Prawidłowo zainstalowana izolacja z wełny mineralnej nie stanowi żadnego zagrożenia dla struktur budowlanych pod względem transportu wilgoci.
Nie ma podstaw, aby twierdzić, że wełna mineralna nie jest odporna na działanie wilgoci, tym bardziej że w tym zakresie zostały przeprowadzone różne badania, zaprzeczające takim stwierdzeniom.
W niniejszym artykule poruszono wiele aspektów oddziaływania wilgoci lub wody na izolacyjne materiały z wełny mineralnej. Podstawą wniosków dotyczących zachowania się tych produktów były raporty z badań przeprowadzonych w 2017 r. w Finlandii, w Instytucie Badawczym VTT Expert Services w Espoo.
Aby lepiej zrozumieć mechanizmy działania wilgoci na materiały budowlane, należy najpierw poznać podstawowe zasady jej transportu i źródła pochodzenia.
Transport wilgoci może się odbywać według czterech mechanizmów jej przenoszenia: jako widoczny przepływ wody, przez kapilarność, przez konwekcję lub przez dyfuzję pary wodnej.
Fot. stock.adobe / artursfoto
Przenikanie wilgoci kapilarnej
Transport kapilarny oznacza zdolność cieczy do migracji w porowatym materiale z powodu niskiego ciśnienia w porach. Zjawisko to występuje np. w glebie. Wysokość podniesienia się wody zależy od wielkości porów. Przenikanie wilgoci kapilarnej jest powszechnie spotykane na fundamencie i jako kapilarne ssanie za zewnętrznym wykończeniem. Przenikaniu wilgoci kapilarnej można zapobiec, blokując lub powiększając pory.
Rys. 1 Rodzaje transportu wilgoci. Rys. 2 Migracja wilgoci w porach
Transport wilgoci przez konwekcję
Transport wilgoci następuje w konwekcyjnym jej przenoszeniu z ciepłym przepływem powietrza – wymuszonym (wentylacja) lub naturalnie. Maksymalna ilość wody zawartej w powietrzu zależy od temperatury powietrza.
Ilość pary wodnej w powietrzu wyraża się na dwa sposoby – albo przez ciśnienie cząstkowe pary (p, [Pa]), albo gęstość pary wodnej (v, [g/m3]).
Gęstość pary nasyconej vk (lub ciśnienie pary nasyconej pk) wskazuje maksymalną ilość pary wodnej, jaka może być zawarta w danym ciepłym powietrzu.
Wilgotność względna RH [%] wskazuje, ile procent rzeczywistej wilgotności pochodzi z poziomu nasycenia w określonej temperaturze.
Przykład. Jeśli rzeczywista gęstość pary wynosi 10 g/m3 w 20°C, a gęstość nasycenia w 20°C wynosi 17,3 g/m3, wilgotność względna wynosi 57,8%.
Komfortowa wilgotność względna powietrza wewnętrznego to 40-60%
W tabeli 1 łatwo zauważyć, jak niska może być temperatura wewnętrznej powierzchni okna, zanim nastąpi kondensacja – w pomieszczeniu o wilgotności względnej 50% i temperaturze 22oC gęstość pary w RH 50% wynosi vk = 0,5 x 19,4 = 9,7 g/m3. Patrząc na gęstość pary nasycenia na poziomie 9,7 g/m3, widzimy, że temperatura nasycenia wynosi około 10-11 oC. Oznacza to, że musimy zachować wszystkie powierzchnie powyżej 11 oC, aby uniknąć kondensacji.
Tab. 1. Gęstość pary nasyconej w danej temperaturze powietrza
Wpływ konwekcji na przegrody budowlane
Zasadą jest zjawisko zwiększonej ilości przenoszenia wilgoci wraz ze wzrostem temperatury powietrza. Stwierdzono, że nawet małe nieszczelności w przegrodzie mogą powodować duży problem, ponieważ jeden otwór 10 mm w całej strukturze, z 2 Pa różnicy ciśnienia powietrza w całej konstrukcji, może powodować przepływ przez nią 1 litra wody na miesiąc. Natomiast mały otwór w folii paroizolacyjnej za nienaruszoną płytą gipsową nie spowoduje żadnych uszkodzeń. Gdy wilgotne powietrze przechodzi przez przegrodę budynku, wilgoć w nim się skrapla na każdej powierzchni, której temperatura jest poniżej punktu rosy.
