Określenie przepuszczalności powietrznej domu pasywnego

Realizacja szczelnego budynku pasywnego wymaga zaplanowania odpowiednich rozwiązań już na etapie projektowym. Ważne jest dokładne wykonanie elementów konstrukcyjnych szczególnie narażonych na wystąpienie nieszczelności, np. połączeń okien ze ścianami zewnętrznymi. Niekontrolowana infiltracja powietrza zewnętrznego musi być w budynku pasywnym ograniczona do 0,6 wymiany kubatury ogrzewanego budynku na godzinę, dla różnicy ciśnień wynoszącej 50 Pa.

Cel badań

Określenie przepuszczalności powietrznej wykonano dla wolno stojącego domu zlokalizowanego przy ul. Cisowej 1 w Smolcu k. Wrocławia. Celem badania było sprawdzenie, czy spełnione zostały wymagania projektowe dotyczące szczelności powietrznej oraz identyfikacja ewentualnych źródeł przecieków w powłoce budynku. Zgodnie z wykonanymi obliczeniami badany obiekt osiągnie standard pasywny, jeśli liczba wymian powietrza przy ciśnieniu 50 Pa będzie mniejsza od 0,4 1/h. Warunek ten jest ostrzejszy od standardowo przyjmowanej dla domów pasywnych  wartości n₅₀ ≤0,6.

Badanie wykonano dla obiektu niezamieszkałego w stanie surowym zamkniętym. Wszystkie celowo wykonane otwory w obudowie budynku zostały zamknięte lub zaślepione. Badania przeprowadzono zgodnie z metodą B normy PN-EN 13829 Właściwości cieplne budynków – Określenie przepuszczalności powietrznej budynków – Metoda pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora.

Obiekt badań

Obiektem badań był jednorodzinny, wolno stojący dom parterowy z użytkowym poddaszem. Dom ma sześć pokoi: pokój dzienny, jadalnię, gabinet i trzy sypialnie na poddaszu. Badaniem objęto całą ogrzewaną część obiektu, a nie poszczególne pokoje. Do budynku dobudowany jest garaż mający niezależną konstrukcję nośną. Wejście do garażu możliwe jest tylko poprzez drzwi garażowe. Właścicielem domu, wzniesionego w 2006 roku, jest biuro projektowe Lipińcy Domy. Podstawowe dane obiektu:

• powierzchnia podłogi netto: 131,97 m²,
• kubatura wewnętrzna: 431,70 m³,
• powierzchnia obudowy budynku: 351,74 m².

Szczelność powłoki budynku

Przedmiotem badań było sprawdzenie szczelności powietrznej powłoki budynku. W jej skład wchodzą ściany zewnętrzne, posadzka na gruncie, dach oraz stolarka okienna i drzwiowa. Ściany zewnętrzne wykonano z prefabrykatów keramzytobetonowych ocieplonych 30-centymetrową warstwą szarego styropianu. Z uwagi na wątpliwości co do szczelności samych prefabrykatów (mają strukturę porowatą) za warstwę szczelną uznano tynk gipsowy wykonany od strony wewnętrznej. Posadzkę na gruncie wykonano z płyty żelbetonowej zaizolowanej od spodu 30 cm styropianu. Warstwą szczelną jest w tym przypadku sama płyta żelbetonowa.

Dwuspadowy dach domu ma tradycyjną konstrukcję drewnianą. Jego izolację wykonano trójwarstwowo z: dachowych paneli styropianowych, 20 cm szarego styropianu miedzy krokwiami i 10 cm szarego styropianu dobitego od spodu. Warstwą szczelną jest tu folia paroszczelna. Z uwagi na wnikanie niektórych elementów ścian wewnętrznych poddasza w ostatnią warstwę izolacji folię paroszczelną umiejscowiono pod ostatnią, 10-centymetrową warstwą izolacji. Pozwoliło to na uzyskanie nienaruszonej powłoki szczelnej i ograniczyło konieczną liczbę połączeń. Zamontowane w domu okna i drzwi PVC dzięki zastosowaniu potrójnych uszczelek charakteryzują się bardzo wysoką szczelnością.

Odpowiednie wykonanie i zdefiniowanie szczelnych powłok budynku nie wystarczy do osiągnięcia pożądanej przepuszczalności powietrznej. Bardzo ważne jest również zrealizowanie trwale szczelnych połączeń poszczególnych powłok. W domu pasywnym szczególną uwagę zwrócono na połączenia ścian zewnętrznych ze stolarką drzwiową i okienną oraz ścian zewnętrznych z dachem.

