Czy ściany i dachy muszą oddychać?

Około 30 lat temu, kiedy studiowałem na Politechnice Lubelskiej, wykładowca przedmiotu fizyka budowli zwrócił się do nas mniej więcej tymi słowami: Proszę Państwa, na rynku funkcjonują dwie teorie – jedna z nich mówi, że ściany i dachy muszą oddychać, a druga, że ściany służą do podpierania stropów i dachów, a dachy do ochrony budynku przed warunkami atmosferycznymi. Polecam tę drugą wersję, ponieważ od oddychania budynków jest sprawna wentylacja.

Tekst JACEK ŁAZUKA

Minęło wiele lat i nic się w tej kwestii nie zmieniło – obie teorie mają tyle samo zwolen­ników, co przeciwników. Pro­blem tkwi jednak nie w fizyce budynków, ale w komunikacji. Dyskusja bez wątpienia jest podsycana przekazem producentów ter­moizolacji „oddychających” i tych „innych”, niekoniecznie w formie błędnych informacji, ale co najmniej pełnym niedomówień i dwu­znaczności. Bo co rozumiemy intuicyjnie przez zwrot „dach musi oddychać”? Oczy­wiście, że należy stosować takie materiały, które są przepuszczalne dla powietrza i pary wodnej, ponieważ w przeciwnym razie gro­ ostatnich lat wysłuchałem różnych wersji obaw i argumentacji, wśród których królu­je taka, że jeśli materiał budowlany nie jest przepuszczalny dla pary wodnej, to na jego powierzchni skropli się woda. A dlaczego miałaby się skroplić? Telewizor, stojący w pokoju nie jest wykonany z materiału od­dychającego, a jednak nie jest wilgotny. To samo dotyczy mebli czy chociażby okien od wewnątrz. W tej sytuacji okno jest również elementem przegrody zewnętrznej, nie od­dycha, a mimo to nie pojawia się na nim, co do zasady, skroplona para wodna. Owszem, w przypadku okien takie zdarzenia mają miejsce, ale wyłącznie jako błąd wykonaw­czy lub w specyficznych warunkach i przy braku skutecznej wentylacji.

SKĄD SIĘ BIERZE KONDENSAT PARY WODNEJ W ŚCIANIE LUB DACHU?

Wszyscy pamiętamy eksperyment, który zwykle wykonuje się w szkole podstawo­wej, kiedy w szklance z gorącą wodą roz­puszcza się sól, a następnie pozostawia do wystygnięcia. Często dodatkowo w roztwo­rze również zanurza się nitkę. Z obserwacji wynika, że wraz ze schładzaniem się tej słonej wody, która w początkowym stanie jest przejrzysta, na ściankach szklanki i na nitce odkłada się coraz więcej kryształów soli. Dlaczego? Bo woda wraz ze spadkiem temperatury ma coraz mniejsze możliwo­ści rozpuszczania tej soli: im chłodniejsza woda, tym mniej soli jesteśmy w stanie w niej rozpuścić. Podobnie jest z powie­trzem – im wyższa jest jego temperatura, tym więcej pary wodnej może zaabsorbo­wać i skutecznie utrzymać. Dla przykładu: powietrze o temperaturze +20°C w 1 m3 może zaabsorbować aż 17,3 g pary wod­nej, ale już to samo powietrze o tempera­turze +10°C może zaabsorbować jedynie 9,4 g/m3. Co się zatem stanie, kiedy po­wietrze o temperaturze +20°C, zawierające powiedzmy 12 g/m3 pary wodnej (69% wil­gotności względnej) schłodzimy do +10°C? Różnica wykropli się w postaci kondensatu w miejscu chłodniejszym niż tak zwany „punkt rosy”. Odbywa się to w trakcie, kiedy powietrze wewnętrzne w warunkach jesien­no-zimowych przenika z ciepłego wnętrza pomieszczeń mieszkalnych poprzez dach lub ścianę w stronę zewnętrzną, w kierunku zimnego powietrza atmosferycznego, które z powodu niskiej temperatury i mniejszych możliwości absorpcji zawiera mniejszą ilość pary wodnej. Te warunki doskonale pokazuje wykres Carriera, zwany również krzywą nasycenia obrazujący możliwości absorpcyjne powietrza w zależności od jego temperatury (rys. 1).

