Rozwiązania materiałowe stropodachów nad halami basenowymi

W dotychczasowych realizacjach ocieplonych stropodachów nad basenami najwięcej problemów eksploatacyjnych sprawiają stropodachy pełne, które podczas użytkowania są narażone na kondensację pary wodnej.

Warunki klimatu wewnętrznego pomieszczeń hal basenowych

Warunki klimatu wewnątrz pomieszczeń krytych basenów zależą od ich przeznaczenia, standardu wykonania, jakości urządzeń klimatyzacyjnych oraz intensywności użytkowania. Szczegółowe wymagania dotyczące parametrów klimatu wewnętrznego w halach basenowych są publikowane przez Polski Związek Pływacki lub w odpowiednich normatywach obowiązujących w poszczególnych krajach, np. w wytycznych Zrzeszenia Inżynierów Niemieckich VDI 2089 [1].

Najczęściej w obiektach basenowych przyjmuje się temperaturę powietrza o ok. 2-4°C wyższą od temperatury wody w basenie. Dla takich założeń temperatura wody w niecce basenu zależy od sposobu wykorzystania obiektu i wynosi:

• 24-26°C - baseny sportowe,
• 26-28°C - baseny rekreacyjno-sportowe,
• 28-30°C - baseny rekreacyjne,
• 30-32°C - baseny dziecięce.

Dopuszczalne temperatury powietrza w poszczególnych pomieszczeniach basenu, zgodnie z wymaganiami niemieckimi [2], przedstawiono w TABELI.

Osobnym zagadnieniem kształtowania komfortu klimatu pomieszczeń basenu jest zachowanie odpowiedniej wilgotności powietrza. Obniżona wilgotność pomieszczeń zmniejsza ryzyko wykraplania się pary wodnej na powierzchni elementów konstrukcji hal, jednak przyspiesza parowanie wody, przez co może wywoływać uczucie chłodu u użytkowników.

Z kolei podwyższona wilgotność powietrza w hali basenu może powodować uczucie duszności oraz obniżać komfort użytkowania (zacieki na powierzchniach przegród budowlanych, zaparowane przeszklenia i elementy okien).

Wilgotność powietrza w halach basenowych zgodnie z [2] powinna wynosić od 40 do 64% (Polski Związek Pływacki dopuszcza 65%). Klasyfikacja parametrów klimatu wewnętrznego hal basenowych zgodnie z PN-EN ISO 13788 [3] pozwala uznać te pomieszczenia jako należące do 5., najwyższej klasy wilgotności.

Typowe rozwiązania stropodachów nad basenami krytymi

Ze względu na znaczną rozpiętość wielkości dachów instalowanych nad halami basenowymi najczęściej stosowanymi rozwiązaniami są tu stropodachy płaskie. W celu zredukowania ciężaru własnego do konstruowania dachów stosowane są lekkie konstrukcje stropodachów pełnych z warstwą nośną z blach trapezowych.

Z doświadczeń praktycznych realizacji stropodachów pełnych nad pomieszczeniami wilgotnymi [4-5] wynika, że najczęściej występują następujące błędy projektowo-wykonawcze:

• za mała sztywność blach trapezowych (nadmierne ugięcia),
• uwzględnianie w analizach obliczeniowych z zakresu fizyki cieplnej blach trapezowych jako bariery paroizolacyjnej,
• brak wypełnienia fałd wkładkami termoizolacyjnymi (alternatywnie sztywna deska z wełny mineralnej) stosowanego w celu uzyskania równego podłoża pod paroizolację,
• za mały opór dyfuzyjny paroizolacji w porównaniu z oporem dyfuzyjnym pokrycia,
• przebicia paroizolacji łącznikami mocującymi pokrycie dachowe i strop podwieszony,
• stosowanie za miękkiej termoizolacji z wełny mineralnej,
• brak zastosowania łączników teleskopowych,
• częsty brak warstwy rozdzielającej i wyrównującej ciśnienie w przypadku termoizolacji ze styropianu (EPS, XPS, PIR, PUR).

Na RYS. 1 przedstawiono przykład uwarstwienia lekkiego stropodachu pełnego na blachach fałdowych z pokryciem z blachy płaskiej, zaproponowanego jako rozwiązanie jednego z nowo powstających basenów w Krakowie.

