Parne brane i barijere za vazduh i vlagu – obavezan deo fasadnog zidnog sistema

Ovaj tekst je zasnovan na online kursu sajta ArchitectCES, pod pokroviteljstvom Američkog udruženja arhitekata - AIA.

Kurs je sponzorisan od strane proizvođača različitih barijera za aplikacije u visokogradnji W.R. Medows (porodična kompanija osnovana 1925. godine, sa sedištem u Hempširu, Ilinois, SAD; sa proizvodnjom u devet fabrika u SAD).

Kuda vlaga ulazi u objekat, šta je to curenje vazduha i difuzija pare, koji su uticaji ovih procesa na elemente zgrade, koji proizvodi na tržištu služe za kontrolu, eliminaciju i regulaciju vlage u objektima? Ovo su neka od pitanja koja će biti obrađena u ovom tekstu.

Kako vlaga ulazi u objekte?

Velike količine vlage koje potiču direktno od atmosferskih padavina ili vlažnosti vazduha ulaze u objekte kroz slaba mesta na fasadi. Ovo mogu biti nepravilno zaptiveni spojevi oko otvora, između fasadnih elemenata, ili sveukupna poroznost fasadne ravni. Jednom kada uđe u objekat vlaga tu ostaje zarobljena i može naneti štete objektu i ugroziti zdravlje korisnika. Zato fasadni zidovi moraju biti konstruisani tako da spreče prekomerni prodor spoljašnje vlage.

Vlaga u objekat može prodreti putem vazduha ili kroz samu fasadu. Nagomilavanje vlage vremenom stvara probleme. U našem građevinarstvu zato se koriste parne brane, ali u ovom tekstu će često biti pominjane i vazdušne barijere - koje služe za zaustavljanje vazdušnih strujanja. Parna brana može istovremeno biti i vazdušna barijera ali potrebno je veoma pažljivo osigurati sve spojeve kako bi uspešno vršila svoju funkciju.

Vodena para može ući u prostoriju i difuzijom. Ukoliko ne postoji parna brana, ili je oštećena, ili nije postavljena pravilno, voda će u vidu pare prodreti u objekat. Na tržištu su dostupni različiti proizvodi koji sprečavaju prodor pare u objekte, bilo u podzemnim zonama (podrumu), bilo u nadzemnom delu objekta.

Vlaga i voda iz tla mogu potencijalno ugroziti temelje objekta, naročito ukoliko u podzemnoj konstrukciji već postoje pukotine. Kako ne bi došlo do ovoga najbolje je izolovati temelje već u trenutku gradnje, bez obzira da li su predviđene podzemne prostorije ili ne.

Prema standardu, smatra se da je prolaz vodene pare u podzemnim delovima objekta zanemarljiv pa i ne ulazi u proračun. Hidroizolacija koja se primenjuje u ovom delu konstrukcije ne mora imati i ulogu parne brane.

Različiti tipovi vlage zahtevaju različite sisteme njenog zaustavljanja. Daleko je lakše zaustaviti vodu u vidu kapljica nego onu u vidu pare koja se prenosi vazduhom. Ovo će biti objašnjeno kasnije kada budemo poredili količinu vlage koja se unese parom u nadzemnom delu putem difuzije, u odnosu na količinu vlage koju prenese vazduh različitog pritiska.

Koncept zidova

Najbolji način da se izborimo sa vlagom jeste sendvič zid koji se sastoji od nekoliko slojeva sa različitim ulogama koji zajedno čine efikasan sistem. Sendvič zid se sastoji od:

• konstruktivnog dela zida (blokovi, opeka, drvo, metal, beton, itd)
• fasade – prva linija odbrane objekta od spoljašnjih uticaja
• komponenti koje uobličavaju i kompletiraju ceo sistem - toplotna izolacija i barijere koje sprečavaju prodor pare, vlage i vazduha u prostoriju.

Ove komponente mogu biti pokrivene sa jednim ili više proizvoda, zavisno od vrste proizvoda koji se izaberu. Pojedinačne uloge su im:

• toplotna izolacija ima zadatak da spreči razmenu toplote (gubitke iz objekta ili prodor spoljašnjih temperatura u objekat)
• barijera za vlagu i drenažna površina sprečavaju potencijalni prodor vode i njeno zadržavanje u unutrašnjosti fasadnog zida
• parna brana ima zadatak da smanji prodor pare u, i kroz, fasadni sistem zida
• vazdušna barijera treba da spreči nesmetan prolazak vazduha kroz fasadu koji izaziva velike toplotne gubitke i ulazak većih količina vlage.

