Andrzej BOBOCIŃSKI
Mgr inż., Instytut Techniki Budowlanej
Jerzy A. POGORZELSKI
Prof. dr hab. inż., Instytut Techniki Budowlanej

1. Wprowadzenie

Termin "oddychanie ścian" nie jest terminem technicznym. Występuje on natomiast w licznych wypowiedziach specjalistów od budownictwa, których liczba u nas jest prawie tak duża, jak liczba lekarzy. Mówią oni, że jakaś ściana "oddycha" lub "nie oddycha", przy czym termin ten jest zwykle traktowany przez nich jako termin pierwotny i nie wymagający definiowania.

Autorzy przeprowadzili kilka rozmów wyjaśniających z "użytkownikami" tego terminu. Okazało się, że przez "oddychanie ścian" rozumieją oni zjawisko dyfuzyjnego odpływu pary wodnej z pomieszczenia poprzez samą ścianę zewnętrzną. Zjawisko to uważa się za korzystne, gdyż ma chronić pomieszczenia przed nadmiernym zawilgoceniem eksploatacyjnym powietrza i jego konsekwencjami (kondensacja wewnętrzna, rozwój pleśni i grzybów, itp). Należy przy tym podkreślić, że kontekst wypowiedzi o "oddychaniu ścian" jest zawsze taki, że zjawisko to, lub jego brak, ma istotny wpływ na "mechanizm" usuwania nadmiaru pary wodnej z pomieszczenia.

Nieuniknioną konsekwencją ocieplenia ścian zewnętrznych budynku jest nie tylko znaczne zwiększenie oporu cieplnego przegród; może mieć miejsce także zwiększenie ich oporu dyfuzyjnego, niekiedy nawet kilkukrotne.

W konsekwencji nierzadko można spotkać się z poglądem, że w wyniku ocieplenia ścian nastąpiło pogorszenie komfortu pomieszczeń, gdyż wyeliminowane lub znacznie ograniczone zostało "oddychanie" ścian zewnętrznych, które uważane jest za ich korzystną cechę.

Samo zjawisko przepływu dyfuzyjnego przepływu pary wodnej przez przegrody zewnętrzne - w przypadku występowania różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej po obydwu jej stronach - jest niepodważalnym faktem fizycznym. Faktem jest też, że wielkością tego przepływu można w pewnym zakresie "sterować" na etapie projektowania i/lub termomodernizacji. Zasadne jest natomiast pytanie, czy wielkość tego przepływu może mieć jakieś znaczenie praktyczne i być porównywalna z usuwaniem pary wodnej poprzez wentylację. Ustalenie tego jest właśnie celem niniejszego artykułu.

Warto przy tym zwrócić uwagę, że zagadnienie to nie jest czysto teoretyczne, lecz ma również aspekt praktyczny, a nawet handlowy. Uznanie bowiem, że zapewnienie "oddychania" ścian jest istotnym elementem wysokiego standardu technicznego pomieszczeń - prowadzić będzie w szczególności do preferowania tych materiałów termoizolacyjnych, które charakteryzują się możliwie małym oporem dyfuzyjnym; w praktyce płyt z wełny mineralnej zamiast styropianu.

2. Założenia do analizy

Analizę postanowiono przeprowadzić przez porównanie strumieni pary wodnej, wymienianych między pomieszczeniem i powietrzem zewnętrznym, na drodze dyfuzji przez ścianę zewnętrzną i na drodze wentylacji, przy różnych wartościach temperatury powietrza zewnętrznego.

Do obliczeń przyjęto mieszkanie dla czterech osób o powierzchni użytkowej 65 m² i powierzchni ścian zewnętrznych pełnych (z pominięciem okien) wynoszącej 30 m². Z uwzględnieniem danych zawartych w [1] przyjęto łączną emisję wilgoci eksploatacyjnej (od ludzi oraz wydzielaną przy użytkowaniu) wynosi 300 g/h.

Założono, że ściany są z cegły pełnej, o grubości 25 cm i rozpatrzono 3 warianty:

• ściany nieocieplone,
• ściany ocieplone styropianem grubości 12 cm,
• ściany ocieplone płytami z wełny mineralnej o grubości 12 cm.

Warstwy izolacji cieplnej pokryte są cienkowarstwową wyprawą tynkarską mineralną, o małym oporze dyfuzyjnym.

