Zaprojektowanie i wykonanie konstrukcji dachu spadzistego wymaga wiedzy oraz doświadczenia budowlanego. Dach zapewnia ochronę wewnętrznej części budynku przed oddziaływaniem czynników środowiska zewnętrznego, a także reguluje przepływ ciepła i wilgoci z pomieszczeń ostatniej kondygnacji.
Całość konstrukcji dachu musi spełniać wszystkie standardy i wymagania dla zewnętrznych przegród budowlanych:
– nośności i stateczności konstrukcji,
– izolacyjności cieplnej i akustycznej,
– szczelności na przenikanie wody,
– paroprzepuszczalności,
– wiatroizolacji,
– odporności ogniowej.
Od konstrukcji przegrody zewnętrznej wymaga się ponadto spełnienia warunku uniknięcia kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody.
Zasady projektowania wymagają też zapewnienia odpowiedniej trwałości przegrody budowlanej, co w przypadku konstrukcji drewnianych wiąże się z eliminacją kondensacji pary wodnej wewnątrz niej. Wymagania te szczegółowo wyrażone są w warunkach technicznych określonych w § 322, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, a mianowicie:
1. rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne zewnętrznych przegród budynku, warunki cieplno-wilgotnościowe, a także intensywność wymiany powietrza w pomieszczeniach powinny uniemożliwiać powstanie zagrzybienia;
2. należy stosować materiały, wyroby i elementy budowlane odporne lub uodpornione na zagrzybienie i inne formy biodegradacji, odpowiednio do stopnia zagrożenia korozją biologiczną.
Procesy cieplno-wilgotnościowe w dachach stromych
W dachu stromym zachodzą złożone procesy wymiany ciepła i masy. Mają one charakter zmian godzinowych, dobowych oraz sezonowych. Projektant nie ma praktycznej możliwości sterownia tymi procesami w sposób ciągły, czyni to tylko raz na etapie projektowania przegrody. Wszelkie późniejsze poprawki, np. w postaci dodatkowego docieplenia, wymiany warstwy folii umieszczonej w strukturze dachu, są znacznie utrudnione. Zrozumienie zachodzących w konstrukcji dachowej procesów fizycznych i możliwie dokładne ich odwzorowanie obliczeniami inżynierskimi, a następnie przeniesienie ich do praktyki wykonawczej, stanowi gwarancję prawidłowej pracy w długim okresie użytkowania budynku.
Na rysunku nr 1 pokazano w sposób uproszczony procesy fizyczne zachodzące w dachu stromym.
Rys. 1. Procesy fizyczne – wymiana ciepła i masy w dachu stromym
Wymagania zawarte w warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, nakazują przedstawienie w projekcie architektoniczno-budowlanym stosowych obliczeń potwierdzających, że przegroda spełnia stosowne wymagania co do:
– współczynnika przenikania ciepła przez przegrodę,
– niedopuszczania do kondensacji pary wodnej na wewnętrznej jej płaszczyźnie.
Projektując dach stromy powinniśmy zapewnić spełnienie minimum trzech podstawowych warunków, gwarantujących jego prawidłową eksploatację:
1. wystarczającą izolacyjność cieplną na poziomie U<0,25 W/(m2K),
2. uniknięcie kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody,
3. uniknięcie możliwości powstania zagrzybienia.
Sprawdźmy zatem, jak dla typowej konstrukcji dachu spełnić powyższe wymagania projektowe
Najczęściej stosowanym rozwiązaniem w budownictwie jednorodzinnym lub niskiej zabudowie wielorodzinnej jest umieszczenie izolacji w postaci jednej warstwy między drewnianymi krokwiami (rys. 2).
Rys.2. Budowa dachu stromego dla poddasza użytkowego – przekrój poziomy
Jako izolację cieplną ułożoną między krokwiami stosuje się najczęściej maty z wełny szklanej firmy Knauf Insulation typu Classic lub Unifit.
Grubość izolacji winna wynikać ze stosownych obliczeń i spełniać przedstawione wcześniej wymagania. Zwyczajowo jednak grubość ta na ogół determinowana jest wysokością krokwi i wynosi od 16 do 18 cm.
Warunek I – izolacyjność cieplna
Stropodach taki należy potraktować jak komponent budowlany, składający się z warstw termicznie niejednorodnych, równoległych do powierzchni przepływu ciepła, zgodnie z p. 6.2.1. PN-EN ISO 6946. Celem wykonania obliczeń, wydzielono trzy przekroje jak na rys. 3, dla których policzono kres górny i kres dolny oporu cieplnego.
Rys. 3. Podział wydzielonego fragmentu dachu z uwagi na przepływ ciepła z uwzględnieniem warstw równoległych
Całkowity opór cieplny obliczono ze wzoru (1):
(1)Poszczególne składowe – kres górny i kres dolny obliczono ze wzorów (2) i (3):
(2) 
(3)U = 0,28 W/(m2K) > 0,25 W/(m2K)
gdzie:
fa, fb, fc – względne pole powierzchni każdego wycinka wg rys. 3,
RTa, RTb, RTc – całkowite opory cieplne każdego wycinka wg rys. 3.