Kolejne rysunki (rys. 2 i rys. 3) obrazują ilość pary wodnej, jaka może być zaabsor­bowana w 1 m3 powietrza o danej tempera­turze (nadmiar występuje w postaci wody na dnie naczynia – im wyższa temperatura, tym więcej pary wodnej w powietrzu i mniej wody w stanie ciekłym). Dla większego kon­trastu przyjąłem +25°C oraz +5°C:

Zwykle wykroplenie odbywa się w ter­moizolacji, gdyż to ona w znakomitej więk­szości sytuacji zawiera w swoim obrębie między płaszczyzną wewnętrzną a ze­wnętrzną. Jeżeli jednak nie doprowadzimy do schłodzenia się powietrza, na przykład poprzez uniemożliwienie mu przedostawa­nia się przez przegrodę budowlaną z wnę­trza na zewnątrz, to para wodna w nim zawarta pozostanie w stanie równowagi uzależnionej wyłącznie od parametrów wewnętrznych.

To właśnie z powyższych powodów ZAWSZE od strony poddasza należy insta­lować materiał w jak największym stopniu izolujący dyfuzyjnie (paroizolację), aby unie­możliwić przedostawanie się pary wodnej do warstw chłodniejszych, w których powie­trze stanie się parą wodną przesycone, a jej nadmiar wytrąci się w postaci kondensatu (wilgoci, czyli wody w stanie ciekłym). Taką barierą może być folia paroizolacyjna lub inny materiał o wysokim – jak najwyższym! – współczynniku oporu dyfuzyjnego. To jest podstawowy dowód, że „oddychanie” prze­gród budowlanych jest mitem i to mitem niebezpiecznym.

Oddychanie przegród WOLNO i NALEŻY sprowadzić wyłącznie do rozumienia, że w razie ryzyka powstania kondensatu pary wodnej w jednej z warstw przegrody, kolej­ne warstwy w kierunku zewnętrznym mu­szą mieć coraz niższy współczynnik oporu dyfuzyjnego, aby umożliwić wysychanie powstałej wilgoci. Pozwolę sobie powtórzyć – w razie ryzyka powstania kondensatu! Dla zobrazowania omówmy przykłady.

PRZYKŁAD 1. Ściana lub dach z płyty war­stwowej z dowolnym rdzeniem (PIR, WM, EPS) w okładzinach stalowych.

W tym przykładzie występuje układ warstw: stal – materiał izolacyjny – stal. Zatem od strony zewnętrznej zawsze występuje okła­dzina stalowa, która jest materiałem gazo­szczelnym o względnym współczynniku oporu dyfuzyjnego S_d > 1 500 m. Zresz­tą jak każdy metal o grubości minimum 40 μm. Oznacza to, że ta okładzina ma taki sam opór dyfuzyjny, jak warstwa po­wietrza o grubości co najmniej 1500 m. To dużo, a nawet bardzo dużo. W sezonie jesienno-zimowym para wodna nie pokona takiej przegrody w drodze dyfuzji. Zatem zamknęliśmy od strony zewnętrznej dach warstwą stali, która nie pozwoli na wy­schnięcie rdzenia izolacyjnego?! Bez obaw – rdzeń pozostanie suchy. Pamiętajmy, że od strony wewnętrznej również występuje okładzina stalowa, która nie dopuści, aby do rdzenia przedostała się wystarczająca ilość pary wodnej, która mogłaby się w nim skroplić. Pomimo faktu, że płyty warstwo­we w okładzinach stalowych nie oddychają, na ich wewnętrznej powierzchni nic się nie wykrapla, ani nie pojawia się grzyb (w tym pleśń) czy mchy i porosty. Czemu? Odpo­wiedź jest prosta: powierzchnia wewnętrz­na jest ciepła, cieplejsza, niż punkt rosy, ma temperaturę zbliżoną do temperatury wewnętrznej, więc nie ma powodu, dla któ­rego para wodna, zawarta w powietrzu we­wnętrznym miałaby się skraplać w postaci kondensatu. Czy ta ściana „oddycha”? Nie.

PRZYKŁAD 2. Ściana dwuwarstwowa, izo­lowana termicznie od zewnątrz.