Montaż stolarki okiennej i drzwiowej wykonano w oparciu o trójwarstwowy system uszczelnień. Pierwszą warstwę stanowi elastyczna folia paroprzepuszczalna przyklejona od strony zewnętrznej. Jej zadaniem jest ochrona połączenia przed działaniem czynników atmosferycznych. Folia nie  dopuszcza do zawilgocenia warstwy środkowej i pozwala jednocześnie na dyfuzję pary wodnej w kierunku zewnętrznym.

Dzięki swojej elastyczności ma zdolność kompensowania ruchów budowli i stolarki. Warstwę środkową wykonano z pianki poliuretanowej, która izoluje termicznie i akustycznie połączenie stolarki z konstrukcją budynku. Aby właściwie pełniła swoją funkcję, musi być utrzymana w stanie maksymalnie suchym. Ostatnią warstwę stanowi folia paroszczelna charakteryzująca się bardzo dużym oporem dyfuzyjnym. Uniemożliwia przepływ gazów i pary wodnej z wnętrza budynku na zewnątrz. Folia paroszczelna tworzy właściwe powietrznie szczelne połączenie okien ze ścianami zewnętrznymi.

Powłokę szczelną dachu zrealizowano w oparciu o folię paroszczelną. Została ona przymocowana do krokwi i jętek w sposób punktowy za pomocą zszywek. Powstałe w wyniku montażu otwory oraz połączenia poszczególnych arkuszy wykonano przy użyciu dwóch rodzajów jednostronnych taśm przylepnych. Zastosowano wielowarstwową taśmę na bazie aluminium i bitumu oraz taśmę zbrojoną włóknem poliestrowym do sklejania i reperacji folii polipropylenowych i polietylenowych. Te same taśmy wykorzystano do szczelnego połączenia folii paroszczelnej ze ścianami zewnętrznymi.

Otwory w obudowie budynku

Największy udział w powierzchni przegród zewnętrznych mają otwory okienne i drzwiowe.W momencie wykonywania badania wszystkie okna były szczelnie zamknięte, a we framudze drzwi wejściowych zamontowano drzwi nawiewne Blower Door. Ponieważ nie wszystkie okna miały klamki, otwory na nie zaklejono taśmą. Na tym etapie budowy w domu nie były zamontowane jeszcze drzwi wewnętrzne, nie istniało zatem ryzyko powstania nierównomiernego rozkładu ciśnień w samym obiekcie.

Pozostałe otwory w przegrodach zewnętrznych budynku wynikają z konieczności podłączenia poszczególnych systemów technicznych. Zaliczyć do nich należy przede wszystkim otwory w ścianach zewnętrznych wykonane pod kanał nawiewny i wywiewny instalacji wentylacyjnej oraz przyłącze gruntowego wymiennika przechodzące przez posadzkę w pomieszczeniu technicznym. Następna grupa przebić związana jest z instalacją wodno-kanalizacyjną i elektryczną. Występują one w posadzce budynku oraz w dachu (odpowietrzenie instalacji kanalizacyjnej). Wszystkie otwory w przegrodach zewnętrznych zostały zaślepione na czas wykonywania badania.

Dom pasywny nie posiada tradycyjnego systemu grzewczego, dlatego nie było potrzeby wykonania przewodów kominowych. W obudowie budynku nie występują zatem otwory od przewodów wentylacyjnych, dymowych i spalinowych.

Aparatura pomiarowa

Pomiar przepuszczalności powietrznej domu pasywnego wykonano za pomocą drzwi nawiewnych Minneapolis Blower Door Model 3/230 V z odczytem mechanicznym. W skład zestawu pomiarowego wchodzą: wentylator osiowy o regulowanej prędkości obrotowej, mechaniczny układu do pomiaru wytworzonej różnicy ciśnień i strumienia powietrza, regulator obrotów wentylatora, aluminiowa nastawna konstrukcja drzwiowa do zamontowania wentylatora oraz nylonowa płachta drzwiowa.

Badanie wstępne i lokalizacja nieszczelności

Przed przystąpieniem do właściwego pomiaru wykonano badanie wstępne w celu określenia przybliżonej wartości n₅₀ dla domu pasywnego. W razie znacznego przekroczenia wymaganej liczby wymian powietrza przy ciśnieniu 50 Pa (n₅₀ > 0,4 1/h) należało podjąć działania zmierzające do podwyższenia szczelności budynku.

