Czy i kiedy potrzebna jest bariera pary wodnej?

Czy i kiedy potrzebna jest bariera pary wodnej?
Kolejne wytyczne DAFA dla branży
Stowarzyszenie Wykonawców Dachów
Płaskich i Fasad DAFA poszerzyło swoja bibliotekę wydawniczą o kolejną publikację techniczną, pt. „Jednopowłokowy dach wykonany ze stalowych blach
fałdowych z wierzchnią izolacją cieplną
i uszczelnieniem – kiedy potrzebna jest
bariera pary wodnej?”.
Publikacja jest kontynuacją cyklu wcześniejszych opracowań, a co za tym idzie
– konsekwentnym realizowaniem jednego z zadań postawionych sobie przez
Stowarzyszenie DAFA: podnoszenia
kultury projektowej, wykonawczej i eksploatacyjnej lekkich metalowych obudów ścian i dachów poprzez przekazywanie informacji technicznej oraz przykładowych rozwiązań za pomocą wspomnianych publikacji. Zadaniem publikacji technicznych, opracowywanych w ramach zespołów eksperckich, jest podnoszenie kwalifikacji zawodowych i poziomu jakości świadczonych usług oraz
dbałość o zachowanie standardów technicznych. Wydawnictwa takie służą pomocą wszystkim, którzy uczestniczą
w procesach planowania, przygotowywania i realizacji inwestycji budowlanych.
Publikacja autorstwa Jarosława Grabowskiego powstała przy współpracy
i zaangażowaniu Członków DAFA na
bazie tłumaczenia zeszytu z biblioteki
wydawniczej niemieckiego Stowarzyszenia ds. Przemysłowych Systemów
Budowlanych w Lekkim Budownictwie
Stalowym IFBS.
Opracowanie w treści swojej próbuje
dać odpowiedź na istotne pytanie, stawiane sobie bardzo często przez projektantów i architektów: „Czy i kiedy potrzebna jest bariera pary wodnej?”
Zawartość merytoryczna publikacji winna stanowić dalece pomocny i przydatny materiał do zrozumienia zasad i warunków stosowania (bądź nie) bariery pary wodnej w obiektach wykonywanych głównie w stalowej technologii
szkieletowej, ale nie tylko. Prawidła fizyki budowli znajdują wszędzie swoje zastosowanie, różnią się tylko warunki ich
odpowiedniego zastosowania i interpretacji do konkretnego przypadku. Szczególne pomocne dla czytelnika w zrozumieniu warunków stosowania (lub nie)
bariery parowej mogą być wykresy i diagramy zawarte w publikacji.
Publikacja dostępna jest do bezpłatnego pobrania na portalu Stowarzyszenia:
www.dafa.com.pl
Obok prezentujemy fragment publikacji technicznej DAFA: Jednopowłokowy dach wykonany ze stalowych blach
fałdowych z wierzchnią izolacją cieplną
i uszczelnieniem – kiedy potrzebna jest
bariera pary wodnej?.
3/2010
Norma DIN 4108-3 zawiera wymagania i wskazówki dotyczące projektowania
i wyko­nawstwa w zakresie uwarunkowanej
klimatycznie ochrony przeciwwilgociowej.
Wymagania ograniczają się do problematyki
ochrony elementów konstrukcyjnych przed
wodą kondensacyjną w pomieszczeniach,
które ze względu na swoje przeznaczenie
ogrzewane są do temperatury pokojowej
(>19°C) i służą do pobytu ludzi.
Na powierzchniach elementów konstrukcyjnych możliwe jest uniknięcie wykraplania się wody kondensacyjnej i związanych
z tym szkód poprzez przestrzeganie minimalnych wartości granicznych oporu cieplnego R stosownie do przepisów normy DIN
4108-2 i utrzymanie temperatury pokojowej
i względnej wilgotności powietrza, jakie zwykle panują w nieklimatyzowanych pomieszczeniach służących do pobytu ludzi w przypadku ich normalnego użytkowania1.
