Kondenzace v budovách

Co a za jakých okolností způsobuje kondenzaci a vlhnutí v plášti budov?

Jan Vychytil

V současnosti je možné projektovat a stavět budovy, které jsou na technologické špičce, co se týká použitých materiálů, úpravy vzduchu či klimatizace. Kondenzace v obvodovém plášti budovy (stěnách, střechách, oknech atd.) však nadále zůstává zdrojem různých problémů.

Ovlivňuje jak povrchové úpravy (např. puchýře na nátěrech, odlepené obklady, proměnné stopy vlhkosti v čase), životnost kotvení (např. koroze kotev), ale stejně tak tepelnou ochranu střech, fasád a dokonce podlah (např. snížený výkon navlhlých izolačních materiálů). Příčiny kondenzace spočívají v několika fyzikálních faktorech a procesech.

Teplota, měřená ve °C nebo K, je všeobecně dobře známa. Venku teplota souvisí s povětrnostními podmínkami. Uvnitř závisí teplota na stavu vzduchu v budově a na tom, jak je tento vzduch upravován (např. topení, ventilace nebo užívání budovy).

Vlhkost označuje množství vodní páry nebo vlhkosti přítomné ve vzduchu. Vodní pára je plynná fáze vody. Vlhkost může být také vyjádřena jako relativní vlhkost (RH) při dané teplotě (tj. skutečné množství vodní páry přítomné ve vzduchu vyjádřené jako procento z maximálního možného množství páry, kterou může vzduch udržovat při stejné teplotě).

Obrázek 1: Průběh teplot v konstrukci

Teplota se v konstrukci nemění skokově (z vnější teploty na vnitřní). Uvnitř jakéhokoli obvodového pláště budovy, ať už jde o velmi dobře izolovanou zeď nebo pouze jednoduše zasklené okno, se postupně vyskytují všechny teploty mezi teplotou vnitřního a vnějšího prostředí. Můžeme to zobrazit jako křivku průběhu teploty v konstrukci.

U této křivky bezpečně víme, kde začíná a kde končí, a to díky definované vnitřní a vnější teplotě. Průběh křivky v konstrukci (průběh změn teploty v konstrukci) však závisí na izolačních vlastnostech a tloušťce materiálů použitých k vytvoření dané konstrukce (viz obrázek 1).

Například v případě střechy dojde k větší změně teploty ve vrstvě izolačního materiálu o tloušťce 20 cm než u betonové desky stejné tloušťky, protože beton je méně účinný z hlediska tepelné ochrany. Tvar křivky průběhu teplot je nezávislý na celkových izolačních schopnostech konstrukce, ale závisí spíše na hodnotách vnitřních a venkovních teplot, a především na poměru izolačních schopností jednotlivých vrstev.

Vnitřní vzduch má v různých typech objektů různou teplotu a obsahuje různé množství rozptýlené vodní páry. Za vlhké provozy jsou obecně považovány ty objekty, ve kterých je tzv. relativní vlhkost (RH) vzduchu vyšší než 60%. Za extrémně vlhké nebo „mokré“ provozy jsou pak považovány ty objekty, ve kterých tzv. relativní vlhkost (RH) vzduchu přesahuje 80%. Vysvětlení pojmů relativní vlhkost (RH), absolutní vlhkost, parciální tlak, rosný bod a kondenzace naleznete níže.

Zásadním problémem obvodových konstrukcí a zejména pak střech velmi vlhkých provozů je difúze vodní páry (pronikání vodní páry směrem z teplejšího a vlhčího prostředí do chladnějšího prostředí) a riziko její kondenzace (zkapalnění vlivem ochlazení) – a to nejčastěji právě v tepelně-izolační vrstvě. Výskyt vlhkosti v tepelné izolaci má za následek dramatické zhoršení jejích izolačních vlastností.

Ideálním řešením je v tepelně-izolační vrstvě nedopustit žádnou kondenzaci vodní páry – tj. použít parotěsnou tepelnou izolaci. Právě proto nachází zcela parotěsné pěnové sklo FOAMGLAS® široké uplatnění v obvodových konstrukcích (a zejména ve střechách) vlhkých a mokrých provozů. Velmi důležité je v těchto případech důsledné dodržení systému kompaktní skladby se spárami mezi deskami celoplošně slepenými asfaltem.