Pomiar wstępny wykonano w warunkach podciśnienia. Określona na jego podstawie szacunkowa wartość n₅₀ ≈ 0,7 1/h przekracza znacznie dopuszczalną maksymalną krotność wymian powietrza przy różnicy ciśnień 50 Pa wynoszącej 0,4 1/h. Niedotrzymanie tego warunku może spowodować, że budynek nie osiągnie standardu pasywnego. Dlatego przed przystąpieniem do właściwego badania przepuszczalności powietrznej przeprowadzono działania zmierzające do uszczelnienia budynku.

Lokalizację nieszczelności przeprowadzono w warunkach stałego podciśnienia. Różnica ciśnienia pomiędzy wnętrzem budynku a otoczeniem wynosiła średnio 50 Pa. Wykorzystanie warunków podciśnienia pozwoliło na łatwą i szybką lokalizację nieszczelności. Przeprowadzono ją bez użycia aparatury do pomiaru i wizualizacji przepływów, a jedynie przy wykorzystaniu dłoni. Metoda ta sprawdza się bardzo dobrze, gdy mamy odczynienia z punktowymi lub liniowymi nieszczelnościami. Wysoka prędkość przepływu powietrza jest wyraźnie odczuwalna, a wrażenie to można spotęgować poprzez zwilżenie dłoni. Metoda ta jest również znacznie szybsza od pozostałych.

W rezultacie przeprowadzonych poszukiwań zlokalizowano liczne nieszczelności. Ich źródłem były między innymi przyłącza elektryczne i kanalizacyjne przechodzące przez posadzkę domu. Zasilanie budynku odbywa się linią kablową wprowadzaną przez posadzkę w rurce osłonowej. Przestrzeń pomiędzy kablem a rurką umożliwia przedostawanie się do domu powietrza zewnętrznego.

Źródłem nieszczelności nie okazały się natomiast gniazdka elektryczne. Uprzednie zaprojektowanie przebiegu instalacji elektrycznej i poprowadzenie peszli w elementach prefabrykowanych już na etapie ich produkcji pozwoliło na uniknięcie wykonywania bruzd. Nie tylko przyspieszyło to prace instalacyjne, ale i ograniczyło możliwość naruszenia porowatej struktury ścian, co może być źródłem nieszczelności.

Niektóre przyłącza kanalizacyjne, pomimo zakorkowania ich zaślepkami, były również przyczyną infiltracji powietrza zewnętrznego. Dochodziło do niej w miejscach trudno dostępnych, gdzie nie udało się wykonać odpowiedniej obróbki rur kanalizacyjnych.

Bardzo dużym źródłem nieszczelności okazało się połączenie prefabrykowanych ścian zewnętrznych z żelbetonową płytą posadzki. Warstwa zaprawy, na której montowano elementy prefabrykowane, była w wielu miejscach niewystarczająca i nieciągła. Powstałe na całej długości ścian zewnętrznych szczeliny umożliwiały przedostawanie się powietrza zewnętrznego.

Miejscami niedostatecznie szczelny był trójwarstwowy system połączenia stolarki okiennej i drzwiowej ze ścianami zewnętrznymi. Z uwagi na zastosowanie specjalnych kotew do mocowania okien należało użyć dwóch warstw taśmy paroszczelnej od strony wewnętrznej. Zwiększyło to niestety liczbę miejsc, w których mogły powstać nieszczelności.

Usunięcie większości nieszczelności (wytynkowanie ścian wewnętrznych podczas trwania badania nie było możliwe) spowodowało, że mierzone ciśnienie wentylatora Δp_went, przy różnicy ciśnienia Δp = 51 Pa, spadło do 30 Pa. Zmierzony strumień przepływu powietrza dla powyższego ciśnienia wynosi V· m = 204,2 m³/h, co daje szacunkową wartość n₅₀≈ 0,5 1/h.

Doszczelnienie domu nie dało więc oczekiwanego rezultatu (n₅₀ ≤ 0,4 1/h), dlatego zdecydowano się na kontynuowanie poszukiwania źródeł możliwych nieszczelności. W ich trakcie nastąpiło gwałtowne pogorszenie wskazań aparatury pomiarowej. Mierzone ciśnienie wentylatora Δpwent dla tych samych warunków podciśnienia wzrosło do 75 Pa, powodując wzrost wartości n₅₀ ≈ 0,8 1/h.

