Konstrukcja tarasów – zagadnienia cieplno-wilgotnościowe

W pierwszej części artykułu¹ zostały opisane przykłady uszkodzeń typowych konstrukcji balkonów spowodowane pomijaniem zagadnień cieplno-wilgotnościowych przez projektantów i wykonawców. Wspomnieć należy również o problemach dotyczących kilku innych rozwiązań.

Balkony na ścianach i słupach oraz z tzw. balustradą pełną

Wydawałoby się, że problem mostków termicznych nie powinien dotyczyć balkonów opartych na ścianach i słupach. Nic bardziej błędnego. Rys. 1 przedstawia taką właśnie sytuację. Sposób rozwiązania wieńca wyklucza wyeliminowanie mostka termicznego. Dlatego całkowite wyeliminowanie mostka termicznego w tego typu budynkach jest niemożliwe.

Wymagałoby to ocieplenia płyty konstrukcyjnej i od spodu, i od góry. Ocieplenie od dołu jest możliwe (choć z pewnością bardzo kosztowne), od góry zaś nie można go wykonać, co jest spowodowane poziomem progu drzwi balkonowych i grubością warstw wykończeniowych.

Podobny problem dotyczy także ścian bocznych balkonów w blokach (fot.), gdy podczas prac termomodernizacyjnych dociepla się elewację. Taka próba likwidacji mostka termicznego jest pozbawiona sensu.

W tym miejscu trzeba poruszyć jeszcze jeden problem związany z balkonami. Chodzi o balkony z tzw. balustradą pełną. Poza wymogiem szczególnej staranności w wykonaniu detali (dylatacji obwodowych) trzeba zwrócić uwagę na sposób połączenia balustrady ze ścianą.

Balustrady pełne często wykonuje się jako żelbetowe, monolitycznie zespolone z płytą i ze ścianą. O ile ten pierwszy detal z punktu widzenia ochrony cieplnej nie ma większego znaczenia, to nieprzemyślane połączenie ze ścianą może powodować powstanie liniowego mostka termicznego.

Zwykle próbuje się go uniknąć dzięki ociepleniu balustrady z obu stron, co z kolei może powodować wiele błędów w uszczelnieniu dylatacji obwodowej przy balustradzie. Jeżeli poza tym odwodnienie zapewnia rzygacz, zazwyczaj sprawia on dodatkowe problemy.

Zdecydowanie najlepszym rozwiązaniem jest takie zaprojektowanie balustrady pełnej, aby nie przerywać ciągłości termoizolacji (łącznik izotermiczny). Alternatywną (ale dużo droższą) metodą jest docieplenie balustrady z obu stron.

Wymagania dotyczące tarasów

Najłatwiejszy do spełnienia jest wymóg zapewnienia odpowiedniej izolacyjności termicznej (uzyskanie wymaganej wartości współczynnika przenikania ciepła U). Kryterium to nie jest jednak wystarczające, choć w zdecydowanej większości wypadków za takie jest uznawane.

Ciepło, a dokładniej energia cieplna, przedostaje się z otaczającego powietrza na powierzchnię elementu, pokonuje opór cieplny elementu, gdy osiąga jego powierzchnię, i przedostaje się do atmosfery.

Temperatura powierzchni wewnętrznej zależy bezpośrednio od izolacyjności cieplnej elementu, natomiast rozkład temperatur w przegrodzie jest zależny od oporu przenikania ciepła. Im niższa temperatura na powierzchni wewnętrznej, tym łatwiej może dojść do kondensacji powierzchniowej². Jednak rozkład temperatur w przegrodzie jest istotny z jeszcze jednego powodu.

W przegrodzie mamy także do czynienia z dyfuzją pary wodnej – różnice ciśnienia pary wodnej po obu stronach przegrody dążą do wyrównania się. Para wodna wnika w przegrodę i napotyka na opór ze strony poszczególnych jej warstw. Powoduje to spadek ciśnień cząstkowych pary wodnej, który zależy od równoważnego oporu dyfuzyjnego (Sd) każdej z warstw przegrody.

Do kondensacji wilgoci w przegrodzie dochodzi wtedy, gdy ilość pary wodnej, która może się pojawić w danej warstwie (lub na styku warstw), jest większa, niż to wynika z rozkładu temperatury w przegrodzie i odpowiadającemu jej stanowi nasycenia. Wykresy ciśnień pary wodnej, cząstkowego oraz w stanie nasycenia, w odniesieniu do przegrody poprawnie zaprojektowanej nie przecinają się – ciśnienie cząstkowe pary wodnej jest w każdym punkcie przekroju niższe niż ciśnienie pary nasyconej. Do kondensacji nie dochodzi.