W tym przykładzie załóżmy, że interesuje nas układ zalecany powszechnym przeka­zem, to znaczy ściana „oddychająca” w ca­łym przekroju. Układ warstw wyglądałby następująco: tynk wewnętrzny – ściana konstrukcyjna z materiału ceramicznego (grubość 25 cm, λ = 0,25 W/mK) – termo­izolacja z wełny mineralnej (grubość 15 cm, λ = 0,031 W/mK) – tynk zewnętrzny. Wska­zane jest, aby tynk zewnętrzny miał jak naj­mniejszy opór dyfuzyjny, więc odrzućmy tynki akrylowe, a przyjmijmy mineralny. Wszystko gra! Co się dzieje – powietrze wewnętrzne o temperaturze normatywnej +20°C i wilgotności względnej 55% zawiera w sobie 9,5 g/m3 pary wodnej. Na zewnątrz mamy warunki zimowe: –16°C i wilgotność względną 85%, co oznacza 1,26 g/m3 pary wodnej. Nasza ściana nie stanowi skutecz­nej bariery dyfuzyjnej (przecież ma oddy­chać) i powietrze wewnętrzne stosunkowo swobodnie wraz z zawartą w sobie parą wodną przenika z wnętrza budynku w stro­nę zewnętrza. Układ temperatur w ścianie wygląda jak na rys. 4.

Co z tego wynika? Po pierwsze – w ścianie konstrukcyjnej nie pojawi się kondensat pary wodnej, gdyż jej temperatura będzie w całym przekro­ju wyższa niż punkt rosy, czyli ta wartość temperatury, w której powietrze wewnętrz­ne (+20°C, 55% wilgotności) zaczyna być przesycone parą wodną, co skutkuje jej wytrącaniem się w postaci kondensatu (wilgoci). Dla wymienionych warunków wartość punktu rosy wynosi +10,7°C. W związku z tym punkt rosy wystąpi z pew­nością w izolacji z wełny mineralnej. Czy w termoizolacji powstanie kondensat pary wodnej? Bardzo możliwe, ponieważ tam rozkład temperatur umożliwia ten proces, ale wszystko zależy od parametrów tynku zewnętrznego i możliwości odparowania. W powyższym przykładzie punkt rosy wy­stąpi w wełnie mineralnej już 1-2 cm poza ścianą konstrukcyjną, co oznacza, że aż 13 cm warstwy izolacji jest narażone na po­wstanie kondensatu i gorszą izolacyjność termiczną. Co można zrobić, aby wyelimi­nować ryzyko? Ułożyć warstwę paroizola­cyjną w miejscu 1 lub 2 jak na rys. 5.

Nie zmieni to warunków termicznych – nadal ściana konstrukcyjna będzie dostatecz­nie ciepła, aby nie pojawił się w niej kon­densat pary wodnej, a wełna mineralna z pewnością pozostanie sucha, gdyż ilość pary wodnej, jaka się do niej przedostanie będzie zbyt mała, aby kondensat pary wod­nej mógł się w ogóle pojawić. Schłodzenie powietrza zbyt suchego nigdy nie będzie skutkować pojawieniem się kondensatu. Czy ta ściana „oddycha”? Nie.

A co byłoby, gdyby zastosować termo­izolację gazoszczelną, jak 10 cm płyty z PIR? Spójrzmy na rys. 6.

Grubość płyt PIR po pierwsze jest mniejsza, dzięki cze­mu rozkład temperatur jest porównywalny z poprzednimi przykładami (to jest zwią­zane z parametrem λ). Punkt rosy, czyli temperatura +10,7°C również nie wystą­pi w ciepłej ścianie konstrukcyjnej, tylko w termoizolacji, około 0,5 cm poza ścianą konstrukcyjną, ale również w tej sytuacji nie pojawi się żaden kondensat pary wodnej, gdyż to termoizolacja PIR w gazoszczel­nych okładzinach. Ilość pary wodnej, jaka przedostanie się do obszarów chłodnych jest zerowa, więc i możliwość wykroplenia się kondensatu jest zerowa. Czy ta ściana „oddycha”? Nie.