Svi ovi proizvodi upotrebljavaju se već decenijama i imaju svoju jasnu i dokumentovanu ulogu, a njihove prednosti dobro su poznate u građevinarstvu. Dakle, ne može se postići efikasan sistem za spoljašnje zidove objekata ukoliko nema vazdušne barijere i barijere za vlagu. Po potrebi tu je i parna barijera (u nekim specifičnim slučajevima zaustavljanje pare nije poželjno).

Raspored navedenih barijera po preseku zida je ključan za njegovu efikasnost jer dobar zid mora imati sposobnost sušenja. Nikada nećemo uspeti da zaustavimo svu vlagu da prodre u zid. Dok god zid ima veću brzinu sušenja od brzine vlaženja, imamo dobar zid sa stanovišta borbe protiv vlage.

Ukoliko se ovo ne dešava, vlaga iz materijala u zidu prikuplja soli i izbija na površinu, tu se kristalizuje pod toplotom sunca i ostaju vidljivi tragovi. Ova pojava se zove cvetanje (na fotografiji levo jedan od ekstremnijih primera gde je čak došlo po pojave stalaktita).

Posebno ćemo se pozabaviti sa dve vrste načina na koje vlaga prodre u objekte: difuzijom vodene pare i razlikama u vazdušnom pritisku.

Vazdušne barijere i parne brane

Još od ranih 1950-ih curenje vazduha iz objekta i štete koje nanosi postali su jasni. Ne samo da je curenje vazduha bilo odgovorno za vlagu u zidovima, već je u velikoj meri doprinosilo potrošnji energije u objektu. Ovo je bio povod da se građevinari više pozabave problemima koje mora rešiti kompletan omotač zgrade.

Parne brane smanjuju prolazak vlage u vidu pare. One sprečavaju pojavuju difuzije u manjim količinama iznad nivoa tla i u većim količinama ispod, i to čine nezavisno od vazdušnog pritiska.

Prolaz vazduha drastično povećava količinu vlage koja prolazi kroz barijeru i zato je sprečavanje prodora vazduha od ključnog značaja za kvalitet izvedenog objekta.

Prenos vlage vazduhom

Prodor vazduha je osnovna stavka koja mora biti uzeta u obzir kod sprečavanja prodora vlage. Kada se ovaj prodor uspešno reši već ste pobedili 70-90% vlage koja bi prodrla u prostorije. To će reći da je prenos vlage putem difuzije vodene pare samo 10-30% ukupne količine koju treba sprečiti da prodre u prostoriju.

foto: elastomerna membrana - elastomerne, bitumenske i sintetičke barijere na bazi gume bile su među prvim materijalima od kada se barijere primenjuju u građevinarstvu. Danas se ovi materijali retko koriste u SAD jer je izvođenje radova veoma skupo.

Sistemi vazdušnih barijera, pravilno postavljanje i problemi kod nepravilne instalacije

Vazdušna barijera je zapravo skup slojeva u zidu koji sprečavaju prodor vazduha u, i, iz objekta. Barijere za sprečavanje vazdušnih strujanja naročito su važne kod objekata koji se sastoje iz prefabrikovanih elemenata i čija je završna unutrašnja obrada npr. od gipsanih tabli (sistem koji se najčešće primenjuje u SAD, kako je prikazano u šemi na početku teksta).

Smatra se da praktično svaki omalterisan zid predstavlja dobru zaptivenost, međutim, iako su naši stanovi najčešće malterisanih zidova, u većini se čak i pod rukom može osetiti pojačano strujanje vazduha u uglovima prostorije gde fasada obično nije dobro nalegla na armirano-betonski stub.

Parno-vazdušna brana u sebi sadrži tri proizvoda sa različitim ulogama. Pored toga što treba da spreči prodor vazduha i pare, ona služi i kao drenažna ravan za otklanjanje prikupljene vlage u zidu.

One svoj zadatak ispunjavaju u najvećem broju objekata, bez obzira na klimu, namenu, i količinu vlage sa kojom treba da se izbore, a koja dolazi iz spoljašnjeg ili unutrađnjeg prostora. Zato je veoma važno postaviti je na pravo mesto u zidu.

Propusne parne brane se koriste samo tamo gde je to zaista potrebno, tj. kada vlaga treba da prođe kroz zid. One funkcionišu kao vazdušne barijere i kao drenažna ravan. Koriste se samo u specifičnim klimama, i posebnim zidnim sistemima:

• suvim klimatskim zonama;
• zgradama koje imaju malo unutrašnjih izvora vlage;
• zgradama bez sistema za regulaciju/dodavanje vlage.

