Informacje dla dekarza, cieśli, blacharza, architekta, projektanta, konserwatora i inwestora. Błędy, usterki, wilgoć i zacieki. Budowa, remonty i naprawy. Dachy płaskie, zielone i skośne. Dachówki, blachodachówki, łupek, gont, folie, papy, blachy. Konstrukcje, materiały, wykonawstwo. Więźba dachowa, drewno i prefabrykaty. Kominy i obróbki. Okna dachowe. Narzędzia i urządzenia. Izolacje i wentylacja. Informacje dla dekarza, cieśli, blacharza, architekta, projektanta, konserwatora i inwestora. Błędy, usterki, wilgoć i zacieki. Budowa, remonty i naprawy. Dachy płaskie, zielone i skośne. Dachówki, blachodachówki, łupek, gont, folie, papy, blachy. Konstrukcje, materiały, wykonawstwo. Więźba dachowa, drewno i prefabrykaty. Kominy i obróbki. Okna dachowe. Narzędzia i urządzenia. Izolacje i wentylacja.
Informacje dla dekarza, cieśli, blacharza, architekta, projektanta, konserwatora i inwestora. Błędy, usterki, wilgoć i zacieki. Budowa, remonty i naprawy. Dachy płaskie, zielone i skośne. Dachówki, blachodachówki, łupek, gont, folie, papy, blachy. Konstrukcje, materiały, wykonawstwo. Więźba dachowa, drewno i prefabrykaty. Kominy i obróbki. Okna dachowe. Narzędzia i urządzenia. Izolacje i wentylacja.

Co z tą dyfuzją, cz. 1

Ocena: 5
4093

Skropliny w dachu są przez dekarzy uważane za oznakę tego, że w dachu źle się dzieje. I słusznie. Szczególnie dużo wątpliwości wywołują skropliny na wysokoparoprzepuszczalnych membranach wstępnego krycia. Kiedy ich pojawienie się jest objawem normalnym, a kiedy wynikiem błędów?  Na te pytania odpowiada ten artykuł.

 


Fot. 1. Kondensat na spodniej stronie blachy dachowej to częsty efekt schłodzenia  wilgotnego powietrza na cienkich pokryciach. Skropliny najłatwiej powstają nad ranem

Każdego roku, najczęściej jesienią i zimą (czasami również wiosną i latem) dekarze oglądają na materiałach tworzących dachy skropliny. Jeżeli kondensat występuje na spodzie blach pokryciowych (fot. 1), to taki widok ich nie dziwi. Lecz gdy skropliny widać na spodzie wysokoparoprzepuszczalnych membran wstępnego krycia (MWK), to zaczynają mieć wątpliwości (fot. 2), ponieważ wydaje im się, że MWK powinny szybko pozbywać się pary wodnej. Nie wiedzą, że przenikanie i przechodzenie pary wodnej przez różne materiały ma miejsce tylko w określonych warunkach – głównie w odpowiedniej temperaturze. Jeżeli nastąpi kondensacja, to postać wody zmienia się z gazowej w płynną i wtedy po prostu nie ma pary, która mogłaby się przemieszczać i przechodzić przez materiały.

Dodatkowo, wielu z dekarzy dokonując remontów lub przeróbek 5–10-letnich dachów odkrywa, że wełna pod membranami i foliami wstępnego krycia (FWK) jest mokra. W związku z tym w środowisku dekarskim słyszy się głosy wątpiących w funkcjonowanie dyfuzji i paroprzepuszczalności w dachach. Zwątpienie wielu z nich nie powinno dziwić, ponieważ wykonywanie tego zawodu nie jest objęte żadnymi wymaganiami – każdy może zgłosić taką działalność gospodarczą bez żadnych kursów zawodowych lub egzaminów kwalifikacyjnych. Oczekiwanie od tej grupy zawodowej wiedzy na temat fizyki dachu jest bezpodstawne.

Zresztą do wykonywania zawodu dekarza taka wiedza jest potrzebna tylko w stopniu podstawowym. Jednak opinie dekarzy na temat materiałów i technik wykonawczych są często wyrocznią dla budujących się. Ich wątpliwości przekładają się więc na wybory materiałów ich klientów. Taka sytuacja wynika m.in. z braku dozoru budowlanego.