W celu sprawdzenia poprawności otrzymywanych wskazań zdecydowano się na przeprowadzenie badania porównawczego w nadciśnieniu. Dla wytworzonej różnicy ciśnienia pomiędzy wnętrzem budynku a jego otoczeniem Δp = 49 Pa ciśnienie wentylatora wynosiło Δp_went = 35 Pa. Zmierzony strumień przepływu powietrza dla powyższych warunków wynosi V· m = 204,2 m³/h, co daje szacunkową wartość n₅₀≈ 0,5 1/h. Odnotowano więc dużą różnicę odczytów dla warunków podi nadciśnienia.

Przyczyną powstałej nieścisłości nie był jednak błąd pomiarowy lub wada drzwi nawiewnych, ale złe wykonanie powłoki szczelnej dachu. Stanowiła ją folia paroszczelna przymocowana w sposób punktowy do krokwi pod drugą warstwą izolacji dachu. Powstałe w wyniku montażu otwory oraz połączenia poszczególnych arkuszy uszczelniono  przy użyciu dwóch rodzajów jednostronnych taśm przylepnych. Te same taśmy wykorzystano do szczelnego połączenia folii paroszczelnej ze ścianami zewnętrznymi.

W trakcie wykonywania badania okazało się, że po pierwsze, zastosowano zły sposób mocowania folii do krokwi. Mocowanie punktowe spowodowało odrywanie się folii pod naporem powietrza zewnętrznego w warunkach podciśnienia, dlatego konieczne było zamontowanie łat dociskających folię do krokwi.

Po drugie, jedna z taśm nie była przeznaczona do klejenia folii paroszczelnych, więc połączone nią arkusze folii rozklejały się, powodując duże nieszczelności. Wyjaśnia to otrzymaną różnicę pomiędzy pomiarami w warunkach podciśnienia i nadciśnienia. Napór powietrza od strony zewnętrznej, w warunkach podciśnienia, powodował bowiem rozklejanie połączeń, natomiast napór od strony wewnętrznej, w warunkach nadciśnienia, ich sklejanie.

W związku z wykrytymi błędami w montażu folii paroszczelnej oraz koniecznością usunięcia pozostałych nieszczelności zdecydowano się na nieprzeprowadzanie pełnego badania przepuszczalności powietrznej domu pasywnego. Przeprowadzone pomiary pozwoliły jednak na weryfikację zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych i ich modyfikację.

Właściwe badanie przepuszczalności powietrznej

Po dokonaniu zmian mających na celu podwyższenie szczelności domu pasywnego przeprowadzono właściwe badanie. Podczas jego przeprowadzania panowały  następujące warunki pogodowe:

• temperatura wewnętrzna: 9,1°C,
• temperatura zewnętrzna: 3,9°C,
• ciśnienie atmosferyczne: 1012 hPa,
• prędkość wiatru: 2,0 m/s,
• wilgotność: 77,6%,
• data i godzina pomiaru: 19 grudnia 2006 r., godz. 13.

Żaden z dodatnich ani ujemnych odczytów różnicy ciśnienia w warunkach zerowego przepływu nie przekroczył 5 Pa, w związku z czym spełnione zostały wymagane warunki badań.

Zestawienie wyników pomiarów

W pierwszej kolejności przeprowadzono badania w warunkach podciśnienia. Zamontowana na początku kryza C okazała się niewłaściwa dla mierzonych przepływów. Zmierzony za jej pomocą strumień przepływu powietrza dla wytworzonej różnicy ciśnienia 51 Pa wynosi 140,7 m³/h i nie mieści się w charakteryzującym ją zakresie pomiarowym 170–680 m³/h. Dlatego pomiary przeprowadzono przy użyciu kryzy D o następującej charakterystyce:

V_r = 12,904 × Δp_went0,4927

Na podstawie danych pogodowych określono gęstość powietrza wewnętrznego V· r, a następnie przeliczono odczytane strumienie przepływu powietrza na wartości zmierzone strumienia przepływu powietrza V·m:

 gdzie:

ρi = 1,246 kg/m³ – gęstość powietrza wewnątrz budynku.

Następnie przeliczono strumień przepływu powietrza V· _m na strumień przepływu powietrza przez obudowę domu pasywnego V· _env w warunkach podciśnienia, stosując równanie:

gdzie:

ρ_e = 1,270 kg/m³ – gęstość powietrza zewnętrznego.