Nepažljivo postupanje kod oblaganja objekata može dovesti do oštećenja drugih elemenata objekta. Većina materijala koji se koriste za fasade mogu biti trajni i funkcionalni samo ako barijere iza njih pravilno vrrše svoju ulogu. Zato su ove barijere igrale važnu ulogu u prethodnim decenijama u građevinarstvu.

foto: oštećena termoizolacija usled zadržavanja vlage u zidu

Curenja vazduha mogu dovesti do nekoliko problema. Korozija ankera za fasadne zidove od opeke usled kondenzacijom prikupljene vlage u zidu dovodila je do njihovog mehaničkog oštećenja i padanja kompletne fasadne obloge.

Isti problem se dešava i kod objekata od čelične konstrukcije gde ona gubi svoje mehaničke karakteristike.

Vlaga takođe može dovesti do razvijanja buđi sa unutrašnje strane zidova. Pojava buđi je veoma štetna za korisnike objekta pošto u vidu čestica ulazi u disajne organe i izaziva zdravstvene probleme.

Vazdušni gubici su primarni krivci za opterećenje potrošnje energije u objektima, i kada su oni prisutni sistemi za grejanje i hlađenje moraće da rade mnogo više kako bi održali komfor u prostoriji. Ovo naravno dovodi do povećanja izdataka za energiju.

Pritisci vazduha u objektu

Prodor vazduha u objekte je rezultat tri pritiska:

• pritisak vetra - onaj kojim spoljašnja vazdušna strujanja udaraju u objekat;
• pritisak iz prostorija - onaj koji se nezavisno razvija u svakoj prostoriji i deluje na unutrašnju stranu zidova i međuspratne konstrukcije;
• toplotni pritisak - onaj koji se stvara u grejnoj sezoni kada topao vazduh ide gore stvarajući viši pritisak u gornjim zonama konstrukcije i teži da izbije napolje.

Pritisak vetra je sila koja ubacuje i izbacuje vazduh u objekat. Tokom leta, topao vazduh biva uguran pod silom kroz nezaštićene otvore, spojeve i samu zidnu ravan, dok hladan vazduh iz prostorije biva isisan napolje na isti taj način - tj. pritisak vetra stvara negativan pritisak sa druge strane zgrade.

Sve ovo su aktivne sile koje se javljaju u objektima i vazdušne barijere moraju sa njima da se izbore.

Ova fotografija pokazuje kako vlaga unutar zida utiče na fasadnu oblogu od opeke. Vlaga kupi soli iz unutrašnjih materijla kako se kreće od unutrašnje strane zida ka spoljašnjoj. Kada sunce zagreje zid, so se osuši i ostavlja trag koji se naziva cvetanje (efflorescence) što je pokazatelj da postoji ozbiljan problem sa fasadnom oblogom. Prikupljanje soli može biti toliko da se stvore stalaktiti kao na jednoj od prethodnih fotografija.

Barijere u zidnim sistemima

Ukoliko u svom sledećem projektu više pažnje posvetite barijerama kako bi one bile otporne na vazdušne pritiske i prodor vazduha, time ćete umanjiti troškove i potrošnju energije, i otkloniti probleme sa konstrukcijom objekta. Dodatno, tako će biti poboljšan kvalitet unutrašnjeg vazduha i komfor u objektu.

Vazdušne barijere zahtevaju standardi SAD. Ministarstvo energetike te zemlje objavilo je da 40% potrošnje energije za grejanje i hlađenje prostora odlazi samo na vazdušna curenja. Zbog plana da se potrošnja energije u zgradarstvu smanji za 50% do 2020. nekoliko država u SAD je već donelo propise po kojima je obavezna ugradnja i barijera koje imaju zadatak da zaustave i vazdušna curenja (bez obzira da li su u isto vreme i parne brane).

Faktori koji utiču da vazdušna barijera bude efikasna su: oblik, materijal, veština ugradnje, garant kvaliteta od proizvođača, itd. Bez pravilne instalacije, kao i kod materijala za izolaciju, čak i najnapredniji materijali na tržištu neće vršiti svoju ulogu. Zato je neophodan nadzor i garancija kvaliteta izvedenih radova.

Parne brane su materijali koji se koriste da spreče difuziju vodene pare kroz omotač objekta. Kretanje vlage se dešava u smeru od zona sa visokim pritiskom do onih sa nižim. S obzirom da je obično u objektu pritisak viši nego u spoljašnjem prostoru, vlaga se obično kreće od unutrašnje ka spoljašnjoj strani zidova.

