Kondensacja powierzchniowa – Zapobieganie pojawieniu się grzybów narożnikach

Niniejszym wpisem chcę wprowadzić siebie i czytelnika w meandry normowe związane z projektowaniem przegrody pod kątem ochrony przed korozją mikrobiologiczną w zakresie kondensacji powierzchniowej.

Najpierw małe przypomnienie ze znanych i lubianych “Warunków Technicznych…”(Dz.U. 2022 poz. 1225):

§ 321.
1. Na wewnętrznej powierzchni nieprzezroczystej przegrody zewnętrznej nie może występować kondensacja
pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych.
2. We wnętrzu przegrody, o której mowa w ust. 1, nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie
spowodowane kondensacją pary wodnej.
3. Warunki określone w ust. 1 i 2 uważa się za spełnione, jeśli przegrody odpowiadają wymaganiom określonym
w pkt 2.2.4. załącznika nr 2 do rozporządzenia.
§ 322.
1. Rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne zewnętrznych przegród budynku, warunki cieplno-wilgotnościowe,
a także intensywność wymiany powietrza w pomieszczeniach, powinny uniemożliwiać powstanie zagrzybienia.
2. Do budowy należy stosować materiały, wyroby i elementy budowlane odporne lub uodpornione na zagrzybienie
i inne formy biodegradacji, odpowiednio do stopnia zagrożenia korozją biologiczną

Załącznik 2

2.2. Warunki spełnienia wymagań dotyczących powierzchniowej kondensacji pary wodnej
2.2.1. W celu zachowania warunku, o którym mowa w § 321 ust. 1 rozporządzenia, w odniesieniu do przegród
zewnętrznych budynków mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej, produkcyjnych, magazynowych i gospodarczych rozwiązania przegród zewnętrznych i ich węzłów konstrukcyjnych
powinny charakteryzować się współczynnikiem temperaturowym fRsi o wartości nie mniejszej niż wymagana wartość krytyczna, obliczona zgodnie z Polską Normą dotyczącą metody obliczania temperatury powierzchni wewnętrznej koniecznej do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej.
2.2.2. Wymaganą wartość krytyczną współczynnika temperaturowego fRsi w pomieszczeniach ogrzewanych do
temperatury co najmniej 20°C w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej należy określać według rozdziału 5 Polskiej Normy, o której mowa w pkt 2.2.1., przy założeniu,
że średnia miesięczna wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego jest równa φ = 50%, przy
czym dopuszcza się przyjmowanie wymaganej wartości tego współczynnika równej 0,72.
2.2.3. Wartość współczynnika temperaturowego charakteryzującego zastosowane rozwiązanie konstrukcyjno-
-materiałowe należy obliczać:
1) dla przegrody – według Polskiej Normy, o której mowa w pkt 2.2.1.;
2) dla mostków cieplnych przy zastosowaniu przestrzennego modelu przegrody – według Polskiej
Normy dotyczącej obliczania strumieni cieplnych i temperatury powierzchni.
2.2.4. Sprawdzenie warunku, o którym mowa w § 321 ust. 1 i 2 rozporządzenia, należy przeprowadzać według
rozdziału 5 i 6 Polskiej Normy, o której mowa w pkt 2.2.1.

Do zabawy w te obliczenia Minister przywołał dwie normy – jedna dla przegród płaskich, druga dla mostków cieplnych.

PN-EN ISO 13788:2013-05 Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku – Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej
wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowej – Metody obliczania (Norma 1)

PN-EN ISO 10211 Mostki cieplne w budynkach – Strumienie ciepła i temperatury powierzchni – Obliczenia szczegółowe (Norma 2)

---

Należy wspomnieć, że nigdy nie widziałem projektu gdzie powyższe wymagania byłyby weryfikowane. Owszem, niekiedy projektant robiąc projektowaną charakterystykę energetyczną aby było więcej stron wrzuci raport z programu obliczeniowego, gdzie soft wypluje automatycznie informacje, że wymóg dot. kondensacji powierzchniowej został spełniony. Programiki dokonują automatycznych obliczeń wyłącznie dla fragmentu płaskiej jednorodnej przegrody (Trzeba mieć talent aby popsuć taką przegrodę przy obecnych wymogach dot. wsp. przenikania “U”)

