Home
Strona główna | Technika i technologieRefleksyjność hydroizolacji dachów płaskich

Refleksyjność hydroizolacji dachów płaskich

Jasne hydroizolacje (powłoki) dachowe odbijają promieniowanie słoneczne i w porównaniu ze standardowymi pokryciami redukują temperaturę powierzchni dachów płaskich. Jest to korzystne dla ochrony przed upałem zwłaszcza w istniejących budynkach z umiarkowanym ociepleniem. Jednocześnie jednak zmniejsza to letni potencjał wysychania dachów płaskich. Opierając się na długoletnich pomiarach temperatury powierzchni obliczono sytuację wilgotnościową w konstrukcji drewnianej z białym pokryciem i utworzono zalecenia przydatne przy ocenie ochrony wilgotnościowej takich konstrukcji.

Fot. 1. Nakładanie specjalnej powłoki w celu podwyższenia refleksyjności energetycznego promieniowania na dach płaski


Problematyka
W celu oszczędzania energii zużywanej do chłodzenia pomieszczeń w niektórych stanach USA zaleca się stosowanie refleksyjnych (tj. białych lub bardzo jasnych) powłok dachowych. Dzięki nim słońce nie nagrzewa tak mocno dachu i pozwala na redukcję zapotrzebowania na energię. Wydawać by się mogło, że w naszej części świata nagrzewanie się budowli od słońca nie jest akurat tym, czego chciałoby się uniknąć, ale jednak. Anomalie pogodowe sprawiają, że mamy do czynienia ze zjawiskami niespotykanymi wcześniej: jeśli deszcz, to ulewa, jeśli gorąco, to prawdziwy skwar.

Zbyt silne słońce daje się we znaki zwłaszcza starszym budynkom, posiadającym cienką warstwę ocieplenia – tu refleksyjny dach byłby bardzo wskazany. Niestety ze Stanów dochodzą także głosy ostrzegające przed bezkrytycznym stosowaniem tego rozwiązania i wskazujące na jego wpływ na poziom wilgoci w dachu [1]. Pożądane zmniejszenie poziomu nagrzewania się skutkuje także zmniejszeniem zdolności do wysychania dachu na zewnątrz. W niewentylowanych konstrukcjach dachów płaskich może to powodować gromadzenie się wilgoci pod hydroizolacją.

Postaram się pokazać, jakie konsekwencje może to mieć dla dachów płaskich zlokalizowanych w klimacie Europy Środkowej.

Przykładowa ocena oddziaływania koloru powierzchni dachu na bilans energetyczny budynków
Termiczna przewaga jasnej powierzchni dachu nad ciemną wprawdzie nie jest przedmiotem niniejszego artykułu, lecz przedstawię je, aby lepiej uwidocznić znaczenie tego faktu dla remontów. Według badań Lawrence Berkeley’a i Oak Ridge [2] roczny potencjał oszczędności energetycznych w Kalifornii wynikający z zastosowania jasnych kolorów pokryć dachowych wynosi ok. 100 mln USD. Dla Europy nikt takich badań nie prowadził i nie tak łatwo jest je wykonać, ponieważ w naszym klimacie budynków się nie chłodzi i montaż jasnych dachów raczej powoduje wzrost zużycia energii. Z tego powodu w tekście zostaną ocenione jedynie konsekwencje wpływu jasnych dachów na termicznie korzystny mikroklimat wnętrz w lecie.

Jako przykład wzięto najwyższą kondygnację biurowca z murowanymi ścianami (U = 0,5
W/m²K) i 15-procentowym udziałem powierzchni przeszklonych położonych w kierunku północnym i południowym. Przylegający dach płaski składa się z 20-centymetrowej warstwy betonu wylewanego na miejscu i styropianowego ocieplenia grubości 4 cm. Górna warstwa hydroizolacji składa się z czarnej papy bitumicznej (krótkotrwała absorpcja as = 0,8).

Biała powierzchnia dachu (as = 0,2 w stanie nowym), jak na fot. 1, spowodowałaby spadek godzin z temperaturą wyższą niż przeciętna (tj. wyższą niż 26° dla normalnych godzin pracy biurowej) z 400 do 15. W porównaniu do tego zwiększenie grubości ocieplenia z 4 do 20 cm zredukowałoby liczbę godzin z temperaturą wyższa niż 26° jedynie do 150. Nawet połączenie białego koloru ze zwiększeniem grubości ocieplenia zmniejszyłoby liczbę tych godzin ledwie do ok. 40. Wynika z tego, że jasna powierzchnia dachu bardziej sprzyja ochronie przed upałem niż pogrubienie termoizolacji.

