Az épületek utólagos hőszigetelési munkáinál rendszeresen visszatérő kérdés: mit kockáztatunk, ha nem szigeteljük körbe a vasbeton erkélylemezeket? Megéri-e az evvel járó többlet költségeket vállalni?

A válaszok megfogalmazásához szeretne támpontot adni írásunk, hangsúlyozva, hogy minden eltérő szerkezetet számításokkal kell megvizsgálni.

A VIZSGÁLT SZERKEZETEK

A bemutatott példában egy hazánkban tipikusnak mondható falszerkezetet és konzolos erkélylemez megoldást választottunk ki. A külső térelhatároló falazat 38 centiméter vastagságú vázkerámia falazóelemekből, hagyományos falazóhabarcs felhasználásával épült, mindkét oldalán vakolt felülettel. A monolit vasbeton födémszerkezet a belső terek között 20 centiméter, az erkélyen 15 centiméter vastagságú, átmenő lemezkonzolként van megoldva. A padlószerkezet 10 centiméter összvastagságú, benne 3 centiméter úsztató réteggel. Az erkélyen 5-7 centiméter között változó vastagságú, lejtést adó betonra készített kerámia lapburkolatot vettünk számításba. A vasbeton koszorú külső oldalán 8 centiméter vastagságú hőszigetelést feltételeztünk. Az alsó és a felső teret egyaránt fűtöttként vettük számításba.

A SZÁMÍTÁSI MODELL

Kétdimenziós végeselemes hőhídszimulá­ciós program (LBNL THERM 7.0.20.0.) segítségével meghatároztuk az alsó és a fölső térben a legalacsonyabb felületi hőmérsékleteket, amelyek a külső fal belső síkjának a födémmel, illetve a padlósíkkal történő metszésénél, a hajlatban találhatók. Ezek a hőmérsékletek a csomópont állagvédelmi és hőérzeti megítélése során érdekesek.

A felületi állagvédelmi ellenőrzést az MSZ-04-140-2:1991 [2] szabvány 6. fejezete szerint elvégezhetjük. A szabvány hiányossága, hogy nem szabja meg, hogy például egy lakóépületben a hőhidak felületi hőmérsékletének mi az elvárt legalacsonyabb értéke, illetve mi a megengedhető nedvességtartalom elvárt legalacsonyabb értéke. A szabvány csak azt a követelményt támasztja, hogy a rendeltetésszerű használatnak megfelelő belső léghőmérséklet, nedvességfejlődés és légcsere mellett a határoló szerkezet legkedvezőtlenebb szakaszán a belső felületi hőmérséklethez tartozó relatív levegő nedvességtartalomnak alacsonyabbnak kell lennie a lehűlő határolószerkezetek belső felülete mentén lévő határrétegben fellépő azon relatív légnedvességnél, amely mellett a felületképző rétegben a kapilláris kondenzáció megkezdődik. A szabvány a saját léptékben mért hőmérséklet legalább 0,65 értéke, és egyidejűleg legalább 25 m³/óra/fő légcsere fennállása esetén megengedi a részletes vizsgálat elhagyását. A légcserének természetesen fűtőteljesítmény fedezettel kell rendelkeznie.

A magyar szabványhoz igen hasonló a DIN-4108-2 [1] amely „ökölszabályszerűen" alkalmazható. A saját léptékben mért hőmérséklet határértékét ≥ 0,7 értékben adja meg Θ_e = –5 °C külső és Θ_i = 20 °C belső léghőmérséklet, valamint φ_i = 50%-os belső relatív páratartalom mellett. A különbség mindössze annyi, hogy a magyar szabvány nem adja meg az elvárt belső páratartalom értékét.

A DIN szabványban rögzített peremfeltételek (külső és belső léghőmérséklet és relatív páratartalom) a saját léptékben mért hőmérséklet 0,7 értéke azt hivatott biztosítani, hogy a szerkezet felülete sehol sem hűl 12,5 °C alá, ami az adott légállapotok (20 ºC és 50 százalék) mellett 80 százalékos relatív páratartalomnak felel meg a felületen (a penészspórák csírázásának megindulásához nem szükséges a 100 százalékos páratartalom elérése). Mivel ez a viszonylag egyszerű számítási módszer, csak a szerkezet stacioner (időben) állandó hővezetését veszi figyelembe – a valóságban meglévő termikus késleltetés és csillapítás, valamint a nedvességvezetés és tárolás különféle folyamatait nem –, ezért megfelelő „biztonsági tényezőket" alkalmaz annak érdekében, hogy a kapott eredmény lehetőleg a biztonság javára tévedjen. Ezért a belső felületi hőátadási tényező az energetikai számításoknál megszokott értékénél egy jóval kisebb: h_i = 4 W/m²K –es értéket vesz figyelembe, ami egy jóval megnövelt felületi ellenállásnak felel meg, és így a szokványostól alacsonyabb felületi hőmérsékleteket eredményez. Így vehetjük figyelembe a sarkokban kialakuló gyengébb konvekció, kisebb sugárzásos hőátadás és az esetleges bútorozás negatív hatását.

