Szczelność powietrzna budynków energooszczędnych a instalacje

Niska szczelność przegród może spowodować zwiększenie zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji budynków energooszczędnych nawet o 40% [1]. Powodem powstawania nieszczelności są często instalacje, które przechodzą przez warstwy szczelne lub uniemożliwiają ich wykonanie. Prawidłowe rozwiązanie tego problemu jest kluczem do osiągnięcia zakładanego standardu energetycznego budynku.

Oprócz zwiększenia strat ciepła brak szczelności powietrznej obudowy budynku może doprowadzić do:

• pojawienia się międzywarstwowej kondensacji pary wodnej w przegrodach – para zawarta w powietrzu eksfiltrującym przez nieszczelności może ulegać wykropleniu w przegrodzie. Prowadzi to do pogorszenia izolacyjności cieplnej materiałów (zdecydowany wzrost współczynnika przewodzenia ciepła l, np. wełny mineralnej, na skutek zastępowania powietrza w przestrzeniach międzywłóknowych wodą) oraz obniżenia trwałości konstrukcji (pod wpływem wilgoci np. drewno ulega degradacji),
• rozwoju pleśni – co jest następstwem wykroplenia powierzchniowego oraz wgłębnego pary wodnej. Zarodniki pleśni mogą być przyczyną poważnych alergii oraz chorób (np. astmy) u mieszkańców,
• obniżenia komfortu – nieszczelności przy otworach drzwiowych oraz okiennych (na połączeniu ościeżnicy z ościeżem) prowadzą do powstania lokalnych przeciągów, co u mieszkańców powoduje odczucie dyskomfortu, w szczególności w okresie zimy,
• obniżenia komfortu akustycznego pomieszczeń – spękania oraz nieszczelności w przegrodach powodują przedostawanie się fali dźwiękowej (hałasu) z zewnątrz,
• zwiększenia nakładów finansowych – nieszczelności prowadzą do zwiększenia zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku [6] oraz uszkodzenia konstrukcji. Rosną w takim przypadku nakłady finansowe związane z eksploatacją i remontami. Kolejne koszty mogą powstać w konsekwencji pogorszenia stanu zdrowia osób przebywających w pomieszczeniach, w których pojawiła się pleśń.

Przepisy dotyczące szczelności powietrznej

Wymagania dotyczące szczelności powietrznej polskich budynków określono w Warunkach Technicznych (WT 2014) z 5 lipca 2013 r. [5]:

„Załącznik nr 2

2.3.1. W budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej i produkcyjnym przegrody zewnętrzne nieprzezroczyste, złącza między przegrodami i częściami przegród, przejścia elementów instalacji oraz połączenia okien z ościeżami należy projektować i wykonywać pod kątem osiągnięcia ich całkowitej szczelności na przenikanie powietrza”.

W kolejnym podpunkcie WT 2014 widnieje jednak zapis określający zalecenia (n50 – liczba wymian powietrza w ciągu godziny), a nie wymogi dotyczące szczelności budynków [5]:

„2.3.3. Zalecana szczelność powietrzna budynków wynosi:

1) w budynkach z wentylacją grawitacyjną lub wentylacją hybrydową – n50 < 3,0 1/h;2) w budynkach z wentylacją mechaniczną lub klimatyzacją – n50 < 1,5 1/h.

2.3.4. Zalecane jest, by po zakończeniu budowy budynek mieszkalny, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej i produkcyjny został poddany próbie szczelności…”.

Zastąpienie w WT 2014 w punkcie 2.3.3 zwrotu „wymagana” słowem „zalecana” powoduje, że przepis staje się całkowicie martwy i zdecydowana większość inwestorów wcale nie przeprowadza takiego badania. Jednoznacznie prowadzi to do braku kontroli nad wykonanymi pracami, co wpływa bezpośrednio na zapotrzebowanie budynku na energię [6].