Takie same pomiary przeprowadzono w warunkach nadciśnienia. Na podstawie gęstości powietrza zewnętrznego przeliczono odczytane strumienie przepływu powietrza V·_r na wartości zmierzone strumienia przepływu powietrza V· _m:

Następnie przeliczono strumień przepływu powietrza V· _m na strumień przepływu powietrza przez obudowę domu pasywnego V· _env w warunkach nadciśnienia, stosując równanie:

Na podstawie strumieni przepływu powietrza przez obudowę domu pasywnego, w warunkach podciśnienia i nadciśnienia, sporządzono wykres przecieku powietrza (rys. 1). Wykres wykonano w logarytmicznym układzie współrzędnych.

Przebieg zmienności strumienia przecieku powietrza w warunkach pod- i nadciśnienia ma w układzie współrzędnych logarytmicznych charakter zbliżony do liniowego. Potwierdza to poprawność przeprowadzonych badań i wiarygodność otrzymanych wyników. Wyjątkiem jest pomiar przeprowadzony w warunkach podciśnienia z wykorzystaniem kryzy C.

Otrzymana wartość strumienia przecieku powietrza różni się znacznie od wartości uzyskanej dla kryzy D przy tej samej różnicy ciśnienia. Przyczyną rozbieżności może być nieodpowiedni dla mierzonych strumieni (V· m = 140,7–61,9 m³/h) zakres pomiarowy kryzy C (170–680 m³/h). Dlatego pomiar ten uznano za błędny i nie uwzględniano go w kolejnych obliczeniach.

Na wykresie można zauważyć również, że przeciek powietrza w warunkach nadciśnienia jest większy od przecieku w warunkach podciśnienia.

Jest to zapewne wynik właściwości przegród domu, których poziom szczelności zależy od kierunku przepływu powietrza. W celu określenia wielkości pochodnych takich jak wielkość wymian powietrza n₅₀ należy wyznaczyć współczynnik przecieku powietrza C_env i wykładnik przepływu powietrza n z równania:

gdzie:

V · _env – strumień przepływu powietrza przez obudowę budynku [m³/h],

Δ_p – wytworzona różnica ciśnienia [Pa].

Aby określić C_env oraz n, należy wykonać przekształcenie logarytmiczne zmiennych V· _env i Δp dla każdego punku pomiarowego w warunkach podciśnienia i nadciśnienia. Następnie w rezultacie kolejnych obliczeń możliwe jest określenie równania przecieku powietrza dla domu pasywnego w warunkach pod- i nadciśnienia. Dla podciśnienia i dla standardowych warunków pogodowych równanie przybiera postać:

gdzie:

CL – współczynnik przecieku powietrza [m³/(h · Pan)],

Δ_p – wytworzona różnica ciśnienia [Pa],

n – wykładnik przepływu powietrza.

Natomiast w warunkach nadciśnienia i dla standardowych warunków pogodowych ma ono postać:

Wielkości pochodne

Na podstawie wyznaczonych równań przecieku powietrza możliwe było określenie wielkości pochodnych dla domu pasywnego. Oblicza się je, przyjmując średnią wartość strumienia przecieku powietrza zmierzonego w warunkach nadciśnienia i podciśnienia. Strumień przecieku powietrza V· Δpr w warunkach różnicy ciśnienia odniesienia Δpr, zazwyczaj 50 Pa, określa się z równania:

Wielkość wymian powietrza nΔpr w warunkach różnicy ciśnienia, np. 50 Pa, oblicza się, dzieląc wartość średniego przecieku powietrza przez kubaturę wewnętrzną, stosując równanie:

gdzie:

V – kubatura wewnętrzna budynku [m³].

Wielkość wymian powietrza n₅₀ dla domu pasywnego będzie wynosiła zatem:

Otrzymany rezultat spełnia postawiony dla domu pasywnego we Wrocławiu warunek n₅₀≤ 0,4 1/h. Specjalne rozwiązania w konstrukcji pozwoliły na osiągnięcie bardzo wysokiej szczelności budynku.

Zgodnie z zaleceniami podanymipodanymi w [1] wymagana szczelność powietrzna wynosi dla budynków z wentylacją grawitacyjną n₅₀≤ 3 1/h, a dla budynków z wentylacją mechaniczną n₅₀ ≤1,5 1/h. Wytyczne Passivhaus Institut w Darmstadt zalecają, aby dla domów pasywnych n₅₀ ≤ 0,6 1/h. Uzyskana szczelność jest zatem około dziesięciokrotnie wyższa od szczelności budynków z wentylacją naturalną. Niepewność otrzymanego wyniku wynosi ± 15%.

Literatura

1.  Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 201, poz. 1238).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!