---

Sprawdźmy czego oczekuje od nas autor normy EN ISO 13788

1. Na wstępie definiuje wzór na bezwymiarowego współczynnika temperaturowego na potrzeby obliczeń przegrody jednowymiarowej
(wzór 1)
Gdzie:
θsi – Temperatura powierzchni wewnętrznej [*C]
θe -Temperatura zewnętrzna [*C]
θi – Temperatura wnętrza [*C]

oraz na minimalny dopuszczalny czynnik temperaturowy na powierzchni wewnętrznej
(wzór 2)

Gdzie:
θsi,min – Minimalna dopuszczalna temperatura powierzchni wewnętrznej [*C]

2. Podobnie jak Minister, autor normy zaleca dokonywanie obliczeń dla średnich miesięcznych lokalnych temperatur zewnętrznych oraz wilgotności względnej. Metoda szacowania tych temperatur jest tożsama jak dla sporządzenia charakterystyki energetycznej budynku metodą średnich miesięcznych.

Należy tu zauważyć, że wcześniejsze normy i przepisy, wskazywały na konieczność weryfikacji dla temperatury krytycznej – najniższej, aby zapobiec bezpośredniego wykroplenia na powierzchni przegrody. Dzisiejsze wytyczne mają na celu niedopuszczenie do tworzenia się warunków dogodnych do rozwoju mikroorganizmów, które dla swojego rozmnażania wymagają czasu i klimatu. Dogodne warunki do rozwoju mogą wystąpić przez krótki okres czas jak wystąpią duże mrozy. Są przypadki mostków termicznych, gdzie warto sprawdzać przegrodę metodami starymi i nowymi równolegle.

Warto zwrócić uwagę na to, że do obliczeń przegród lekkich takich jak dachy, na które istotnie oddziałuje promieniowanie długofalowe powinno przyjmować się temperatury zewnętrzne mniejsze (np. o 2*C). Podano też procedury przyjmowania średniej temperatury w gruncie na głębokości powyżej 2m.

3. Wartość oporu przyjmowania ciepła powierzchni wewnętrznej dla zwykłej przegrody nieprzezroczystej powinna wynosić Rsi=0,25 m2*K/W aby zaprezentować efekt narożników, zasłon, mebli itp.
Jest to dla mnie dziwne zalecenie bo po pierwszej lekturze można sobie pomyśleć: “Aha, Wystarczy wstawić większy opór powierzchniowy i narożniki mam załatwione…”. W normie wskazano, że można korzystać z innych zaleceń krajowych.

4.  Ryzyko rozwoju pleśni wystąpi, w momencie gdy średnia miesięczna wilgotność względne powierzchniowa wyniesie ponad φsi,cr>0,8 ( tj. 80%). Można też stosować inne zalecenia lub wytyczne krajowe.
Grzyb to oczywiście to nie sługa – jak będzie mu dobrze to urośnie nawet przy 65% a jak będzie głodował to i przy 100% nie dygnie.

5. Wilgotność we wnętrzu pomieszczenia można ustalić za pomocą wzoru:

pi=pe+Δp (wzór 3)
Gdzie:
pi – wewnętrzne ciśnienie pary wodnej [Pa]
pe – zewnętrzne ciśnienie pary wodnej [Pa]
Δp – nadwyżka wewnętrznego ciśnienia pary wodnej [Pa]

Nadwyżkę można obliczyć za pomocą wzoru podanego w normie lub dobierając z tabeli w załączniku A.