Przykładowy dach zawiera kilka spośród wymienionych wyżej błędów. W stropodachu nie wypełniono fałd blachy trapezowej. Może to skutkować uszkodzeniami paroizolacji podczas układania warstw dachu.

W stropodachu zastosowano również mocowania mechaniczne warstwy płyty OSB, przebijając paroizolację. Przebicia paroizolacji znacznie obniżają jej szczelność dla pary wodnej, przy czym spadek sprawności tej warstwy jest niemożliwy do oszacowania. Zaproponowana w projekcie warstwa poszycia z blach trapezowych jest nieszczelna na stykach arkuszy oraz w miejscach przebić łącznikami mechanicznymi, dlatego nie może być traktowana jako warstwa paroszczelna (FOT. 1).

Natomiast warstwa pokryciowa z blachy płaskiej, podobnie jak poszycie, stanowi warstwę o ograniczonej paroszczelności. Szczelność na przenikanie pary wodnej tych warstw jest niemożliwa do oszacowania w obliczeniach przepływu pary wodnej przez stropodach. Z praktyki wiadomo jednak, że istnieje wysokie ryzyko kondensacji pary wodnej pod warstwami pokrycia dachów wykonanych z blach.

Innym powszechnie stosowanym rozwiązaniem w dachach nad halami basenowymi jest stosowanie wentylowanych stropodachów szczelinowych. Do najczęściej popełnianych błędów w tego typu stropodachach wg [6-7] należą:

• zły dobór materiałów dla paroizolacji i warstwy wstępnego krycia (w tym brak specyfikacji ich oporu dyfuzyjnego),
• stosowanie zbyt małych przekrojów (wysokości) szczeliny wentylacyjnej,
• zbyt małe różnice wysokości pomiędzy wlotem i wylotem szczeliny wentylacyjnej (szczególnie w dachach płaskich),
• brak drożności szczelin wentylacyjnych ze względu na brak uwzględnienia poprzecznych przeszkód, jakim mogą być doświetlenia, kominy, wyłazy dachowe itp.,
• stosowanie kominków jako wywiewów ze szczeliny wentylacyjnej (FOT. 2),
• projektowanie wlotów do szczeliny w koszach dachowych,
• brak odpowiedniego ukształtowania i zabezpieczenia wlotów i wylotów do i ze szczeliny wentylacyjnej.

 Na RYS. 2 pokazano przykład rozwiązania stropodachu nad basenem, zrealizowanego w Małopolsce.

Pokazane rozwiązanie jest stropodachem stromym z podwójną szczeliną wentylacyjną. Zaproponowane rozwiązanie z założenia jest bardzo skutecznym sposobem na odprowadzenie nadmiaru pary wodnej z przegrody. Niestety w stropodachu zastosowano jako warstwę wstępnego krycia papę temozgrzewalną o wysokim oporze dyfuzyjnym, dlatego górna szczelina nie mogła pełnić funkcji dodatkowej warstwy odprowadzającej parę wodną.

Ze względu na skomplikowany kształt dachu znaczna część połaci miała zaprojektowane wloty do szczelin w koszach dachowych. W takim przypadku bardzo trudno jest zrealizować odpowiednie wloty do szczelin wentylujących (szczególnie do dolnej szczeliny). Poza tym trzeba się liczyć z długotrwałym zamknięciem wlotów przez śnieg zalegający w koszach dachowych w okresie zimowym (FOT. 3). Na dachu zaprojektowano szereg okien połaciowych jako doświetlenia poddasza, przecinając przepływ powietrza w szczelinach wentylujących (FOT. 3). Opisane błędy projektowe już po kilku miesiącach użytkowania stropodachu spowodowały wycieki wewnętrzne (FOT. 4) i oblodzenia stref okapowych dachu.

Analiza przepływu pary wodnej

W celu weryfikacji ryzyka kondensacji wewnątrzwarstwowej w opisywanych stropodachach przeprowadzono obliczenia przepływu pary wodnej przez przegrodę zgodnie z [1, 3]. Wyniki obliczeń przedstawiono na wykresie w skali grubości (RYS. 3). Na podstawie przeprowadzonych pomiarów w istniejących halach basenowych oraz wymagań [2] założono, że w okresie zimowym w hali basenowej temperatura powietrza może osiągać 34°C, przy wilgotności względnej powietrza 64%. Jako warunki zewnętrzne przyjęto –5°C, przy wilgotności względnej powietrza 85%.

