Co z tą dyfuzją, cz. 3

Rys. 1. Różne systemy materiałowe stosowane w dachach pochyłych z poddaszami mieszkalnymi. W zależności od stopnia przepuszczalności pary wodnej materiałów użytych jako warstwy wstępnego krycia potrzebne są dwie lub tylko jedna szczelina wentylacyjna

Podstawowe teoretyczne modele budowy dachów
Opisywane już, tak ważne procesy wilgotnościowo-cieplne zachodzące w dachach zależą ściśle od warunków pogodowych (głównie wilgotności i temperatury). W naszej strefie klimatycznej ich zmienność powoduje specyficzne zagrożenia wynikające z ciągłego skraplania się pary wodnej przechodzącej przez dachy. Para wodna nie jest groźna do momentu, gdy się nie skropli. Powstanie skroplin oznacza powstanie zawilgocenia, które może wyschnąć tylko wtedy, gdy para wodna ma możliwość dalszej migracji.

Aby uniknąć gromadzenia się skroplin w dachach, buduje się je w dwóch systemach:

1. szczelnym dla pary wodnej;
2. umożliwiającym przepływ pary przez dach.

Ten pierwszy system minimalizuje dopływ pary wodnej do wnętrza dachu za pomocą materiałów blokujących dopływ pary wodnej do konstrukcji i termoizolacji lub polega na zastosowaniu materiałów nie nasiąkliwych. Jego słabym punktem jest możliwy przepływ pary w miejscach połączeń poszczególnych materiałów oraz mocowania powłoki dachu do jego konstrukcji.

Ten drugi opiera się na założeniu, że lepiej jest zapewnić stałe usuwanie pary wodnej z wnętrza dachu (stropodachu) i jednocześnie ograniczać jej dopływ z wnętrza budynku. W ten sposób ta para wodna, która się już do stropodachu dostanie, może z niego wyjść, a nowa ma do niego utrudniony dostęp. Skuteczne usuwanie pary realizuje się za pomocą wentylacji, czyli zorganizowanego przepływu powietrza atmosferycznego w przewidzianych do tego celu przestrzeniach, znajdujących się pod pokryciem stropodachu.

O prawidłowym działaniu obu wymienionych systemów decydują użyte do budowy dachu materiały, które muszą być dobrze dobrane do każdego z nich. Oczywiście, od góry każdy dach musi posiadać pokrycie, które odprowadza wodę z opadów atmosferycznych poza budynek. Na dachach płaskich pokrycia powinny być dodatkowo hydroizolacyjne, a na dachach pochyłych wystarczy, jeżeli tylko sprawnie odprowadzą wodę tak, aby nie dostała się do środka dachu i budynku.

Jak z tego wynika, w obu systemach budowy dachów bardzo ważną rolę odgrywają materiały nazywane paroizolacjami. Decydują one o stopniu izolacyjności całego dachu przed parą wodną.

W każdym z wymienionych systemów powinny być montowane odmienne paroizolacje. Jednak każda z nich musi być mocowana tak, aby jej połączenia z murami i instalacjami przechodzącymi przez dach były szczelne dla pary.

Warto jednak zaznaczyć, że istnieją konstrukcje i materiały, które wychodzą poza ten schemat. Do najbardziej znanych należą „dachy odwrócone”, czyli takie dachy, w których nienasiąkliwy materiał termoizolacyjny jest układany ponad materiałem hydroizolacyjnym. Tam zjawisko dyfuzji działa w innych warunkach niż w opisywanych dotychczas systemach, a paroizolacje są najczęściej nie potrzebne. Jest to inny temat i dlatego zostańmy przy konstrukcjach dużo częściej stosowanych, czyli przy dachach pochyłych domów mieszkalnych o poddaszach mieszkalnych (drugi system).

Co wspomaga dyfuzję
Jeżeli jako objaw dyfuzji pary wodnej potraktujemy wszystkie zjawiska dotyczące przemieszczania się pary w przegrodach budowlanych, to możemy stwierdzić, że paroizolacje ograniczają dyfuzję w dachach, zatrzymując (w różnym stopniu) przepływ pary wodnej z wnętrza budynku do dachu. Natomiast tak pojętą dyfuzję wspomagają materiały przepuszczające parę oraz – przede wszystkim – przestrzenie wentylacyjne umożliwiające wydostanie się gromadzącej się pary wodnej poza dach.