Osadzanie się wody kondensacyjnej we
wnętrzu elementów konstrukcyjnych nie jest
szkodliwe pod warunkiem, że wzrost wilgoci w materiałach budowlanych i izolacyjnych
nie będzie stanowił ryzyka dla ochrony termicznej i stateczności. W rozdziale 4.2 normy DIN 4108-3 wyszczególnionych jest 5
związanych z tym uwarunkowań.
Jeśli jednak kondensat występuje na
blasze nośnej – konstrukcyjnej, montowanej w systemie konstrukcji bezpłatwiowej,
może to skutkować zmianą kategorii korozyjności3.
Jeśli elementy konstrukcyjne, stosownie
do rozdziału 4.3 normy, nie spełniają wymogów określonych w rozdziale 4.2, bez przeprowadzania odrębnych obliczeń, wówczas
należy obliczyć przewidywaną masę wody
kondensacyjnej. Do elementów konstrukcyjnych określonych w rozdziale 4.3 zaliczają się niewentylowane dachy z barierą
pary wodnej o grubości warstwy powietrza
ekwiwalentnej dla dyfuzji pary wodnej Sd >
100 m, znajdującą się poniżej lub w warstwie izolacji termicznej.
W przypadku dachów wykonanych ze stalowych blach fałdowych z wierzchnią izolacją termiczną i uszczelnieniem, które zaliczają się do wyżej wymienionych dachów
niewentylowanych, nie można stwierdzić obliczeniowo Sd > 100 m, ponieważ szczelna pod względem dyfuzji powłoka nośna
wykonana ze stalowych blach fałdowych
poprzerywana jest złączami poprzecznymi i wzdłużnymi, a dla takich systemów nie
istnieje żaden współczynnik oporu dyfuzyjnego pary wodnej.
Tabela: Wartości współczynnika przenikania ciepła Umax
BUDYNEK PRODUKCYJNY, MAGAZYNOWY I GOSPODARCZY
L.p
1
Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu Współczynnik przenikania ciepła
Umax [W/m2•K]
2
3
1
Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem
zewnętrznym, niezależnie od rodzaju ściany):
0,30
a)
przy ti > 16°C
0,65
b)
przy 8°C < ti δ 16°C
0,90
c)
przy ti δ 8°C
2
Ściany wewnętrzne i stropy międzykondygnacyjne:
1,0
a)
przy Δti > 16°C
1,40
b)
przy 8°C < Δti δ 16°C
bez wymagań
c)
przy Δti δ 8°C
3
Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami:
0,25
a)
przy ti > 16°C
0,50
b)
przy 8°C < ti δ 16°C
0,70
c)
przy Δti δ 8°C
4
Stropy nad nieogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi i zamkniętymi przestrzeniami podłogowymi, posadzki na gruncie:
0,80
a)
przy t; > 16°C
1,20
b)
przy 8°C < tj δ 16°C
1,50
c)
przy Δti δ 8°C
5
Stropy nad ogrzewanymi: a) przy ti > 16°C
bez wymagań
ti – temperatura obliczeniowa w pomieszczeniu zgodnie z § 134 ust. 2 rozporządzenia lub określana indywidualnie w projekcie technologicznym
Δti – różnica temperatur obliczeniowych w pomieszczeniach
D A C H Y
45
Na podstawie doświadczeń z zakresu dyfuzji pary wodnej, wykonanych przez laboratorium Instytutu Fizyki Budowli w Stuttgarcie przeprowadzonych na całym szeregu różnych warstwowych konstrukcji dachów, opartych na stalowych blachach fałdowych oraz na podstawie badań wykonanych na wybudowanych już dachach opracowano metodę obliczeń dla dyfuzji pary
wodnej. Związane z tym wyliczenia zestawiono w formie wykresu.
Stosowanie formularza
obliczeniowego dla dyfuzji
pary wodnej
1. Po lewej stronie wpisywane są wszystkie potrzebne dane dla konkretnego obiektu budowlanego.
Przy pomocy górnego wykresu ustalany
jest opór cieplny R z pominięciem udziału
uszczelnienia dachu.