Difuzija vodene pare

Difuzija vodene pare je proces u kom para teži da izjednači nivo zasićenja u različitim sredinama. Kada između dve sredine postoji različit nivo količine vlage, ona sredina sa više vlage težiće da prodre u sredinu sa manje vlage. Sila koja se javlja u ovom procesu je pritisak pare. On čini da zasićenija sredina samu sebe gura ka onoj sa manjom koncentracijom vlage. Što je veća razlika u vlažnosti između dve sredine to je veća difuzija pare.

Tačka kondenzacije

Kada se na čaši kondenzuje voda to je sitna neprijatnost za onog ko je uzima u ruke, ali opasno je kada se ovo dešava u zidu. Vlaga na pogrešnom mestu je veliki problem. Parna brana i toplotna izolacija imaju ključnu ulogu da postave ovu pojavu na pravo mesto u sistemu fasadnog zida.

Tačka kondenzacije je temperatura na kojoj se na nekoj površini stvara kondenzacija. Kada vazduh dođe u kontakt sa površinom koja je na, ili ispod ove tačke, dolazi do kondenzacije.

Tabela tačke kondenzacije:

Primer 1 - ukoliko je unutrašnja temperatura 21⁰C (70⁰F) i ima relativnu vlažnost od 30%, prodor spoljašnjeg vazduha od 2,7⁰C (37⁰F) može da spusti temperaturu kondenzivne površine na ovaj podeok i da izazove stvaranje kondenzacije.

Primer 2 - kada je spoljašnja temperatura 32⁰C (90⁰F) a relativna vlažnost vazduha 80% kondenzacija će se pojaviti na onom mestu na zidu gde je temperatura 28⁰C (83⁰F) ili manja.

Danas postoje sofisticiraniji alati za proračun gde će se pojaviti kondenzacija. Popularan je WUFI i može se naći na internetu (jedan od sajtova gde možete preuzeti program pogledajte ovde).

Vazdušne i parne brane mogu takođe da vrše ulogu drenažnog sloja do kog prodire vlaga. One sprečavaju dalji prodor i suše prikupljenu vlagu u šupljini u zidu. U suštini, one izvode prikupljenu vlagu van zida. Više o ovoj temi možete saznati i na sajtu www.buildingscience.com.

Kako projektovati barijere unutar fasadnog zida?

Prilikom projektovanja prvo se treba odlučiti da li je pored parne brane potrebna i vazdušna. Ukoliko planirate gradnju bez parne brane morate posebno voditi računa sa izolacijom i unutrašnjim oblogama (kao što su na primernepropusne vinilske tapete). Ukoliko želite da koristite kombinaciju parne i vazdušne brane kao dva proizvoda takođe morate voditi računa o ovim stvarima kako ne biste napravili dvostruku barijeru koja može zarobiti vlagu unutar zida.

Različiti zidovi su pogodni za različite klimatske zone, dok će neke vrste biti dobre za bilo koju zonu. U SAD postoji podela po hidro-termalnim zonama koje su definisane odnosom toplih i hladnih dana, kao i prosečnim padavinama. Posebno se izdvajaju oblasti sa visokim stepenom vlažnosti, kao što su šume ili objekti pored većih vodenih površina.

Zdrav razum nam govori da ćemo uštedeti energiju ukoliko sprečimo toplotne gubitke putem vazduha, ali sve do maja 2005. godine nije postojala nijedna ozbiljna studija koja će pokazati koliko tačno oni imaju uticaja na objekte i potrošnju energije.

U SAD postoje dve klase vazdušnih barijera nepropusne i vlagopropusne. Kada se razmišlja o izboru jedne postoji sedam faktora koji se uzimaju u obzir:

• koja je namena objekta;
• u kojoj zoni se nalazi;
• koji su željeni uslovi unutrašnje klime;
• gde barijera treba biti postavljena kako bi ovo bilo postignuto;
• kakva će biti konstrukcija objekta;
• koji fasadni sistem ćete izabrati
• i morate uzeti u obzir gde će se nalaziti toplotna izolacija u odnosu na barijeru.

Fasadni zidni sistemi u borbi sa vlagom 

Pre 30 godina u SAD upotreba krutih i nepropusnih termoizolacija obezbeđivala je pristojnu barijeru za vlagu. Zid od opekarskih proizvoda ima veliki kapacitet za upijanje vlage, i na taj način pomaže da se vlaga izvuče iz objekta.

Međutim, ovakav način zidanja ne obezbeđuje efikasnu vazdušnu barijeru, zbog svoje poroznosti i protoka vazduha kroz spojnice.