A saját léptékben mért hőmérséklet képlete:

f_Rsi = (Θ_si-Θ_e) / (Θ_i-Θ_e)

ahol:
f_Rsi [-]    a saját léptékben mért hőmérséklet
Θ_si [°C]  a vizsgált felületi hőmérséklet
Θ_i [°C]   a belső léghőmérséklet
Θ_e [°C]  a külső léghőmérséklet

Az energetikai számításokhoz, illetve az adott csomóponti megoldások energetikai értékeléséhez szükséges vonalmenti hőátbocsátási tényezőket is meghatároztuk a program segítségével. Ezen számítások az MSZ-EN-ISO 10211 szabvány [4], illetve az energetikai számításokhoz használatos szokványos felületi hőátbocsátási tényezők alapján történtek (lásd: MSZ-EN-ISO 6946 [3]).

A SZÁMÍTÁSI EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE

A számítási eredményeket az 1. táblázat foglalja össze.

A táblázat első sorában tüntettük fel a kiinduló szerkezet megítéléséhez szükséges főbb adatokat. A vizsgált falazat egydimenziós hőátbocsátási tényezője mellett a belső méretek alapján számított vonal menti hőátbocsátási tényezőt, valamint mind a födém alján, mind a tetején a fal és a födém találkozásánál kialakuló legalacsonyabb felületi hőmérsékletet, illetve saját léptékben mért hőmérsékletet tüntettük fel.

Eredeti állapot

Látható, hogy a födém alsó síkján Θ_si,min = 12,1 ºC a legalacsonyabb felületi hőmérséklet Θ_e = –5 ºC külső, valamint Θ_i =20 ºC belső léghőmérséklet mellett.

A „saját léptékben mért hőmérséklet":  f_Rsi = 0,684, így egy 50 százalékos belső relatív páratartalmat feltételezve a kritikus pontban kialakuló felületi relatív páratartalom φ_max = 82,83 százalék. A kiinduló szerkezetünk nyilvánvalóan jelentős hőhidat képvisel és a DIN szabványban rögzített minimum felületi hőmérséklet kritériumnak nem is felel meg. Mivel azonban egy meglévő szerkezetről van szó, nem elégszünk meg a szabványos ellenőrzésnek való nem megfelelés megállapításával, egy egyszerű számítással vizsgáljuk meg, hogy mik a feltételei annak, hogy a szerkezet meghibásodás nélkül működjön.

A penészspórák kicsírázásához megfelelő táptalaj és megfelelő nedvességtartalom szükséges. Mivel építőanyagaink több-kevesebb felületi szennyeződéssel majdnem mindig alkalmasak valamilyen penészgomba kicsírázására, ezért gyakorlatilag az egyetlen vizsgálandó feltétel a megfelelő nedvességforrás. A penészspórák akkor képesek az életműködésükhöz szükséges nedvességet felvenni, ha a táptalajban legalább egy több molekula vastag vízréteg jelen van. A szilikát építőanyagok esetében a pórusfalakon kialakuló több molekula vastag vízfilm megjelenése a kapillárkondenzáció jelenségével van kapcsolatban. Kapillárkondenzáció alatt azt értjük, amikor a kisméretű pórusokban a telítési páranyomás elérése előtt is jelentősen megnő a pórusok vízfelvétele. A legtöbb építőanyag szorpciós izotermájából leolvasható (hirtelen növekedésnek indul az egyensúlyi nedvességtartalom) az a relatív páratartalom, ahol a kapilláris kondenzáció megindul. Ez ökölszabályként a legtöbb anyagnál a 80 százalékos relatív páratartalomnak felel meg (A MSZ-04-140-2:1991 szabvány [2] 75 százalékos relatív páratartalmat határoz meg.).

Ebből is látható, hogy a penészesedés kockázatának megítéléséhez, nem a kondenzáció, hanem a körülbelül 80 százalékos (75 százalékos) felületi relatív nedvességtartalom meglétét kell támasztani.

A penészmentesség feltétele, hogy a csomópontban ne indulhasson meg a kapilláris kondenzáció. Mivel a felületi hőmérsékleten adott szerkezet esetén nem tudunk változtatni, ezért a belső levegő nedvességtartalmát kell úgy szabályoznunk, hogy ne alakuljanak ki a penészesedés előbb ismertetett feltételei.

Az MSZ-04-140-2:1991 szabvány [2] M.4.2. Mellékletében megadott grafikon a belső tér nedvességterhelése, a szellőzés és a kapilláris kondenzáció összefüggéseit mutatja. Segítségével közelítőleg meghatározhatjuk, hogy adott nedvességfejlődés és saját léptékben mért felületi hőmérséklethez mekkora légcserét kell biztosítanunk ahhoz, hogy a belső levegő relatív nedvességtartalmát a kritikus hőhidunk szempontjából elfogadható szinten tartsuk.

A diagramból kiolvasható, hogy a vizsgált csomópont penészmentes állapotának fenntartásához a szellőző levegővel köbméterenként és óránként legfeljebb 5,2 g vízpárát szállíthatunk el. Az M.4.4 Melléklet diagramjaiból kiolvasható, hogy a megkapott kritikus felületi hőmérséklet (Θ_si,min = 12,1ºC ) alapján a megengedhető relatív nedvességtartalom a belső térben 44 százalék. A fejlődő pára pontos ismeretében ez alapján kiszámítható a légállapot fenntartásához szükséges szellőzőlevegő térfogatárama (1. ábra).