Powyższy przykład doskonale obrazuje potencjał jasnego pokrycia dachowego dla letniej ochrony cieplnej istniejących budynków o masywnej konstrukcji, które z dzisiejszego punktu widzenia posiadają niewystarczające ocieplenie. W przypadku nowych obiektów, lepiej ocieplonych, jasna powierzchnia dachu siłą rzeczy ma mniejsze znaczenie dla mikroklimatu wewnętrznego.


Fot. 2: Stacja meteorologiczna Instytutu Fraunhofera w Holzkirchen. Widoczne poziome obiekty badawcze ze spodnim ociepleniem, na których dokonuje się pomiarów temperatur wyeksponowanych białych i czarnych powierzchni

Ponadto nie wolno zapominać, że ochrona cieplna w zimie odgrywa w klimacie środkowo-europejskim bez porównania większą rolę, a jasne, źle ocieplone dachy są nieproduktywne pod względem energetycznym. Jak już wspomniałem, istnieją także przesłanki mówiące, że jasna powierzchnia lekkich dachów może negatywnie wpływać na zabezpieczenie przeciwwilgociowe – w dalszej części artykułu zagadnienie to zostanie omówione bliżej.

Eksperymentalne ujęcie relacji temperatur powierzchniowych
Mierzenie temperatury powierzchni czarnych i białych, ocieplonych od spodu obiektów badawczych zorientowanych poziomo i pionowo (fot. 2) jest dokonywane automatycznie od wielu lat przez stację pogodową placówki badawczej Instytutu Fizyki Budowli w Holzkirchen [3]. Na potrzeby dalszych rozważań wybrano rok 2005, ponieważ średnia roczna temperatura wyniosła 7,3° i był to najchłodniejszy rok z ostatniej dekady. W porównaniu długofalowym (od 1953 r.) było to i tak nieco cieplej niż średnia dla Holzkirchen, która wynosi 6,6°C [4]. Fot. 3 pokazuje średnie miesięczne temperatury zmierzone na powierzchni poziomych obiektów badawczych w porównaniu z temperaturą na zewnątrz w 2005 r.

Podczas gdy temperatura czarnej powierzchni w miesiącach letnich była średnio 5 do 7 K wyższa niż temperatura powietrza na zewnątrz, to krzywa średnich temperatur białej powierzchni niemal pokrywa się z krzywą temperatury powietrza


Fot. 3. Zmierzone temperatury powierzchni ocieplonych od dołu powierzchni badanych z białą lub czarną powłoką w porównaniu z temperaturą powietrza


Dokładna analiza wykazuje nawet nieco niższą średnią roczną temperaturę białej powierzchni w porównaniu z temperaturą powietrza, chociaż biała warstwa jest już nieco przybrudzona i na pewno nie posiada tak dobrych właściwości refleksyjnych. Najwidoczniej jednak małe zyski energii z promieniowania białej testowej powierzchni są wyrównywane przez straty energii wskutek długoterminowego wypromieniowywania (nocny chłód) w ciągu roku.


Fot. 4. Zmierzone przebiegi temperatur powierzchniowych białego obiektu testowego i temperatura powietrza w pogodny jesienny dzień, z zaznaczonym okresem między wschodem i zachodem słońca


Dowodzą tego także krzywe temperatur pokazane na fot. 4, zarejestrowane w pogodny październikowy dzień. Nie biorąc pod uwagę czterech godzin między godz. 11 a 15, temperatura powierzchni białego obiektu jest wyraźnie (> 2 K) niższa od temperatury powietrza. Ochłodzenie (czyli spadek temperatury poniżej poziomu temperatury powietrza) białej powierzchni może więc wystąpić już kilka godzin przed zachodem słońca. W efekcie powierzchnia badanego obiektu w pogodne dni jest chłodniejsza niż temperatura powietrza. Przy zachmurzonym niebie chmury odbijają część promieniowanej energii i bilans przesuwa się w kierunku nieco wyższej temperatury białego obiektu. Ale nawet mimo tego średnia roczna temperatura powierzchni białego obiektu badawczego wynosi ok. 0,5 K mniej niż temperatura powietrza dla Holzkirchen.