Zidani zidovi uopšte ostavljaju mnogo više prostora za vazdušna strujanja od onih koje čine veći prefabrikovani elementi sa spojnicama na žljeb. Iako se danas proizvode opekarski elementi za zidanje koji takođe imaju žljebove zbog većeg broja elemenata teško je na gradilištu uvek garantovati da su horizontalne spojnice ispunjene valjano.

Opekarski proizvodi pružaju dobru regulaciju vlage, ali prefabrikovani betonski ili sendvič paneli daju jednostavniju kontrolu spojnica i vazdušnih strujanja.

Toplotna provodljivost izolacije samo unutar konstrukcije nije dovoljna. Koeficijent toplotne provodljivosti zida se dramatično povećava sa svakim hladnim mostom koji napravi čelična konstrukcija. Tako koeficijent iz specifikacije nekog proizvoda za toplotnu izolaciju neće biti isti onaj koji ostvaruje zid u realnim uslovima. Da biste popravili efekat premestite deo ili čitavu izolaciju ispred zida.

Ovo je tipični primer zida koji sadrži ovu barijeru. Primetite da je izolacija postavljena između čeličnih stubova, a drugi sloj bi trebalo da bude postavljen u prazninu preko vazdušne barijere kako bi sprečio prolazak temperature kroz čeličnu konstrukciju i pomogao da se održi koeficijent toplotne provodljivosti. Bez ovoga, makar i sa dobrim izolacionim materijalom, koeficijent na ovom primeru može iznositi i preko 5W/m²K. Izbor izolacije u koja se postavlja između konstruktivnog i fasadnog sloja zida veoma je važan jer u ovom slučaju mora biti paropropustan. U nekim državama SAD propisi nalažu i obaveznu dodatnu parnu branu.

Primer nanošenja tečne paropropusne barijere za vazduh i vlagu.

Tipovi barijera i njihova instalacija u nadzemnim delovima objekata

Efikasni materijali za vazdušne barijere moraju biti sposobni da izdrže pozitivne i negativne sile vetra i one ostale. Moraju biti dugotrajne, i moraju biti postavljene tako da nema šupljina. Trebalo bi da se koriste na različitim podlogama, i da se prilagode širenju i skupljanju podloga na kojima se nalaze i za koje su pričvršćeni varenjem, prskanjem ili lepljenjem.

I najvažnije - barijere moraju imati propusnost vazduha manju od 0,004cfm/sf (kubne stope u minuti - 0,028m³, po kvadratnoj stopi površine - 0,093m²) pod pritiskom od 75Pa.

Varene membrane

U nekim klimama se koriste varene krovne izolacije za zidne barijere, ali ovaj sistem je teško izvesti pouzdano, a kada se u tome ne uspe postoji problem adhezije sa podlogom. Sile vetra mogu uzrokovati prevremena oštećenja.

Ovaj sistem se danas takođe manje koristi jer je na gradilištu opasno raditi sa otvorenim plamenom koji može ugroziti imovinu i radnike.

Instalacija vazdušnih/parnih brana je najvažnija za njihovo puno iskorišćenje. Treba konsultovati proizvođače za sve detalje i preporuke kod ugradnje kako bi proizvod koji ste ugradili ispunjavao svoju ulogu u punoj meri.

Ukoliko se brana u vidu memebrane ili tapeta primeni na zidu od opeke ili blokova treba ukloniti sav malter koji viri iz ravni zida. Površina treba da bude suva kako bi veza barijere i zida bila čvrsta. Kada nije potrebno izvršiti ove pripreme zida tada je instalacija daleko jednostavnija i jeftinija.

Tečne membrane

Tečne membrane je zato daleko lakše postavljati od onih koje se prodaju u vidu traka. Nije potrebno posebno pripremanje i poravnjanje podloge, kao ni njeno sušenje. Potrebno je samo otkliniti viškove maltera i naneti membranu.

foto levo: nanošenje tečne barijere - ovo je jedan od najboljih načina jer smanjuje cenu izvođenja radova i prilagođava se podlozi u potpunosti.

Svaka tehnologija ima različitu formulu i različite karakteristike gotovog proizvoda. Ukoliko na vazdušnu barijeru postavljate ankere za zidanu fasadu postarajte se da barijera bude od onih koje se same zaptivaju. Jedna od takvih je bitumenska, ali i neki proizvođače nude i barijere od akrilika koje poseduju ovu osobinu.

Takođe, treba voditi računa da barijere budu brzosušeće kako ne bi ubrzavale procese korodiranja metalnih delova u zidu.
O vazdušnim barijerama punu dokumentaciju nudi Air Barrier Association of America.

foto: nakon primene tečne membrane njena debljina se ispituje vlažnom folijom.