Вътрешна пароизолация: първо, второ и трето поколение
Тази статия разказва за разликата между трите поколения вътрешна пароизолация: парна бариера (полиетиленово фолио) – първо поколение, интелигентна мембрана с променлива паропропускливост – второ поколение и интелигентна мембрана с променлива паропропускливост и с еднопосочно движение на водни пари – трето поколение. Важно е да се направи следното уточнение – вътрешната пароизолация се поставя върху топлоизолацията откъм помещението, а външната пароизолация се поставя върху топлоизолацията, която се монтира от външната страна на конструкцията – за нея можете да прочетете в „Пароизолация: Част 2“.
В края на 30-те учените започват да изследват движението на влагата в сградите. Едно от първоначалните открития например е, че дифузията на водни пари способства за отлепването на боята от външните повърхности. През началото на 50-те такъв тип открития довеждат до регулации в някои държави, свързани със задължителното поставяне на мембрани с изключително ниска паропропускливост. Така се заражда използването на полиетиленовото фолио като универсална пароизолация, което е трябвало да реши всички проблеми с влагата в сградите.
През 80-те години се разбира, че неконтролираното преминаване на въздух, а не дифузията на водни пари, е най-големият „виновник“ за проблемите с влагата. Според Министерството на енергетиката на САЩ „движението на въздуха представлява повече от 98% от цялото движение на водни пари в сградите“. Следователно полиетиленовото фолио трябвало да се превърне и във въздушна бариера, която да запечатва конструкцията по въздухонепроницаем начин и да бъде ефективно уплътнена при връзките с останалите компоненти (прозорци, врати и т.н.). Но с течение на времето се оказало, че решението на проблема с влагата в сградите е много по-комплексно.
Вътрешна пароизолация от първо поколение: въздухонепроницаемост и недостатъци
Има две причини сградите да имат проблем с влагата – дифузията на водни пари и неконтролираното изтичане на въздух. Затова парната бариера от полиетиленово фолио е както паронепропусклива (за спиране на дифузията), така и въздухонепроницаема (за спиране на движението на въздуха).
Въздухонепроницаемостта е от решаващо значение, защото въздухът е преносител на неблагоприятни частици (миризми, дим и т.н.). Освен това той пренася и влага. Когато топъл въздух допре по-студена повърхност, влагата в него кондензира (т.е. преминава от газ в течност). Температурата, при която агрегатното състояние се променя, се нарича точка на оросяване. Въздухонепроницаемостта трябва да се вземе под внимание още при проектирането, защото след като неконтролираният въздушен поток кондензира, се появяват проблеми като мухъл и конструктивни щети, от които и корозия.
За да се противодейства на това, в сградната обвивка трябва да се постави слой, притежаващ следните свойства – въздухонепроницаемост, непрекъснатост и системност. Полиетиленовото фолио е прекрасен въздухонепроницаем материал, но рядко се поставя по непрекъснат начин. В дългосрочен план материалът не е достатъчно издръжлив, лесно се разкъсва, бива неколкократно перфориран при монтаж и лепящите свойства на лепенките, които се използват за неговото запечатване, са слаби и недълготрайни.
Освен това полиетиленовото фолио трудно се интегрира като системно решение заради липсата на системно мислене при поставянето му. Въздухонепроницаемостта на сградната обвивка не се постига с един изолиращ материал, а с комбинация от добре уплътнени слоеве. Това означава, че компонентите като врати и прозорци трябва да бъдат поставени въздухонепроницаемо, а връзките между компонентите (напр. между стена и прозорец) трябва да бъдат добре уплътнени. След като се уплътнят и компонентите, и връзките между компонентите, тогава една сградна обвивка е въздухонепроницаема. Но в най-честия случай се инсталира просто един слой от полиетиленови фолиа, а останалите системни елементи се оставят неуплътнени.
Вътрешна пароизолация от първо поколение: ниска паропропускливост и недостатъци
Паропропускливостта се измерва с т.н. Sd-стойност – колкото по-висока Sd-стойност има един материал, толкова по-малко водни пари пропуска той. Различните производители на полиетиленово фолио предлагат материали с разнообразни Sd-стойности, но всеки един от тях попада в Sd-диапазон от 70-100m, което демонстрира изключително ниска паропропускливост. (За сравнение ще можете да видите Sd-стойностите на материалите от второ и трето поколение, които имат по-висока паропропускливост).
