Dyfuzyjność cieplna a wilgotność materiałów budowlanych
- Szczegóły
Różnica temperatur występująca po dwóch stronach danej przegrody powoduje przepływ ciepła. Współczynnik lambda określa, jak dobrze dany materiał przewodzi ciepło. Lambda ma jednostkę W/m∙K (wat na metr i kelwin) - im niższa wartość współczynnika, tym lepiej materiał izoluje.
Niski parametr współczynnika przewodzenia ciepła to pierwsza rzecz, na którą zwracamy uwagę przy wyborze materiału. Warto jednak wiedzieć, że podawane wartości uzyskiwane są tylko w warunkach laboratoryjnych.
Na przewodność cieplną materiału wpływa między innymi jego wilgotność - im więcej wilgoci, tym szybciej materiał będzie przewodzić ciepło.
Współczynnik przewodzenia ciepła nie uwzględnia grubości ścian - innymi słowy materiał (np. pełna cegła) użyty w murze o grubości 12 cm będzie miał tę samą lambdę jak w murze o grubości 24 cm.
Współczynnik przenikania ciepła (U) uwzględnia dodatkowo grubość danej przegrody. Dokładnie rzecz biorąc współczynnik przenikania ciepła (U) to ilość ciepła (Dżul - jednostka pracy, energii oraz ciepła, oznaczana jako J), która przenika przez 1 m² przegrody w ciągu 1 sekundy przy różnicy temperatur z obu stron przegrody równej 1 kelwin (lub 1 stopień Celsjusza). Daje to jednostkę J/s∙m²∙K.
Przeczytaj także: Wilgotność gruntu i jej wpływ na przewodność
To, jak dobrze będzie izolowała cała przegroda, zależy od każdego materiału użytego w jej konstrukcji. Materiał izolacyjny (np. Aby to wszystko policzyć, stosuje się opór cieplny R. Całkowity opór cieplny R = d/λ (ściany) + d/λ (izolacji) + d/λ (tynku).
Według obowiązującej teraz normy (WT 2021) U ściany zewnętrznej nie może przekraczać 0,2 W/m²∙K. Chcę wybudować ścianę z muru z pełnej cegły i dać na to styropian, aby cała przegroda spełniała normy. Mur z cegły ceramicznej pełnej ma lambdę 0,77 (PN-EN ISO 6946), a nasz styropian ma lambdę 0,04.
- Jeżeli chciałbym wybudować dom z samej cegły to mur musiałby mieć… ponad 3 metry grubości!
- Jeżeli chciałbym użyć 15 cm styropianu to sam mur z cegły miałby tyko 46 cm.
- Przy 20 centymetrach… muru mogłoby nie być.
Czy możemy przystąpić do liczenia, który materiał budowlany będzie dla nas korzystny? Jeszcze nie. Na tym etapie MUSIMY wiedzieć czym będzie ogrzewany nasz dom, a dokładniej: ile będzie nas kosztowało 1 kWh energii przeznaczonej na ogrzewanie domu.
Dodatkowo musimy uwzględnić różnicę między temperaturą wewnątrz domu, a na zewnątrz. Im wyższa różnica temperatur tym wyższe straty ciepła. Temperatura wewnątrz domu to temperatura, w której czujesz się komfortowo - każdy z nas ma inne pojęcie komfortu i dlatego należy to uwzględnić w obliczeniach. Temperatura na zewnątrz to trudniejsza sprawa: trzeba wziąć pod uwagę średnią temperaturę z sezonu grzewczego w TWOJEJ lokalizacji.
I jeszcze jedna informacja: wewnętrzna i zewnętrzna powierzchnia przegrody także stawia opór migrującemu ciepłu. Najpierw ciepło napotyka opór na wewnętrznej powierzchni przegrody - to tak zwany opór wejścia Rsi - a przy opuszczaniu przegrody napotyka opór na zewnętrznej powierzchni (jest to opór Rse). Opór Rsi wynosi: 0,13 (jeżeli ciepło porusza się w kierunku poziomym, czyli tak, jak w naszym przypadku) lub 0,10 (jeżeli ciepło porusza się w górę) lub 0,17 (jeżeli w dół).
Przeczytaj także: Korzyści z używania wody destylowanej
U styropianu o grubości 15 cm = 0,27 W/m²∙K (0,04 / 0,15). Opór cieplny R = 0,15 / 0,04 (styropian) + 1/0,9 (materiał) + 0,17 (Rsi+Rse)= 5,03.
U styropianu o grubości 20 cm = 0,2 W/m²∙K (0,04 / 0,2). Opór cieplny R = 0,2 / 0,04 + 1/0,9 + 0,17= 6,28.
