Problem wymiany ciepła i pary wodnej przez ocieplony dach

"Oddychanie ścian" to temat poruszany dość często. Jednak o "oddychaniu dachu" mówi się niewiele. Czy ten problem faktycznie istnieje? Podpowiadamy, jak prawidłowo ocieplić dach, by straty ciepła były jak najmniejsze.

Zobacz galerię 8 zdjęć

Autor: Balex Metal

Montaż płyt izolacyjnych Thermano na dachu skośnym

Zjawisko oddychania ścian i dachów oczywiście ma miejsce. Transport ten bywa często niebezpieczny w kontekście użytkowym tych przegród, ale strumień pary wodnej jest nieporównywalnie mniejszy od ogólnego strumienia pary wodnej wymienianego w typowych cyklach użytkowaniu pomieszczeń (nie więcej niż 2-3% całkowitego strumienia).

Funkcję odprowadzenie pary wodnej w poprawnie zaprojektowanych i właściwie eksploatowanych pomieszczeniach przejmuje praktycznie całkowicie (97-98%) układ wymiany powietrza w pomieszczeniu. Należy również pamiętać, że w razie pojawienia się jakichkolwiek objawów nieprawidłowego bilansu w tym zakresie, pierwszymi i podstawowymi podejrzanymi są właśnie elementy systemu wentylacji.

Ocieplenie dachu płytami PIR metodą nakrokwiową

Umieszczenie warstwy termoizolacji na powierzchni wyznaczonej przez krokwie więźby dachowej to najbardziej efektywny, prosty i bezpieczny sposób ocieplenia dachu. Obok innych dobrych stron tego rozwiązania jedno jest absolutnie wyróżniające – eliminacja podstawowych mostków termicznych występujących w innych rozwiązaniach.

Zastosujmy w naszych szacunkach wyjściową grubość płyty jako warstwę termoizolatora wypełniającą założenia zawarte w Warunkach Technicznych, czyli U=0,15 W/m²K. Wynika z nich, że taką izolacyjność termiczną zapewnia płyta Thermano  (λ=0,023 W/mK) o grubości 15 cm.

Załóżmy, że temperatura na zewnątrz spadnie do poziomu -30^oC (niżej w Polsce bywa niezwykle rzadko), a budynek ocieplony jest płytami Thermano. Po dokonaniu odpowiednich obliczeń wewnątrz pomieszczeń będziemy mieli t_s= +19.1^oC, a więc bardzo daleko od niebezpiecznej granicy temperatury punktu rosy t_r= +10.7^oC (przy wilgotności względnej 55%), przy której woda pojawiłay się na każdym elemencie pomieszczenia.

Czy istnieje w ogóle realne niebezpieczeństwo takiego obniżenia temperatury zewnętrznej (t_z), by temperatura wewnętrzna (t_w)  przegrody (ściany, sufitu) ocieplonej płytą Thermano osiągnęła poziom niższy od 10,7^oC i na jej powierzchni wykropiła się woda? Proste szacunki pokazują, że jest to absolutnie niemożliwe!

Wg popularnych programów obliczeniowych nawet przy temperaturze zewnętrznej - 60^oC temperatura wewnętrzna t_w jest na poziomie 18^oC.

Można jednak zadać to pytanie jeszcze inaczej. Odpowiedź na nie powinno dać pewne wyobrażenie na temat bezpieczeństwa nakrokwiowych systemów ociepleń dachu.

Jak gruba powinna być warstwa Thermano, aby przy -30^oC na zewnątrz rozpoczął się proces kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni ocieplenia? Z prostych rachunków wynika, że kondensat pokaże się na przegrodzie przy grubości Thermano ok. 1 cm. Oznacza to, że w realnych warunkach fakt taki nigdy nie zaistnieje, a grubość izolacji zdeterminowana jest jedynie wymogami ochrony termicznej.

Ocieplenie dachu płytami PIR między krokwiami

Ocieplenie między krokwiami było do tej pory podstawowym rozwiązaniem problemów termoizolacji połaci dachowych. Jest to jednak sposób bardziej niebezpieczny konstrukcyjnie w kontekście sprawnego działania izolacji termicznej, ze względu na możliwość występowania mostków termicznych oraz związaną z tym możliwość kondensacji pary wodnej w przegrodzie.

