Poradnik architekta – jak projektować fasady wentylowane w budynkach?

Dużą popularnością, zarówno w przypadku konstrukcji masywnych, jak lekkich szkieletów drewnianych, cieszą się ostatnimi czasy w Polsce fasady wentylowane. Ściany wykonywane w tej technologii oferują sporo korzyści, w tym m.in. wysoki komfort termiczny zarówno zimą, jak i latem. Pustka powietrzna znajdująca się wewnątrz konstrukcji wymaga jednak od architektów i konstruktorów szczególnej uwagi na kwestie związane z działaniem wiatru i wilgoci. O czym należy pamiętać, projektując fasady wentylowane?

Na początek warto wytłumaczyć najważniejsze procesy, jakie zachodzą wewnątrz fasady wentylowanej. Pierwszy z nich – konwekcja naturalna – jest mechanizmem lub rodzajem transportu ciepła, w którym ruch nie jest generoway przez żadne źródło zewnętrzne, na przykład w postaci wiatru, lecz na skutek różnic w gęstości powietrza wynikających z amplitudy temperatur. W ramach konwekcji naturalnej powietrze otaczające źródła ciepła odbiera je, przez co staje się mniej gęste i wędruje do góry. W jego miejsce wchodzi powietrze chłodne, które dostaje się otworami u dołu szczeliny wentylacyjnej, a następnie ogrzewa się, tworząc prąd cieplny.

O ile naturalny ruch powietrza w fasadach wentylowanych umożliwia utrzymanie konstrukcji w stanie suchym, o tyle konwekcja wymuszona może już wpływać negatywnie na wydajność cieplną całej izolacji. Za ten drugi proces odpowiada wiatr, który tworzy gradient ciśnienia w bryle budynku. W ramach konwekcji wymuszonej zachodzić mogą jednocześnie dwa zjawiska:

• infiltracja powietrza przez ściany zależna od gradientu ciśnienia na konstrukcję i jej szczelność;
• przenikanie powietrza w głąb konstrukcji spowodowane gradientem ciśnienia w szczelinie wentylacyjnej, a także stopniem, w jakim bariera wiatroizolacyjna oraz izolacja termiczna przepuszcza powietrze.

Konwekcja wilgoci

Obecność samego powietrza wewnątrz konstrukcji nie powoduje problemów jako takich. Sprawa zaczyna się jednak komplikować, gdy w głąb struktur ściennych przeniknie powietrze zawierające wilgoć. – Przemieszczające się powietrze porywa parę wodną do strefy, gdzie może ulec skraplaniu, co powoduje zwiększoną obecność wilgoci – wyjaśnia Adam Buszko, ekspert firmy Paroc. – Powietrze o jakiejkolwiek temperaturze q zawiera ilość ciepła uzależnioną od określonej temperatury powietrza i temperatury bezwzględnej. Kondensacja nie będzie miała miejsca, jeśli powietrze wędruje z zimnego do ciepłego obszaru – dodaje.

Za transport wilgoci przez konstrukcję odpowiadają dwa zjawiska: dyfuzja i konwekcja. Poprzez dyfuzję wilgoci rozumiemy relatywnie powolny transport pary wodnej wskutek kompensacji jej zawartości lub ciśnienia pary. Z drugiej strony, konwekcja wilgoci zachodzi stosunkowo gwałtownie w wyniku ruchu powietrza spowodowanego różnicą w ciśnieniu powietrza. Jeśli powietrze przemieszcza się z obszaru cieplejszego do chłodniejszego, para wodna w powietrzu może skraplać się na zimnych powierzchniach. Kondensacja nie będzie miała miejsca, jeśli powietrze wędruje z zimnego do ciepłego obszaru.