Należy zaznaczyć, że wykonywanie analogicznych obliczeń dla innych materiałów ścian zewnętrznych (pustaki, beton komórkowy) nie znajduje uzasadnienia, gdyż ściany z tych materiałów charakteryzują się zbliżonym oporem dyfuzyjnym.

Do obliczeń wymiany pary wodnej przez wentylację przyjęto jej dwie krotności: przeciętną (n = 0,8 h^-1), na podstawie badań Zakładu Fizyki Cieplnej ITB, przeprowadzonych w sezonie 1999/2000 w kilkudziesięciu mieszkaniach w Warszawie [2] i słabą (n = 0,3 h^-1), jak w mieszkaniach ze szczelnymi oknami.

Obliczenia wykonano przy założeniu temperatury powietrza wewnętrznego 20°C i dwóch wartości temperatury powietrza zewnętrznego: 0°C i -20°C; przy tych wartościach temperatury zawartość pary wodnej w powietrzu zewnętrznym wynosiła odpowiednio: 3,0 i 0,6 g/kg.

Wykonano również obliczenia, w których znacznie zróżnicowano wielkość emisji wilgoci w pomieszczeniu (od 75 do 600 g/h) i krotność wymiany powietrza (od 0,05 do 1,0 h^-1) w celu pokazania, jak zmiany te wpływają na przepływ wilgoci przez ściany zewnętrzne.

Obliczenia wiążące wilgotność powietrza wewnętrznego z emisją wilgoci w mieszkaniu, wilgotnością powietrza zewnętrznego oraz strumieniem powietrza wymienianym przez wentylację - wykonano korzystając ze wzoru (1) zawartego w [1]:

Znajomość wilgotności powietrza wewnętrznego przy określonym strumieniu powietrza wentylacyjnego pozwala na określenie różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej po obydwu stronach ściany zewnętrznej, a w konsekwencji na określenie gęstości strumienia pary wodnej () przepływającej przez ściany zewnętrzne, zgodnie ze wzorem:

Opór dyfuzyjny ściany można określić ze wzoru:

3. Udział "oddychania" ścian w usuwaniu pary wodnej z pomieszczeń

Poniżej, w tablicy 1 oraz na rysunkach 1-3, przedstawiono wyniki obliczeń obrazujące zależność między przepływem dyfuzyjnym pary wodnej przez ściany zewnętrzne, a:

• rodzajem izolacji cieplnej ścian,
• emisją wilgoci w pomieszczeniu,
• krotnością wymiany powietrza oraz
• wilgotnością powietrza zewnętrznego.

Wyniki obliczeń (tablica 1) wskazują, że przy usuwaniu wilgoci eksploatacyjnej z pomieszczeń udział strumienia dyfuzji przez ściany zewnętrzne jest znikomy, a nieomal cała wilgoć eksploatacyjna (ponad 97%) jest usuwana przez wentylację nawet wtedy, gdy wentylacja jest mało wydajna. W przypadku przynajmniej przeciętnej sprawności wentylacji, przez ściany zewnętrzne dyfunduje najwyżej do 1% całkowitego strumienia pary wodnej usuwanej z pomieszczeń mieszkalnych.

Wpływ rodzaju izolacji cieplnej na wielkość przepływu pary wodnej przez ściany jest nieznaczny w wymiarze bezwzględnym. W szczególności zróżnicowanie strumienia pary wodnej dyfundującej przez ściany nieocieplone i ocieplone styropianem wynosi do 4 g/h w odniesieniu do przeciętnego mieszkania, jest zatem znikome w stosunku do strumienia pary wodnej usuwanej przez wentylację (ok. 300g/h). Jeszcze mniejszy jest wpływ temperatury powietrza zewnętrznego.

Tabela 1. Udział dyfuzji przez ściany zewnętrzne (%), w usuwaniu pary wodnej z mieszkania

Na rys. 1 pokazany został przepływ dyfuzyjny pary wodnej przez ściany zewnętrzne w funkcji rodzaju izolacji cieplnej (lub jej braku) oraz krotności wymiany powietrza przez wentylację w przykładowym mieszkaniu, scharakteryzowanym w p. 2.

Rys. 1. Przepływ pary wodnej przez ściany zewnętrzne w zależności od rodzaju izolacji cieplnej i krotności wymiany powietrza przez wentylację.