Na środkowym wykresie linie biegnące po
przekątnej odpowiadajązakresowi
2
R=1,25................3,167 m • K
W
dla obydwu przypadków:
– dach nasłoneczniony i
– dach nienasłoneczniony
odpowiednio dla temperatur pokojowych
(15°C i 18°C) bądź (20°C i 25°C).
Na wysokości średniej temperatury rocznej zarejestrowanej w miejscowości, w której znajduje się obiekt budowlany, θam należy przejść do odpowiedniej, biegnącej po
przekątnej linii temperatury powierzchniowej a z tamtego miejsca należy zejść pionowo do odpowiedniej krzywej temperatury
θLi znajdującej się w dolnej części wykresu.
Na prawej skali można wówczas odczytać
maksymalnie dopuszczalną względną wilgotność powietrza φdopuszcz pokojowego, którą należy wpisać obok.
Jeśli wilgotność dopuszczalna φdopuszcz jest
wyższa od wilgotności obliczeniowej φoblicz
wówczas spełniony jest pierwszy warunek
do tego, aby bariera pary wodnej nie była
potrzebna, ponieważ można liczyć się z dodatnim bilansem rocznym strumienia masy
wilgoci, stosownie do jednego z 5 uwarunkowań wymienionych w normie DIN 4108-3.
4. Na dolnym wykresie wyznaczany jest
i następnie wpisywany obok opór dyfuzyjny 1/Δerf. Jeśli 1/Δerf jest mniejszy lub mniej
więcej równy 1/Δef, jaki można odczytać z tabeli 3 dla projektowanej izolacji, wówczas
spełniony jest także drugi warunek dla tego,
aby bariera pary wodnej nie była konieczna.
4
Tabela 1. Odnośnik do Polskich Norm i parametrów sugerowanych
przez autora polskiej wersji publikacji
Tabela 14
Przewodność cieplna materiałów izolacyjnych
twarda pianka poliuretanowa PUR DIN EN 13165
46
 W 
λ m • K 


0,030
Przewodność cieplna materiałów izolacyjnych
twarda pianka poliuretanowa PN-EN 13165
 W 
λ m • K 


0,028
twarda pianka poliuretanowa PIR z gazoszczelnymi 0,025
warstwami wierzchnimi DIN EN 13165
twarda pianka poliuretanowa PIR z gazoszczelnymi 0,022-0,024
warstwami wierzchnimi PN-EN 131655
szklana wełna mineralna DIN EN 13162
0,033-0,045
szklana wełna mineralna PN-EN 13162
0,033-0,045
skalna wełna mineralna DIN EN 13162
0,034-0,045
skalna wełna mineralna PN-EN 13162
0,034-0,045
skalna wełna mineralna o prostopadłym układzie 0,042-0,050
włókien /stosowana w płytach warstwowych/ DIN
EN 13162
skalna wełna mineralna o prostopadłym układzie 0,042-0,050
włókien/stosowana w płytach warstwowych
PN-EN 13162
twarda pianka polistyrenowa DIN EN 13163
0,040
twarda pianka polistyrenowa PN-EN 13163
0,035/0,040
twarda pianka z ekstrudowanego polistyrenu DIN 0,035
EN 13164
twarda pianka z ekstrudowanego polistyrenu
PN-EN 13164
0,030; 0,035; 0,040
szkto piankowe DIN EN 13167
0,050
szkło piankowe PN-EN 13167
0,050
płyty izolacyjne z perlitu DIN EN 13169
0,055; 0,060
płyty izolacyjne z perlitu PN-EN 13169
0,055; 0,060
D A C H Y
3/2010
Odmiennie niż to podano w normie DIN
4108-3 przy wyznaczaniu krzywych 1/Δerf,
za podstawę przyjęto dopuszczalną gęstość powierzchniową całości kondensatu
dopuszcz. F = 1,5 kg/m2, ponieważ badania wykazały, że kondensat osadza się tylko w wąskiej strefie na złączach stalowych
blach fałdowych.
5. Jeśli w wyjątkowych przypadkach miałaby zostać zastosowana inna dopuszczalna gęstość powierzchniowa dopuszcz. F,
wówczas krzywe wykresów „Opór dyfuzyjny
pary wodnej 1/Δerf” mogą wahać się liniowo
w stosunku 1,5 [kg/m2]/dopuszcz. F [kg/m2].