Ocieplenie połaci dachowej przedstawione na rysunku jest całkowicie bezpieczne. Praktycznie  nie ma możliwości kondensowania pary wodnej na żadnym elemencie przegrody, a warunki energetyczne wypełnione są na całej powierzchni z wyjątkiem powierzchni mostków termicznych tworzonych przez drewno krokwi więźby dachowej.

Interesujący przypadek ilustruje kolejny rysunek, gdzie grubość izolacji termicznej zmniejszono do 5 cm. Oczywiście  ocieplenie takie nie jest w żaden sposób wystarczające z punktu widzenia ochrony ciepła, ale stanowi pewną granicę stosowania w kontekście niebezpieczeństwa pojawienia się kondensatu dyfuzyjnego. Jak pokazują szacunki, nawet przy temperaturze -30^oC, tak niewielka warstwa Thermano zabezpiecza dostatecznie swoją powierzchnię przed kondensatem, ale lepiej przewodzące ciepło drewno na tym samym poziomie grubości ma temperaturę niższą od temperatury punktu rosy. W takich warunkach proces wykraplania (kondensacji) rozpoczyna się na dobre. To zjawisko wywołuje niejednokrotnie wielkie zdziwienie dekarzy, kiedy przy kapitalnym remoncie dachu zdejmują suche deskowanie, a pod nim znajduj mokre, często zagrzybione krokwie.

Wracając na chwilę do „bezpiecznych” warunków z 15 cm warstwą ocieplenia,  zmieńmy jeden z parametrów – wilgotność względną w pomieszczeniu podnieśmy do 75%. Jak widać na poniższym rysunku powierzchnie belek krokwi, stanowiące termiczne mostki ciepła w tej konstrukcji, osiągają temperaturę identyczną jak przy φ=55% - t_s= +15,2^oC. Jednak temperatura punktu rosy (kondensacji) dla  φ=75% jest już wyższa od temperatury powierzchni i wynosi t_r=+15,5^oC. Przy takich warunkach na powierzchni krokwi musi więc wystąpić kondensacja pary wodnej.

Powyższe szacunki pokazują, że warto stosować rozwiązania izolacji nakrokwiowych, które z założenia wykluczają istnienie mostków termicznych. Dzięki takiemu rozwiązaniu znacznie zmniejszamy straty ciepła i minimalizujemy możliwości pojawienia się wewnątrz lub na powierzchni konstrukcji kondensatu pary wodnej.

Ocieplenie dachu wełną mineralną

Wcześniejsze przykłady rozpatrywane były z wykorzystaniem płyt PIR, czyli materiału o bardzo dużym oporze dyfuzyjnym. Oznacza to, że przy starannym, szczelnym ułożeniu izolacji termicznej para wodna nie dochodziła do miejsc o niskiej temperaturze lub dochodziła w tak szczątkowych ilościach, że punkt rosy dla tak  niewielkiego ciśnienia parcjalnego stawał się bezpiecznie niski i do kondensacji dojść nie mogło.

Inny obraz otrzymujemy wtedy, gdy termoizolatorem jest materiał o bardzo niskim oporze dyfuzyjnym, np. wełna mineralna, szklana, otwarto komórkowe pianki natryskowe itp. Powietrze przenikające przez taką warstwę styka się z chłodnymi fragmentami konstrukcji bez istotnej zmiany wartości cząstkowego ciśnienia znajdującej się w powietrzu pary wodnej, tworząc znakomite warunki do zamiany tej pary na ciecz (kondensacja). To niezwykle niebezpieczne i mogące wystąpić zjawisko ilustruje rysunek.

Aby zapobiec takiej sytuacji należy obniżyć ciśnienie cząstkowe pary wodnej w niskotemperaturowych fragmentach przegrody poprzez  niezwykle staranną, szczelną instalacje paroizolacji przed całym układem termoizolacynym tzn. od wewnętrznej, ciepłej strony.

Zobacz galerię 2 zdjęcia

Autor: Balex Metal

Ocieplenie połaci dachu wełną mineralną bez paroizolacji

Nadmienić w tym momencie należy, że w praktyce wykonanie tego rozwiązania termoizolacyjnego bez najmniejszej nieciągłości (dziur, przecięć, szczelin itp.) to główny kłopot i powód odstępowania inwestorów od tego typu rozwiązań mimo ich realnych korzyści w kontekście pożarowym i akustycznym.