa warstwa kontrolująca przepływ powietrza

fizyka budowli powietrze
Warstwa kontrolująca powietrze

Pierwsze skojarzenie z kontrolą przepływu powietrza przez przegrody budowlane to ograniczenie przeciągów i przewiewów przez nieszczelności. To prawda, zimny wiatr z nieszczelnego okna nie jest przyjemny. Ale kontrola powietrza jest ważna jeszcze z kilku innych powodów, o których przeczytasz poniżej. Niezależnie od tego jaki jest powód, warstwa kontrolująca powietrze zawsze stanowi izolację jego przepływu dokładnie tak samo jak miało to miejsce przy termoizolacji. Izolacja przegrody względem przepływu powietrza musi być zawsze i całkowicie szczelna. Jeżeli nie będzie to trudno mówić o zamkniętym środowisku wewnętrznym i kontrolowaniu warunków w domu zgodnie z życzeniem użytkownika. Jedyną drogą jaką powietrze przedostaje się pomiędzy wnętrzem i zewnętrzem budynku ma być wentylacja.

Przepływ powietrza przez przegrody następuje głównie w wyniku różnicy ciśnień pomiędzy stroną zewnętrzną a wewnętrzną (np. wywołanej parciem wiatru). Z tego powodu izolacja powietrzna musi być odpowiednio wytrzymała. Ponadto musi być szczelna i trwała na tyle, aby działała prawidłowo przez cały okres użytkowania budynku. W praktyce sprowadza się to często do wykorzystania wewnętrznej warstwy wykończeniowej jako izolacji. Doskonale sprawdza się tutaj tynk, płyta G-K lub betonowa posadzka. Powszechnie stosuje się również zewnętrzną izolację przepływu powietrza w konstrukcjach dachowym. Jest to po prostu membrana wiatroizolacyjna.

Przepływ pary wodnej z powietrzem

Kontrolowanie przepływu powietrza w dużej mierze wynika z konieczności kontrolowania przepływu wody. A dokładniej pary wodnej, która zawsze znajduje się w powietrzu. Tak, znowu zataczamy koło i wracamy do tego samego: kontrolowanie wody jest najważniejsze i nie chcemy aby trafiała ona do naszych pięknych nowych przegród budowlanych.

Mechanizm niszczącego działania powietrza wygląda tak: powietrze zawsze niesie ze sobą pewną ilość wilgoci. Sytuacja jest najbardziej niekorzystna zimą. Gdy ciepłe powietrze wewnętrzne, zawierające dużo pary wodnej przechodzi przez szczelinę np. w ścianie to prędzej czy później trafi na zimne miejsce gdzieś blisko zewnętrznej powierzchni elewacji. A wtedy dochodzi do kondensacji pary wodnej. Dzieje się tak ponieważ w ciepłym powietrzu mieści się więcej pary. Gdy powietrze się ochłodzi to para „przestaje się mieścić” i zmienia stan skupienia, czyli skrapla się. Temperatura przy jakiej para ulega skropleniu nazywa się temperaturą punktu rosy.

Ilości skraplającej się wody w przegrodzie mogą być bardzo różne. Czasem po prostu co roku woda gromadzi i potem wysycha. Niestety zdarzają się źle skonstruowane przegrody, w których para może się dostać i skroplić, ale nie może wyschnąć. A wtedy mamy zawilgocenie materiałów i wiadomo co dalej.

Przepływ ciepłego lub zimnego powietrza

Pod tym punktem kryją się wszelkiego rodzaju przeciągi itp. Jest to bardzo niekomfortowe dla mieszkańców, a jednocześnie ma negatywny wpływ na koszty ogrzewania. Ciepłe powietrze bez żadnej kontroli „ucieka” z domu, a jego miejsce jest zajmowane przez zimne powietrze zewnętrze, które znów trzeba ogrzać. I tak w kółko.

Tak, wiem: dokładnie w ten sam sposób działa wentylacja. Tylko nad wentylacją mamy większą kontrolę (nawet nad tą grawitacyjną) i co ważniejsze: w wentylacji nie obawiamy się kondensacji.

Przepływ dymu i tlenu w razie pożaru

W domach jednorodzinnych nikt nie myśli o strefach oddzielenia pożarowego, bo w rzeczywistości cały dom stanowi jedną strefę. A przynajmniej tak się zakłada. Strefa oddzielenia pożarowego powinna zapewniać nic innego jak właśnie szczelność powietrzną. Dzięki temu w razie pożaru do środka nie dostaje się tlen, a wiadomo, że jest on ważnym elementem spalania. Może małe to pocieszenie w razie pożaru domu, ale pomaga ograniczać tempo rozprzestrzeniania się ognia.