Jeżeli wykresy te stykają się, w tym miejscu powstaje płaszczyzna kondensacji, natomiast gdy przecinają się, mamy do czynienia ze strefą kondensacji. Sprawdzić to można w obliczeniach cieplno-wilgotnościowych przegrody. Właśnie z podanych wyżej powodów wykonanie wyłącznie obliczeń cieplnych jest dalece niewystarczające.

Rozwiązanie projektowe powinno zatem zapewnić nie tylko odpowiedni komfort cieplny użytkownikom pomieszczeń znajdujących się pod tarasem, lecz także nie dopuszczać do rozwoju grzybów pleśniowych na stropie i przyległych fragmentach ścian.

Należy obliczeniowo dobrać grubość warstwy termoizolacji, aby maksymalna wartość współczynnika przenikania ciepła U_maks. obliczana zgodnie z normą PN-EN ISO 6946:2008 [2] dla pomieszczeń o temperaturze t₁ > 16°C była nie większa niż 0,30 [3], oraz wyeliminować ryzyko kondensacji pary wodnej, umożliwiającej rozwój grzybów pleśniowych, oraz zawilgocenia wnętrza przegrody na skutek powstania płaszczyzny bądź strefy kondensacji [3, 4].

Obliczona wielkość f_Rsi dla przegrody i węzłów konstrukcyjnych (ze zwróceniem uwagi na sposób użytkowania pomieszczenia, jego przeznaczenie oraz zewnętrzne warunki cieplno-wilgotnościowe) musi być nie mniejsza niż wymagana wartość krytyczna podana w normie PN-EN ISO 13788:2003 [4].

Rozwój grzybów pleśniowych najwcześniej uwidacznia się w obszarze występowania przynajmniej dwóch liniowych mostków termicznych (np. na styku ściana–strop, w narożniku pomieszczenia), co oznacza, że istotny wpływ może tu mieć izolacyjność cieplna ścian zewnętrznych pomieszczenia pod tarasem.

Dodatkowo spełniony musi być warunek, że we wnętrzu przegrody nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie na skutek kondensacji pary wodnej [3]. Rozporządzenie [3] dopuszcza kondensację pary wodnej w okresie zimowym wewnątrz przegrody, o ile w okresie letnim możliwe będzie wyparowanie kondensatu i nie nastąpi degradacja materiału przegrody na skutek tej kondensacji. Warunek ten należy sprawdzić zgodnie z normą PN-EN ISO 13788:2003 [4].

Obliczenia wartości współczynnika przenikania ciepła U, zgodnie z normą PN-EN ISO 6946:2008 [2], wykonuje się w odniesieniu do warunków ustalonych; parametry cieplne zależą od wilgotności materiału. Dlatego taras (i w ogóle przegrody zewnętrzne) należy tak projektować, aby jego zawilgocenie nie spowodowało takiego obniżenia izolacyjności cieplnej, że przestanie on spełniać stawiane mu wymagania techniczne.

Z tego powodu należy tak dobrać parametry paroizolacji (współczynnik oporu dyfuzyjnego m, zastępczy (porównawczy) opór dyfuzyjny S_d), aby wyeliminować niebezpieczeństwo kondensacji wilgoci w warstwach tarasu.

Nietypowe rozwiązania tarasów a kondensacja wilgoci

Konieczność wykonania szczegółowych obliczeń cieplno-wilgotnościowych jest szczególnie istotna przy nietypowych rozwiązaniach technologiczno-materiałowych, np. gdy warstwą użytkową jest powłoka z żywicy poliuretanowej.

Układ warstw konstrukcji tarasu z taką warstwą użytkową powinien wyglądać następująco:

• warstwa użytkowa z żywicy poliuretanowej,
• jastrych dociskowy,
• warstwa rozdzielająca (np. folia PE),
• termoizolacja (płyty styropianowe klasy nie niższej niż EPS 200),
• paroizolacja/izolacja międzywarstwowa,
• płyta konstrukcyjna ze spadkiem lub warstwą spadkową,
• tynk cementowo-wapienny.

Alternatywnie izolację międzywarstwową można wykonać na płytach termoizolacyjnych. Wtedy paroizolacja nie musi pełnić jednocześnie funkcji izolacji międzywarstwowej.