6. Z montażu bariery pary wodnej można zrezygnować wówczas, gdy spełnione
są obydwa warunki:
φdopuszcz ≥ φoblicz i 1/Δerf ≤ 1/Δef
Na podstawie wykresu można wyprowadzić ogólny wniosek, że w przypadku stosowania szkła piankowego nie jest konieczna
żadna bariera pary wodnej, zaś w przypadku stosowania polistyrenu – dopiero powyżej względnej wilgotności powietrza ≈ 60%.
Bariera pary wodnej jest natomiast z reguły
potrzebna w przypadku stosowania izolacji
z włókna mineralnego.
7. W przypadku pomieszczeń z tymczasowo wysoką wilgotnością powietrza, np. w halach sportowych i w przypadku pomieszczeń
z klimatyzacją, dla celów bezpieczeństwa
zaleca się montaż bariery parowej /przegrody powietrznej. Jeśli inwestor chce pozostawić sobie dowolność wyboru w zakresie późniejszego rodzaju eksploatacji pomieszczeń,
wówczas również powinien zamontować barierę pary wodnej. Szczególną uwagę należy
poświęcić konieczności zachowania szczelności tej warstwy w strefie zakładek i na wszystkich przyłączach i zakończeniach oraz przepustach. (Patrz publikacja IFBS 4.02: Szczelność w lekkim budownictwie stalowym).
Przypisy
Krajowe przepisy związane z izolacyjnością
cieplną przegród budowlanych są zawarte w Warunkach Technicznych2 i w odniesieniu do rodzaju ustrojów budowlanych poruszanych w niniejszym opracowaniu przedstawiają się następująco:
2
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia
6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U.
Nr 201, poz. 1238)
3
Dla typowych obiektów magazynowo-handlowych,
według normy PN EN ISO 12944-2 i PN EN 101693 przyjmuje się odpowiednio środowisko korozyjności C2 i A2. Przy wzroście wilgotności tworzą się
mikroogniwa korozyjne wynikające z różnicy potencjałów powodując korozję elektrochemiczną zwiększając wymogi środowiska do A4 czy C4. Kierując się tą logiką należy zwrócić uwagę na rodzaj
ochrony korozyjnej na blachach konstrukcyjnych.
4
Tabela 1. Odnośnik do Polskich Norm i parametrów sugerowanych przez autora polskiej wersji publikacji.
5
Zgodnie z p.pkt. C.5.1 normy PN-EN 13165 produkty z okładzinami szczelnymi dyfuzyjnie winny
zawierać arkusz metalowy o grubości nie mniejszej niż 50 mm lub okładziny winny wykazywać
ekwiwalentną właściwość użytkową określoną odrębnymi badaniami. Dla produktów dedykowanych
do dachów płaskich absorbacja wilgoci oscyluje na
poziomie <1,4 %.
6
Tabela 2 – Dane dotyczące średniej rocznej temperatury termometru suchego zostały pobrane ze
strony internetowej Ministerstwa Infrastruktury (Typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski do obliczeń energetycznych budynków).
1.
3/2010
Materiał izolacji termicznej
Opór dyfuzyjny pary
wodnej 1/Δef
płyty z włókna mineralnego
6
płyty izolacyjne z perlitu (RG 210)
11
32
twarda pianka poliuretanowa
32
twarda pianka polistyrenowa PS 30 SE
51
g
pomnożyć przez grubość materiału izolacji cieplnej d [cm]!
twarda pianka polistyrenowa rozwijana osłona PS 30 SE 30
twarda pianka polistyrenowa PS 20 SE
[m·h·mbar]
twarda pianka z ekstrudowanego polistyrenu ze spie- 151
nioną warstwa wierzchnia
twarda pianka polistyrenowa obustronnie V13 d ≥ 50 mm 1500
szkło piankowe
∞
Tabela 26 – Dane dotyczące pozostałych miast dostępne w Niemieckim Instytucie Meteorologicznym
Średnia temperatura roczna powietrza na zewnątrz θam [°C]
Miejscowość
°C
Miejscowość
°C
Miejscowość
°C
Miejscowość
°C
Akwizgran
9,7
Frankfurt/M.