Można użyć również wzoru:

(Wzór nr 4)

Gdzie:
Δp – nadwyżka wewnętrznego ciśnienia pary wodnej [Pa]
Δv – wewnętrzny nadmiar wilgoci [kg/m3]
Rv – Stała gazowa dla paru wodnej = 462 [Pa*m3/(K*kg)]
Ti – Temperatura Termodynamiczna powietrza wewnętrznego [K]
n – Krotność wymiany powietrza [-]
V – obojętność wewnętrzna budynku [m3]
G – wewnętrzna wielkość wytwarzanej wilgoci [kg/h]

Minister podał w rozporządzeniu wilgotność powietrza przy, której należy weryfikować przegrodę jednakże dla sportu porównajmy te wartości ustalone różnymi metodami:

A) Wilgotność względną wewnętrza podaną przez ministra 50%
B) Z nadwyżką ciśnienia dobraną wg nomogramu w zał. A do normy
C) Ustalone dla wg wzoru 4 dla sypialni 15m2 gdzie grzecznie śpią dwie osoby ( bez pracy fizycznej 🙂 ). W sypialni pracuje sobie jeden nawiewnik dając ok 25m3/h powietrza z zewnątrz
D) Ustalone dla wg wzoru 4 dla sypialni 15m2 gdzie grzecznie śpią dwie osoby ( bez pracy fizycznej 🙂 ). W sypialni przymknięto jeden nawiewnik – zredukowano dopływ powietrza do 12m3/h

Obliczenia C i D oczywiście nie dają wartości średnich miesięcznych – są sytuacją dot. części dnia. Kalkulacja ma pokazać jak istotny wpływ na poprawna praca nawiewników.

Dla porównania musimy skorzystać ze wzorów empirycznych  do obliczenia ciśnienia nasyconej pary wodnej w zadanej temperaturze oraz wzoru odwróconego:

(wzory nr 5)

 

	Styczeń	Luty	Listopad	Grudzień
Śr. Temp. zew. θe [*C]	-1,2	-0,9	2,9	0,8
Śr. Wilg. zew φe [%]	86	83	87	89
Ciśnienia nasycenia pary zew. Psat,e zew. [Pa]	552,77	566,72	731,86	642,05
Ciśnienie pary zew.  Pe [Pa]	475,39	470,38	636,72	571,43
Ciśnienia nasycenia pary wew. przy 20*C Psat,i  [Pa]	2336,95
Ciśnienie pary wew. wg rozporządzenia 20*C i Rh 50%  Pi [Pa]	1168,48
Wilg. względna wew. wg rozporządzenia [%]	50,00%
Nadwyżka Δp wg nomogramu zał. A normy [Pa]	640	640	460	604
Pi = pe + Δp wg nomogramu zał. A normy [Pa]	1115,3	1110,38	1096,72	1175,43
Wilg. względna wew. wg nomogramu zał. A normy [%]	47,73%	47,51%	46,93%	50,30%
Nadwyżka Δp wg wzoru 4; Sypialnia 1 nawiewnik  [Pa]	541,464
Pi = pe + Δp; Sypialnia 1 nawiewnik  [Pa]	1016,85	1011,84	1178,18	1112,89
Wilg. względna wew. wg wzoru 4; Sypialnia 1 nawiewnik [%]	43,51%	43,30%	50,42%	47,62%
Nadwyżka Δp wg wzoru 4; Sypialnia z wadliwą went.  [Pa]	1128,05
Pi = pe + Δp; Sypialnia z wadliwą went. [Pa]	1603,44	1598,431	1764,77	1699,48
Wilg. względna wew. wg wzoru 4; Sypialnia z wadliwą went. [%] (Robi się gęsto – a co jak dziecko wpadnie do sypialni?)	68,61%	68,40%	75,52%	72,72%

 

Należy stwierdzić, że przy poprawnej wentylacji zalecenia Ministra dla pom. mieszkalnych jest trafne i ułatwia obliczenia. Należy się zastanowić co z innymi pomieszczeniami typu piwnica, łazienka, pralnia.

Trudno jest przewidzieć średnie wartości wilgotności w łazience ale należy zauważyć, że nie musi to być jakieś super obciążone wilgocią pomieszczenie. Materiały użyte do wykonania łazienki  powinny być odporne na wilgoć i rozwój grzybów.

Łazienka z możliwością okresowego zwiększenia wydajności wentylacji powoduje, że zwiększone ciśnienie pary wodnej występuje tylko przez część dnia.  W momencie korzystania z łazienki temperatura wewnątrz powinna podnieść się do 24-25*C co na starcie może dać zapas do zmagazynowania większego ciśnienia pary o ok. 600Pa (redukcja z 50% do ok. 39 % wilgotności względnej na starcie).

