Pomiar szczelności jest już obowiązkowy dla nowo budowanych budynków energooszczędnych i pasywnych, dla których inwestorzy starają się o dotacje z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.
W związku z dążeniem do wznoszenia w przyszłości budynków niemal zeroenergetycznych stosowanie badania szczelności w budownictwie będzie coraz szersze.
Badanie szczelności powietrznej budynku jest jednym z badań odbiorczych budynku, podobnie jak np. badanie termowizyjne. O ile jednak w badaniu termowizyjnym otrzymuje się jedynie wyniki jakościowe w postaci barwnych termogramów – o tyle w wyniku badania szczelności otrzymuje się konkretny wynik liczbowy, który można porównać z wartościami odniesienia. Wynik ten świadczy o jakości zaprojektowania i wykonania budynku; jest on też przydatny do precyzyjnego obliczenia przyszłego zużycia energii na cele ogrzewania i chłodzenia budynku. Dla budynków pasywnych oraz dla budynków energooszczędnych dotowanych przez NFOŚiGW [1] takie badanie jest obowiązkowe.
Rys. 1 Ciągłość izolacji cieplnej i powłoki szczelnej powietrznie (autor: Mario Bodem)
Rys. 2 Zapotrzebowanie energii użytkowej w przykładowym budynku pasywnym, w funkcji jego szczelności powietrznej n50 – obliczenia w programie PHPP [2], efektywność odzysku ciepła w centrali wentylacyjnej wynosi 92%
Po co budować szczelne budynki?
Budynek powinien mieć ciągłą izolację cieplną i powinien być szczelny powietrznie (rys. 1), aby nie dopuszczać do jego niepotrzebnego wychłodzenia zimą i przegrzewania latem.
Można jednak zapytać: po co budować szczelny budynek, skoro i tak trzeba umożliwić dopływ powietrza zewnętrznego, które jest konieczne użytkownikom do oddychania. Jeżeli w istniejącym budynku występuje wentylacja naturalna bez urządzeń regulacyjnych, to wystarczy dopilnować, by w budynku nie występowały wyraźne nieszczelności, a troska o zlikwidowanie mniejszych przecieków powietrza nie jest konieczna. Jednak gdy w budynku ilość powietrza wentylacyjnego może być regulowana, a szczególnie wtedy gdy występuje wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, to budynek powinien być szczelny, ponieważ w przeciwnym wypadku powietrze napływające i odpływające przez nieszczelności omija układ odzysku ciepła, przez co znacznie pogarsza wynikową sprawność odzysku ciepła w budynku. W nieszczelnych budynkach – szczególnie podczas silnych wiatrów – występują okresy, gdy przez budynek przepływa znacznie więcej powietrza niż potrzeba. Powyższe zjawiska uniemożliwiają osiągnięcie wysokich standardów energetycznych w nieszczelnych budynkach (rys. 2). Ponadto budynki, których przegrody nie są szczelne powietrznie, są dużo bardziej narażone na szkody budowlane związane z negatywnym oddziaływaniem wilgoci na budynek.
Rys. 3 Zasada przeprowadzania testu szczelności powietrznej budynku – przykład pomiaru dla podciśnienia
Fot. 1 Lokalizacja nieszczelności z zastosowaniem dymu
Po co badać szczelność powietrzną budynków?
Badanie szczelności powietrznej budynku zwykle ma dwa cele:
– wyznaczenie liczbowej wartości parametru n50, świadczącego o ogólnej szczelności powietrznej budynku, parametr ten jest potrzebny do obliczeń charakterystyki energetycznej;
– lokalizacja miejsc nieszczelności w obudowie budynku – najczęściej w celu ich naprawy.
Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych… [3] w zał. 2, p. 2.3 wymaga, aby budynki były budowane pod kątem osiągnięcia całkowitej szczelności powietrznej oraz aby budynki z wentylacją naturalną miały szczelność powietrzną charakteryzującą się współczynnikiem n50≤3,0 h-1, a z wentylacją mechaniczną współczynnikiem n50≤1,5 h-1. Przepis ten pozostaje jednak najczęściej martwy, ponieważ zapis dotyczący sprawdzania szczelności powietrznej (zał. 2, p. 2.3.2) został sformułowany jedynie jako zalecenie, a nie jako wymóg. Świadomy inwestor może jednak wprowadzić w życie powyższe zapisy, jeżeli wykona badanie szczelności budynku, to w przypadku przekroczenia podanych wyżej wartości granicznych budynek powinien zostać naprawiony.