W celu lepszej interpretacji wyników na rys. 1 zaznaczono również strumień pary wodnej usuwanej przez wentylację. Widoczne jest, że - w porównaniu do strumienia pary wodnej usuwanej przez wentylację - strumień pary wodnej dyfundującej przez ściany zewnętrzne jest mały - zwłaszcza w obszarze najczęściej występujących krotności wymian powietrza tj. dla między 0,3 h^-1 a 1,0 h^-1 - niezależnie od rodzaju izolacji cieplnej.

Na rys. 2 przedstawiono przepływ dyfuzyjny pary wodnej przez ściany zewnętrzne w zależności od rodzaju izolacji, krotności wymiany powietrza oraz całkowitej emisji wilgoci w mieszkaniu.

Rys. 2. Przepływ dyfuzyjny pary wodnej przez ściany zewnętrzne

Z rys. 2 wynika, że na wielkość przepływu pary wodnej przez ściany zewnętrzne wpływa głównie krotność wymiany powietrza przez wentylację, a w mniejszym stopniu wielkość emisji wilgoci w mieszkaniu oraz rodzaj zastosowanego ocieplenia. Jednak nawet przy bardzo dużej emisji wilgoci i słabej wentylacji, wielkości strumienia pary wodnej dyfundującej przez ściany nie przekracza 15 g/h, a zatem jest znacznie mniejsza od emisji wilgoci nawet od tylko jednego człowieka przebywającego w mieszkaniu.

Rys. 3. Zależność wilgotności względnej powietrza w mieszkaniu od rodzaju izolacji cieplnej ścian i krotności wymiany powietrza przez wentylację.

Analizując zagadnienie "oddychania" ścian można postawić pytanie, czy przepływ pary wodnej przez ściany zewnętrzne może wpłynąć na spadek wilgotności względnej powietrza w mieszkaniu. Wyniki odpowiednich obliczeń zostały przedstawione na rys. 3. Wynika z nich, że wpływ ten może być zauważalny jedynie przy niemal całkowitym braku wentylacji. Przy krotności wymiany powietrza wynoszącej co najmniej 0,3 h^-1 - różnica w wilgotności względnej powietrza między ścianami "oddychającymi" (nieocieplonymi) a "nieoddychającymi" (ocieplonymi styrop.) nie przekracza 2%, a zatem jest bez znaczenia praktycznego. Przy stałej emisji wilgoci widać wyraźnie, że wilgotność względna w pomieszczeniu zależy nie od "oddychania" ścian lecz od efektywności wentylacji.

4. Wnioski

• Strumień pary wodnej przepływający przez ściany zewnętrzne z cegły pełnej typowego mieszkania stanowi od 0,5 do niespełna 3% całego strumienia pary wodnej usuwanej z mieszkania - to nieznaczne zróżnicowanie zależy od sprawności wentylacji (głównie) i emisji wilgoci w pomieszczeniu, a w mniejszym stopniu od rodzaju izolacji termicznej ścian oraz zawartości pary wodnej w powietrzu zewnętrznym.
• Typowe ściany zewnętrzne nie są zatem w stanie nawet częściowo zastąpić wentylacji w funkcji usuwania pary wodnej z pomieszczeń, gdyż zyski eksploatacyjne pary wodnej są wielokrotnie większe od tej jej ilości, która w warunkach rzeczywistych może przepłynąć dyfuzyjnie przez ściany zewnętrzne mieszkania, nawet gdyby zrezygnować z ocieplania ich styropianem dla nie zwiększania ich oporu dyfuzyjnego.

• Nie znajduje zatem uzasadnienia podejmowanie specjalnych zabiegów, prowadzących do zapewnienia ścianom zewnętrznym jak największej paroprzepuszczalności, a zwłaszcza "zrzucanie winy" za nadmierną wilgotność w pomieszczeniach na ściany zewnętrzne, jako "nie oddychające", na przykład w wyniku ocieplenia ich styropianem. W szczególności wyniki obliczeń nie upoważniają do formułowania specjalnych zaleceń do projektowania lub termomodernizacji budynków mieszkalnych - ukierunkowanych na zapewnienie minimalnego oporu dyfuzyjnego warstw ściany zewnętrznej i/lub ocieplenia.

LITERATURA

1. Malicki M.: Wentylacja przemysłowa, Arkady, s. 624, 1967.
2. Pogorzelski J. A., Kasperkiewicz K. Ochrona cieplna budynków wielkopłytowych i oszczędność energii, temat planowy NF-34/00, (maszynopis), biblioteka ITB.
3. EN 12086:1997 Thermal insulating products for building applications - Determination of water vapour transmission properties.