Паропропускливостта на полиетиленовото фолио е толкова ниска, за да се елиминира преминаването на водни пари чрез дифузия. При липса на пароизолация водните пари преминават през паропропускливи материали като гипсокартон и навлизат в конструкцията. Затова често се поставя парна бариера от полиетиленово фолио за защита от това неконтролирано преминаване на влага. Но дори и една оптимално инсталирана парна бариера може да не успее да реши проблема с намокрянето на конструкцията.
Недостатъци на полиетиленовото фолио: дифузия и обратна дифузия
Вторият закон на термодинамиката обяснява движението на влага чрез дифузия на водните пари. Дифузията се задвижва от разлики в концентрацията на водни пари (от повече към по-малко) и в температурата на въздуха (от топло към студено). Това означава, че влагата има склонност да се движи отвътре навън в северните климатични пояси и отвън навътре в южните. В по-централните части движението е отвътре навън през зимата и отвън навътре през лятото. Учените наричат движението на водни пари отвътре навън „дифузия“, а това, което е отвън навътре – „обратна дифузия“.
Изображение 1: Обратна дифузия – движение на водни пари отвън навътре (горе). Дифузия – движение на водни пари отвътре навън (долу) ©Собствено изображение
При студен климат или през зимата в по-централните части се наблюдава дифузия – движението на водни пари от помещението към конструкцията, породено от по-високата температура и по-високата концентрация на водни пари отвътре, отколкото отвън. При липса на пароизолация тези водни пари преминават през стенен паропропусклив материал като дърво, цимент или гипсокартон, навлизат в конструкцията и кондензират върху изначално по-студените повърхности там. Затова често се поставя паробариера върху топлоизолацията откъм помещението, чиято цел е да елиминира навлизането на водни пари в конструкцията. Но какво ще се случи с конструкцията, ако движението на дифузията не е само отвътре навън?
Обратната дифузия е известна още и като „летен конденз“ и „процес, при който водните пари се задвижват от слънцето“. Тези наименования могат да бъдат подвеждащи, тъй като конотират задължителна връзка с лятото или по-топъл климат. В реалността обратната дифузия може да се предизвика и когато сезоните не следват напълно „шаблона“ – при често зимно слънце през по-студените месеци или чест проливен дъжд през лятото; или в части с по-студен климат като Югоизточна Англия, където има влажни зими и слънчеви лета с дълги дни.
Но в повечето случаи се случва следното (да приемем, че сградата е с тухлена зидария и е поставена парна бариера отвътре). През зимата вали силен студен дъжд, който бива всмукан в сградната обвивка през по-топлата тухлена зидария – това „всмукване“ се случва, защото капилярното налягане на студените капки дъжд е по-високо от налягането на топлите водни пари, което тласка капките в обратна посока (от студено към топло). През летните месеци по-високите температури на слънчевия въздух повлияват на нивото на влага във външната стена, но само част от влагата в конструкцията се изпарява навън; другата част се придвижва навътре заради високото налягане на водните пари във вътрешната част на тухлената зидария. В резултат на това навлезлите навътре водни пари най-вероятно ще кондензират в конструкцията при вътрешната ѝ страна, запечатана с полиетиленово фолио. Така се увеличава влажността, която ако е над 80% в зони близо до повърхности, се образува мухъл. С други думи – заради високите температури на слънчевия въздух навън и паробариерата вътре, която блокира преминаването на влага към помещението, в конструкцията се създават топли и влажни условия, подходящи за образуването на спори от мухъл.
Поставена за справяне с конденза и мухъла, вътрешната пароизолация от първо поколение се превръща във виновник за блокиране на влага в конструкцията. А ако конструкцията е дървена, мухълът може да не бъде единственият проблем; има вероятност тя да изгние. Сградите, разположени нито твърде на север, нито твърде на юг – т.е. възниква и дифузия, и обратна дифузия – изискват решение, което да не допуска задържане на влага в конструкцията за дълго време.