Badanie szczelności budynku jest opłacalne dla inwestora. Warunkiem jest przekazanie informacji o planowanym badaniu ekipom wykonawczym na początku wznoszenia budynku. Perspektywa pomiaru szczelności budynku na etapie odbioru wraz z ryzykiem ewentualnej konieczności naprawy budynku działa mobilizująco na wykonawców, dzięki czemu powstaje szczelny budynek wysokiej jakości, co obniża koszty jego eksploatacji.
Badanie szczelności powietrznej może być przeprowadzone na różnych etapach wznoszenia obiektu – np. wstępne w stanie surowym zamkniętym, końcowe (odbiorowe) potwierdzające stan obudowy gotowego budynku. W celu uzyskania wiarygodnego wyniku budynek musi być każdorazowo starannie przygotowany do badań na podstawie wytycznych opracowanych przez doświadczony zespół pomiarowy.
Fot. 2 Lokalizacja nieszczelności z zastosowaniem termoanemometru
Rys. 4 Lokalizacja nieszczelności z zastosowaniem kamery termograficznej
Parametry charakteryzujące szczelność powietrzną budynku
Podstawową wielkością charakteryzującą szczelność powietrzną budynku jest parametr n50[h-1], oznaczający liczbę wymian powietrza w budynku konieczną do uzyskania w budynku podciśnienia lub nadciśnienia o wielkości 50 Pa.W pewnym uproszczeniu wartość n50 dla budynku wyznacza się poprzez wtłaczanie lub usuwanie z budynku powietrza za pomocą wentylatora o płynnie regulowanej wydajności (rys. 3). Obroty wentylatora zwiększa się aż do momentu osiągnięcia w budynku podciśnienia (lub nadciśnienia) 50 Pa. Strumień powietrza, przy którym w budynku utrzymuje się pod- lub nadciśnienie o wielkości 50 Pa, oznacza się 
.
Wartość parametru n50 wyznacza się z równania
(1)
gdzie V oznacza kubaturę wewnętrzną budynku w m3.
Szczegółowa procedura pomiaru wartości n50 jest bardziej złożona, jest ona dokładniej opisana w normie PN-EN 13829 [4].
Oprócz n50 do określania stopnia szczelności budynku można stosować również kilku innych określeń, jak q50, w50 oraz równoważna powierzchnia przecieku. Definicję wielkości q50 i w50 przedstawiają równania
(2)
(3)
gdzie AE oznacza pole powierzchni obudowy budynku w m2, AF oznacza pole powierzchni podłogi budynku w m2. Równoważna powierzchnia przecieku to hipotetyczna wielkość otworu, obrazująca sumę powierzchni wszystkich nieszczelności w budynku.
Lokalizację nieszczelności w budynku prowadzi się najczęściej za pomocą wytwornicy dymu (fot. 1), termoanemometru (fot. 2) oraz kamery termograficznej (rys. 4). Zastosowanie kamery termograficznej znacznie przyspiesza i ułatwia lokalizację nieszczelności. W dużych budynkach kamera termograficzna jest podstawowym przyrządem służącym do wyszukiwania nieszczelności. Aby jednak móc użyć kamery termograficznej, konieczna jest różnica temperatur między budynkiem a otoczeniem wynosząca 10°C lub więcej.
Fot. 3 Budynek CMBiN Politechniki Poznańskiej w trakcie próby szczelności
Fot. 4 Agregat do prób ciśnieniowych dużych budynków firmy Infiltec, wydajność do 127 000 m3/h (źródło: Infiltec)
Badanie szczelności powietrznej budynku dydaktycznego Politechniki Poznańskiej
Badania szczelności powietrznej budynków są wykonywane w Polsce bardzo rzadko, najczęściej w budynkach jednorodzinnych. Jednak największe oszczędności energii wynikające ze szczelności powietrznej budynków uzyskuje się w dużych budynkach użytkowanych z przerwami (np. biura). Pierwszy w Polsce budynek o kubaturze wewnętrznej przekraczającej 50 tys. m3, przebadany zgodnie z normą PN-EN 13829, to Centrum Mechatroniki, Biomechaniki i Nanoinżynierii (CMBiN) Politechniki Poznańskiej (fot. 3). Badanie szczelności powietrznej tego budynku odbyło się we wrześniu 2011 r.