Dlatego dobrze się stało, że wśród dekarzy znaleźli się ludzie, którzy otwarcie zaczęli mówić o wątpliwościach swoich kolegów, ponieważ skala i waga problemu skroplin w dachach stwarza wiele konfliktów i wymaga wyjaśnień.

Skąd wilgoć w dachu
Warto od razu określić przyczyny tak często oglądanych zawilgoconych dachów. Zdecydowana większość z nich gromadzi nadmiernie wilgoć z dwóch powodów:

  • brakuje w ich konstrukcji wentylacji osuszającej lub jest ona wadliwie wykonana,
  • mają źle (nieszczelnie) ułożoną paroizolację.

W polskim klimacie (wilgotnym i zmiennym) te dwa powszechnie występujące błędy są przyczyną nadmiernego zawilgocenia termoizolacji i konstrukcji dachu, skutkującego wzrostem zużywanej energii na ogrzewanie budynków oraz skróconą trwałością dachu.

Błędy te powodują, że użycie materiałów wysokoparoprzepuszczalnych (MWK) bez ich wentylacji nie skutkuje wychodzeniem pary wodnej z dachu, a zastosowanie materiałów paroizolacyjnych nie ogranicza jej dopływu do termoizolacji i więźby. W efekcie mimo wbudowania odpowiednich materiałów ich działanie jest zniwelowane wadami wykonawczymi lub projektowymi całej konstrukcji dachu.
 


Fot. 2. Skropliny na spodzie membrany wstępnego krycia mogą powstawać w budowanych dachach, ale nie powinno ich być w gotowych, ocieplonych konstrukcjach

Błędy te powodują, że użycie materiałów wysokoparoprzepuszczalnych (MWK) bez ich wentylacji nie skutkuje wychodzeniem pary wodnej z dachu, a zastosowanie materiałów paroizolacyjnych nie ogranicza jej dopływu do termoizolacji i więźby. W efekcie mimo wbudowania odpowiednich materiałów ich działanie jest zniwelowane wadami wykonawczymi lub projektowymi całej konstrukcji dachu.

Zjawiska dyfuzji i efuzji
Daje się zauważyć, że często używane sformułowania: „materiały dyfuzyjne”, „dyfuzyjność”, „równoważna dyfuzyjnie grubość powietrza” (Sd) sprawiły, że w środowisku dekarskim dyfuzję ściśle się kojarzy z paroprzepuszczalnością materiałów dachowych. Nie jest to zgodne z definicjami tych zjawisk (patrz ramka „Definicje”). Owszem, dyfuzja dotyczy również przenikania pary wodnej, ale nie jest jedynym i najważniejszym zjawiskiem powodującym paroprzepuszczalność takich materiałów jak folie i membrany.

Przede wszystkim wyjaśnień wymaga parametr oznaczany jako „Sd”, coraz częściej stosowany (i słusznie) do określania zdolności przepuszczania pary wodnej przez takie materiały jak: MWK, FWK, paroizolacje i farby. W przypadku farb i wielu paroizolacji ich przepuszczanie pary zachodzi głównie dzięki zjawisku dyfuzji. Natomiast przez folie i membrany wstępnego krycia para wodna przechodzi przede wszystkim dzięki zjawisku efuzji.

Przyjęty system określania możliwości przenikania pary wodnej przez materiały budowlane za pomocą parametru Sd wynika z przyczyn praktycznych: zasady przechodzenia pary są różne, ale skutki ilościowe działania obu zjawisk można określić za pomocą tych samych parametrów. Zjawiska te są porównywalne i prowadzą do tego samego efektu.

Zrozumienie różnicy między dyfuzją a efuzją ma jednak duże znaczenie dla dobrego rozumienia procesów związanych z przenikaniem i skraplaniem się pary wodnej w materiałach tworzących współczesne dachy.