Изображение 2: Изгнил дървен покрив при неконтролирано движение на влага ©SIGA
Запечатване на конструкцията с една паробариера отвътре и една отвън
Тази идея приема, че конструкцията винаги ще бъде суха, защото нито въздух, нито влага могат да влязат вътре. Да приемем, че е така. А какво става, ако конструкцията изначално не е суха – влагата бива блокирана вътре. Например при запечатването на една дървена къща дървеният материал изглежда сух, но най-вероятно по време на строителната фаза е имало много валежи и материалът е поел доста влага. Поставянето на двойна паробариера при такава ситуация прави ефективното изсушаване на конструкцията невъзможно.
Дори и конструкцията да е напълно суха при затваряне това не означава, че влагата не може да си проправи път към нея по други начини. Особено след няколко години вероятността системата от паробариери да продължава да е напълно въздухонепроницаема е ниска, тъй като полиетиленът лесно се разкъсва, старее и лепенките, използвани за неговото уплътняване, нямат дълготрайно високи лепящи свойства. През процепите в материала (или между отделните компоненти) влажен въздух може да преминава към конструкцията, но не може да се върне достатъчно бързо по обратния път поради липса на достатъчно интензивна обратна двигателна сила.
Кога полиетиленовото фолио може и да не е лошо решение
Както споменахме, двигателят на дифузията е разликата в концентрацията на водни пари (от повече към по-малко) и в температурата (от топло към студено). В северните части на света най-често се наблюдава обикновената дифузия (движение отвътре навън), защото в сградите е по-топло, а южните части най-често са свидетели на обратна дифузия (движение отвън навътре), защото навън е по-топло. Затова следният аргумент е валиден: ако движението на водните пари чрез дифузия е еднопосочно през цялата година, тогава въздухоплътната паробариера, поставена като преграда между конструкцията и прииждащите водни пари, може да е добро решение. Това означава, че в северните географски ширини паробариерата се поставя от вътрешната страна на конструкцията, а в южните – от външната. Но дори и за сграда в държава като Финландия, за която изглежда, че е кристално ясно какъв тип дифузия ще се наблюдава, се препоръчват предварителни изчисления за влага заради възможни локални климатични разлики. Как може да помогне пароизолацията от следващите поколения, когато изчисленията за влага покажат, че паробариерата не е достатъчно ефективна мярка или пък е напълно контрапродуктивна?
Вътрешна пароизолация от второ поколение: предимства
Този тип пароизолация често се нарича „система от паропропускливи мембрани“. Те са специфично произведени за целта си – да са въздухонепроницаеми, но паропропускливи – за разлика от въздухо- и паронепропускливото полиетиленово фолио, използвано като универсално решение. Пароизолацията с паропропускливи мембрани допуска възможността за навлизане на водни пари в конструкцията; със своята паропропускливост мембраните изтласкват попадналите в конструкцията водни пари към помещението. Така се гарантира, че при обратна дифузия водните пари няма да кондензират в конструкцията при вътрешната ѝ страна, а ще излязат извън нея. Тъй като при обратната дифузия няма достатъчно интензивна двигателна сила, която да върне водните пари обратно в конструкцията (заради движението отвън навътре), те се разпространяват из помещението. И това не представлява проблем, защото при честото вентилиране на сградата, независимо дали това се случва с естествена вентилация или с механична вентилационна система, ненужната влага вътре ще излезе навън.
Някои от тези мембрани не са просто паропропускливи. Те променят пропускливостта си в зависимост от количеството водни пари, което е около тях. Това означава, че ако през зимата има високо количество дъжд (и част от него се всмуква в сградната обвивка като течност) и през лятото има дълги, горещи дни (които превръщат течността във водни пари, парите се придвижват към конструкцията и повишават рязко нивото на влажност), тогава мембраните ще увеличат паропропускливостта си, за да се повиши скоростта на преминаване на водните пари към помещението. Мембраните с променлива пропускливост спрямо количеството водни пари се наричат интелигентни мембрани. В затворено, непропускливо състояние (за запазване на конструкцията суха) тяхното Sd може да достигне до около 25 m, а в отворено, пропускливо състояние (за изсушаване на конструкцията към помещението) стойността може да достигне до около 0,25 m. Забележете, че дори и в „непропускливо“ състояние те са по-пропускливи от полиетиленовото фолио, което е със Sd-стойности между 70 и 100 m. Но това рядко е проблем, след като в „пропускливо“ състояние водните пари могат да излязат от конструкцията 100 пъти по-бързо, отколкото могат да влязат в „непропускливо“.