Z tego powodu, w systemie dachu wentylowanego zmierzającego do stałego osuszania dachu najlepiej sprawują się włókniste materiały termoizolacyjne, przez które para może swobodnie przepływać. To dlatego takie termoizolacje jak wełny skalne, szklane, drzewne oraz tym podobne są najpopularniejsze.

Drugą grupą materiałów, które pojawiły się z tego samego powodu, są wysokoparoprzepuszczalne membrany wstępnego krycia (MWK).

Jednak warunkiem prawidłowego działania wszystkich tych materiałów jest prawidłowe działanie wentylacji dachu (stropodachu).
 

Rys. 2. Współczynnik przewodzenia ciepła wody jest dużo wyższy niż wełny mineralnej i dlatego wilgotna wełna przewodzi ciepło, zamiast je izolować. Gdy skroplina zamarznie w wełnie, powstaje lodowy kompres, bo lód znakomicie zatrzymuje napływającą z wnętrza parę wodną

Co przeszkadza przepływowi pary wodnej?
Samo zastosowanie odpowiednich materiałów nie wystarczy. Muszą być ona zamontowane w taki sposób i w takim układzie, który uwzględnia zespół zjawisk związanych z występowaniem punktu rosy (czyt. cz. 2 w DACHY 6/20011) wewnątrz dachu. Jeżeli nastąpi spadek temperatury, to para wodna zamieni się w kondensat, co jest dopuszczalne tylko pod takim warunkiem, że możliwe jest odparowanie tej ilości kondensatu w ciągu tego samego cyklu zmian (w ciągu roku).

Uwaga: zawilgocona termoizolacja zwiększa szansę powstania nowego kondensatu, ponieważ łatwiej przewodzi ciepło, a zamrożony kondensat jest najlepszą paraizolacją, blokująca bardzo skutecznie przepływ pary wodnej.

Podobny skutek spowoduje wadliwe zastosowanie materiałów o zwiększonym oporze dyfuzyjnym po zewnętrznej stronie przegrody dachowej – zatrzyma to parę wodną i jej kondensację. Po zewnętrznej stronie dachu panują niskie temperatury i skropliny powstają bardzo łatwo.

Typowymi i częstymi przykładami takich błędów są:

• zastosowanie niskoparoprzepuszczalnych folii wstępnego krycia (FWK) zamiast MWK;
• zamiana deskowania na płytę OSB, gdy w projekcie na poszyciu (deskach) miała być ułożona MWK;
• zastosowanie papy jako warstwy wstępnego krycia na deskowaniu lub płycie OSB bez zbudowania szczeliny wentylacyjnej pod poszyciem.

W obu wypadkach niekorzystna zamiana polega na uniemożliwieniu przepływu pary wodnej z wnętrza dachu do szczeliny wentylacyjnej utworzonej przez kontrłaty.

Jeszcze częstszym błędem jest brak przepływu powietrza w szczelinach wentylacyjnych. Wynika to z kilku powtarzających się błędów przeczących zasadzie wentylowania dachów.

Podstawowe zasady działania wentylacji dachów
Wentylacja dachów polega na zbudowaniu we wnętrzu dachu specjalnych przestrzeni, w których przewidziano przepływ powietrza wentylującego zabierającego nadmiary wilgoci z konstrukcji i termoizolacji dachu (rys. 3).

Rys. 3. Wentylacja dachów polega na planowanym przepuszczaniu przez dach powietrza atmosferycznego, które jest napędzane dwoma siłami: ciągiem termicznym (powietrze się nagrzewa) i wiatrem (zmiennym)

W dachach pochyłych nad poddaszami mieszkalnymi funkcje wentylujące są pełnione przez szczeliny pod pokryciem i nad warstwą termoizolacji, w różnych systemach zależnych od rodzaju warstwy wstępnego pokrycia (rys. 1). Szczeliny te muszą być drożne na całej długości, muszą też posiadać osłonięty wlot i wylot.

Ruch powietrza wywołany jest ciągiem termicznym i działaniem wiatru. Dlatego wielkość szczelin nie może być dowolna. W każdym regionie Europy ich wymiary są określone albo normami (np DIN 4108), albo regułami lub tradycjami dekarskimi. Jednak zawsze zalecenia są te same: określają wielkość wymiarów wlotu i wylotu z uwagi na ich zasadnicze znaczenie dla funkcjonowania szczelin i przestrzeni wentylacyjnych.