Tak więc dyfuzja polega na samorzutnym mieszaniu się cząsteczek i atomów różnych substancji. Zachodzi ona pod wpływem ich ruchów cieplnych. Efektem działania dyfuzji w gazach i cieczach jest wyrównywanie się stężeń wszystkich składników w całej ich objętości. Oczywiście najszybciej zachodzi ona w gazach.

Natomiast efuzja polega na przepływie gazów lub cieczy przez bardzo małe otwory przegrody (materiały porowate) rozdzielającej ośrodki o różnym ciśnieniu. Wielkość otworów w stosunku do wielkości cząsteczek (molekuł) ma znaczący wpływ na wydajność objętościową przepływu przez przegrodę.

W praktyce dla materiałów stosowanych w dachach oznacza to, że para wodna przenikająca materiały takie jak folie lub powłoki (farby) przechodzi przez nie, mieszając się z ich molekułami (cząsteczkami) na zasadzie dyfuzji. Jej naturalne dążenie do wyrównania stężenia wszystkich składników prowadzi do przenikania cząsteczek pary przez takie przegrody. Intensywność procesu dyfuzji zależy od temperatury, w jakiej się ona odbywa, a wyrównanie stężeń nie oznacza zakończenia dyfuzji. Proces mieszania się cząsteczek zachodzi bez przerwy.

Dyfuzja
Jest to proces rozprzestrzeniania się cząsteczek w gazach, cieczach lub ciałach stałych, spowodowany przypadkowymi, nie uporządkowanymi zderzenia między cząsteczkami (ruchy Browna). Ten przypadkowy ruch jest tym intensywniejszy, czym większą energię cieplną posiadają cząsteczki. Wyższa temperatura przyspiesza ten proces, a niska spowalnia. Dyfuzja prowadzi do samoistnego mieszania się gazów, cieczy, jak również ciał stałych. Powoduje samorzutne wyrównanie koncentracji (stężenia) różnych związków chemicznych. Dyfuzja jest przyczyną przenikania gazów przez ciała stałe w tym pary wodnej przez niektóre materiały budowlane.

Dyfuzja pary wodnej
Jest to ruch cząsteczek pary wodnej w mieszaninie gazów (na przykład w powietrzu) zmierzający do wyrównania stężenia pary w tej mieszaninie. Dzięki dyfuzji para wodna może przechodzić przez przegrody na zasadzie wyrównania ciśnienia cząstkowego panującego po obu stronach przegrody. Przebieg tego procesu zależy od warunków panujących na przeciwnych stronach przegrody. Jeżeli mówimy o przegrodzie budowlanej, to proces dyfuzji pary wodnej przez tę przegrodę zależy od temperatury i wilgotności powietrza po obu jej stronach – od różnicy w ciśnieniach cząstkowych pary wodnej po obu stronach.

Opór dyfuzyjny materiału lub przegrody
Jest miarą odporności materiału lub przegrody na przenikanie pary wodnej. Jest tym większy, im grubszy jest materiał lub poszczególne warstwy przegrody, a tym mniejszy, im materiał jest bardziej paroprzepuszczalny. Określa się go wyliczając stosunek różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej po obu stronach warstwy do gęstości strumienia pary wodnej (ilości pary wodnej przechodzącej przez jednostkę powierzchni materiału w jednostce czasu).

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej (prężność pary wodnej)
Ciśnienie wywierane przez cząsteczki pary wodnej znajdującej się w powietrzu (jest częścią ogólnego ciśnienia atmosferycznego). Maksymalne ciśnienie pary wodnej w danej temperaturze występuje, gdy powietrze jest nią nasycone. W atmosferze w pobliżu poziomu morza zmienia się od ok. 40 hPa do niemal 0, typowe wielkości w klimacie równikowym to 30 hPa, a w klimatach umiarkowanych ok. 10 hPa, a w strefie okołobiegunowej poniżej 5 hPa.