Jakość powietrza (z przegrody, z garażu strychu piwnicy, z zewnątrz)

Wysoka szczelność powietrzna przegrody ma jeszcze wpływ na jakość powietrza wewnętrznego. Po pierwsze mamy możliwość uniezależnienia się od jakości powietrza zewnętrznego dzięki wentylacji mechanicznej z filtracją. Nie każdy z tego korzysta, nie każdemu jest to potrzebne. Po drugie, i ważniejsze każde pomieszczenie mieszkalne powinno być oddzielone od powietrza, które znajduje się w przegrodach (np. w warstwie wełny mineralnej) i w pomieszczeniach technicznych, takich jak garaże lub strychy. Nikt nie chce przecież oddychać zapachem spalin czy innych niezbyt przyjaznych substancji.

Domy pasywne

Pozostając jeszcze na chwilkę w temacie kontroli przepływu powietrza warto wspomnieć o domach pasywnych. Ich szczelność jest nawet ważniejsza niż izolacyjność termiczna. Pamiętasz hierarchię warstw kontrolnych prawda? Budując dom dokładnie i szczelnie zbliżasz się do standardu pasywnego nawet bez zwiększania grubości ocieplenia.

Jak działa warstwa kontrolująca przepływ pary wodnej

fizyka budowli para wodna
Warstwa kontrolująca parę wodną

Poradziliśmy już sobie z wodą opadową, gruntową, parą wodną poruszającą się razem z powietrzem to co nam jeszcze zostało? Znów woda i znów w powietrzu, czyli para wodna. Tym razem jednak nie porusza się ona wraz z powietrzem, ale poprzez dyfuzję. Siłą napędową nie jest różnica ciśnień powietrza, tylko różnica ciśnień pary wodnej. Pisałem o tym wcześniej. I co ważne: warstwa kontrolna przepływu powietrza i pary to nie to samo. To, że warstwa zatrzymuje przepływ powietrza nie oznacza że zatrzymuje też przepływ pary. W praktyce może być to jeden materiał, ale nie musi. Wszystko zależy od potrzeb.

Ideą stosowania warstwy kontrolującej przepływ pary wodnej jest ograniczenie dyfuzji z wnętrza budynku do przegrody. Jest to bardzo szczytne założenie, bo przecież nie chcemy uniknąć kondensacji w przegrodzie, więc staramy się tam nie wpuścić ani odrobiny wody. Zatem np. w konstrukcji dachu instalujemy paroizolację po wewnętrznej stronie, dzięki czemu w okresie zimowym jesteśmy bezpieczni. A potem przychodzi lato i kierunek przepływu pary się odwraca. Wtedy okazuje się, że para która utknęła w przegrodzie ma utrudnione wyjście w kierunku wnętrza. Taki mamy złośliwy klimat. W ścianach z ociepleniem styropianowym jest jeszcze gorzej. Największy opór dyfuzyjny stawiają zewnętrzne warstwy ocieplenia i tynku. Para zimą spokojnie przechodzi przez ścianę, ale zanim zdąży „przecisnąć się” przez styropian to nadchodzi lato i zawraca ją z powrotem. Ale zanim zdąży wyjść nadchodzi zima i tak dalej. Efekt po kilku latach: kumulacja pary wodnej i zawilgocenie ściany. W takich scenariuszach lepiej nie mieć żadnej paroizolacji niż mieć taką, która blokuje wysychanie.

No dobra, nie zawsze jest aż tak źle. Jakoś sobie z tym przecież radzimy. Tak, po prostu robimy dwie rzeczy:

  1. Nie pozwalamy wilgoci dostać się do przegrody – i bez problemu można zrobić za pomocą paroizolacji;
  2. Gdy wilgoć już się dostanie do przegrody to umożliwiamy jej wydostanie się w dowolną stronę – jakaś wilgoć do przegrody zawsze niestety się dostanie i dużo ważniejsze jest pozwolić jej wyschnąć nić całkowicie zablokować jej przepływ.

Przypomnij sobie co pisałem o starych domach: nie miały paroizolacji i łatwo przyjmowały wilgoć, a mimo to nie było problemów z zawilgoceniem ścian. Dlaczego? Bo mogły wyschnąć i to w obydwie strony. Przy dzisiejszych materiałach sytuacja jest bardziej skomplikowana. Wymaga mądrego projektowania i wysokiej jakości materiałów, ale o tym przeczytasz w kolejnej części artykułu.

Paroizolacja

Pojęcie paroizolacji jest bardzo powszechne w budownictwie, ale jest jednocześnie bardzo mylące. Funkcja kontroli przepływu pary wodnej może być pełniona na kilka sposobów i dużo lepszym określeniem jest warstwa ograniczająca dyfuzję lub warstwa opóźniająca przepływ pary. Wyjaśnię to inaczej: w przegrodzie dachowej folia paroizolacyjna ogranicza dyfuzje pary wodnej prawie do zera. W ścianie ocieplonej styropianem nie stosujemy żadnej paroizolacji, a mimo to dyfuzja jest ograniczana przez warstwę ocieplenia. Pomimo, że nie ma tu typowej warstwy paroizolacyjnej to właśnie taką funkcję częściowo przejmuje styropian. Niestety rzeczywiste warunki i materiały budowlane potrafią pełnić kilka funkcji kontrolnych jednocześnie chociaż nie zawsze tego chcemy.