Обратната дифузия се смята за напълно негативно явление, което по възможност трябва да бъде спряно. В действителност обаче това явление може да се използва при проектирането, за да се изгради изсушаващ механизъм за конструкцията. Особено ако конструкцията би била изначално мокра, обратната дифузия (заради интензивната си двигателна сила) е единственият процес, чрез който вътрешните части на стенните конструкции могат да изсъхнат ефективно. Следователно интелигентните мембрани не са просто парозащита; те максимизират потенциала за изсушаване, като стават толкова паропропускливи, колкото е нужно, за да излязат водните пари от конструкцията навътре. Какво обаче се случва, когато при вътрешната страна на конструкцията двигателната сила на водните пари не е отвън навътре?
Вътрешна пароизолация от второ поколение: недостатъци
Интелигентната мембрана променя паропропускливостта си, когато около едната ѝ страна количеството водни пари се увеличи. Това обаче е проблем, когато увеличеното количество е от страната на помещението и двигателната сила е отвътре навън. Тогава мембраната се „отваря“ откъм помещението и водните пари навлизат в конструкцията.
Споменахме, че вентилацията в помещението може безпроблемно да изкара ненужната влага навън при липса на обратна двигателна сила, когато движението е от конструкцията навътре. Но при дейности в помещението като готвене и къпане резултиращите водни пари много бързо могат да се насочат към конструкцията и мембраната да увеличи паропропускливостта си. Да приемем, че обитателите на сградата ще се досетят, че нивото на водни пари е много високо при тези дейности и веднага ще потърсят „активно“ да премахнат влагата – като отворят прозорец – и това ще е достатъчно да спрат движението на водните пари към конструкцията. Но има случаи, при които водните пари в помещението се разпространяват „пасивно“.
При полагане на вароциментова или гипсова мазилка се „полагат“ и десетки (а често дори стотици) литри вода. Когато мазилката започне да изсъхва, което в повечето случаи е около месец, водните пари се изкачват нагоре към покрива и влажността около покрива се покачва значително. Това означава, че ако е поставена интелигентна мембрана от вътрешната страна на покрива, тя ще увеличи пропускливостта си и водните пари ще навлязат в конструкцията. Особено при липса на механична вентилационна система, която самостоятелно да изкарва ненужната влага навън, еднаквата променлива пропускливост и от двете страни на интелигентната мембрана може да доведе до проблеми с влагата в конструкцията. За решаването на този проблем е нужна мембрана, която също се приспособява към променлива влажност, но има много по-висока пропускливост от едната страна.
Вътрешна пароизолация от трето поколение: SIGA Majrex® 200
При умерено студения климат най-често се наблюдават и двата процеса – дифузия и обратна дифузия. Следователно оптималната вътрешна пароизолация в случая е тази, която през зимата предпазва топлоизолираните стени и покриви от влагата, генерирана в помещенията, а през лятото позволява на топлоизолацията да изсъхва, като изтласква водните пари от нея в помещението. Такава защита е възможна само когато една мембрана пропуска повече водни пари от страната на конструкцията, отколкото откъм помещението – т.е. осигурява се еднопосочно движение на водни пари отвън навътре.
„Патентованата мембрана SIGA Majrex® 200 е единственият материал в света, който позволява това еднопосочно движение.“ Дали това твърдение е вярно?