Przykładowy stropodach płaski (RYS. 1) jest rozwiązaniem lekkiego stropodachu pełnego. Projektant w stropodachu zalecił zastosowanie wysokosprawnej paroizolacji o wysokiej sprawności (dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy powietrza Sd = 1500 m). Jednak na skutek wysokiej różnicy ciśnienia pary wodnej pomiędzy powietrzem wewnętrznym i zewnętrznym oraz wysokiego oporu warstw pokrycia (przyjęto szacunkowo Sd = 800) w przegrodzie w okresie zimy występuje kondensacja wewnątrzwarstwowa.

W przypadku stropodachu stromego pokazanego na RYS. 2 brak możliwości wentylowania szczeliny pod płytą OSB i bitumiczną warstwą wstępnego krycia sprawia, że projektowany stropodach wentylowany zamienia się miejscami w stropodach pełny.

Na RYS. 4, zawierającym wykres rozkładu ciśnień, pokrywanie się wykresów stanu nasycenia i rzeczywistego sugeruje powstanie w tej przegrodzie rozległej strefy wykraplania pary wodnej. Proporcja wartości ciśnień w strefie kondesacji sugeruje, że proces kondesacji przebiega bardzo intensywnie.

Para wodna, dyfundująca na skutek wysokiej różnicy ciśnień z wnętrza budynku do otoczenia, w stropodachu napotyka na swojej drodze warstwę folii paroizolacyjnej o relatywnie niskim oporze dyfuzyjnym.

Wg PN-EN ISO 10456 [1] w przypadku zastosowania folii PE w postaci łączonych na szerokości wstęg, mocowanych zszywkami do podłoża, opór dyfuzyjny paroizolacji wyrażony poprzez grubość równoważnej warstwy powietrznej wynosi zaledwie 8 m. W związku z tym para wodna może intensywnie dalej penetrować w stropodachu, do warstwy przepuszczalnej izolacji termicznej i szczeliny pod płytą OSB. Po stronie zewnętrznej stropodachu, w warunkach niskiej temperatury, znajduje się z kolei warstwa o dużym oporze dyfuzyjnym. Jeśli powłoka z papy bitumicznej na płytach OSB została ułożona z odpowiednim zakładem, a pasma papy zostały zgrzane lub uległy samowulkanizacji, to grubość równoważnej pod względem dyfuzyjnym warstwy można bardzo ostrożnie szacować na min. 100 m (w rzeczywistości może to być również wartość kilkakrotnie większa, co dodatkowo pogarsza sytuację).

Zalecane rozwiązania

Podstawą doboru rozwiązań konstrukcji stropodachów nad halami basenowymi powinny być obliczenia zakresu przepływu ciepła przez przegrodę. Ze względu na intensywność zjawisk cieplno-wilgotnościowych w tego typu obiektach należy unikać powstawania kondesacji wgłębnej w projektowanych przegrodach. Nawet gdy obliczeniowy sezonowy bilans kondensacji w stropodachach nad basenami wykazuje całkowite wysychanie kondensatu w miesiącach letnich, okresowa kondensacja w analizowanym stropodachu może powodować opisane wyżej problemy eksploatacyjne.

Podstawową przyczyną ryzyka kondensacji w stropodachu pokazanym na RYS. 1 jest zastosowanie rozwiązania stropodachu pełnego z warstwą pokryciową o dużym oporze dyfuzyjnym (blacha aluminiowa). W celu zmniejszenia ryzyka powstawania kondensacji pary wodnej może być zastosowane rozwiązanie w postaci stropodachu wentylowanego lub stropodachu pełnego o precyzyjnie określonych wysokich parametrach warstw paroizolacyjnych oraz warstwy pokryciowej o relatywnie niskim oporze dyfuzyjnym.

Ze względu na mały kąt nachylenia stropodachu zastosowanie stropodachu wentylowanego nie jest zalecane. Istnieje ryzyko małej skuteczności wymiany powietrza w szczelinie wentylującej i braku odprowadzania nadmiaru pary wodnej ze stropodachu. Lepszym rozwiązaniem dla dachów płaskich jest zastosowanie pokrycia dachowego z wielowarstwowych membran syntetycznych na bazie wysokiej jakości polichlorku winylu (PVC), wzmacnianych włókniną szklaną, np. membrany Sarnafil G lub Sikaplan SGK. Wymienione membrany wyróżniają się bardzo niskim współczynnikiem oporu dyfuzyjnego pary wodnej μ wynoszącym 15  000-20  000 m [8-9].