W kraju istnieją jednak mechanizmy, które wymuszają przeprowadzenie badania szczelności w nowo oddawanych budynkach. Jednym z nich jest program dopłat do domów energooszczędnych prowadzony przez NFOŚiGW. Wielkość dopłat zależy od uzyskanego standardu energetycznego – może to być 30 tys. lub 50 tys. zł brutto, odpowiednio dla standardu NF40 lub NF15. Żeby uzyskać dofinansowanie, budynek musi przejść procedurę weryfikacyjną obejmującą m.in. badanie szczelności powłoki zewnętrznej budynku.

Budynek energo­oszczędny powinien się odznaczać szczelnością na poziomie nie gorszym niż n₅₀ ≤ 1,0 1/h dla standardu NF40 i n₅₀ ≤ 0,6 1/h dla standardu NF15. W celu ujednolicenia sposobu sprawdzenia szczelności budynku powstała norma PN-EN 13829:2002 [2], wg której takie badanie powinno zostać przeprowadzone.

Zdecydowana większość krajów Unii Europejskiej wyznaczyła własne minimalne wymagania dotyczące szczelności budynków. Takie działania zostały podjęte w wyniku obowiązku wdrażania dyrektywy dotyczącej charakterystyki energetycznej budynków (EPBD), a następnie jej Recastu.

Niektóre kraje, takie jak Polska, Czechy czy Niemcy, mają różne wymagania dla systemu wentylacji grawitacyjnej i mechanicznej (tabela 1). Praca wentylacji mechanicznej może zwiększyć różnicę ciśnień pomiędzy wnętrzem budynku a otoczeniem, np. wentylacji mechanicznej wywiewnej [1].

W krajach europejskich (z wyjątkiem Wielkiej Brytanii) nie ma obowiązku przeprowadzania badania szczelności, jest to tylko zalecane. Wymagania dotyczące szczelności dla budynków energooszczędnych bądź pasywnych można natomiast znaleźć w kilku systemach certyfikacji energetycznej budynków (PHI oraz BBC-Effinergie). Dla budynków pasywnych (certyfikacja PHI) obowiązkowo musi zostać przeprowadzone badanie szczelności powłoki budynku, a jego wynik powinien spełniać warunek n50 ≤ 0,6 1/h.

W przypadku francuskiego systemu certyfikacji (BBC-Effinergie) przepuszczalność powietrzna obudowy budynku jednorodzinnego powinna być mniejsza niż 0,6 m³/(h · m²) dla różnicy ciśnienia 4 Pa lub 1,0 m³/(h · m²) dla budynków zamieszkania zbiorowego.

Główne miejsca powstawania nieszczelności

Badanie szczelności budynku ma na celu określenie wielkości strumienia powietrza infiltrującego i wykrycie miejsc występowania nieszczelności. Miejsca te występują najczęściej (rys. 1):

• na połączeniach ram okiennych/drzwiowych z ościeżami,
• przy wyłazach na strych/dach oraz ich połączeniach z przegrodą,
• na połączeniach różnych rodzajów przegród zewnętrznych (podłoga–ściana, dach–ściana, strop–ściana),
• w przegrodach wewnętrznych oddzielających część ogrzewaną szczelną od części nieogrzewanej,
• przy przejściach instalacji (wodno-kanalizacyjnych, elektrycznych, wentylacyjnych, grzewczych i innych) przez przegrody zewnętrzne,
• przy podejściach instalacji,
• dookoła drzwiczek kominków, przy przewodach powietrznych i spalinowych.

O większości wymienionych miejsc projektanci oraz wykonawcy starają się pamiętać, jednak często bagatelizują bądź zapominają o instalacji. W rezultacie dochodzi do znacznego pogorszenia poziomu szczelności powietrznej budynku i powstawania szeregu problemów.

Przeprowadzone badania szczelności energooszczędnych budynków pozwoliły na określenie głównych miejsc występowania nieszczelności dla poszczególnych instalacji. Narzędziem wykorzystanym do detekcji nieszczelności była kamera termowizyjna.

Instalacja elektryczna

Pierwszym problemem okazuje się rozprowadzenie instalacji w budynku przy użyciu peszli (rys. 2). Układanie instalacji w ten sposób jest zdecydowanie łatwiejsze (rys. 3), a w niektórych przypadkach nawet wymagane ze względu na przepisy przeciwpożarowe. Jednak wykonawcy takich instalacji całkowicie zapominają, że przewody nie wypełniają w całości wolnej przestrzeni w peszlu, a miejsce to staje się potencjalnym źródłem nieszczelności.