Wniosek: należy zastosować grubszą warstwę izolacji cieplnej, a najlepiej wykonać ją w postaci dwóch warstw, co pokazano na rys. 4, zgodnie z zaleceniami firmy Knauf Insulation.
Rys. 4. Konstrukcja dachu stromego dla poddasza użytkowego – termoizolacja w dwóch warstwach
1 – dachówki
2 – łaty
3 – kontrłaty
4 – folia wysokoparoprzepuszczalna (wiatroizolacja)
5 – Unifit 039
6 – krokiew
7 – folia paroszczelna
8 – płyty g-k
9 – ruszt do mocowania płyt g-k
10 – dodatkowa izolacja cieplna z płyt TP 116
Warunek II – uniknięcie kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody
Zasadniczy warunek, który gwarantuje uniknięcie kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni przegrody, określa zależność (4):
ts + 1 < Θi (4)
gdzie:
ts – temperatura punktu rosy, jest zależna od warunków panujących w pomieszczeniu,
Θi – temperatura powierzchni przegrody do strony wewnętrznej.
Jeśli przyjmiemy w pomieszczeniu tzw. warunki normalne, to wilgotność względna powietrza φ = 55% oraz ti = 20oC, można określić wartość ts = 10,7oC.
Temperaturę powierzchni wewnętrznej przegrody w miejscach poza mostkami cieplnymi można obliczyć ze wzoru (5):
Θi = ti – (ti – te)U · Ri (5)
gdzie:
ti – temperatura powietrza wewnętrznego [ºC],
te – krytyczna temperatura powietrza zewnętrznego = -20oC,
U – współczynnik przenikania ciepła przegrody [W/m2K],
Ri – opór napływu ciepła (współczynnik izolacyjności) d/
= 0,25 m2K/W.
= 0,25 m2K/W.Warunek III – uniknięcie ryzyka wystąpienia zagrzybienia
Zgodnie z PN-EN ISO 13788:2005 ryzyko zagrzybienia nie występuje, jeśli dla wybranego miejsca w budynku (np. mostek termiczny w węźle konstrukcyjnym), w którym projektant na podstawie doświadczenia może podejrzewać, iż takie ryzyko istnieje, spełniony będzie następujący warunek:
fRsi > fRsi,max (6)
gdzie:
fRsi – obliczeniowy czynnik temperaturowy na powierzchni wewnętrznej, zgodnie z normą,
fRsi,max – maksymalny obliczeniowy czynnik temperaturowy na powierzchni wewnętrznej.
Energooszczędność
Zapewniając wymaganą wartość współczynnika przenikania ciepła U przez przegrodę, projektant na ogół jest przekonany, iż zapewnia tym samym energooszczędność budynku lub jego fragmentu na stosunkowo wysokim poziomie.
Straty ciepła przez przegrodę w ciągu sezonu grzewczego można wyrazić wzorem:
Q0U = 8,64 · 10-5 ·Sd·A · U [GJ/a] (7)
gdzie:
U – współczynnik przenikania ciepła [W/(m2K)],
A – pole powierzchni przegrody [m2],
Sd – liczba stopniodni wg PN-EN ISO 6946.
Liczba stopniodni jest parametrem zależnym od mikroklimatu pomieszczenia (temperatury eksploatacji pomieszczenia) oraz klimatu lokalnego (średniej miesięcznej temperatury powietrza zewnętrznego oraz czasu trwania sezonu grzewczego).
Dla wyliczonych współczynników przenikania ciepła U, raz przyjętej powierzchni A = 100 m2 wyliczono straty ciepła jak dla Warszawy. Wyniki strat ciepła w ciągu sezonu grzewczego przedstawiono na rys. 5. Koszty utrzymania na poddaszu odpowiedniej temperatury (obliczeniowo 20ºC) przedstawiono na rys. 6.
Rys.5. Straty ciepła przez 100 m2 powierzchni dachu budynku dla parametrów meteorologicznych Warszawy
Rys. 6. Koszty strat ciepła przez 100 m2 dachu w funkcji współczynnika przenikania ciepła U
Jak widać z powyższych obliczeń, izolacja dwuwarstwowa z wełny szklanej Knauf Insulation Unifit 039 + TP 116 zapewnia nie tylko doskonałą izolację cieplną i trwałość konstrukcji dachowej, ale eliminuje także straty ciepła przez krokwie. Powoduje to jednorodny rozkład temperatury na całym obszarze warstwy wykończeniowej dachu od strony wewnętrznej, czyli płyty g-k, zapewniając tym samym znaczne zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych, wynikających ze strat ciepła przez dach.
mgr inż. Ewa Kosmala
Dyrektor Techniczny firmy Knauf Insulation
