Termoizolacja dachu a poprawny kierunek przepływu powietrza w wentylacji naturalnej

b)

Rys. 1. Budynek mieszkalny: a) elewacje z pokazaniem kształtu bryły dachu, b) widok wnętrza poddasza nieużytkowego

Wstęp
Elementy budynku mieszkalnego muszą spełniać wymagania techniczne określone m.in. w [1–2]. Odnosi się to zarówno do elementów konstrukcyjnych, jak również wykończeniowych. Wymagania techniczne sformułowane w przepisach prawnych wskazują m.in. na konieczność zachowania właściwej termoizolacyjności przegród pionowych i poziomych w obiektach budowlanych. W praktyce weryfikacja przyjętych rozwiązań w zakresie układu warstw przegród budowlanych następuje bardzo często dopiero w okresie eksploatacji budynku. Negatywne skutki rozwiązań zastosowanych na etapie projektowania, jak również zmiany rozwiązań technicznych wprowadzone na etapie wykonawstwa wywołują w okresie użytkowania bardzo duże utrudnienia eksploatacyjne [3–4]. Finansowe i społeczne koszty usuwania usterek i uszkodzeń elementów konstrukcyjnych i wykończeniowych są wysokie ze względu na fakt, że budynki są użytkowane i bardzo często brak jest możliwości wyłączenia ich z eksploatacji lub ograniczenia możliwości eksploatacji części pomieszczeń [5].

W artykule przedstawiono skutki braku ocieplenia dachu stromego nad przestrzenią poddasza nieużytkowego. Sytuacja ta wywołała zaburzenia w pracy wentylacji naturalnej, określanej w niniejszej pracy równorzędnym terminem technicznym jako wentylacja grawitacyjna.

Problemy eksploatacyjne mieszkań związane z wentylacją, objawiające się ciągiem wstecznym oraz odczuwalnym wychłodzeniem w obszarze trzonów kominowych występowały głównie w lokalach mieszkalnych na ostatniej kondygnacji. W artykule przedstawiono wyniki wykonanych badań oraz zaproponowano koncepcje rozwiązania projektowego mającego usunąć uciążliwości eksploatacyjne.

Dane ogólne
Budynek zrealizowany został jako czterokondygnacyjny, całkowicie podpiwniczony, w technologii tradycyjnej udoskonalonej (rys. 1a). Mury zewnętrzne zaprojektowane zostały z bloków wapienno-piaskowych 6NFD W+W klasy 15 o grubości 25 cm, a stropy międzykondygnacyjne jako masywne, żelbetowe o grubości 20 cm. Ocieplenie murów zewnętrznych w poziomie kondygnacji nadziemnych zaprojektowane zostało z zastosowaniem technologii BSO (Bezspoinowy System Ocieplania) z materiału termoizolacyjnego-polistyrenu ekspandowanego (styropianu) FS-20 o grubości 14 cm. Więźba dachowa została zrealizowana jako dach drewniany stromy, wielospadowy o konstrukcji jętkowej (rys. 1b).

Opis usterek cieplno-wilgotnościowych
Realizacja budynku zakończyła się w czerwcu w 2010 r., po ok. 20 miesiącach prowadzenia robót budowlanych. W roku 2012 zgłoszone zostały pierwsze usterki w lokalach mieszkalnych w poziomie III piętra, polegające na zaburzeniach pracy wentylacji grawitacyjnej. Użytkownicy lokali mieszkalnych zgłaszali zastrzeżenia na nawiewane do wnętrza mieszkań chłodne powietrze z kratek wentylacyjnych w kuchniach i w łazienkach oraz odczuwalne wychłodzenie ścian trzonów kominowych. W mieszkaniach w poziomie III piętra tynk na trzonach kominowych uległ złuszczeniu i spękaniu (rys. 2a). W części mieszkań widoczne były ślady zawilgocenia i lokalnego zagrzybienia wokół kratek wentylacyjnych (rys. 2b).

a)

b)

Rys. 2. Uszkodzenia cieplno-wilgotnościowe w budynku mieszkalnym w mieszkaniu w poziomie III piętra: a) zarysowania i spękania tynku na trzonie kominowym, b) zawilgocenie wokół kratki wentylacyjnej

Stan techniczny budynku w aspekcie usterek cieplno-wilgotnościowych
Dokumentacja projektowa przewidywała następujący układ warstw stropu nad III piętrem (od góry):

1. folia zbrojona o dużej paroprzepuszczalności,
2. wełna szklana 24 cm,
3. folia paroprzepuszczalna,
4. strop żelbetowy 18 cm,
5. tynk gipsowy maszynowy 1 cm.

Dach drewniany stromy został zaprojektowany dla następującego układu warstw (od góry):

1. blachodachówka,
2. łaty 5,0 × 6,0 cm,
3. kontrłaty 2,5 × 5,0 cm,
4. krokwie 8 × 16 cm,
5. folia dachowa zbrojona o niskiej paroprzepuszczalności.