Przenikanie wilgoci przez dyfuzję
Dyfuzja następuje z powodu różnic w ciśnieniu cząstkowym pary między dwoma pomieszczeniami.
W sezonie grzewczym powietrze w pomieszczeniach jest zwykle bardziej wilgotne niż powietrze z zewnątrz. Różnica między różnymi stężeniami wilgoci ma tendencję do wyrównania się przez strukturę budowlaną. Jeśli para wodna napotka gęstą i zimną powierzchnię na swojej drodze, może skondensować się w wodę wewnątrz struktury. Dyfuzji zapobiega zastosowanie szczelnej bariery paroizolacyjnej.
Rys. 3. Przepływ wilgoci wskutek konwekcji. Rys. 4. Przepływ wilgoci wskutek dyfuzji
Właściwości wilgotnościowe wełny mineralnej
W 2017 r. w VTT Expert Services w Finlandii przeprowadzono badania porównawcze niektórych materiałów izolacyjnych pod kątem ich zachowania się pod wpływem działania na nie wody lub wilgoci. Badania obejmowały następujące właściwości materiałów izolacyjnych:
- sorpcję higroskopijną wg EN 12571;
- wchłanianie wody przez długotrwałe zanurzenie wg EN 12087, metoda 2;
- schnięcie materiałów;
- wchłanianie wody przez dyfuzję wg EN 12088;
- absorpcję kapilarną wg EN-480-5.
Badaniom poddano różne materiały izolacyjne (tab. 2).
Tab. 2. Wyniki badań materiałów izolacyjnych
W pierwszym badaniu obserwowano, ile wody z wilgotnego powietrza absorbują poszczególne materiały izolacyjne. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że najlepiej pod tym względem zachowały się produkty ze styropianu i wełny mineralnej, które odpowiednio zaabsorbowały 0,1 i 0,2 kg/m3 wody z powietrza. Powietrze miało wilgotność względną 98% i temperaturę 23oC. Zdecydowanie gorsze wyniki zaobserwowano dla płyty celulozowej (10,5 kg/m3) oraz dla pianki fenolowej (16,1 kg/m3). Można więc powiedzieć, że wełna mineralna praktycznie nie absorbuje wilgoci z otaczającego powietrza.
Mimo że w tabeli 3 pokazano wyniki tylko dla wełny skalnej, również wełna szklana w podobnych gęstościach, które były badane, osiąga podobne rezultaty.
Tab. 3. Wyniki badań sorpcji higroskopijnej z powietrza (98%RH/ 23oC)
W kolejnym badaniu mierzono absorpcję wody przy długotrwałym zanurzeniu próbki w czasie 7, 14, 21 i 28 dniach. Również w tym badaniu w próbkach z wełny mineralnej zaobserwowano bardzo niską absorpcję wody, nawet po 28 dniach jej zanurzenia. Wyniki badania podane są w tab. 4.
Tab. 4. Wyniki badania absorbcji wody w określonym czasie przez materiały izolacyjne
Dla badanych próbek materiałowych zmierzono również czasy ich wysychania po długotrwałym zanurzeniu. Wysychanie odbywało się w pomieszczeniu o wilgotności względnej powietrza 50% i temperaturze 23oC. Także i w tym badaniu próbki z wełny mineralnej charakteryzowały się najkrótszym czasem wysychania – jeden dzień. Wyniki pozostałych badanych próbek są podane w tab. 5.
Tab. 5. Wyniki badania próbek z różnych materiałów poddanych zanurzeniu w wodzie
Ciekawym badaniem, jakim zostały poddane próbki materiałowe, było zbadanie absorpcji wody przy długotrwałej dyfuzji pary wodnej. Badanie polegało na określeniu przyrostu masy badanej próbki poddanej działaniu różnicy ciśnień pary wodnej i różnicy temperatur przez 28 dni.
Próbka umieszczana była na ramie zbiornika, w którym znajduje się woda o temperaturze 50°C, a następnie na powierzchni badanej próbki umieszczano zaizolowaną płytę chłodzącą o temperaturze 1°C. Badaną próbkę poddawało się działaniu różnicy temperatur i ciśnienia pary wodnej przez 28 dni, obracając ją co 7 dni. Wyniki tych badań znajdują się w tab. 6.