Badanie rachunkowe wpływu koloru powierzchni na relacje wilgotnościowe w dachach płaskich
Jak już dowiodły badania z [5], przeprowadzone na przykładzie różnych kierunków ekspozycji i kątów pochylenia połaci, promieniowanie słoneczne może mieć decydujący wpływ na relacje wilgotnościowe panujące w konstrukcji dachowej.

A ponieważ kolor powierzchni dachu wpływa na działanie promieniowania słonecznego, to oddziaływaniu temu należy również dokładniej się przyjrzeć. Jako że do tej pory nie przeprowadzono takich badań na wolnym powietrzu, to w dalszej części będziemy bazować na symulacjach higrotermicznych. Do przykładu obliczeń matematycznych wybrano konstrukcję drewnianą, której struktura jest podobna do tej z [5]. Tam badano potencjał wysychania dachów z zewnętrzną powłoką paroszczelną, które posiadały średnią paroizolację o wartości sd = 2 m. Taką samą paroizolację zastosowano również na testowanym dachu płaskim, którego przestrzenie wypełniono 20-centrymetrową warstwą wełny mineralnej. Od góry dach był zamknięty drewnianym deskowaniem i białą (fot. 5) lub czarną hydroizolacją.


Fot. 5. Omawiana struktura dachu płaskiego z refleksyjną hydroizolacją

Do obliczeń wykorzystano higrotermiczną symulację WUFI® [6], z której bazy danych wzięto też współczynniki materiałowe. Wewnętrzne warunki klimatyczne odpowiadają danym z [7] dla normalnych stosunków wewnątrz pomieszczeń mieszkalnych. Jako temperatury zewnętrzne (z powodu paroszczelnych pap wilgoci nie da się uniknąć) przyjęto średnie godzinowe temperatury zmierzone w 2005 r. na czarnych i białych powierzchniach obiektów badawczych. Obliczenia zaczęto 1 października i będą kontynuowane przez 5 lat, przy czym dla każdego roku zostanie przyjęty taki sam zestaw danych z 2005 r.

Wychodząc od kompensacji wilgoci wszystkich materiałów w dachu na poziomie 80% wilgotności względnej (stan suchy), przebiegi łącznej zawartości wody zostały przedstawione na fot. 6. Zgodnie z oczekiwaniami opierającymi się na poprzednich badaniach [5], dach płaski z czarną powierzchnią wysycha wolniej, a zawartość wilgoci w lecie jest zawsze wyraźnie niższa od poziomu wyjściowego. W przeciwieństwie do tego dach z białą powłoką staje się coraz bardziej wilgotny. Porównując obie krzywe jasne staje się, że akumulacja wilgoci w jasnym dachu jest spowodowana przede wszystkim niedostatecznym wysychaniem w miesiącach letnich.

Wnioski
Jasne – odbijające krótkofalowe promieniowanie – powierzchnie na dachach płaskich prowadzą do wyraźnego obniżenia temperatury powierzchniowej i przyczyniają się tym samym do ochrony przez upałem. Ponieważ jednak w naszej części Europy budynki raczej rzadko się chłodzi, to poprawa letniej ochrony przed skwarem oznacza przede wszystkim poprawę mikroklimatu wewnętrznego w gorące letnie dni. Jasny kolor pokrycia dachu daje dobre efekty w lecie zwłaszcza w przypadku masywnych istniejących budowli z niewystarczająca termoizolacją.


Fot. 6. Wyliczone przebiegi zawartości wilgoci w dachu płaskim o lekkiej konstrukcji z czarną lub refleksyjną (białą) hydroizolacją

Z wilgotno-technicznego punktu widzenia jasne powłoki dachowe mogą jednak przysparzać problemów, gdyż zmniejszają letni potencjał wysychania konstrukcji.

Ma to znaczenie wtedy, jeśli dach ma mieć możliwość wysychania w kierunku do wewnątrz, jak to się często zdarza w przypadku nowoczesnych drewnianych konstrukcji. Należy wówczas samemu rozważyć, co się bardziej opłaca – pamiętając, że zyski energetyczne dzięki ciemnej powłoce mogą się okazać pożądane podczas sezonu grzewczego.