Badanie szczelności dużego budynku nie jest prostym rozszerzeniem procedury pomiarowej stosowanej dla budynków jednorodzinnych. Z pomiarem szczelności dużych budynków użyteczności publicznej wiąże się konieczność rozwiązania wielu problemów, które nie występują przy pomiarach w małych budynkach, np. jednorodzinnych. Są to przede wszystkim sprawy organizacyjne: uzgodnienie terminu pomiaru z uwzględnieniem warunków atmosferycznych i zgromadzenie znacznej ilości sprzętu pomiarowego oraz odpowiednio licznego i wyszkolonego zespołu pomiarowego. W czasie pomiaru należy wziąć pod uwagę ewentualne problemy logistyczne (np. współpraca ze służbami technicznymi w budynku) i techniczne (np. zapewnienie równomiernego rozkładu ciśnień powietrza w budynku) oraz pomiarowe – współgranie urządzeń pomiarowych, interpretacja wyników.
Norma PN-EN 13829 wymaga, aby pomiar strumienia objętości powietrza odbywał się z dokładnością nie gorszą niż 7%. Gdyby badany budynek charakteryzował się wartością n50 = 1,5 h-1, to dla uzyskania różnicy ciśnień 50 Pa należałoby przetłaczać strumień powietrza bliski 80 000 m3/h. Dla uzyskania takiego strumienia objętości powietrza można użyć np. mobilnego agregatu o generowanym strumieniu objętości do 127 000 m3/h (fot. 4) lub większej liczby mniejszych urządzeń sterowanych wspólnie przez komputer. W przypadku opisywanego budynku zdecydowano się na to ostatnie rozwiązanie – fot. 5.
Zgodnie z procedurą opisaną w PN-EN 13829 budynek został odpowiednio przygotowany do pomiaru. Część otworów została na czas próby zamknięta, inne natomiast zostały zaślepione. Przygotowanie do badań obejmowało również zamknięcie wszystkich okien i drzwi zewnętrznych. Aby cały budynek zachowywał się jak jedna kubatura, wszystkie wewnętrzne drzwi zostały otwarte.
Przeprowadzenie testu szczelności budynku musi zostać zaplanowane odpowiednio wcześniej, gdyż w zasadzie wymaga opuszczenia budynku przez wszystkie ekipy budowlane. Z drugiej jednak strony trudno z dużym wyprzedzeniem określić dokładny termin pomiaru, ponieważ jest on zależny od warunków pogodowych – np. silny wiatr może znacznie utrudnić lub nawet uniemożliwić przeprowadzenie próby. W przypadku opisywanego budynku warunki atmosferyczne były wręcz idealne: prawie bezwietrzna pogoda i różnice temperatur między wnętrzem a temperaturą na zewnątrz budynku nieprzekraczające 5°C. Brak znaczącej różnicy temperatur jednocześnie uniemożliwił skuteczne zastosowanie termografii do wykrywania miejsc przecieku powietrza.
Fot. 5 Zestaw pomiarowy złożony z sześciu sztuk Minneapolis Blower Door w trakcie przygotowania do badań
Rys. 5 Wyniki pomiarów dla nadciśnienia – budynek CMBiN Politechniki Poznańskiej
W celu ułatwienia sterowania wentylatorami wszystkie urządzenia zamontowano w jednym pomieszczeniu. Pomiary przeprowadzono zarówno przy podciśnieniu, jak i przy nadciśnieniu. Uzyskano wynik n50 = 0,30 h-1 dla podciśnienia i n50 = 0,31 h-1 dla nadciśnienia (rys. 5). Nie wykryto znacznych przecieków powietrza, wynik pomiaru był ponadto znacznie lepszy od wartości granicznej i nie obligował wykonawcy do poprawiania szczelności powietrznej budynku. Należy dodać, że w budynkach o dużej kubaturze, przy przemyślanym projekcie i starannym wykonawstwie łatwiej jest uzyskać niską wartość współczynnika n50 niż w budynkach jednorodzinnych, z powodu mniejszej wartości A/V (powierzchni zewnętrznej do kubatury) w tych pierwszych. Z drugiej strony budynki tego typu są najczęściej wyposażone w rozbudowane instalacje wentylacyjne i wielkopowierzchniowe przeszklenia, które mogą wpłynąć na znaczne podwyższenie infiltracji powietrza i zwiększenie współczynnika n50.