Podany układ warstw jest zgodny z określeniami z archiwalnej dokumentacji projektowej (rys. 3).
 

Rys. 3. Konstrukcja stropodachu budynku mieszkalnego(na podstawie archiwalnej dokumentacji projektowej)

Przewody wentylacji grawitacyjnej zaprojektowano i wykonano z pustaków ceramicznych 19 × 19 cm o przekroju przewodu ?15 cm, które zostały obmurowane ściankami o grubości 8 cm z kształtki ściennej silikatowej klasy 7,5 na zaprawie cementowo-wapiennej marki M5. Powyżej ostatniej kondygnacji wszystkie przewody obmurowane zostały ściankami grubości 12 cm z cegły silikatowej pełnej klasy 7,5 na zaprawie cementowo-wapiennej marki M5.

W ramach badań in situ do określenia rzeczywistego kierunku przepływu powietrza wentylacyjnego wykorzystano czujniki określające temperaturę oraz prędkość przepływu strumienia powietrza. Pomierzono temperaturę powietrza przy kratce wentylacyjnej w pomieszczeniu (w kuchni w poziomie III piętra), w środku kubatury pomieszczenia poddasza nieużytkowego, jak również na zewnątrz budynku (w poziomie III piętra). Pomiary wykonano przy pomocy termoanemometru typu LB-801A firmy Lab-el (wewnątrz budynku – rys. 4a i b) oraz termoanemometru typu LB-710R znajdującego się w klatce meteorologicznej LB-719 (na zewnętrz budynku – rys. 4c). Pomierzona chwilowa wartość temperatury t przy kratce wentylacyjnej (w kuchni w poziomie III piętra) w lutym wynosiła +14°C, chwilowa temperatura powietrza wewnętrznego (w kuchni w poziomie III piętra) wynosiła +20°C, a powietrza zewnętrznego mierzona w tym samym czasie wyniosła +8°C. Temperatura na poddaszu nieużytkowym pomierzona została w sposób chwilowy w jednym punkcie (w połowie wysokości kondygnacji wzdłuż kalenicy) i wynosiła +4°C. Należy zauważyć, że aktualne przepisy normowe, jak również obowiązujące w okresie realizacji budynku objętego analizą nie wskazują w sposób jawny minimalnej wartości temperatury dla poddaszy nieużytkowych.

a)

b)

c)

Rys. 4. Pomiar temperatury powietrza: a) na kratce wentylacyjnej, b) w pomieszczeniu mieszkania w poziomie III piętra, c) na zewnątrz budynku

Przyjmując wartości współczynników przenikania ciepła dla stropu pod poddaszem nieużytkowym (nad III piętrem – rys. 2) ustalono, że dla przyjętego na etapie projektowania oraz zrealizowanego układu warstw stropu nad III piętrem wartość współczynnika przewodzenia ciepła wynosiła U = 0,17 W/m2K i była mniejsza od wartości dopuszczalnej (stan z roku 2010), która wynosiła 0,25 W/m2K. Potwierdza to poprawność doboru układu warstw stropu nad III piętrem.

Niska wartość temperatury powietrza przy kratce wentylacyjnej (w kuchni w poziomie III piętra) wskazywała na występowanie odwróconego kierunku przepływu powietrza wentylacyjnego. W celu potwierdzenia założeń wykonano badania długoterminowe (dwutygodniowe), podczas których mierzono kierunek i prędkość przepływu powietrza przy kratce wentylacyjnej. Pomiary wykonano przy pomocy czujników typu LB-801A firmy Lab-el. Wartości prędkości przepływu powietrza pomierzone przy kratce wentylacyjnej przedstawiono na rys. 5: wartości dodatnie są pożądane, ponieważ wskazują prawidłowy kierunek przepływu powietrza wentylacyjnego, natomiast wartości ujemne oznaczają odwrócony ciąg wentylacyjny. Wartości wykresu wskazują, że podczas pomiarów dochodziło do odwrócenia kierunku wentylacji naturalnej, a zaburzenia przepływu miały charakter cykliczny.

Rys. 5. Prędkość przepływu powietrza pomierzona przy kratce wentylacyjnej [m/s]

W trakcie badań wykonano również pomiary chwilowe temperatury za pomocą kamery termowizyjnej-zastosowano kamerę ThermaCAMTM E300 Flir. Rys. 6 przedstawia wyniki dla kratki wentylacyjnej w kuchni w poziomie III piętra. Wyniki termowizyjnych pomiarów chwilowych potwierdziły znaczne obniżenie temperatury powierzchni trzonu kominowego, spowodowane odwróceniem kierunku przepływu powietrza wentylacyjnego (o bardzo niskiej temperaturze zbliżonej do temperatury powietrza zewnętrznego).