Истинността на това твърдение бе проверено от проучване, следващо техниките на Американското общество по изпитване на материалите (ASTM), при което в лабораторни условия учени симулират дифузия и обратна дифузия, за да изследват нивото на променливата пропускливост от всяка една от страните на SIGA Majrex® 200 (вж. Изображение 3). Долното изображение показва, че при едно и също количество водни пари в помещението при дифузия и в конструкцията при обратна дифузия влагата през годината ще се движи от конструкцията към помещението три пъти по-бързо. Това означава, че ако през зимата голямо количество влага влезе в конструкцията, то тя ще излезе три пъти по-бързо през лятото. (Уточнение: Изчисленията на „Изображение 3“ не са в Sd, а в пърм (perm), който измерва скоростта на пропускливостта на един материал спрямо неговата дебелина и определено налягане. За информация: Sd-стойността на SIGA Majrex® 200 e 35m в затворено, непропускливо състояние и 0,8m в отворено, пропускливо състояние)
Изображение 3: Majrex® 200 при обратна дифузия (горе) и дифузия (долу) при равни условия ©Собствено изображение
Ако помещенията често се вентилират – особено при наличието на механична вентилационна система, която изкарва голяма част от водните пари навън – изсушаващият потенциал на SIGA Majrex® 200 може да бъде много повече от троен. При често вентилиране помещенията са по-сухи през зимата и тогава мембраната намалява пропускливостта си, за да поддържа конструкцията суха, а през лятото мембраната увеличава пропускливостта си, за да придвижи водните пари от конструкцията към помещенията. С течение на времето топлоизолираните стени и покриви, дори ако са били намокряни многократно по време на строителната фаза, ще изсъхват през лятото и няма да бъдат намокряни допълнително през годината. Следователно в зависимост от условията през зимата и лятото диапазонът на изсушаване може да бъде няколко пъти по-голям от тройния потенциал при равни условия.
Накратко еднопосочното движение на водни пари при SIGA Majrex® 200 работи по следния начин – когато движението на водните пари е към помещенията, мембраната е по-отворена, за да се изсушава конструкцията, а когато движението е към конструкцията, мембраната е по-затворена, за да остане конструкцията суха. За сравнение една обикновена интелигентна мембрана променя паропропускливостта си по един и същ начин от двете си страни.
Вътрешна пароизолация от първо, второ и трето поколение: В резюме
Парната бариера не е изначално лошо решение, но е изначално лошо универсално решение. Ако не са направени калкулациите за влага, никой не може да има представа за това какво се случва в конструкцията. Нека бъдем оптимисти – най-вероятно конструкцията няма да корозира или да изгние, ако при интензивна обратна дифузия има полиетиленово фолио като вътрешна пароизолация, но мухълът ще бъде навсякъде. Ако тези калкулации бъдат направени и парната бариера се окаже добро решение, тогава ще знаете, че има голяма вероятност никога да нямате проблем с влагата. Но това не означава, че рискът е сведен до нула.
Влага може да влезе в конструкцията от много места особено след няколко години. Затова има съвременни решения, които са няколко процента по-скъпи, но гарантират, че рискът е много близо до нулева стойност. Обикновената интелигентна мембрана може да бъде това решение, но при нея трябва да се гарантира, че дифузните процеси и водните пари, генерирани от обитателите на сградата, няма да увеличат количеството влага в конструкцията над допустимото ниво.
Дифузните процеси възникват заради разлики в температурата и концентрацията на водни пари. Затова е препоръчително тези разлики да се изчислят. Ако калкулациите покажат, че проблемът с влагата би бил сериозен без допълнителна защита, възможно най-добрата комбинация е SIGA Majrex® 200 и механичната вентилационна система – защото двете се грижат за изсушаването на конструкциятасамостоятелно. Отварянето на прозорец тогава става задължително само когато желаете да разберете дали ви трябва връхна дреха за следобедната ви разходка.
Затова, ако не сте сигурни кое е най-доброто решение за вас, можете да се свържете със SIGA – екипът от специалисти ще направи техническа калкулация на сградата и нейните нужди и тогава ще можете да прецените кое е вашето решение за вътрешна пароизолация.
Източници:
Bradley, J. (2018). On Site With Majrex. JLC.
Cushman, T. (2018). A One-Way Vapor Barrier? JLC.
Fanou, J. (2018). The air/vapour barrier must die. Construction Canada.
Lstiburek, J. (2000). RR-0004: Air Barriers vs. Vapor Barriers. Building Science Corporation.
Mitchell, A. (2018). Reverse diffusion: the hidden risk. netMAGmedia Ltd.
Moisture Control. (n.d.). Energy.Gov. Retrieved 4 February 2022
Reynolds, M. (2021). The Difference between air barriers and vapor barriers. EcoHome.
SIGA Visit. (n.d.). Dartmouth.