Temat kontroli przepływu pary wodnej przez przegrodę jest naprawdę bardzo złożony. Szczególnie w naszym klimacie, gdzie dyfuzja raz zachodzi na zewnątrz a raz do wewnątrz. Dlatego każda przegroda musi mieć możliwość wysychania w obydwie strony. Nawet jeżeli czasowo dochodzi do nagromadzenia się wilgoci gdzieś w środku to nie stanowi to problemu dopóki w ciągu rocznego cyklu para znajdzie wyjście i zniknie całkowicie.

Ściany ocieplone styropianem

Dachy z klasycznym ociepleniem wełną mineralną i szczeliną wentylacyjną całkiem dobrze radzą sobie z dyfundującą parą nawet bez paroizolacji. Sprawa znacznie gorzej wygląda w przypadku powszechnie stosowanych ścian z ociepleniem styropianowym. Tutaj zbyt duża wilgotność wewnętrzna w połączeniu z grubą warstwą ocieplenia mogą spowodować, że para „utknie” gdzieś pod tynkiem zewnętrznym. Wszystko zależy od klimatu (regionu Polski), nasłonecznienia ściany, temperatur na zewnątrz i wewnątrz, wilgotności na zewnątrz i wewnątrz oraz parametrów termoizolacji. Z tych wszystkich cech tak naprawdę mamy wpływ tylko na tą ostatnią. Zadaniem projektanta jest zatem takie dobranie termoizolacji, aby nie stawiała zbyt dużego oporu dyfuzyjnego i nie dochodziło do kondensacji. A jeżeli już kondensacja zachodzi to trzeba dać jej możliwość wyschnięcia. Niestety praktyka pokazuje, że te obliczenia wcale nie są powszechnie wykonywane. O ile prawdopodobnie autor projektu gotowego coś policzył to nie masz pewności że sprawdzi się to w Twojej lokalizacji. A w niekorzystnym klimacie problemy mogą zacząć się już przy ociepleniu grubości 10-15cm styropianu. Pewnym rozwiązaniem może być zamiana styropianu na wełnę, ale bez obliczeń nikt nie da na to gwarancji. Co robić? Trzeba znaleźć projektanta, który wszystko dokładnie przeliczy dla Twojego przypadku. Im więcej ocieplenia stosujesz tym temat jest ważniejszy.

Wszystko pod kontrolą

fizyka budowli
Wszystkie warstwy kontrolne w domu

Kolejny krok za nami. Wiesz już jak działają przegrody, jakie przepływy należy w nich kontrolować i jakie warstwy do tego służą. Znasz też optymalne rozłożenie tych warstw w przegrodzie. Ta wiedza powinna już Ci wystarczyć abyś mógł samodzielnie ocenić, czy podłoga, ściana lub dach, które budujesz są zaprojektowane poprawnie, czy może coś „nie gra”. Ale na tym nie koniec. Przydałoby się jeszcze kilka przykładów rzeczywistych przegród budowlanych. Omówię je w kolejnym artykule, na który już teraz Cię zapraszam.

Krystian 😉

4 komentarzy do “[B027] Idealna ściana, dach i podłoga, czyli fizyka budowli cz. 2/3

  1. A to widzę Krystian, że trochę wzorujesz się na Panu Zembrowskim… Hmmm. On jest trochę uważany za szarlatana w branży budowlanej i częściowo zgadzam się z tym. Pozdr.

    1. Witaj Marian!
      Znam twórczość Pana Zembrowskiego i również mam mieszane uczucia co do jego osoby i głoszonych opinii. Seria „fizyka budowli” powstała na podstawie artykułów dostępnych na http://www.buildingscience.com, których autorem jest w większości Joseph Lstiburek i to on dla mnie jest wzorem jeśli chodzi o tą tematykę. Bibliografię możesz znaleźć na końcu artykułu. Zbieżność tego co napisałem tutaj, z tym co pisze Pan Zembrowski nie jest dla mnie zaskoczeniem. Przecież zjawiska fizyczne są takie same zarówno w USA jak i w Polsce.
      Pozdrawiam!

    1. Zastosowanie ocieplenia ściany fundamentowej po stronie wewnętrznej nie jest błędem. Nie stosuje się go ponieważ w tym miejscu „ucieczka ciepła” do gruntu jest bardzo mała i zastosowanie styropianu jest nieopłacalne. Obliczenia tego detalu można znaleźć w książce „Sekrety tworzenia murowanych domów bez błędów”

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.