Obliczenia (układ warstw i ich parametry podano w tabeli 1) wykonane w odniesieniu do budynku zlokalizowanego w Łodzi w miesiącach: grudzień, styczeń, luty i marzec (średnie miesięczne wartości zmieniające się w ciągu roku według stacji Łodź-Lublinek, warunki wilgotnościowe odpowiadające mieszkaniom z małą liczbą mieszkańców, temp. powietrza wewnętrznego q_i = 20°C, wilgotność względna powietrza wewnętrznego j_i = 64) pokazują, że nie dochodzi do kondensacji międzywarstwowej (rys. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).

Wyeliminowanie tego zjawiska jest w tym wypadku bardzo istotne – wilgoć kondensacyjna w warstwie jastrychu nie będzie w stanie wyparować ze względu na powłokę żywiczną. Gdy jednak temperatura na zewnątrz spadnie np. do –20°C, dojdzie do niewielkiej kondensacji (rys. 10–11). Aby ocenić jej intensywność, należy obliczyć ilość kondensatu.

Dlatego w tego typu nietypowych rozwiązaniach, oprócz sprawdzenia zgodnie z normą PN-EN ISO 13788:2003 [4], dobrze jest wykonać obliczenia w odniesieniu do znacznie niższych temperatur. Drugą istotną rzeczą jest precyzyjne określenie rodzaju ­pomieszczenia pod tarasem, a dokładnie: sposobu jego użytkowania. Jeżeli pod tarasem będzie się znajdować pomieszczenie o dużo wyższej wilgotności względnej powietrza (np. łazienka, zwłaszcza przy nieskutecznej wentylacji), może się okazać, że do kondensacji międzywarstwowej jednak dojdzie.

Zobaczmy także, co się stanie, gdy w ramach oszczędności zamiast papy paroizolacyjnej zastosuje się zwykłą papę, np. podkładową (tabela 2) oraz paroizolację z folii PE gr. 0,15 mm (tabela 3). W tym pierwszym przypadku do kondensacji dochodzi już w temperaturze poniżej +4°C i mamy do czynienia już nie z płaszczyzną, lecz ze strefą kondensacji (rys. 12 i 13 oraz rys. 14–15).

Zastosowanie natomiast paroizolacji z folii PE gr. 0,15 mm jest jeszcze gorszym rozwiązaniem (tabela 3, rys. 16 i 17, rys. 18–19) – kondensacja międzywarstwa zachodzi już przy temp. poniżej +8°C, a ilość kondensatu w okresie rocznym osiąga wielkość 192,59 ml/m². Nie jest to ilość, którą można lekceważyć, tym bardziej że kondensat ten nie ma możliwości odparowania.

Miesięczne strumienie kondensacji i akumulację wewnętrzną podano w tabeli 4.

W tym miejscu warto także pokazać, jaki jest rzeczywisty wpływ paroizolacji z folii PE gr.0,15 mm. Przy braku paroizolacji ilość skondensowanej wilgoci wynosi 221,35 ml/m² (tabela 5). Ułożenie warstwy folii PE gr. 0,15 mm zmniejsza ilość kondensatu o 27,76 ml/m2. W praktyce wielkość ta byłaby jeszcze mniejsza ze względu na niedokładności ułożenia oraz uszkodzenie tak cienkiej folii.

Jako paroizolacja doskonale sprawdzają się papy z wkładką z folii aluminiowej (S_d = 1500 m). Często stosuje się też polimerowe masy bitumiczne. W typowych sytuacjach pełnią one swoją rolę (co nie zwalnia projektanta z obowiązku wykonania obliczeń sprawdzających). Nie wolno natomiast stosować jako paroizolacji zwykłych folii z tworzyw sztucznych gr. 0,15 mm.

Literatura

1. J. Szymański, „Balkony i loggie w budynkach wielkopłytowych”, instrukcja nr 375/2002, ITB, Warszawa 2002.
2. PN-EN ISO 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690, ze zm.).
4. PN-EN ISO 13788:2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej. Metody obliczania”.
5. PN-EN 12524:2003, „Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe”.
6. PN-91-B-02020, „Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia”.
7. M. Rokiel, „Tarasy i balkony. Projektowanie i warunki techniczne wykonania i odbioru robót”, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2011.M. Rokiel, „Poradnik. Hydroizolacje w budownictwie. Wybrane zagadnienia w praktyce”, wyd. II, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2009.
8. ZDB, „Außenbeläge. Belagkonstruktionen mit Fliesen und Platten außerhalb von Gebäuden”, VII 2005.
9. „Budownictwo ogólne”, praca zbiorowa, t. 2: „Fizyka budowli”, pod kier. P. Klemma, aut. D. Chwieduk [i in.], Arkady, Warszawa 2007.
10. J. Ważny, J. Karyś, „Ochrona budynków przed korozją biologiczną”, Arkady, Warszawa 2001.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!