Dla 15 cm styropianu = 21 C * 0,199 W/m²∙K * 200 m2 = 835,8 W = 0,836 kW (małe „k” oznacza „tysiąc”). Tyle ciepła traci cała ściana średnio w okresie grzewczym w ciągu sekundy. Sekunda to ciut mało, więc w praktyce stosuje się jednostkę kWh (h = hour = godzina). W tym przypadku 0,836 kWh oznacza ile ciepła straci cała ściana średnio w okresie grzewczym w ciągu godziny. Mnożymy teraz wynik * 24 i uzyskujemy informację o dziennej (średniej) stracie ciepła przez tę przegrodę (0,836 kWh * 24 = 20 kWh). Pomnóż wynik przez liczbę dni, w których będzie włączone ogrzewanie. W naszym przypadku 180 czyli: 20 kWh * 180 = 3600 kWh. Liczba ta oznacza, jakie są straty ciepła przez daną przegrodę w całym sezonie grzewczym.
21 C * 0,159 W/m²∙K * 200 m2 = 667,8 W = 0,668 kW. Mnożymy * 24 i uzyskujemy dobowe straty i * 180, aby uzyskać straty w całym sezonie grzewczym: 0,668 kWh * 24 * 180 = 2886 kWh.
Styropian o grubości 15 cm. Straty ciepła przez ściany to 3600 kWh.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Styropian o grubości 20 cm. Straty ciepła przez ściany to 2886 kWh.
Różnica to 714 zł.
Pamiętaj, że rozważamy tu tylko jedną przegrodę: materiał konstrukcyjny i ocieplenie. Aby policzyć całkowite straty ciepła przez ścianę trzeba też wziąć pod uwagę okna i drzwi, ale także mostki termiczne, czyli elementy, przez które będą bardziej uciekać ciepło.
Moim zdaniem wybór wszystkich materiałów lepiej pozostawić projektantowi. Dobry projektant uwzględni wszystkie czynniki, które wpływają na parametry budynku - zła wentylacja i niedostateczne odprowadzanie wilgoci także może zwiększyć straty ciepła… Należy dopilnować, aby to projektant wykonał wszystkie obliczenia i rzeczywiście wybrał - w porozumieniu z nami - optymalny materiał do budowy naszego domu.
Najważniejsze: ściany nie oddychają. Nie regulują poziomu wilgoci w domu. Mitem jest to, że materiał budowlany chłonie nadwyżki wilgoci, aby tę wilgoć oddać w razie potrzeby i mitem jest to, że ściana zbiera nadwyżkę wilgoci i oddaje ją na zewnątrz. Ściany chłoną wilgoć, ale w stopniu nie mającym znaczenia dla poziomu wilgoci w domu.
Wilgoci tej (a dokładnie: pary wodnej) jest co prawda niewiele, ale źle skonstruowana przegroda może ją „łapać”, przez co zwiększy się przewodzenie ciepła, a w niektórych sytuacjach może nawet dojść do uszkodzenia materiału. Jak temu zaradzić?
- Najprostszą drogą do zmniejszenia tego problemu jest niedopuszczenie wilgoci do przegrody. Z tego powodu strona wewnętrzna ściany powinna mieć jak największy współczynnik tak zwanego oporu dyfuzyjnego. To pokazuje jak ważny jest wybór… farby.
- Kolejne elementy przegrody (patrząc od wewnątrz) powinny mieć coraz mniejszy opór dyfuzyjny. Dzięki temu wilgoć, która się przedostanie przez pierwszą warstwę, będzie mogła przez nią swobodnie przepływać. Jeżeli w przegrodzie znalazłby się nagle materiał o wyższym oporze dyfuzyjnym to mogła by się tam zacząć kondensować para wodna.
- Ostatni element przegrody powinien mieć jak najniższy opór dyfuzyjny.
Co istotne, nawet jeżeli umieścimy kolejne materiały tak, jak trzeba, to dalej grozi kondensowanie pary wodnej w przegrodzie. Nawet przy poprawnie skonstruowanej przegrodzie (z punktu widzenia współczynnika U), może nastąpić kondensacja pary wodnej. I dlatego trzeba, tak jak przy liczeniu strat ciepła, wziąć pod uwagę wiele czynników: lokalizację, temperaturę, wilgoć i wszystko policzyć.
Przykład: w murze warstwowym (z warstwą cegły elewacyjnej, która ma duży opór dyfuzyjny) stosuje się pustkę powietrzną, która jest wentylowana za pomocą kratek wentylacyjnych, aby pozbyć się skondensowanej wilgoci. Pustka powietrzna z tych samych powodów powinna być także stosowana przy domach szkieletowych.
I na koniec jeszcze jedno zastrzeżenie: jeżeli planujesz docieplić już wybudowany dom (tzn. taki, który stoi bez ocieplenia kilka lub kilkanaście lat), to bądź ostrożny. Jeżeli ściany są wilgotne i dasz styropian na zewnątrz, a w środku pomalujesz pomieszczenia farbą o wysokim oporze dyfuzyjnym to wilgoć zatrzymasz w środku. Dlatego przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac należy zmierzyć wilgotność wybudowanej ściany.