Reasumując, występujące na powierzchni trzonów kominowych usterki cieplno-wilgotnościowe były następstwem zaburzeń pracy wentylacji grawitacyjnej, spowodowanych wychłodzeniem trzonów kominowych w obszarze poddasza nieużytkowego. Były to typowe nieprawidłowości, na wielkość których bezpośredni wpływ ma konstrukcja budynku i jego lokalizacja, w tym intensywność zabudowy sąsiedniej, jak również niekorzystny układ róży wiatrów. Dodatkowo negatywny wpływ na kierunek przepływu powietrza miała długość trzonów kominowych, w których usytuowane były przewody wentylacji grawitacyjnej dla lokali mieszkalnych w poziomie III  piętra.

Propozycja usunięcia usterek
Uwzględniając uwarunkowania ekonomiczno-techniczne, zaproponowano usunięcie usterek cieplno-wilgotnościowych poprzez:

1. montaż obrotowych nasad kominowych,
2. wykonanie ocieplenia trzonów kominowych w przestrzeni poddasza nieużytkowego wełną mineralną typu twardego o grubości 12 cm.

Działania a) oraz b) były rozwiązaniami ze sobą powiązanymi i jedynie ich pełna realizacja gwarantowała skuteczność przeprowadzonych prac remontowych. Jednocześnie wykonanie warstwy termoizolacyjnej wokół obudowy kanałów wentylacji grawitacyjnej na poddaszu było ryzykowne, ponieważ w przypadku powstania zmiany kierunku przepływu powietrza w kanale kominowym, kierunek przepływu nie tylko pozostawał odwrócony, ale dodatkowo wzrastała prędkość przepływu i spadała temperatura powietrza wpadającego do mieszkania poprzez kratkę wentylacyjną.

Rozwiązaniem idealnym (doskonałym) byłoby ocieplenie w poziomie poddasza nieużytkowego dachu drewnianego stromego od spodu. Była to jednak propozycja nieuzasadniona ekonomicznie, gdyż w praktyce nie spotyka się ocieplania dachu drewnianego stromego poddasza nieużytkowego, który znajduje się powyżej ocieplonego stropu, tak jak miało to miejsce w przypadku analizowanego budynku.
 

Rys. 6. Termogram ściany z zamontowaną kratką wentylacyjną

Wnioski
Bezpośrednią przyczyną powstawania ciągu wstecznego w lokalach mieszkalnych na ostatniej kondygnacji była za mała siła wyporu powietrza w kanale wylotowym oraz zbyt duże ciśnienie dynamiczne w wylocie z kanału kominowego.

W związku z brakiem ocieplenia dachu drewnianego stromego efektywnym i praktycznym rozwiązaniem przywracającym, z dużym prawdopodobieństwem, skuteczność działania systemu wentylacyjnego w mieszkaniach na ostatniej kondygnacji było zamontowanie nasad kominowych wspomagających działanie wentylacji grawitacyjnej.

Docelowe ocieplenie trzonów kominowych w części poddasza użytkowego, powiązane z montażem nasad kominowych polepszyłoby parametry przepływu. Z drugiej strony mogłoby zwiększyć siłę ciągu odwróconego przepływu w przypadku, gdyby nie wykonano montażu nasad kominowych.

Ewentualne docieplenie dachu drewnianego stromego od spodu było nieuzasadnione ekonomicznie ze względu na nieużytkowy charakter poddasza.


Literatura:
[1] Ustawa Prawo budowlane z 7 lipca 1994 r. (Dz.U. 1994 Nr 89 wraz z późn. zm.).
[2] Rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z 12 kwietnia 2002 (Dz.U. z 15 czerwca 2002 r. wraz z późn. zm.).
[3] Baranowski W.: Zużycie obiektów budowlanych. Wydawnictwo Warszawskiego Centrum Postępu Techniczno-Organizacyjnego Budownictwa, Ośrodek Szkolenia Wacetob Sp. z o.o., Warszawa, 2000.
[4] Rutkowska G., Klepak O.: Analiza i ocena występowania błędów w wykonawstwie izolacji termicznej w budynkach jednorodzinnych na podstawie badań kamerą termowizyjną. Przegląd Naukowy-Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, 57, 213–224, Warszawa, 2012.
[5] Substyk M.: Utrzymanie i kontrola okresowa obiektów budowlanych. Wydawnictwo ODDK, Warszawa, 2012.
[6] PN–EN ISO 6946:2004 Komponenty budowlane i elementy budynku – Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła – Metoda obliczania

mgr inż. Romana Antczak-Jarząbska
Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

dr hab. inż. Maciej Niedostatkiewicz
Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Pracownia Projektowo-Inżynierska Maciej Niedostatkiewicz