Problem ten występuje w szczególności w przypadku wykorzystania przestrzeni nieogrzewanych do rozprowadzenia instalacji elektrycznej, np. kable prowadzone w peszlach po poddaszu nieogrzewanym schodzą następnie w przestrzeń ogrzewaną. Każde przejście jest potencjalnym źródłem nieszczelności.

Kolejna przyczyna to niedokładne lub brakujące otynkowanie/uszczelnienie wejścia instalacji do budynku na etapie wykonywania przyłącza (rys. 4). Przejścia instalacji przez przegrody wykonywane są w sposób niechlujny i niedokładny ze względu na reżim czasowy oraz obniżanie kosztów takiej czynności. Otwory wykonywane w celu przeprowadzenia instalacji są zbyt duże w porównaniu do przekroju samego kabla zasilającego, a powstała wolna przestrzeń nie jest w żaden sposób uszczelniona.

Problemem są również nieszczelne przejścia instalacji przez warstwę paroszczelną, powstające w wyniku prowadzenia przewodów w warstwie termoizolacyjnej (rys. 5; najczęściej dotyczy to przegród o konstrukcji szkieletowej drewnianej). Nieszczelności te występują bardzo często w okolicach opraw oświetleniowych. Kolejne miejsca to nieprawidłowo wyprowadzone kable pod oświetlenie zewnętrzne, dzwonki, internet itd.

Instalacja wodno-kanalizacyjna i centralnego ogrzewania

Podobnie jak w przypadku instalacji elektrycznej również przyłącza wodno-kanalizacyjne wprowadzane są do budynku w sposób niestaranny (rys. 6), co bezpośrednio prowadzi do powstawania nieszczelności w tych miejscach.

Przejścia rur przez strop poddasza nieogrzewanego (rys. 7) w celu odpowietrzenia instalacji kanalizacyjnej lub odprowadzenia skroplin z rekuperatora umieszczonego na poddaszu nieogrzewanym są zazwyczaj nieuszczelniane. Problemem może być przejście instalacji z kolektorów słonecznych.

Instalacja wodna i centralnego ogrzewania jest bardzo często rozprowadzana z wykorzystaniem peszli (rys. 8). W miejscach przejść przez tynk i podejść do punktów czerpalnych lub grzejników mogą powstawać nieszczelności.

Sposób układania instalacji wodno-kanalizacyjnych często uniemożliwia wykonanie warstw szczelnych lub prowadzi do ich świadomego pominięcia. Przykładem są zabudowy podtynkowe przykryte później płytami GK. Pod płytami często nie tynkuje się ścian lub nie stosuje folii paroszczelnych. Infiltrujące powietrze przedostaje się wtedy do pomieszczeń w okolicach armatury lub urządzeń.

Instalacja wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła

Najczęstszym miejscem powstawania nieszczelności są przejścia kanałów z czerpni oraz wyrzutni (rys. 9) przez ściany zewnętrzne. Duże grubości otulin utrudniają prawidłowe uszczelnienie tych detali.

Rozprowadzenie kanałów wentylacyjnych w przestrzeniach nieogrzewanych znacząco zwiększa liczbę nieszczelności. Newralgicznymi miejscami są przejścia kanałów przez przegrody oddzielające pomieszczenia ogrzewane od nieogrzewanych, a dokładniej przez warstwy szczelne, np. folię paroszczelną (rys. 10).

Podczas badania stwierdza się często nieszczelności na połączeniach kanałów wentylacyjnych. Nie są to jednak nieszczelności obudowy, ale samej instalacji. Problematyczne jest również wykonanie np. tynków wewnętrznych za zaizolowanymi kanałami o dużej średnicy prowadzonymi na przegrodach. Tynki wykonywane są często po ułożeniu kanałów, w rezultacie ściany lub stropy za kanałami pozostają nieotynkowane.

