Postęp technologiczny oraz wymagania formalno-prawne wymuszają stawianie budynków o coraz mniejszym zapotrzebowaniu na energię. Wymaga się przeprowadzania audytów energetycznych, coraz częściej mówi się o tzw. budynkach pasywnych, podając jako główny powód zmniejszenie zużycia energii na ogrzewanie oraz ewentualną klimatyzację, z czym wiąże się poprawa komfortu cieplnego pomieszczeń.
Metod ociepleń budynków jest kilka. Można tu rozróżnić metody zarówno suche, jak i mokre (z tych ostatnich najbardziej rozpowszechniony jest bezspoinowy system ociepleń – dawniej zwany metodą lekką-mokrą, teraz, z języka angielskiego, systemem ETICS), ale założeniem tych metod jest ułożenie warstwy termoizolacji od strony zewnętrznej ściany. Metodą tą ocieplane są przede wszystkim budynki mieszkalne (bloki, domki wielo- i jednorodzinne) oraz budynki użyteczności publicznej, z murowanymi lub betonowymi ścianami. Ocieplenie tą metodą ścian drewnianych jest możliwe, aczkolwiek dużo trudniejsze.
Przy doborze grubości termoizolacji najczęściej operuje się współczynnikiem przenikania ciepła U, obliczając zgodnie z [1]: PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku – Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła – Metoda obliczania jego maksymalną wartość i porównując ją z wymaganiami stawianymi przez Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2].
Ciepło, a dokładniej mówiąc, energia cieplna przedostaje się z otaczającego powierza na powierzchnię elementu, pokonuje opór cieplny elementu, osiągając jego powierzchnię i przedostaje się do atmosfery. Temperatura powierzchni wewnętrznej zależy bezpośrednio od izolacyjności cieplnej elementu, natomiast rozkład temperatur w przegrodzie jest zależny od oporu przenikania ciepła (rys. 1). Im niższa temperatura na powierzchni wewnętrznej, tym łatwiej może dojść do powierzchniowej kondensacji. Jednak rozkład temperatur w przegrodzie jest istotny z jeszcze jednego powodu.
W powietrzu zawsze znajduje się para wodna. Jednakże jej ilość jest ograniczona, powietrze może przyjąć tylko określoną ilość pary wodnej. Ilość ta jest zależna od temperatury powietrza i definiowana parametrem zwanym wilgotnością względną powietrza. Matematycznie wartość tę można określić jako wyrażony w % stosunek znajdującej się w chwili obecnej ilości pary wodnej do jej maksymalnej wartości. Jeżeli dla tej samej zawartości pary wodnej w powietrzu jego temperatura będzie się obniżać, to względna wilgotność będzie wzrastać. Wzrost względnej wilgotności nie będzie trwać w nieskończoność, w pewnym momencie względna wilgotność wyniesie 100%. Jest to tzw. punkt rosy, tzn. temperatura, w której wilgotność względna osiąga 100%. Więcej wody w powietrzu „nie zmieści się”, przy dalszym spadku temperatury pojawi się kondensacja nadmiaru pary wodnej.
W przegrodzie mamy zawsze do czynienia z dyfuzją pary wodnej – różnice ciśnienia pary wodnej po obu stronach przegrody dążą do wyrównania się. Para wodna, wnikając w przegrodę, napotyka na opór ze strony poszczególnych jej warstw (jest to właśnie tzw. równoważny opór dyfuzyjny Sd). Powoduje to spadek cząstkowych ciśnień pary wodnej, który zależy od równoważnego poru dyfuzyjnego każdej z warstw przegrody. Do kondensacji wilgoci w przegrodzie dochodzi wtedy, gdy ilość pary wodnej, która może się pojawić w danej warstwie (lub na styku warstw) jest większa, niż to wynika z rozkładu temperatury w przegrodzie i odpowiadającemu je stanowi nasycenia. Wykres ciśnień pary wodnej dla przegrody poprawnie zaprojektowanej pokazano na rys. 2. Cząstkowe ciśnienie pary wodnej jest w każdym punkcie przekroju niższe niż ciśnienie pary nasyconej. Do kondensacji nie dochodzi. Jeżeli wykresy te stykają się, w tym miejscu powstaje płaszczyzna kondensacji, natomiast gdy przecinają się, mamy do czynienia ze strefą kondensacji (rys. 3).