Na przewodność cieplną materiałów budowlanych wpływ ma kilka czynników. Należą do nich przede wszystkim masa objętościowa, rodzaj materiału, struktura materiału oraz zawartość wilgoci. Dla takiej samej masy objętościowej mniejszy współczynniku X posiadają materiały które mają większą porowatość z zamkniętymi porami.
Trzeba wiedzieć, że przewodność cieplna materiału jest wielkością złożoną. Składają się na nią przewodność samego tworzywa oraz powietrza, które zawarte jest w porach. Wielkość porów również ma wpływ na warunki przewodności. Dla mniejszych porów izolacyjność jest lepsza.
Materiały, których pory są otwarte i połączone ze sobą mają większą przewodność. Woda zawarta w porach materiału wykazuje przewodność ok. 20 razy większą niż powietrze zawarte w tych porach. Przewodność cieplna zależy nie tylko od ilości wilgoci w materiale, ale również od jej rozmieszczenia.
Przy tej samej średniej zawartości wilgoci korzystniejsze jest, ze względu na współczynnik przewodności, nierównomierne jej rozmieszczenie. Na podstawie badań stwierdzono, że nie dla wszystkich materiałów wzrost współczynnika /. spowodowany zawilgoceniem jest większy w temperaturze poniżej zera. Na przykład betony jamiste w temperaturze ujemnej mają mniejszą przewodność cieplną niż w dodatniej.
Ustabilizowana wilgotność materiału w przegrodach, tzw. wilgotność obliczeniowa, zależy od fizycznych własności materiałów, stopnia wysuszenia przegród, klimatu zewnętrznego i sposobu użytkowania budynku. W każdej przegrodzie wbudowany materiał zawiera w mniejszym lub większym stopniu tzw. wilgotność budowlaną technologiczną.
W miarę wysychania przegród po pewnym czasie eksploatacji zawartość wilgoci w materiale ulega okresowym wahaniom - w okresie zimy wzrasta, natomiast latem następuje wysychanie. W obliczeniach cieplno-wilgotnościowych uwzględniamy zawilgocenie obserwowane w połowie zimy (w okresie najzimniejszym). Maksymalne zawilgocenie występuje jednak pod koniec zimy.
Klimat wewnętrzny pomieszczeń wpływa na wilgotność materiałów w przegrodach, stwarzając warunki sprzyjające lub utrudniające wysychanie; wpływa on również na możliwość skraplania pary wodnej na powierzchni przegród. W pomieszczeniach o dużej wilgotności wewnętrznej, np. w budynkach inwentarskich, powstaje większe zawilgocenie przegród niż w budynkach mieszkalnych. Należy jednocześnie zwrócić uwagę, że stropodachy, szczególnie niewentylowane, są zawsze bardziej zawilgocone niż ściany.
Ważnym zagadnieniem jest czas wysychania przegród. Ściany wysychające powoli, przez okres kilku lat, będą zwiększały koszty eksploatacyjne. Na wysychanie przegród mają wpływ warunki otoczenia, jak temperatura i wilgotność względna powietrza oraz rodzaj i struktura materiału.
Ponieważ zawilgocenie materiałów znajdujących się w różnych warunkach eksploatacyjnych wpływa w różny sposób na współczynnik przewodności cieplnej X i na opór cieplny R, w projekcie normy podano ich wartości dla warunków suchych, średnio wilgotnych i wilgotnych z określeniem, jak te warunki należy interpretować.
Własności cieplno-wilgotńościowe przegród z betonów na lekkich kruszywach są bardzo różne, zależnie od rodzaju kruszywa i składu betonu. Szczególnie duże różnice występują pomiędzy betonami jamistymi a betonami o strukturze zwartej.
Przegrody z betonów jamistych wysychają stosunkowo szybko, w ciągu jednego lub dwóch lat, z betonów zaś zwartych - kilka lat. Tynki na przegrodach z betonów jamistych opóźniają ich wysychanie i dlatego na przegrodach wylewanych należy je stosować dopiero po upływie 6-12 miesięcy od czasu wykonania obiektu. Okres wysychania zależny jest od warunków klimatycznych panujących w tym czasie.
Wobec małego podciągania kapilarnego wody wpływ zawilgocenia przez opady przegród z betonów jamistych jest mniejszy niż przegród z betonów zwartych. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na ujemny wpływ infiltracji powietrza na izolacyjność tych przegród, gdyż infiltracja jest ułatwiona dzięki otwartej strukturze porów w betonach jamistych. Największą infiltrację powietrza obserwuje się w przegrodach z betonów z kruszywa jednofrakcyjnego 20-40 mm, a znacznie mniejszą przy zastosowaniu większej liczby frakcji.
tags: #dyfuzyjnosc #cieplna #a #wilgotnosc #materiałów #budowlanych