Kolejnym warunkiem możliwości zastosowania stropodachu pełnego jest zastosowanie wysokosprawnej paroizolacji oraz zapewnienie minimalizacji przebić warstw stropodachu. Dla zachowania ciągłości warstw w stropodachu stosuje się techniki ich wzajemnego klejenia, redukując łączniki mechaniczne obniżające sprawności paro- i termoizolacji.

Dobór termoizolacji w stropodachach płaskich zależy od wymagań projektowych w zakresie izolacyjności cieplnej, odporności ogniowej, parametrów wytrzymałościowych czy oporu dyfuzyjnego. Ze względów pożarowych w stropodachach płaskich projektowane są płyty twarde z wełny mineralnej stosowane jako płyty wierzchnie w ociepleniach dwuwarstwowych oraz płyty półtwarde stosowane jako płyty podkładowe. Średnia gęstość objętościowa tego typu warstw izolacyjnych przekracza 75 kg/m3.

Zawilgocenie warstw izolacji termicznej z wełny mineralnej bardzo niekorzystnie wpływa na jej parametry izolacyjności cieplnej oraz na parametry wytrzymałościowe. Zgodnie z badaniami [10] zawilgocenie wełny mineralnej powoduje poważne obniżenie współczynnika izolacyjności cieplnej λ (nawet o 38%).

W niektórych realizacjach warstwa termoizolacyjna stropodachów nad basenami może być wykonywana także z płyt styropianowych EPS 100–200 lub z płyt XPS o wytrzymałości na ściskanie od 200 do 700 kPa [4]. Zastosowanie płyt EPS i XPS na dachach w przypadku konieczności spełnienia odpowiednich wymagań pożarowych dla dachu jest bardzo ograniczone.

Najlepszym rozwiązaniem do stosowania w klejonych stropodach nad halami basenowymi są płyty z pianki polizocyjanurowej PIR. Płyty PIR mogą być obustronnie pokryte okładziną z modyfikowanego włókna szklanego lub folii aluminiowej. Dzięki swojej budowie są lekkie (ciężar objętościowy płyt wynosi 30-32 kg/m3), kompatybilne z wieloma systemami hydroizolacji, mają wysokie parametry wytrzymałościowe, są odporne na zawilgocenie i cechują się doskonałym współczynnikiem izolacyjności cieplnej (współczynnik przewodności cieplnej λ = 0,021-0,026 W/m∙K).

Płyty PIR mogą być stosowane jako termoizolacja dachów płaskich i skośnych, pokrytych membraną wodoodporną przyklejoną ciepłym lub zimnym bitumem lub klejem poliuretanowym.

Na podstawie przeprowadzonych analiz obliczeniowych opracowano dwa rozwiązania materiałowe dla dachów pokazanych na RYS. 1 i RYS. 2, które po poprawkach pokazano na RYS. 5 i RYS. 6. W obu przypadkach jako rozwiązanie poprawione zastosowano stropodach pełny. Dzięki zastosowanym płytom PIR znacznie zredukowano ciężar własny konstrukcji, minimalizując ryzyko kondensacji pary wodnej w przekroju stropodachu.

Podsumowanie

Zaproponowane rozwiązania są alternatywą dla stropodachów wentylowanych i pozwalają na realizację stropodachów pełnych minimalizujących ryzyko kondensacji pary wodnej w przegrodzie w okresie zimowym. Skuteczność takich rozwiązań jest uwarunkowana nie tylko wysoką sprawnością zaproponowanych materiałów (paroizolacji, termoizolacji PIR czy warstw pokrycia), ale również możliwością ich wzajemnego klejenia przy maksymalnym zredukowaniu przebić.