Warunkiem realistycznej prognozy relacji wilgotnościowych w dachach płaskich z refleksyjnymi pokryciami jest przyjęcie prawidłowych warunków brzegowych, tj. zarówno promieniowanie słonecznego, jak i długofalowego wypromieniowywania. Od wersji 4.1 WUFI® jest to możliwe, jeśli pakiet danych klimatycznych zawiera odpowiednio dokładne wartości wypromieniowywania. Jeśli tak nie jest, w higrotermicznej symulacji zaleca się całkowita rezygnację z wymiany promieniowania i zamiast tego przyjęcie temperatury powierzchni dachu na poziomie temperatury otoczenia. Nie jest do końca prawidłowe, gdyż średnia temperatura białej powierzchni może być niższa niż temperatura otoczenia. Ponadto duże połacie dachowe mogą się nocy oziębiać mocniej niż badane powierzchnie testowe. Zależy to przede wszystkim od tworzenia się zastoin zimnego powietrza powodowanych istniejącymi attykami lub podobnymi ograniczeniami na dachach.

Ocena jasnych dachów płaskich przy pomocy metody dyfuzji pary wodnej wg Glasera zgodnie z DIN 4108-3 [8] może na podstawie najnowszych wiadomości prowadzić do bardzo mylnej oceny sytuacji rzeczywistej. Ma to znaczenie szczególnie wtedy, gdy zastosuje się podaną tam podwyższoną temperaturę powierzchni dachu. Z tego powodu ocenę relacji wilgotnościowych w takich dachach zaleca się przeprowadzać na podstawie nowej normy europejskiej DIN EN 15026 [9], z uwzględnieniem długofalowego wypromieniowywania energii.

Literatura
[1] Dupuis, R.: Roofing Systems. Vortrag zum 11. BSC Symposium on Building Science, Westford (MA) 8. August 2007.
[2] Hashem, A. et al.: Cool-Color Roofing Material. California Energy Comission 2006, report CEC-500-2006-067.
[3] Großkinsky, Th, Gottschling, H., Sedlbauer, K.: Bauphysikalische und meteorologische Datensätze des Fraunhofer- Instituts für Bauphysik in Holzkirchen. IBP-Mitteilung 28 (2001) Nr. 387.
[4] Künzel, H.M., Schmidt, Th.: Wetterdaten für rechnerische Feuchteschutzbeurteilungen. IBP-Mitteilung 27 (2000) Nr. 364.
[5] Künzel, H.M.: Außen dampfdicht, vollgedämmt? bauen mit holz 100 (1998), H. 8, S. 36–41.
[6] Künzel H.M.: Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit ein¬fachen Kennwerten. Dissertation Universität Stuttgart 1994.
[7] WTA-Merkblatt 6-2-01/D: Simulation wärme- und feuchtetechnischer Prozesse. Mai 2002.
[8] DIN 4108-3: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Klimabedingter Feuchteschutz. Juli 2001.
[9] DIN EN 15026: Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Bewertung der Feuchteübertragung durch numerische Simulation. Juli 2007.


dr inż. Hartwig M. Künzel
Instytut Fizyki Budowlanej
im. R. Fraunhofera
Wydział w Holzkirchen i w Stuttgarcie

Źródło: Dachy Płaskie, nr 3 (12) 2011


CZYTAJ WIĘCEJ

Relacje termiczne na dachu płaskim.Temperatura powierzchni dachu płaskiego a konsekwencje cieplno-wilgotnościowe
Rodzaj hydroizolacji a wysychanie dachów. Przykłady
Zimny dach
Firma Sika organizuje szkolenia dotyczące technologii hydroizolacyjnych
Wspólna hydroizolacja Izohana i Nexlera
Hydroizolacja dachów zielonych przy użyciu bezszwowych powłok bitumicznych



DODAJ KOMENTARZ
Wymagane: Zaloguj się aby dodać komentarz > Zaloguj się
TEMAT MIESIĄCA
Refleksyjność hydroizolacji dachów płaskich

Jasne hydroizolacje (powłoki) dachowe odbijają promieniowanie słoneczne i w porównaniu ze standardowymi pokryciami redukują temperaturę powierzchni dachów płaskich. Jest to korzystne dla ochrony przed upałem zwłaszcza w istniejących budynkach z umiarkowanym ociepleniem. Jednocześnie jednak zmniejsza to letni potencjał wysychania dachów płaskich. Opierając się na długoletnich pomiarach temperatury powierzchni obliczono sytuację wilgotnościową w konstrukcji drewnianej z białym pokryciem i utworzono zalecenia przydatne przy ocenie ochrony wilgotnościowej takich konstrukcji. Czytaj więcej

repliki zegarków