Fot. 1. Widoczna uszczelka profilowana układana pod gąsiorami blachodachówek jest powodem wielu problemów w zawilgoconych dachach. Jest stosowana również w dachach z wysokoparoprzepuszczalnymi membranami, blokując przechodzącą przez nie parę

Fot. 2. Typowy dla wielu regionów okap z kieszenią wykonaną z MWK. Zastosowano najlepsze materiały, a dach nie funkcjonuje jak trzeba. Odkrywka została wykonana, ponieważ w okolicach murłat były przecieki i skropliny po obu jej stronach – szczególnie zimą

W normie DIN 4108-3:1996 oprócz wymiarów określone są dyfuzyjne własności materiałów tworzących dach. Sumaryczny opór dyfuzyjny warstw znajdujących się pod szczeliną wentylacyjną powinien wzrastać w miarę wzrostu długości krokwi (jeżeli ich ułożenie jest zgodne z kierunkiem przepływu powietrza wentylującego). Tym samym dyfuzyjność tych warstw powinna być tym mniejsza, im dłuższe szczeliny wentylacyjne ma dach. Czyli w dachach o długich krokwiach paroizolacje powinny mieć większe Sd.

Fot. 3. Tak często wykonuje się okapy na wybrzeżu. Wykonawcy starannie montują rynny, zapominając o innych ważnych funkcjach okapu i warstwy wstępnego krycia, która powinna odprowadzać skropliny i przecieki poza okap. Brakuje również wlotu dla wentylacji
Fot.Piotr Grudzień

Fot. 4. Ta sam „szkoła” co na fot. 3 i jej skutek. Obfite oblodzenie powstało w wyniku zamarznięcia skroplin, powstających w dużych ilościach szczególnie zimą. Ciepło napływające z wnętrza budynku powodowało topnienie lodu od spodu i wypływ wody w niepożądanych miejscach
Fot.Piotr Grudzień

Równoważna (lub ekwiwalentna) dyfuzyjnie grubość powietrza – Sd
Określa paroprzepuszczalność materiału przez porównanie jego właściwości dyfuzyjnych z dyfuzyjnością warstwy nieruchomego powietrza o określonej grubości. Powietrze stawia opór parze wodnej uzależniony od grubości warstwy – im warstwa jest grubsza, trudniej para wodna 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 parametru jest metr. Można go również wyliczyć za pomocą wzoru: Sd = ? x h,gdzie: h – grubość materiału, ? – współczynnik oporu dyfuzyjnego.

Najczęściej popełniane błędy
Większość zawilgoceń polskich dachów jest wynikiem błędów polegających na wadliwym wykonaniu szczelin wentylacyjnych w dachach pochyłych. Najczęstszym błędem są źle wykonane okapy (fot. 2, 3, 4), które nie mają wlotu do szczeliny wentylacyjnej. Ilość typów i odmian błędnych rozwiązań w okapach świadczy o ogólnopolskim zasięgu tego problemu.

Jest to obszerny temat, ale warto przeanalizować dwa zdjęcia pochodzące z różnych budów i lat, lecz z tego samego regionu. W każdej części naszego kraju dekarze kopiują od siebie (często jest to ich jedyna szkoła) błędne rozwiązania, nie zastanawiając się nad ich skutkami. W efekcie przez wielu powielane są błędne wzorce, które przekształca się w wygodny dla siebie sposób. Gdy błąd wychodzi na jaw, wykonawcy szukają winnych wśród producentów lub tłumaczą się wyjątkowo trudnymi warunkami pogodowymi.

Fot. 5. W czasie deszczu dekarz usłyszał pytanie: co zrobić z wodą w kieszeni okapu. Naciągnął membranę i zaczął się zastanawiać, jak ją zamocować do pasa nadrynnowego. Pokryciem tego dachu jest blachodachówka i nie zmieści się tutaj kratka wentylacyjna z grzebieniem.

Fot. 3 pokazuje błąd polegający na utworzeniu kieszeni za łatami okapowymi, na których mocowane są rynajzy utrzymujące rynny. W takim okapie nie ma wcale wlotu dla powietrza wentylującego lub jest on za mały, aby zachowana był odpowiednia przepustowość powietrza wentylującego. Woda spływająca po membranie gromadzi się w tych kieszeniach i gdy jest jej dużo, zamarza w czasie panowania niskich temperatur (fot. 4).

Warto zauważyć, że fot. 4 jest wykonana na dachu pokrytym blachodachówką i ilość lodu w kieszeni okapu świadczy o ilości skroplin powstających pod blachą. Skropliny powstały z wilgoci zawartej w powietrzu atmosferycznym, „zasilonej” parą wodną, która przeszła przez membranę z wnętrza dachu.