• Brak przebić łącznikami mechanicznymi nie tylko zapewnia ciągłość warstw paroizolacyjnych, lecz także przedłuża trwałość poszycia dachowego, redukując ogniska korozyjne w przebijanej blasze. Technologia klejenia warstw stropodachu wymaga zapewniania odpowiedniej powierzchni kontaktu membrany paroizolacyjnej z podłożem z blachy trapezowej (przykładowo dla paroizolacji Sarnvap 5000 E szerokość górnej fałdy blachy powinna stanowić min. 50% jej powierzchni).
• Dobór powierzchni klejenia w celu zapewnienia skutecznego połączenia pozostałych warstw stropodachu powinien być dobrany na podstawie normowo określonych obciążeń ssaniem wiatru. Dodatkowo w celu zabezpieczenia przed odrywaniem pokrycia dachowego na krawędziach dachu należy stosować systemowe listwy wzmacniające, mocowane mechanicznie do podłoża dachowego.
• Kolejnym istotnym warunkiem dopuszczenia do stosowania tego typu stropodachów jest zapewnienie odpowiedniej odporności ogniowej rozwiązania. W praktyce dostawcy systemowych materiałów składowych stropodachu izolowanego płytami PIR najczęściej przedstawiają świadectwo klasyfikacji ITB w zakresie odporności ogniowej określonej na podstawie badań. Przykładowe stropodachy pokazane na RYS. 5 i RYS. 6 mają odporność ogniową REI na poziomie 30 minut.
• Ważnym zagadnieniem eksploatacyjnych dla dachów krytych membranami PVC jest zapewnienie ich odpowiedniej ochrony przed uszkodzeniami w sezonie zimowym. Dachy płaskie powinny być odpowiednio przygotowane do odśnieżania wykonywanego przez przeszkolony personel techniczny. Nie dopuszcza się do ich odśnieżania przy temperaturze poniżej –20°C.
• Na dachach powinny być zainstalowane zabezpieczenia do asekuracji osobistej.
• Instalacje odgromowe powinny mieć możliwość ich okresowego rozłączania w celu usprawnienia transportowania śniegu po powierzchni dachu. Śnieg należy zdejmować ręcznie z użyciem narzędzi redukujących ryzyko uszkodzeń oraz zachowując minimalną grubość pokrywy śnieżnej (5-10 cm). Dopuszcza się także stosowanie chemicznych środków odladzających przy założeniu odpowiedniej odporności systemu odwodnienia dachu. Dachy strome należy zabezpieczać przed gwałtownym odrywaniem się pokrywy śnieżnej z połaci dachowych. Dachy te należy zabezpieczyć systemowymi płotkami przeciwśnieżnymi dobranymi na podstawie przewidywanego normatywnie obciążenia śniegiem.

Zaproponowane rozwiązanie dzięki zastosowaniu termoizolacji z płyt PIR pozwala na realizację stropodachu o mniejszym ciężarze, stabilniejszych parametrach cieplnych i wilgotnościowych, a także o odpowiednich walorach estetycznych. Nowoczesne membrany PVC mogą mieć kolorową powłokę zewnętrzną, a przy zastosowaniu dekoracyjnych rąbków stojących mogą z powodzeniem imitować pokrycia blaszane (FOT. 5).

Literatura

1. PN-EN ISO 10456, "Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe i procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych".
2. VDI 2089. Blatt 1 Etwurf. "Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern. Hallenbäder", Verlag Beuth GmbH, Berlin 2003.    
3. PN-EN ISO 13788, "Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody obliczania".
4. A. Byrdy, Cz. Byrdy, "Ocieplone stropodachy na blachach fałdowych nad krytymi basenami", "Budownictwo" 2-B/2010, s. 33-40.
5. A. Byrdy, "Analiza rozwiązań izolacji termicznej attyk na przykładzie kompleksu budynków basenowych o konstrukcji stalowej", "IZOLACJE" 3/2014, s. 60-64.
6. A. Byrdy, "Skutki braku wentylacji w dachu nad basenem", "IZOLACJE" 9/2016, s. 80-86.
7. A. Byrdy, T. Kisilewicz, "Ocena cieplno-wilgotnościowa stropodachu szczelinowego nad basenem na przykładzie rozwiązania zrealizowanego w praktyce", "Przegląd Budowlany" 2/2011, s. 47-53.
8. Deklaracja właściwości użytkowych Sikaplan-SGK 1.5.
9. Deklaracja właściwości użytkowych Sarnafil® G 410-15EL.
10. A. Karamanos, S. Hadiarakou, A.M. Papadopoulos, "The impact of temperature and moisture on the thermal performance of stonewool", "Energy and Buildings" 40/2008.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!