9,7
Kassel
8,6
Oberstdorf
6,1
Alt-Astenberg
5,4
Frankfurt/O.
8,2
Kempten
6,7
Oldenburg
8,4
Arkona
7,9
Freiburg
10,8
Kilonia
8,4
Pasawa
8,0
Augsburg
8,4
Freudenstadt
6,6
Koblencja
10,5
Plauen
7,2
Bad Hersfeld
8,3
Friedrichshafen
9,0
Kolonia
9,6
Poczdam
8,7
Berlin-Dahlem
9,0
Garmisch-P.
6,5
Konstancja
9,0
Ratyzbona
7,9
Bochum
10,3
Geisenheim
9,9
Lipsk
9,1
Rostock
7,8
Brunszwik
8,9
Gießen
9,1
Leverkusen
10,3
Saarbrücken
8,9
Brema-Lotnisko
9,0
Zgorzelec
8,3
Lubeka
8,7
Schwerin
8,4
Cham
7,9
Halle
9,1
Lüdenscheid
7,9
Stuttgart
8,6
Chemnitz
7,9
Hamburg
8,7
Lüneburg
8,7
Teterów
8,0
Clausthal
6,3
Hanower
8,9
Magdeburg
9,1
Trewir
9,1
Diepholz
8,9
Harzgerode
6,9
Mannheim
10,2
Ulm
8,2
Drezno
8,9
Heide
8,3
Monachium
7,5
Warnemünde
8,4
Emden
8,6
Hof
6,4
Münster
9,2
Weiden/Oberpfalz
7,6
Erfurt
7,9
Husum
8,0
Norderney
9,0
Wittenbergia
8,7
Essen
9,6
Kaiserslautern
8,7
Nordhorn
9,3
Würzburg
9,1
Flensburg
8,2
Karlsruhe
10,1
Norymberga
8,8
Miejscowość
°C
Miejscowość
°C
Miejscowość
°C
Miejscowość
°C
Białystok
6.9
Kłodzko
7.7
*Nowy Sącz
8.5
Suwałki
6.3
Bielsko Biała
8.5
Koło
8.6
Olsztyn
6.9
Szczecin Dąbie
8.8
*Bydgoszcz
7.9
*Kołobrzeg
8.4
*Opole
8.9
*Szczecinek
7.9
Chojnice
7.1
Koszalin
8.0
*Ostrołęka
7.7
Śnieżka
1.5
*Częstochowa
8.1
Kraków Balice
8.2
Piła
83
Świnoujście
8.9
Średnia roczna temperatura termometru suchego
Elbląg
7.2
*Krosno
8.1
Płock Trzepowo
83
*Tarnów
8.9
Hel
8.3
Legnica
9.0
Poznań
8.2
Terespol
7.8
*Gdańsk Port Półn.
8.7
Lesko
*Przemyśl
7,6
Toruń
8.1
Gorzów Wlkp.
8.9
*Leszno Strzyżewice
7.7
Racibórz Studzienna
8.6
*Ustka
7.9
Jelenia Góra
7.5
*Lębork
7.9
*Resko
8.5
Warszawa Okęcie
8.2
Kalisz
7.9
Lublin Radawiec
7.7
Rzeszów Jasionka
75
Wieluń
8.4
Kasprowy Wierch
-0.7
Łeba
7.8
Sandomierz
8.3
Wrocław
8.1
Katowice
8.0
Łódź Lublinek
8.2
Siedlce
7.6
Zakopane
5.4
*Kętrzyn
7.1
*Mikołajki
7.1
*Słubice
8.9
*Zamość
7.2
Kielce Suków
7.5
Mława
7.4
Sulejów
7.8
Zielona Góra
8.2
* UWAGA: Znakiem (*) wyróżniono typowe lata meteorologiczne dla stacji meteorologicznych, które wyznaczono na
podstawie niepełnych 30-letnich ciągów pomiarowych w danych źródłowych.
D A C H Y
47