Pozostałe instalacje i inne błędy

Nieszczelności mogą pojawiać się także w przejściach przez przegrody zewnętrzne instalacji do odprowadzenia zanieczyszczonego powietrza z odkurzacza centralnego (rys. 11).

W przypadku odkurzacza centralnego występują również nieszczelności gniazd (miejsc podłączania szczotki odkurzającej do głównej instalacji). Klapki zamykające gniazda otwierają się w warunkach podciśnienia i umożliwiają infiltrację powietrza zewnętrznego. Kolejne miejsca to przyłącza innych instalacji, np. instalacji gazowej lub przejścia przewodów spalinowych/powietrzno-spalinowych (rys. 12) przez przegrody zewnętrzne.

Nieszczelności stwierdzono również w okolicy drzwiczek rewizyjnych (np. do kanalizacji lub wentylacji; rys. 13), przy przejściach przewodów antenowych przez połączenie ościeżnicy ze skrzydłem okiennym, co prowadzi do ściśnięcia/uszkodzenia uszczelki okiennej, lub w miejscu przejścia przez przegrody zewnętrzne instalacji chłodzenia (prowadzonej w nieszczelnych korytach instalacyjnych).

We wszystkich wymienionych przypadkach błędem był całkowity lub częściowy brak uszczelnień przejść albo wykorzystanie niewłaściwych materiałów do ich wykonania. Do powszechnie stosowanych materiałów, które nie są powietrznie szczelne, należą:

• taśmy papierowe i pakowe,
• folie paroprzepuszczalne,
• pianki montażowe PU,
• beton o niewłaściwej konsystencji,
• silikony.

Sposoby osiągnięcia wymaganej szczelności powietrznej

Żeby budynek energooszczędny osiągnął wymaganą szczelność powietrzną, trzeba zacząć od projektu, a skończyć na teście szczelności.

• Na etapie projektowania architekt powinien opracować konstrukcję wszystkich newralgicznych detali, określić przebieg warstwy szczelnej, podać opis jej montażu i sporządzić listę niezbędnych materiałów. Wspólnie z projektantami branżowymi powinien zaproponować takie rozwiązania przejść i rozprowadzenie instalacji, które gwarantują szczelność.

W trakcie budowy należy na bieżąco kontrolować zgodność wykonywania detali i ciągłość warstwy szczelnej, a także stosować odpowiednie materiały. Trzeba często uświadamiać wykonawcom funkcję, jaką pełni dokładnie wykonana szczelna obudowa budynku. Informowanie ich o przyszłych badaniach sprawdzających poprawność prac może stanowić dodatkową motywację i poprawić jakość wykonania.

Najważniejsze zasady projektowania to:

• lokalizowanie rozdzielni, rozdzielaczy, rozgałęzień instalacji wewnątrz przestrzeni szczelnej powietrznie – takie rozwiązanie zmniejsza liczbę przebić i ogranicza je prawie wyłącznie do głównych przyłączy (rys. 14a),
• rozprowadzenie kanałów systemu wentylacji mechanicznej jedynie w przestrzeni szczelnej powietrznie lub rozgałęzianie głównych kanałów nawiewnych i wywiewnych dopiero w przestrzeni szczelnej (rys. 14b),
• lokalizowanie przebić w miejscach łatwo dostępnych z punktu widzenia ich uszczelnienia, unikanie takich miejsc jak naroża, okolice przegród wewnętrznych i elementów konstrukcyjnych,
• stosowanie odpowiedniej kolejności prac budowlanych, np. zbyt wczesne ułożenie kanałów wentylacyjnych przy ścianach może uniemożliwić ich otynkowanie,
• stosowanie warstw technicznych w przegrodach zewnętrznych ułatwiających prowadzenie instalacji i ograniczających liczbę nieszczelności,

• ograniczenie liczby gniazdek, włączników i puszek w przegrodach zewnętrznych.