Okazało się, że w Polsce potrafimy budować szczelne budynki. Budynek CMBiN osiągnął bardzo dobry wynik – szczelność powietrzna na poziomie n50 = 0,3 h-1 jest pięciokrotnie lepsza od wymaganej dla takiego budynku i dwukrotnie lepsza od wymaganej dla nowych budynków pasywnych (rys. 6). Jest to głównie skutkiem umieszczenia w materiałach przetargowych zapisu o obowiązkowym badaniu szczelności budynku, a następnie intensywnych działań wykonawcy, mających na celu zapewnienie szczelności budynku na etapie jego wznoszenia.
Sprawne przeprowadzenie pomiarów było możliwe m.in. dzięki dobrze działającemu zespołowi pomiarowemu, złożonemu z osób ze znacznym doświadczeniem w zakresie pomiaru szczelności powietrznej budynków. Pomiarom sprzyjała także bezwietrzna pogoda.
Rys. 6 Porównanie szczelności budynku CMBiN z wartościami wymaganymi dla budynków pasywnych oraz wymaganymi wg [3] dla pozostałych budynków
Wpływ inwestora na jakość budynku
Politechnika Poznańska od 2009 r. zaczęła wprowadzać standardy szczelności powietrznej do materiałów przetargowych dla wszystkich nowych inwestycji. Zamawiający wymaga jednocześnie zarówno spełnienia określonych wartości współczynnika n50, jak i wykonania szczegółowych jego pomiarów.
Wymaganie przez inwestorów określonej szczelności powłoki budynku, opisanej współczynnikami n50 lub q50, powinno stać się dobrą praktyką, gdyż ma ono na celu przede wszystkim ochronę ich interesów (dobra jakość wykonania budynku i niskie koszty eksploatacji).
Dodatkowymi elementami ułatwiającymi uzyskanie efektu są:
– precyzyjne wymagania opisane w dokumentacji przetargowej,
– nadzór i weryfikacja projektu oraz wykonawstwa prowadzone przez firmę pomiarową lub doradczą,
– wytyczne i szkolenia wykonawców prowadzone przez firmę pomiarową lub doradczą.
Podsumowanie
Szczelność powietrzna budynku jest ważnym parametrem charakteryzującym jego jakość i przekładającym się na zapotrzebowanie energii do ogrzewania i chłodzenia. Jeżeli budynek pasywny z wysokosprawnym odzyskiem ciepła zostałby wykonany nieszczelnie (np. n50 = 4,0 h-1),to jego zapotrzebowanie na energię do ogrzewania wzrosłoby o 100%. W przypadku budynków użytkowanych z przerwami różnica byłaby jeszcze większa. Pomiar szczelności powietrznej budynku jest ważnym badaniem odbiorczym, choć dotąd w Polsce stosunkowo rzadko wykonywanym. Dla budynków o wysokiej izolacyjności cieplnej, wyposażonych w wentylację z odzyskiem ciepła, pomiary szczelności powinny być obowiązkowe. W roku 2013 i następnych obowiązkowy pomiar szczelności będzie dotyczył budynków w standardzie NF15 i NF40, dla których inwestorzy starają się o dotację z NFOŚiGW [1].
Na podstawie doświadczenia z badania szczelności wielu dużych budynków możemy stwierdzić, iż jeżeli od początku powstawania budynku zakłada się, że ma on być wykonany jako szczelny (czyli zgodnie z rozporządzeniem [3]), to cały proces tworzenia koncepcji, projektowania i wykonawstwa budynku jest prowadzony starannie, z korzyścią dla inwestora. Taka sytuacja miała miejsce w przypadku budynku Politechniki Poznańskiej, co zaowocowało bardzo dobrym wynikiem – zmierzony współczynnik przecieku powietrza n50 = 0,3 h-1 świadczy o wysokiej jakości wykonania budynku.
Więcej informacji na temat tego badania szczelności (również zdjęcia i filmy) można znaleźć na stronie internetowej wykonawcy badania:www.gorka.poznan.pl.
dr inż. Andrzej Górka
dr inż. Radosław Górzeński
dr inż. Michał Szymański
Literatura
1. Program priorytetowy „Efektywne wykorzystanie energii”, część 3: „Dopłaty do kredytów na budowę domów energooszczędnych”, adres internetowy: http://www.nfosigw.gov.pl/download/gfx/nfosigw/pl/nfoopisy/791/1/5/program_priorytetowy-domy.pdf.
2. PHPP – Pakiet do projektowania budynków pasywnych, Polski Instytut Budownictwa Pasywnego, Gdańsk 2006.
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690 z późn. zm.).
4. Polska Norma PN-EN 13829:2002 Właściwości cieplne budynków – Określanie przepuszczalności powietrznej budynków – Metoda pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora.