Efuzja
Jest to proces przechodzenia gazów przez przegrodę porowatą (z bardzo małymi otworami), rozdzielająca przestrzenie o nierównych ciśnieniach. Gazy przechodzą z ośrodka o wyższym ciśnieniu do ośrodka o niższym ciśnieniu. Wypływ gazu (lub cieczy) przez tak małe otwory wynika i zależy od różnicy ciśnień. Często różnica ciśnień jest efektem różnicy temperatur między ośrodkami wymieniającymi gaz.

Równoważna (lub ekwiwalentna) dyfuzyjnie grubość powietrza opisywana jako Sd
Określa paroprzepuszczalność materiału przez porównanie jego właściwości dyfuzyjnych do dyfuzyjności powietrza o określanej grubości. Powietrze stawia opór parze wodnej uzależniony od grubości warstwy – im jest ona grubsza, tym para wodna trudniej przechodzi przez powietrze. Inaczej można powiedzieć, że współczynnik Sd charakteryzuje właściwości dyfuzyjne warstwy materiału budowlanego o określonej grubości w ten sposób, że porównuje je do grubości warstwy powietrza o tym samym oporze dyfuzyjnym. Stąd wymiarem tego współczynnika jest metr.

Współczynnik oporu dyfuzyjnego ?
Wielkość stała dla poszczególnych rodzajów materiałów, charakteryzująca ich opór dyfuzyjny. Określany jest jako wartość względna oznaczająca, ile razy opór dyfuzyjny warstwy materiału jest większy od oporu takiej samej warstwy powietrza w tych samych warunkach. Dla powietrza ? = 1; lekkie porowate materiały izolacyjne o dobrej izolacyjności cieplnej mają ten współczynnik mały, dążący do 1.


Natomiast procesy związane z działaniem efuzji zależą od różnicy ciśnień. W przypadku takich materiałów jak porowate (z małymi otworami) membrany oznacza, że gdy maleje różnica temperatur, maleje różnica ciśnień i wydajność objętościowa przepływu pary wodnej (gazu). Ilość porów (bardzo małych otworów) ma dla tej wydajności duże znaczenie a ich wielkość musi być tak dobrana, aby przepływ wody (cieczy) nie był możliwy. Wielkość porów w membranach jest tak dobrana, aby siły lepkości wody blokowały jej przepływ przez nie, a jednocześnie mogła przez nie przejść para wodna. Zasada ta jest podstawą działania wszystkich membran wstępnego krycia – bez względu na technologię ich wytwarzania. Dzięki takiemu wykonaniu porów MWK przepuszczają parę wodną, a nie przepuszczają wody.

Jednak w niskich temperaturach, gdy para wodna zamienia się w wodę, jej przenikanie przez MWK (i FWK) zanika w takim stopniu, w jakim zmniejsza się ilość pary wodnej.

Skropliny
W okresach jesienno-zimowych, gdy w powietrzu jest więcej wilgoci, w dachach budowanych budynków codziennie występują znaczne spadki temperatur i z tego powodu na membranach dachów jeszcze bez termoizolacji często występuje skroplina. Membrany są cienkie, a ich temperatura jest bliższa powietrzu zewnętrznemu niż wewnętrznemu. Dlatego para wodna zamienia się na ich wewnętrznej powierzchni w wodę w skali zależnej od różnicy temperatur i wilgotności powietrza, bez względu na ich możliwości przepuszczania pary (ale o tym w drugiej części artykułu).

Krzysztof Patoka
Artykuł powstał na prośbę Polskiej Federacji Dekarzy, Blacharzy i Cieśli
Zdjęcia: Autor


Bibliografia:
1. Praca zbiorowa pod kierunkiem Piotra Klemma – „Budownictwo ogólne – fizyka budowli” Arkady 2007.
2. Jerzy A. Pogorzelski – „Fizyka budowli część X. Wartości obliczeniowe właściwości fizycznych ” – Materiały Budowlane 3/2005.
3. PN – En 13859 – 1 : 2006 – Elastyczne wyroby wodochronne – Definicje i właściwości wyrobów podkładowych – Część 1: Wyroby podkładowe pod nieciągłe pokrycia dachowe.
4. Wikipedia

 

 

Źródło: Dachy, nr (137) 

 

 

PODZIEL SIĘ:
OCEŃ: