Tarasy nad pomieszczeniami ogrzewanymi – Warunki Techniczne a zagadnienia cieplno‑wilgotnościowe

Zgodnie z art. 5.1 ustawy Prawo budowlane [1]:

„Obiekt budowlany jako całość oraz jego poszczególne części, wraz ze związanymi z nim urządzeniami budowlanymi należy, biorąc pod uwagę przewidywany okres użytkowania, projektować i budować w sposób określony w przepisach, w tym techniczno-budowlanych, oraz zgodnie z zasadami wiedzy technicznej, zapewniając spełnienie podstawowych wymagań dotyczących obiektów budowlanych określonych w załączniku I do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiającego zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylającego dyrektywę Rady 89/106/EWG (Dz. Urz. UE L 88 z 04.04.2011, str. 5, z późn. zm.), dotyczących:

a) nośności i stateczności konstrukcji,
b) bezpieczeństwa pożarowego,
c) higieny, zdrowia i środowiska,
d) bezpieczeństwa użytkowania i dostępności obiektów,
e) ochrony przed hałasem,
f) oszczędności energii i izolacyjności cieplnej,
g) zrównoważonego wykorzystania zasobów naturalnych.”

Z kolei art. 7. ustawy [1] precyzuje, że:

„Do przepisów techniczno-budowlanych zalicza się:

1) warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane i ich usytuowanie;
2) warunki techniczne użytkowania obiektów budowlanych.”

Oznacza to, że definiując warunki techniczne dla tarasów, obligatoryjnie należy spełnić wymogi podane w:

• Ustawie Prawo Budowlane [1],
• Ustawie o wyrobach budowlanych [2],
• rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3].

Fakultatywne są natomiast wszelkiego rodzaju warunki techniczne wykonania i odbioru robót [4–8]. Nie znaczy to jednak, że są one nieistotne, ich przestrzeganie ma bowiem zasadnicze znaczenie dla bezawaryjnej eksploatacji (brak procesów destrukcyjnych, przecieków itp.) połaci.

Rozwiązanie konstrukcyjne tarasu nad pomieszczeniem ogrzewanym musi uwzględniać wszystkie czynniki oddziaływujące na połać (a nie tylko wymogi ujęte w WT [3]).

Analizując budowę połaci tarasowej, niezależnie od koncepcji jej wykonania i odwodnienia (układ z powierzchniowym odprowadzeniem wody/wariant drenażowy), oraz wymagania podstawowe [1], jak i WT [3], tarasy należy projektować ze względu na:

• obciążenie wilgocią,
• obciążenia termiczne,
• wymagania cieplno-wilgotnościowe,
• ochronę akustyczną,
• bezpieczeństwo użytkowania,

natomiast do wykonania warstw połaci można stosować wyłącznie materiały, których producent dostarczył dokumenty, które świadczą o dopuszczeniu do obrotu i powszechnego lub jednostkowego zastosowania użytych wyrobów budowlanych, zgodnie z Ustawą o wyrobach budowlanych [2] oraz rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) [9].

Żaden z powyższych warunków nie może być traktowany w oderwaniu od innych.

Analiza Warunków Technicznych [3] pokazuje ciągły wzrost wymagań związanych z izolacyjnością cieplną oraz oszczędzaniem energii. Przyjęcie jako granicznych (maksymalnych) wartości wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP_(max) [kWh/(m²·rok)] dla całego analizowanego budynku i jednocześnie współczynnika przenikania ciepła U_C(max) [W/(m²·K)] dla połaci tarasowej tarasu nad pomieszczeniem ogrzewanym wymusza na etapie projektowania wykonanie szczegółowych analiz i obliczeń będących punktem wyjścia do optymalizacji rozwiązań konstrukcyjno materiałowych całego obiektu, a nie tylko jej poszczególnych elementów czy przegród.

W rozdziale 4 Warunków Technicznych [3] podano wymagania związane z ochroną przed zawilgoceniem i korozją biologiczną. Z najważniejszych dotyczących tarasów wymienić należy:

„§  315 Budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby opady atmosferyczne, woda w gruncie i na jego powierzchni, woda użytkowana w budynku oraz para wodna w powietrzu w tym budynku nie powodowały zagrożenia zdrowia i higieny użytkowania.
§  317.
2. Części ścian zewnętrznych, bezpośrednio nad otaczającym terenem, tarasami, balkonami i dachami, powinny być zabezpieczone przed przenikaniem wody opadowej i z topniejącego śniegu.
§  318. Rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe przegród zewnętrznych i ich uszczelnienie powinny uniemożliwiać przenikanie wody opadowej do wnętrza budynków.
§  321.
1. Na wewnętrznej powierzchni nieprzezroczystej przegrody zewnętrznej nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych.
2. We wnętrzu przegrody, o której mowa w ust. 1, nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie spowodowane kondensacją pary wodnej.
3. Warunki określone w ust. 1 i 2 uważa się za spełnione, jeśli przegrody odpowiadają wymaganiom określonym w pkt 2.2.4. załącznika nr 2 do rozporządzenia.”

Przywołany p. 2.2.4 jest częścią załącznika podającego wymagania izolacyjności cieplnej i inne wymagania związane z oszczędnością energii, z których do tarasów ma przede wszystkim zastosowanie:

• p.1.1. określający: maksymalny współczynnik przenikania ciepła U_c(max) = 0,15 W/(m²·K),
• p. 2 podający warunki spełnienia wymagań dotyczących powierzchniowej kondensacji pary wodnej, w tym także zalecenia dotyczące sposobu wykonywania obliczeń.

„§  322. 1. Rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne zewnętrznych przegród budynku, warunki cieplno-wilgotnościowe, a także intensywność wymiany powietrza w pomieszczeniach, powinny uniemożliwiać powstanie zagrzybienia.”

Zatem zgodnie z powyżej przywołanymi wymaganiami, dla poprawnie zaprojektowanej pod względem cieplno-wilgotnościowej przegrody (pomijam tu wymóg ograniczenia wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną):

• współczynnik przenikania ciepła U_C(max) ≤  0,15 W/(m²·K),
• nie dochodzi do kondensacji powierzchniowej i rozwoju grzybów pleśniowych na wewnętrznej powierzchni
• nie dochodzi do narastającej kondensacji międzywarstwowej. Ewentualny kondensat nie wpływa na pogorszenie parametrów i właściwości warstw przegrody i wysycha w okresie letnim (warunki spełnione jednocześnie).

Wymagania cieplno-wilgotnościowe związane są przede wszystkim z trzema elementami połaci: hydroizolacją, termoizolacją i paroizolacją.

Komfort cieplny oraz brak kondensacji i związanej z tym korozji biologicznej zapewnia tylko kompleksowe rozwiązanie projektowe i poprawne wykonawstwo nie tylko połaci, ale i ścian pod tarasem i ścian przyległych do połaci. Rozwój grzybów pleśniowych najwcześniej uwidacznia się w obszarze występowania przynajmniej dwóch liniowych mostków termicznych (np. na styku ściany i stropu połaci, przy progu drzwiowym itp.), co oznacza, że istotny wpływ na to zjawisko ma izolacyjność cieplna ścian zewnętrznych pomieszczenia pod tarasem oraz przyległych do tarasu jak również progu drzwiowego (nie tylko samej stolarki).

Już na etapie wyznaczania współczynnika przenikania ciepła U_C(max) popełnia się wiele błędów. Jego wartość, zgodnie z normą PN-EN ISO 6946 [10] oblicza się w odniesieniu do warunków ustalonych, a parametry cieplne zależą od wilgotności materiału. Dlatego przyjęty do obliczeń współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] musi być przyjęty nie dla warunków laboratoryjnych, lecz dla rzeczywistych. Dlatego rozróżnić należy dwie wartości współczynnika przenikania ciepła U_C(max):

• deklarowaną, czyli wartość oczekiwaną, oszacowaną na podstawie danych pomiarowych w warunkach odniesienia w zakresie temperatury i wilgotności, podaną dla ustalonej frakcji populacji i poziomu ufności oraz odpowiadająca rozsądnie przyjętemu okresowi użytkowania w normalnych warunkach,
• obliczeniową, dla określonych zewnętrznych lub wewnętrznych warunków, które mogą być uważane za typowe przy zastosowaniu materiału w elemencie budowlanym.

Te dwie wartości znacznie się różnią od siebie.

Przykładowo producenci płyt styropianowych EPS deklarują współczynnik przewodzenia ciepła λ wynoszący nawet 0,031 W/(m·K), natomiast obliczeniowy wynosić może nawet 0,045 W/(m·K) [11, 12].

Deklarowane wartości współczynnika λ dla XPS-u zaczynają się od 0,029 W/(m·K), natomiast obliczeniowa dla układu tradycyjnego wynosi 0,035 W/(m·K), dla odwróconego natomiast 0,041 W/(m·K) [11, 12] (do tego dochodzi współczynnik poprawkowy na układ odwrócony [10]).

Notorycznie pomija się też wpływ mostków termicznych lub oblicza przegrody niejednorodne jako jednorodne.

Norma PN-EN 13788 [13] do określenia ryzyka kondensacji pary wodnej posługuje się współczynnikiem temperaturowym wewnętrznej powierzchni ƒ_Rsi, określając go jako bezwymiarowy współczynnik równy ilorazowi różnicy temperatury wewnętrznej powierzchni przegrody θ_si oraz powietrza zewnętrznego θ_e i różnicy temperatury powietrza w pomieszczeniu θ_i oraz powietrza zewnętrznego θ_e. Im wyższa wartość tego współczynnika, tym wyższa temperatura wewnętrznej powierzchni przegrody i mniejsze ryzyko kondensacji pary wodnej na powierzchni i związanego z tym rozwoju grzybów pleśniowych.

Przegrodę uznaje się za poprawnie zaprojektowaną, gdy wartość ƒ_Rsi dla każdego miesiąca jest większa od wartości krytycznej.

Kondensacja powierzchniowa zachodzi w sytuacji, gdy powietrze mające kontakt z chłodną powierzchnią ochładza się do temperatury niższej niż punkt rosy (powietrze o danej zawartości pary wodnej osiąga stan nasycenia).

Jeżeli punkt rosy jest niższy niż temperatura na powierzchni przegrody, do kondensacji nie dochodzi. Zatem do kondensacji powierzchniowej dochodzi w pomieszczeniach o podwyższonej wilgotności powierza i/lub niedostatecznej izolacyjności termicznej.

Kondensacja powierzchniowa pojawia się w miejscach, w których temperatura jest najniższa, czyli w narożnikach pod stropem tarasów albo na styku płyty ze ścianą (generalnie w miejscach występowania geometrycznych i/lub materiałowych mostków termicznych).

Dokładne wyznaczenie współczynnika temperaturowego w obszarze trójwymiarowych mostków cieplnych wymaga zastosowania metod numerycznych (wynika to także wprost z zaleceń normy [13]). Można także korzystać z metod uproszczonych, jednak w wielu przypadkach, zwłaszcza bardziej skomplikowanych, ich dokładność jest niezadawalająca.

Skoro punkt rosy jest wypadkową temperatury powietrza i jego wilgotności to możliwe jest wyznaczenie zależności punktu rosy od wilgotności powietrza w danym pomieszczeniu i odniesienie jej do minimalnej temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody (tę ostatnią wyznaczoną np. metodami numerycznymi [14]) i określenie niebezpieczeństwa kondensacji powierzchniowej.

Literatura techniczna [15] definiuje pojęcie tzw. punktu pleśniowego (przez analogię do punktu rosy). Za wartość punktu pleśniowego przyjmuję się temperaturę kondensacji (czyli punkt rosy) podwyższoną o 3°C (temperatura w najchłodniejszym miejscu przegrody powinna być minimum o 3°C wyższa niż punkt rosy).

Dalszą konsekwencją założeń do metody obliczeniowej normy [13] i wymagań §  321. 2. Warunków Technicznych [3] jest konieczność wyeliminowania kondensacji międzywarstwowej. Te obliczenia notorycznie się pomija, chociaż Warunki Techniczne [3] jednoznacznie wymagają wyeliminowania we wnętrzu przegrody narastającego zawilgocenia na skutek kondensacji pary wodnej.

Rozporządzenie to dopuszcza jednak kondensację pary wodnej w okresie zimowym wewnątrz przegrody, o ile latem 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 [13].

Taki zapis, pod pewnymi warunkami, wydaje się logiczny – brak narastającego zawilgocenia i degradacji materiału przegrody jest jak najbardziej sensowny, nie oznacza on jednak, że taka sytuacja może być bezkrytycznie akceptowalna. Postawić należy także pytanie, jak przyjąć warunki brzegowe. Układ warstw połaci tarasu, niezależnie od koncepcji uszczelnienia, jest narzucony przez rozwiązanie technologiczno-materiałowe, właściwości stosowanych materiałów oraz zjawiska fizyczne.

Rozkład temperatury w przekroju wynika z różnych temperatur po obu stronach przegrody, a przepływ pary wodnej z różnicy ciśnienia tejże pary po obu stronach przegrody – dążą one do wyrównania się. Jednak para wodna, wnikając w warstwy połaci, nie przechodzi przez nią całkowicie – napotyka na opór ze strony poszczególnych jej warstw. Zależy on od rodzaju materiału warstwy (inny dla betonu, styropianu, wełny, powłoki wodochronnej, wykładziny ceramicznej itp.) i jej grubości – jest on określany przez tzw. równoważny opór dyfuzyjny S_d. Powoduje on spadek cząstkowych ciśnień pary wodnej.

Każda warstwa zatrzymuje pewną ilość pary wodnej, jednak pozostała część przenika dalej, zwykle w zimniejszą strefę przekroju. Jeżeli ilość pary wodnej jest zbyt duża, to w pewnym momencie zaczyna ona się wykraplać, gdyż został osiągnięty stan nasycenia i dochodzi do kondensacji. Można mówić o tzw. płaszczyźnie kondensacji, gdy do skraplania dochodzi np. na styku warstw, lub o strefie kondensacji, gdy mamy do czynienia z fragmentem przekroju, gdzie zjawisko to występuje.

Dla tarasu z powierzchniowym odprowadzeniem wody, jeżeli kondensacja pojawi się w warstwie jastrychu dociskowego (czyli w strefie przemarzania – powyżej termoizolacji), to oprócz negatywnego wpływu cykli zamrażania–rozmrażania na zawilgocony podkład (samych przejść przez zero w cyklu jesień–zima–wiosna może być ponad 200) i prawdopodobnie zwiększającego się zawilgocenia podkładu, większych problemów na początku nie będzie.

W okresie letnim zgromadzona wilgoć będzie starała się wyjść przez spoiny, tworząc mało estetyczne wykwity. Na właściwości ciepłochronne wpływ takiego zawilgocenia będzie raczej niewielki. Jednak w dłuższym okresie czasu i w skrajnej sytuacji wzrost ciśnienia pary wodnej na skutek działania słońca i temperatury w lecie może doprowadzić do odspojenia samych płytek.

Gorzej, gdy zawilgoceniu ulegnie termoizolacja z EPS-u. Szerokość strefy zależeć będzie od warunków brzegowych i budowy połaci, dlatego może się zdarzyć, że strefa kondensacji obejmie także część termoizolacji.

Jednak skutek zawilgocenia EPS-u będzie już inny. Spadek ciepłochronności powoduje bowiem poszerzenie wspomnianej strefy, co dodatkowo pogarsza warunki brzegowe – znaczna zmiana (wzrost) przewodności cieplnej zawilgoconej termoizolacji może na tyle zmienić rozkład temperatur w przegrodzie, że wykonane pierwotnie obliczenia nie będą miały żadnego sensu. Drugim problemem jest fakt, że zawilgocony w ten sposób EPS nie wyschnie.

Dla układów drenażowych izolacja może znajdować się bezpośrednio na termoizolacji. Zatem do kondensacji może dojść bezpośrednio pod hydroizolacją, w warstwie termoizolacji, co może mieć znacznie gorsze skutki.

Z podanych powyżej powodów konieczność rzetelnego wykonywania obliczeń cieplno-wilgotnościowych wydaje się oczywista. Wybór rodzaju materiału stosowanego jako paroizolację powinien zależeć bezpośrednio od wyników obliczeń cieplno-wilgotnościowych, do których należy przyjmować wyłącznie obliczeniowe wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ. Należy tak dobrać parametry paroizolacji (współczynnik oporu dyfuzyjnego μ/równoważny opór dyfuzyjny S_d), aby wyeliminować niebezpieczeństwo kondensacji wilgoci w warstwach tarasu. Należy także przyjąć rzeczywiste cieplno-wilgotnościowe warunki brzegowe – temperaturę i wilgotność powietrza (normowe czy średnie miesięczne w wielu sytuacjach nie są miarodajne).

Metoda Glasera jest metodą bardzo przybliżoną, zakłada się bardzo wiele uproszczeń w ruchu ciepła i wilgoci oraz w przyjęciu warunków brzegowych. Optymalne (znacznie dokładniejsze i odzwierciedlające rzeczywisty stan cieplno-wilgotnościowy przegrody) byłyby obliczenia w stanie niestacjonarnym. Współczynnik przewodzenia ciepła λ zależy od temperatury oraz zawilgocenia materiału, jednak takie symulacje wymagają użycia specjalistycznych programów komputerowych.

Literatura

1. Obwieszczenie Marszałka Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 7 lipca 2020 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy – Prawo budowlane (DzU 2020 poz. 1333).
2. Obwieszczenie Marszałka Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 9 stycznia 2020 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy o wyrobach budowlanych (DzU 2020 poz. 215).
3. Obwieszczenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 8 kwietnia 2019 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2019 poz. 1065).
4. „Außenbeläge. Belagskonstruktionen mit Fliesen und Platten außerhalb von Gebäuden“, ZDB, 2019.
5. M. Rokiel, „Tarasy i balkony. Projektowanie i warunki techniczne wykonania i odbioru”, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2011.
6. M. Rokiel, „Hydroizolacje w budownictwie. Projektowanie. Wykonawstwo”, wyd. III, Grupa MEDIUM, Warszawa 2019.
7. „Abdichtungen im Verbund (AIV). Hinweise für Abdichtungen im Verbund mit Bekleidungen und Belägen aus Fliesen und Platten für den Innenbereich“, ZDB, 2019.
8. BGR 181: Fußböden in Arbeitsräumen und Arbeitsbereichen mit Rutschgefahr. Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften, X.2003.
9. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG.
10. PN-EN ISO 6946, „Komponenty budowlane i elementy budynku – Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła – Metody obliczania”.
11. A. Dylla, „Fizyka cieplna budowli w praktyce. Obliczenia cieplno­‑wilgotnościowe”, PWN, Warszawa 2015.
12. P. Klemm (red.), „Budownictwo ogólne t. 2. Fizyka budowli”, Arkady, Warszawa 2005.
13. PN-EN 13788, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku – Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej – Metody obliczania”.
14. PN-EN ISO 10211, „Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe”.
15. J. Karyś (red.), „Ochrona przed wilgocią i korozją biologiczną w budownictwie”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2014.
16. PN-EN ISO 10456, „Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe i procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!