Izolacja niepodszyta wiatrem

Aby zapobiec negatywnemu wpływowi konwekcji wilgoci na izolacyjność cieplną konstrukcji fasady wentylowanej, niezbędna staje się wiatroizolacja, która zapewni odpowiednią przepuszczalność pary wodnej – tak, aby odprowadzać parę do wentylowanej szczeliny powietrznej. Materiał wiatroizolacji należy ponadto dobrać tak, aby był zgodny z wymogami bezpieczeństwa pożarowego, co w świetle przepisów ma szczególne znaczenie w przypadku budynków wysokich.

– Wiatroizolację możemy wykonać z płyt z wełny kamiennej. W tym kontekście konstruktorom polecamy niepalne, pokryte warstwą włókna szklanego płyty z serii PAROC WAS lub PAR0C Cortex – podpowiada Adam Buszko. – Pierwsze rozwiązanie stosuje się jako warstwę zewnętrzną w systemie izolacji dwuwarstwowej, w połączeniu z inną warstwą izolacji termicznej. Drugie z rozwiązań można zaś wykorzystać zarówno w systemach dwuwarstwowych, jak i jednowarstwowych, gdzie powierzchnia płyty ma kontakt ze szczeliną wentylacyjną pod fasadą – dodaje.

Zasady projektowania fasady wentylowanej

Projektując fasady wentylowane, konstruktor powinien pamiętać o indywidualnych warunkach występujących w miejscu wykonania. Należy do nich przede wszystkim obciążenie wiatrowe, a w niektórych przypadkach także natężenie ruchu przechodniów w pobliżu elewacji. Nietypowe kształty budynków czy bliskie posadowienie innych obiektów mogą stanowią podstawę do przeprowadzenia badań tunelowych w celu ustalenia wartości obciążeń wiatrowych. Należy wówczas wykorzystywać aktualne mapy obciążeniowe wskazane w krajowym załączniku do EUROKODU oraz stosować właściwe metody obliczeniowe.

Wymagany opór dla przepływu powietrza w odniesieniu do warstwy izolacji zależy z jednej strony od prędkości przepływu powietrza, a z drugiej – od przepuszczalności powietrznej samego materiału. Ściana może być zaprojektowana bez wentylacji, ze słabą wentylacją lub z mniej lub bardziej wysoką wentylacją. Tabela 1. przedstawia różne rodzaje systemów ścian izolacyjnych w zależności od wielkości otworów wentylacyjnych. Wielkość "A_v" symbolizuje wielkość otworu wentylacyjnego w dolnej części na jeden metr kwadratowy elewacji.

Tabela 1. Przykłady ścian z różnymi otworami wentylacyjnymi.

Tabela 2. przedstawia wartości minimalne oporu powietrza zalecane przez Paroc. O ile w kontekście ochrony wiatrowej krajowe przepisy budowlane nie mówią inaczej, warto przestrzegać poniższych wytycznych.

Tabela 3. Wartości właściwej oporności przepływu powietrza R_S (kPa s/m²) dla poszczególnych produktów PAROC.

Aby określić rodzaj warstwy wiatrochronnej, należy wybrać z tabeli pierwszej właściwy poziom wentylacji. O ile jest to konieczne, mierzymy lub obliczamy wymiary otworu wentylacyjnego A_v. Następnie z właściwego wiersza w tabeli drugiej odczytujemy zalecany, minimalny opór powietrza materiału wiatroizolacyjnego.

W dalszej kolejności sprawdzamy wymaganą wartość współczynnika przenikania ciepła przegrody U i dobieramy ocieplenie o odpowiedniej grubości. Na tym etapie decydujemy, czy niezbędny jest montaż dwóch warstw izolacji o różnych oporach przepływu powietrza i czy wiatroizolacja może stanowić część izolacji termicznej.

Na koniec weryfikujemy opór przepływu powietrza "r" dla głównej izolacji i decydujemy, czy potrzebna jest dodatkowa warstwa wiatroizolacji. Uwaga! Jeśli produkt ma opór przepływu powietrza niższy niż 17 kPa s m/m³, zawsze należy chronić go produktem o odpowiednio wysokim oporze przepływu powietrza.