Fot. 6. Ten sam dach i dekarz co na fot. 5. Okapy na całym dachu są do poprawienia. Taka „szkoła” wykonywania okapów jest bardzo popularna. Nie ma wlotu dla powietrza wentylującego, brak odpływu skroplin (kieszeń), a membrana jest łatwo naświetlana przez UV

Zdjęcie zostało wykonane dlatego, że ciepło napływające z wnętrza budynku rozpuszczało lód w okapie, a woda z niego dostawała się do środka dachu w okolicach murłaty oraz pod podbitkę. Zacieki spowodowały konieczność zbadania źródła wody i w efekcie wykonano prezentowane zdjęcie. Błędów tego typu jest dużo i zawsze powodują straty.


Współczynnik oporu dyfuzyjnego (?)
Wielkość stała dla poszczególnych rodzajów materiałów, charakteryzująca ich opór dyfuzyjny. Współczynnik ten jest określany 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, a lekkie porowate materiały izolacyjne o dobrej izolacyjności cieplnej mają ten współczynnik mały, dążący do 1.

Jednak nie dla wszystkich materiałów ekwiwalentną dyfuzyjnie grubość powietrza można wyznaczyć według wzoru (Sd = ? x h). Wszystkie materiały o złożonej strukturze wymagają wyznaczenia tej wielkości na drodze badań (na przykład: membrany wstępnego krycia). Dlatego w normie PN-EN 12524 określającej obliczeniowe wartości właściwości fizycznych wybranych materiałów budowlanych, w tabeli 3 dla wybranych materiałów podano oddzielnie ten parametr.

Paroprzepuszczalność płyt OSB
Warto porównać ekwiwalentną dyfuzyjnie grubość powietrza dla płyt OSB o gęstości 650 kg/m³ wyliczoną według wzoru Sd = ? x h.
Dla grubości 8 mm:
w stanie mokrym Sd = 0,08 m x 30 = 0,24 m, w stanie suchym Sd = 0,08 m x 50 = 0,4 m
Dla grubości 15 mm:
w stanie mokrym Sd = 0,15 m x 30 = 0,45 m, w stanie suchym Sd = 0,15 x 50 = 0,75 m
Dla grubości 25 mm:
w stanie mokrym Sd = 0,25 m x 30 = 0,75 m, w stanie suchym Sd = 0,25 x 50 = 1,25 m.
Przyjmując stan mokry za bardziej wiarygodny na budowie okazuje się, że płyty OSB mają dyfuzyjność większą od polietylenowych folii paroizolacyjnych (opóźniaczy pary), a podobną do regulatorów pary, których Sd = 0,3–4,0 m. Dlatego płyty OSB można układać po zewnętrznej stronie ścian szkieletowych na styk z termoizolacją, ale nie można układać ich na dachach tak, aby stykały się z termoizolacją. Na dachach musi być pod nimi szczelina wentylacyjna.
Przegrody zewnętrzne zbudowane z wielu materiałów powinny być tak zaprojektowane, aby opór dyfuzyjny materiałów zamontowanych na zewnątrz był mniejszy niż tych wewnątrz. Warunek ten jest spełniony, gdy na stronie zewnętrznej ściany szkieletowej jest płyta OSB, a od strony wewnętrznej polietylenowa folia paroizolacyjna.

Wnioski
Powstające w dachach skropliny są bardzo często skutkiem wielu popełnianych błędów i jednocześnie wśród niektórych grup wykonawców są interpretowane jako dowód na brak przepływu pary wodnej przez „dyfuzyjne” materiały dachowe lub jako dowód na nieskuteczność stosowania wentylacji dachów. Taki stosunek do napotykanych problemów wywołanych wędrówką pary wodnej powoduje stosowanie własnych, „domorosłych” rozwiązań, które zamiast pomóc są powodem nowych kłopotów.

Na szczęście jest już w Polsce wiele grup dekarzy, którzy potrafią skorzystać z obszernej wiedzy na temat fizyki dachu i jedynym ich problemem jest brak czasu, aby zapoznać się z tym dość obszernym tematem. Z tego powodu powstała ta seria artykułów i mamy nadzieję, że będą one wstępem ułatwiającym zgłębienie tych zagadnień.

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. PN–EN 12524: 2003 – Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wigotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe.

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