Wykonując instalacje w budynkach energooszczędnych, należy pamiętać, że:

• przebicia przegród o małych średnicach, np. w przypadku instalacji elektrycznej, trzeba uszczelniać trwale elastycznymi masami szczelnymi, a przebicia przegród o stosunkowo dużych średnicach, np. w przypadku systemu wentylacji, należy uszczelniać przy użyciu specjalnych kołnierzy,
• w przypadku zaizolowanych przewodów lub kanałów szczelne połączenie powinno być zagwarantowane pomiędzy warstwą szczelną, np. tynk wewnętrzny, a powierzchnią przewodu lub kanału, połączenie powierzchni zewnętrznej otuliny z warstwą szczelną nie będzie skuteczne,
• prowadzenie instalacji w peszlach lub korytach instalacyjnych zwiększa ryzyko powstania nieszczelności,
• do uszczelniania przejść powinny być wykorzystywane odpowiednie materiały: specjalne kołnierze (rys. 15), taśmy akrylowe oraz butylowo-kauczukowe, trwale elastyczne masy uszczelniające, beton o odpowiedniej konsystencji,
• stosowanie szczelnych puszek elektrycznych (rys. 16) zmniejsza ryzyko wystąpienia nieszczelności, zwłaszcza w przypadku lekkich konstrukcji drewnianych lub porowatych materiałów konstrukcyjnych.

Wnioski

Zaprezentowane przykłady oraz przeprowadzone badania potwierdzają istotny wpływ instalacji na poziom szczelności powietrznej budynków energooszczędnych. Osiągnięcie zakładanego standardu energetycznego okazuje się często niemożliwe z uwagi na dużą liczbę nieszczelności, a koszty eksploatacji są wyższe od zakładanych.

Żeby osiągnąć wysoki poziom szczelności, należy zacząć już od fazy projektowania i prawidłowo zaplanować newralgiczne detale. Dopiero zastosowanie wszystkich trzech etapów gwarantuje osiągniecie wymaganej szczelności powietrznej.

Drugim etapem jest budowa, podczas której należy uświadomić wykonawcom, jaką rolę odgrywa szczelność w budynku energooszczędnym. Należy na bieżąco sprawdzać wykonanie kolejnych detali, ciągłość warstw szczelnych oraz zgodność zastosowanych materiałów z wytycznymi zawartymi w projekcie.

Ostatni etap to badanie szczelności służące kontroli prac i wykryciu nieszczelności na wczesnym etapie budowy (przed pracami wykończeniowymi).

Wyniki badania pozwalają na wprowadzenie poprawek przy możliwie niskich kosztach.

Informacja o przyszłym badaniu i sprawdzeniu wykonywanych prac może działać mobilizująco i zwiększać jakość wykonania. Dopiero zastosowanie wszystkich trzech etapów gwarantuje osiągnięcie wymaganej szczelności powietrznej.

Zdjęcia termowizyjne zamieszczone w artykule zostały wykonane w ramach grantu dziekańskiego nr 504 M 1088 1405, WIL Politechniki Warszawskiej

Literatura

1.  Firląg S., Szczelność powietrzna budynków pasywnych i energooszczędnych – wyniki badań, Czasopismo Techniczne Wydawnictwa Politechniki Krakowskiej, Zeszyt 3, rok 109.
2. PN-EN 13829:2002 Właściwości cieplne budynków. Określanie przepuszczalności powietrznej budynków. Metoda pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora.
3. Peuhkuri R., Tschui A, Pedersen S., Application of the local criteria/standards and their differences for very low-energy and low energy houses in the participating countries, NORTHPASS European Project, Report, 12.03.2010.
4. Erhorn-Kluttig H., Erhorn H., Lahmidi H., Airtightness requirements for high performance building envelopes, ASIEPI European Project, Report P157, 5.03.2009.
5. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2013, poz. 926).
6. Miszczuk A., Żmijewski K., Analiza rynku budynków o niskim zapotrzebowaniu na energię w Polsce, „Materiały Budowlane” nr 1/2015.
7. www.lowthermsolutions.co.uk.
8. www.thecodestore.co.uk.
9. 3E, EREC, GRECT, AEE, NKUA, ITW, NUID, Technical guidelines for building designers, New4Old, Work package 4.1, January 2009.
10. Zdjęcia wykonane przez Artura Miszczuka w ramach grantu dziekańskiego nr 504 M 1088 1405.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!