Vzduch na Zemi obsahuje určité množství vodní páry. Například 1 m3 vzduchu o teplotě +22°C může pojmout maximálně 19,4 g vodní páry. To je tzv. „absolutní“ vlhkost vzduchu v g/m3.

Tento stav maximálního nasycení vzduchu určité teploty vodní párou (tj. pro +22°C je to právě 19,4 g/m3) je nazýván 100% relativní vlhkost vzduchu dané teploty. Pokud by byl vzduch zcela bez vodní páry, jeho relativní vlhkost by byla 0%, pokud by při teplotě +22°C obsahoval 9,7 g/m3, pak by jeho relativní vlhkost byla 50% (polovina maximální možné hodnoty 100%).

Relativní vlhkost je označována jako RH (Relative humidity) a při popisování vlhkosti vzduchu se používá častěji než hodnoty v g/m3 – tzv. absolutní vlhkost vzduchu. Čím má vzduch vyšší teplotu, tím více vodní páry může obsahovat, tj. čím je vzduch teplejší, představuje hodnota jeho 100% RH (relativní vlhkosti) vyšší absolutní vlhkost v g/m3.

Čím má vzduch vyšší teplotu, tím více vodní páry může obsahovat, tj. čím je vzduch teplejší, představuje hodnota jeho 100% RH (relativní vlhkosti) vyšší absolutní vlhkost v g/m3. Příklady:

Vzduch -10°C, 100% RH = 2,1 g/m³
Vzduch +10°C, 100% RH = 9,1 g/m³
Vzduch +22°C, 100% RH = 19,4 g/m³

Obrázek 2: Grafické znázornění kondenzace vodní páry

Jak bylo zmíněno výše, vzduch o teplotě +10°C může pojmout maximálně pouze 9,1 g/m³ vodní páry. Tj. absolutní vlhkost vzduchu 9,1 g/m³ lze popsat jako 100% relativní vlhkost vzduchu teploty +10°C. Ve vzduchu o teplotě +10°C se více vlhkosti ve formě vodní páry než 9,1 g/m³ nemůže vyskytovat, proto veškerá nadbytečná vlhkost zkapalní neboli zkondenzuje.

O tom, že se snížením teploty snižuje schopnost vzduchu pojmout vodní páru, svědčí i další příklad – vzduch o teplotě -10°C může pojmout maximálně pouze 2,1 g/m³ vodní páry – tj. 2,1 g/m³ znamená při teplotě -10°C hodnotu 100% RH. Nyní se vrátíme ke vzduchu teploty +22°C a RH 50% s jeho 9,7 g vodní páry v 1 m³. Z odstavce vysvětlujícího pojem relativní vlhkost již víme, že by se do 1 m³ tohoto vzduchu mohlo rozptýlit dalších až 9,7 g vodní páry a RH by tak vzrůstalo až do maxima 100%.

Co se však stane s 1 m³ vzduchu teploty +22°C a RH 50%, pokud ho ochladíme na +10°C (a budeme tento pokus provádět v uzavřeném prostoru bez přísunu nebo odebírání vlhkosti)? Absolutní vlhkost vzduchu se při ochlazování nemění, stále zůstává 9,7 g/m³. Se snižující teplotou se však snižuje kapacita vzduchu pro nasycení vodní párou (pro dosažení 100% RH je již zapotřebí méně vodní páry).

Proto konstantní absolutní množství vodní páry (9,7 g/m³) bude s klesající teplotou představovat stále vyšší % relativní vlhkosti. Přesně při ochlazení na teplotu 11,2°C dosáhne RH vzduchu hodnotu 100% – tzn. že vzduch bude schopen pojmout maximálně pouze tolik páry, kolik jí právě obsahuje – tj. 9,7 g/m³. Tato teplota (+11,2°C) se nazývá teplota rosného bodu pro vzduch původních parametrů (před ochlazením) – tj. pro vzduch teploty +22°C a RH 50%.

Pokud ochlazování vzduchu ve výše uvedeném příkladu bude pokračovat až na +10°C, dosáhne vzduch nakonec teploty 10°C, RH již bude stále 100% (více být nemůže), ale z prvního odstavce tohoto článku víme, že maximální absolutní množství vodní páry, který vzduch o teplotě +10°C pojme je pouze 9,1 g/m3. Při ochlazování vzduchu pod jeho teplotu rosného bodu část množství vodní páry, které překračuje limit nasycení, zkapalní neboli zkondenzuje. V našem případě ze vzduchu původní teploty +22°C a RH 50% (a absolutním množství vodní páry 9,7 g/m³) zkapalní 0,6 g vodní páry v každém m³.