Sprawdzić to można wykonując obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegrody. Właśnie z podanych powyżej powodów wykonanie tylko obliczeń cieplnych jest dalece niewystarczające.
Proszę popatrzeć na rozkład temperatur dla nieocieplonej 38-centymetrowej ściany ceglanej (rys. 4a) oraz tej samej ściany ocieplonej 12-centymetrową warstwą styropianu z zewnątrz oraz od wewnątrz (odpowiednio rys. 4b oraz rys. 4c – dla ułatwienia pominięto warstwy wykończeniowe). Widać wyraźnie, że ściana ocieplona od wewnątrz w zdecydowanej większości przekroju znajduje się w strefie temperatur ujemnych. Zatem jest to potencjalna strefa kondensacji pary wodnej (im niższa temperatura, tym wyższa wilgotność względna powietrza). Równorzędnym wymogiem, który bezwzględnie musi być spełniony, jest wyeliminowanie możliwości kondensacji pary wodnej, umożliwiającej rozwój grzybów pleśniowych oraz możliwość zawilgocenia wnętrza przegrody na skutek powstania płaszczyzny bądź strefy kondensacji [2], sposób obliczania wg [3]: PN-EN ISO 13788:2003 Cieplno- -wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku – Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej – Metody obliczania. Dodatkowo spełniony musi być warunek, że we wnętrzu przegrody nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie na skutek kondensacji pary wodnej [2]. Rozporządzenie [2] dopuszcza kondensację pary wodnej w okresie zimowym wewnątrz przegrody, o ile w okresie letnim możliwe będzie wyparowanie kondensatu i nie nastąpi degradacja materiału przegrody na skutek tej kondensacji.
Jest jeszcze drugi powód, dla którego jest to tak bardzo istotne. Obliczenia współczynnika przenikania ciepła U, zgodnie z [1]: PN- -EN ISO 6946:2008 wykonuje się dla warunków ustalonych, parametry cieplne zależą od wilgotności materiału. Dlatego przegrody zewnętrzne należy projektować tak, aby ich zawilgocenie nie spowodowało takiego obniżenia izolacyjności cieplnej, że przestaną one wypełniać stawiane im wymagania techniczne. Powyższa analiza pokazuje, że zdecydowanie najlepszym sposobem ocieplenia budynków jest termoizolacja zewnętrzna. Nie zawsze jednak ocieplenie od zewnątrz jest możliwe. Rozważmyt typową sytuację występującą przy pracach renowacyjnych: stary budynek z grubymi, nawet niekoniecznie zawilgoconymi ścianami. Absolutnie nie spełniają one obecnych wymogów termoizolacyjności. Ogrzewanie pomieszczeń dostarcza dużej ilości ciepła, ogrzane powietrze w zetknięciu z zimnymi ścianami skrapla się na ich powierzchni. Do tego wentylacja (jeżeli istnieje) nie jest w stanie zapewnić odpowiedniej wymiany powietrza i usunąć nadmiaru wilgoci. Pierwszym odruchem jest chęć docieplenia ścian. Skoro są zimne i skrapla się na nich para wodna to trzeba je zaizolować, aby nie zachodził efekt skraplania.
Koszty ogrzewania oczywiście spadną. Ale docieplenie od zewnątrz, np. ze względu na tynk renowacyjny lub bogato zdobione elewacje jest problematyczne. Zaczynają się kombinacje. Może tak od wewnątrz? Styropianem czy wełną? I tu dochodzimy do sedna problemu. Problemu, który będzie miał użytkownik pomieszczeń. Już po kilku miesiącach (jeżeli prace będą wykonywane w okresie jesiennym) zaczną się pojawiać kolonie grzybów pleśniowych, najpierw w narożach, potem nawet na ścianach, zapach stęchlizny itp. Wszystko dlatego, że na etapie przygotowania dokumentacji technicznej nie wykonano obliczeń cieplno-wilgotnościowych.