Tab. 6. Badanie absorbcji wody przez różne materiały przy długotrwałej dyfuzji pary wodnej
Wiadomo, że włóknista struktura wełny mineralnej jest otwarta na przepływ przez nią wilgoci i nie stanowi bariery dla przepływającej przez nią pary wodnej. Natomiast pewnym zaskoczeniem jest gromadzenie się wilgoci w próbce ze styropianu, mniej więcej na tym samym poziomie co w wełnie mineralnej, a wiemy, że struktura styropianu jest komórkowa i przez zamknięte komórki powinien być problem z transportem wilgoci. Wynika z tego wniosek, że w dłuższym czasie nawet w strukturach komórkowych następuje gromadzenie się wilgoci pochodzącej z dyfuzji pary wodnej. Różnica polega na tym, że wełna mineralna wysycha bardzo szybko (1 dzień) w porównaniu z materiałami o strukturze komórkowej. Na podstawie tych wyników można też stwierdzić, że stosowanie barier paroizolacyjnych w przegrodzie budowlanej ocieplonej wełną mineralną jest korzystne ze względu na ograniczenie transportu wilgoci, która miałaby niekorzystne oddziaływanie na izolacyjność cieplną przegrody, a w przypadku braku możliwości jej odprowadzenia obniżałaby trwałość izolowanej konstrukcji.
Polecamy: Jak ocieplić dom energooszczędny?
Przeprowadzono również badania dotyczące przenoszenia kapilarnego wilgoci przez wełnę mineralną. Ich wyniki podano w tab. 7.
Tab. 7. Absorpcja kapilarna, poziom wody 3 mm powyżej próbek testowych (po 7 i 14 dniach)
Ostatnim, poruszonym w tym artykule, zagadnieniem związanym ze zjawiskiem transportu wilgoci jest wpływ różnego rodzaju materiałów izolacyjnych na czas wysychania betonu konstrukcyjnego.
Na podstawie badań, przeprowadzonych w VTT Expert Services w Finlandii, dla ścian zewnętrznych izolowanych różnymi systemami ociepleniowymi zmierzone czasy schnięcia betonu o gr. 120 mm przedstawione w tab. 8.
Tab. 8. Wpływ różnego rodzaju materiałów izolacyjnych na czas wysychania betonu konstrukcyjnego
Okazało się, że czas schnięcia betonu konstrukcyjnego w ścianach zewnętrznych, izolowanych wełną mineralną gr. 220 mm, jest najkrótszy w porównaniu z innymi materiałami izolacyjnymi i wynosi średnio około 4,8 miesięcy dla różnych systemów ociepleniowych. W przypadku izolacji ściany innymi materiałami izolacyjnymi czas schnięcia betonu jest zdecydowanie dłuższy, niekiedy nawet 3-4-krotnie. Zjawisko takie jest spowodowane tym, że wełna mineralna ma strukturę otwartą, włóknistą i praktycznie nie stanowi ona bariery w odprowadzaniu wilgoci budowlanej z betonu konstrukcyjnego.
Zobacz: Ocieplenie dachu i poddasza wełną mineralną
Prawidłowo zainstalowana izolacja z wełny mineralnej nie stanowi żadnego zagrożenia dla struktur budowlanych pod względem transportu wilgoci, wręcz przeciwnie można powiedzieć, że wspomaga ona jej odprowadzanie i przyczynia się do szybszego ustabilizowania warunków wilgotnościowych w izolowanej przegrodzie budowlanej. Ponieważ wyroby z wełny mineralnej są hydrofobizowane w procesie produkcyjnym, jest to dodatkowe zabezpieczenie przed bezpośrednim działaniem wody na włókniste struktury wełny mineralnej.
Wspomniane cechy właściwości wełny mineralnej w połączeniu z wysoką izolacyjnością cieplną, akustyczną i przeciwogniową pozwalają stwierdzić, że jest to materiał jak najbardziej polecany do izolacji budynków, zapewniający długotrwałość izolowanej konstrukcji budowlanej oraz komfort ich użytkowników.
mgr Adam Buszko – ekspert MIWO – Stowarzyszenie Producentów Wełny Mineralnej Szklanej i Skalnej
Zobacz także: Między wełną a styropianem. O standardach bezpieczeństwa pożarowego