Stasze wersji normy nakazywał przyjmować nadwyżkę ciśnienia wewnętrznego dla mieszkań o 200 Pa wyższa. Widocznie stwierdzono, że wentylacja w naszych domach się poprawiła…

---

Wyznaczenie fRsi, kr
Minister w Warunkach Technicznych wskazuje na dopuszczenie stosowania wartości krytycznego wskaźnika temperaturowego o wartości równej 0,72.
Norma 1 ma swój algorytm. Porównajmy zalecenia normy i i rozporządzenia

Parafraza zaleceń Normy 1:
Pada w niej dość pokrętne zdanie, które trzeba przeczytać 5 razy aby załapać.

1. Przyjmij wartość krytycznej wartości ciśnienia przy powierzchni  przegrody φ scir =0,8 (Rh 80%) lub insze jeżeli wiesz jakie.
2. Przyjmij temperatury i ciśnienia wewnętrzne wg poprzedniej procedury. Przyjęcie temperatury pom. w miesiącach letnich jest oczywiście trudne…
3.  Obliczyć minimalne dopuszczalne ciśnienie pary nasyconej na przegrodzie wg poniższego wzoru (logiki tego wzoru ani zdania nie rozumiem)
   
4. Udaj, że wartość obliczona w pkt. 3 to jest ciśnienie pary nasyconej i oblicz temperaturę minimalną temperaturę θsi,min [*C] wg wzorów [5]
5. Teraz pada zalecenie, które trzeba 5 x razy przeczytać aby i tak nie zrozumieć:
   -Wyznacz fRsi,min ( aby było łatwiej informuje, że jest to największa wartość ze wszystkich miesięcy a nie “min.”) – jest to miesiąc krytyczny
   -Nazwij se fRsi,min jako fRsi,max  (proste jak zmiana płci)
   -Projektuj tak aby w każdym miesiącu fRsi>fRsi,max 

Jaka w tym logika? – nie wiem ale ma podobno działać. Kiedyś było prościej – miało być o 1*c więcej niż punkt temperaturze krytycznej.

Porównajmy te metody dla Rejonu Warszawy i najzimniejszych Suwałk.

	Warszawa (III Stefa Klimatyczna)
Miesiąc	Styczeń	Luty	Marzec	Kwiecień	Maj	Czerwiec	Lipiec	Sierpień	Wrzesień	Październik	Listopad	Grudzień
Śr. Temp. zew. θe [*C]	-1,2	-0,9	4,4	6,3	12,2	17,1	19,2	16,6	12,8	8,2	2,9	0,8
Śr. wilgotność zewnętrzna φe [-]	0,86	0,83	0,78	0,72	0,69	0,74	0,74	0,76	0,81	0,85	0,87	0,89
Śr. Ciśnienie pary zew. Pe [Pa]	475,39	470,38	652,09	687,04	980,08	1442,23	1645,54	1434,96	1196,76	923,86	654,26	575,80
Nadwyżka wg nomogramu zał. A normy Δp  [Pa]	640,00	640,00	521,20	469,90	310,60	178,30	121,60	191,80	294,40	418,60	561,70	618,40
Śr. temp. wew. θi [*C]	20,00	20,00	20,00	20,00	20,00	21,30	22,00	21,90	20,80	20,00	20,00	20,00
Ciśnienie pary wew. Pi [Pa]	1115,39	1110,38	1173,29	1156,94	1290,68	1620,53	1767,14	1626,76	1491,16	1342,46	1215,96	1194,20
Psat (θsi) [Pa]	1394,24	1387,98	1466,62	1446,17	1613,35	2025,66	2208,92	2033,45	1863,96	1678,08	1519,95	1492,75
θsi,min [*C]	11,92	11,85	12,69	12,47	14,15	17,71	19,09	17,77	16,40	14,76	13,23	12,96
fRsi	0,62	0,61	0,53	0,45	0,25	0,15	-0,04	0,22	0,45	0,56	0,60	0,63
Wymagana temp. θsi,min [*C]  przy fRsi,min=0,63	12,16	12,27	14,23	14,93	17,11	19,75	20,96	19,94	17,84	15,63	13,67	12,90
Wartość temp  θsi,min  [*C]  przy fRsi,min=0,72 wg rozporządzenia	14,06	14,15	15,63	16,16	17,82	20,12	21,22	20,42	18,56	16,70	15,21	14,62