Pokud budeme v ochlazování pokračovat až na teplotu -10°C, zkondenzuje celkem 7,6 g vodní páry z původních 9,7 g v 1 m3. Výše uvedený příklad je graficky znázorněný na obrázku 2.

Pokud vzduch prochází např. střechou z teplejšího prostředí do chladnějšího, dochází k jeho ochlazování, ke snižování jeho schopnosti udržet vlhkost ve formě vodní páry a část vodní páry může zkondenzovat. K největšímu ochlazení vzduchu dochází při jeho prostupu prodyšnými tepelnými izolacemi, tj. kondenzace vlhkosti způsobuje navlhání těchto materiálů a velmi výrazné zhoršování jejich izolačních schopností. Mokrá tepelná izolace potom izoluje obdobně jako mokrý svetr.

Vzduch na Zemi obsahuje určité množství vodní páry (při běžných teplotách cca 1% objemu, ostatní je O2, N2, CO2, atd.). Úměrně tomu, jakou část z celkového objemu vzduchu vodní pára zabírá, podílí se vodní pára i na celkovém tlaku vzduchu. Tento podíl je nazýván částečný neboli parciální tlak vodní páry.

Tj. pokud je celkový tlak vzduchu cca 1 000 hPa = 100 000 Pa = cca 10 tun/m², představuje 1% vodní páry běžně obsažené ve vzduchu parciální tlak cca 1 000 Pa = 100 kg/m². Pokud má však vzduch teplotu např. +50°C a je 100% nasycený vodní párou (tj. obsahuje maximální množství vodní páry, kterou při této teplotě pojme, RH = 100%), činí parciální tlak vodní páry v tomto vzduchu 12 333 Pa = cca 1 233 kg/m²! Vodní pára tak ve vzduchu teploty +50°C a RH 100% zabírá až 1/8 jeho objemu a tvoří 1/8 jeho celkového tlaku.

Jakákoli nerovnováha v přírodě se snaží uvést zpět do rovnováhy, a proto i rozdílné parciální tlaky vodní páry v interiéru a v exteriéru se snaží vyrovnat. Proto je vodní pára prakticky tlačena z prostředí s vyšším parciálním tlakem do prostředí s parciálním tlakem nižším (obvykle z tepla do chladna). Tato migrace plynné vlhkosti je nazývána difúzí vodní páry konstrukcí a je vyvolána rozdílem parciálních tlaků vodní páry v interiéru a v exteriéru. V případě velmi vlhkých provozů se jedná o proudění vodní páry pod tlakem v řádech několika kP (1000 Pascal = cca 100 kg/m²).

Obrázek 3: Mollierův diagram

Plíseň, jako následek opakované kondenzace na povrchu

Nezapomínejme tedy, že:

vzduch v budovách vždy obsahuje určité množství vodní páry (někdy i velmi velké)
část vodní páry obsažené ve vzduchu při jeho ochlazení může zkondenzovat
vodní pára je tlačena z teplejšího a vlhčího do chladnějšího a suššího prostředí – pokud jí v tom není důsledně zabráněno

a především, že:

pěnové sklo FOAMGLAS® je objemově zcela parotěsné a nenasákavé
kompaktní skladba z pěnového skla FOAMGLAS® tvoří neprodyšnou vrstvu tepelné izolace (dokonalou parotěsnou zábranu)
správně navržená kompaktní skladba z pěnového skla FOAMGLAS® umožňuje zcela eliminovat kondenzaci v konstrukci, a to i v extrémně vlhkých provozech
kompaktní skladba z pěnového skla FOAMGLAS® tvoří dokonalou parotěsnou zábranu v obou směrech – tj. je ideální i pro objekty s proměnným směrem difúze vodní páry (vodárny, vodojemy, zimní stadiony apod.)
pěnové sklo FOAMGLAS® zabudované v kompaktní skladbě si beze změny zachovává své tepelně izolační vlastnosti i v konstrukcích nad extrémně vlhkými provozy.