Analogiczne przykłady można utworzyć również dla dachu. Zwyczajowo w Polsce stosuje się zasadę, potwierdzoną sta­tystycznie – styropian na ściany, wełna mineralna na dach. Pod tą wełną zawsze montuje się w budynkach z wentylacją gra­witacyjną paroizolację od strony podda­sza, powtarzając przy tym, że „dach musi oddychać”. Powyżej termoizolacji w dachu (wyłącznie powyżej termoizolacji) kształtu­je się szczelinę wentylacyjną. I znów w tym momencie jestem zmuszony dodać – je­żeli istnieje ryzyko powstania kondensatu pary wodnej w termoizolacji, powyżej niej (od strony zewnętrznej), należy wytworzyć szczelinę wentylacyjną, aby umożliwić jej skuteczne i efektywne osuszanie. Takie ryzyko istnieje zawsze zwłaszcza, gdy pa­roizolacja należy do grupy materiałów „eko­nomicznych”. Widziałem dużo przykładów, gdzie po kilkunastu latach z paroizolacji pozostały jedynie kolorowe strzępy, a para wodna z wnętrza budynku, nie napotykając żadnej przeszkody migrowała sobie po­przez termoizolację i wskutek schładzania wykraplała się swobodnie. Skoro zatem dach wręcz należy zamknąć dyfuzyjnie od strony poddasza i pozbawić go możliwości przenikania powietrza wewnętrznego wraz z wilgocią oznacza to, że 100 folii paroizo­lacyjnych zapewni nam wielokrotnie wyż­szy poziom zabezpieczenia przed powsta­niem kondensatu.

Spójrzmy na rys. 7. Ten przykład poka­zuje jedno z wielu zastosowań płyt PIR do termoizolacji dachu. Taki układ nie jest przepuszczalny dla powietrza, ani pary wodnej. Płyty PIR, jako materiał gazo­szczelny, oprócz funkcji termoizolacyjnej pełnią w tym rozwiązaniu rolę paroizola­cji doskonałej. Względny współczynnik oporu dyfuzyjnego Sd > 3 000 m sprawia, że taka izolacja jest pod tym względem rów­ noważna 150 przeciętnym foliom paroizo­lacyjnym PE o współczynniku Sd równym 20 m. Podobnie jak przy zastosowaniu pa­roizolacji dach z płytami PIR również nie oddycha, a zapewnia wyjątkowo wysoki komfort termiczny wewnątrz pomieszczeń mieszkalnych.

W powszechnej komunikacji zbyt czę­sto przywołuje się w błędny sposób kwe­stię oddychania ścian i dachów w aspek­cie warunku koniecznego dla komfortu mieszkania i zapewnienia trwałości bu­dynku. Ważnym dodatkowo aspektem jest to, że wentylacja w budynkach jest projektowana w taki sposób, aby zapew­nić w pomieszczeniach mieszkalnych 9 wymian powietrza na dobę, a w kuchni, ła­zience i toalecie – 13 wymian na dobę. Ta wymiana powietrza stanowi według wielu szacunków 99,6% ogólnego bilansu. Na pozostałe 0,4% składają się nieszczelności budynku, otwieranie drzwi zewnętrznych w trakcie komunikacji, mikrowentylacja w skrzydłach okiennych itp. oraz – wresz­cie! – dyfuzja poprzez ściany i dachy. Nie są to ilości, które w jakikolwiek sposób mogłyby podnieść lub obniżyć jakość lub wilgotność powietrza, która mogłaby skut­kować niekorzystnymi zjawiskami, jak wil­goć, grzyb itp., tym bardziej, że czas przej­ścia cząsteczki pary wodnej przez warstwy dachu lub ściany jest liczony w tygodniach. Jeżeli powyższe objawy się pojawią, to za­wsze są efektem mostków termicznych, czyli błędów projektowych lub wykonaw­czych i niesprawnej wentylacji. Przenikal­ność ścian i dachów dla powietrza i pary wodnej nie są w tym wypadku wybawie­niem z kłopotów, ani pożądane.

Na zakończenie pozwolę sobie powtó­rzyć mój sposób rozumienia kwestii oddy­chania przegród budowlanych: blokujmy wejście pary wodnej do przegrody do po­ziomu punktu rosy, a za nim umożliwiajmy wysychanie w kierunku zewnętrznym. Ale tylko wtedy, kiedy jest to potrzebne, bo perforowanie okładzin zewnętrznych płyt warstwowych nie jest dobrym pomysłem.