 

	Suwałki (V Strefa Klimatyczna)
Miesiąc	Styczeń	Luty	Marzec	Kwiecień	Maj	Czerwiec	Lipiec	Sierpień	Wrzesień	Październik	Listopad	Grudzień
Śr. Temp. zew. θe [*C]	-5,3	-4,9	1,3	6,8	13,6	15,7	16,1	15,6	12,4	6,8	0,1	-2,3
Śr. wilgotność zewnętrzna φe [-]	0,86	0,87	0,82	0,76	0,71	0,77	0,79	0,75	0,81	0,85	0,85	0,89
Śr. Ciśnienie pary zew. Pe [Pa]	336,26	352,03	550,00	750,63	1105,28	1372,72	1444,85	1328,53	1165,76	839,52	522,71	448,80
Nadwyżka wg nomogramu zał. A normyΔp  [Pa]	640,00	640,00	604,90	456,40	272,80	216,10	205,30	218,80	305,20	456,40	637,30	640,00
Śr. temp. wew. θi [*C]	20,00	20,00	20,00	20,00	20,00	21,30	22,00	21,90	20,80	20,00	20,00	20,00
Ciśnienie pary wew. Pi [Pa]	976,26	992,03	1154,90	1207,03	1378,08	1588,82	1650,15	1547,33	1470,96	1295,92	1160,01	1088,80
Psat (θsi) [Pa]	1220,33	1240,03	1443,62	1508,79	1722,60	1986,02	2062,68	1934,16	1838,70	1619,90	1450,02	1361,01
θsi,min [*C]	9,91	10,15	12,45	13,12	15,17	17,40	18,00	16,98	16,18	14,21	12,51	11,55
fRsi	0,60	0,60	0,60	0,48	0,24	0,30	0,32	0,22	0,45	0,56	0,62	0,62
Wymagana temp θsi,min [*C]  przy fRsi,min=0,62	10,39	10,54	12,89	14,98	17,57	19,17	19,76	19,51	17,61	14,98	12,44	11,52
Wartość temp  θsi,min  [*C]  przy fRsi,min=0,72 wg rozporządzenia	12,92	13,03	14,76	16,30	18,21	19,73	20,35	20,14	18,45	16,30	14,43	13,76

 

 

Obszar krytyczny przy temp wew. 20*C oraz wilgotności względnej 50%  (Obszar krytyczny od temp. 12,6*C)

Jak widać zalecenia Ministerstwa dla budynków mieszkalnych dają pewien zapas w stosunku do normy przy założeniu, że nasze budownictwo nie będzie chowem klatkowym z pozamykanymi nawiewnikami bo wieje na tak małej powierzchni. Warszawiacy mają troszeczkę większy bufor bezpieczeństwa od Suwałk i Białegostoku przy założeniu wewnętrznej wilgotności na poziomie 50%.  Wytyczne ministra w WT nie uwzględniają faktu, że w zimniejszych regionach łatwiej o niższa wilgotność względną w mieszaniu  (niestety w polskim chowie klatkowym im zimniej tym bardziej są zamknięte nawiewniki…).
Grzyb nie sługa i wg badań dogodne warunki dla niektórych gatunków rozpoczynają się już od 65% wilgotności względnej przy powierzchni przegrody, dlatego do przy projektowaniu należy uwzględniać zapasy, dobierać materiały odporne na korozję mikrobiologiczną (np. wysokie PH) oraz dbać o porządek w kątach.

Część druga będzie porównaniem obliczeń Frsi przy zastosowaniu metod obliczeniowych 1D Vs 2D Vs 3D.

Zapraszam do korzystania z moich usług w zakresie sporządzania Audytów energetycznych (Link), Oceny ryzyka wystąpienia korozji mikrobiologicznej za pomocą termowizji (Link) oraz usługi jako specjalisty z zakresu mykologii budowlanej (Link)