Membrany dachowe – kluczowe zagadnienia dotyczące starzenia i trwałości

Zgodnie z dyrektywą UE na temat charakterystyki energetycznej budynków (EPBD) należy podjąć odpowiednie działania w celu oszczędzania energii w nowych i odnawianych budynkach w całej Europie.

Spełnienie wymagań

Wszystkie kraje członkowskie mają obecnie obowiązek włączenia tej dyrektywy do ustawodawstwa krajowego. Na przykład w Niemczech została ona uwzględniona w „Rozporządzeniu ws. oszczędzania energii”, które weszło w życie 1 października 2007 roku. Powietrzna szczelność budynków, uzyskiwana w wyniku stosowania membran wiatroszczelnych, jest jednym z najważniejszych nowych sposobów oszczędzania energii. Tworzy się ją zarówno w ścianach o konstrukcji szkieletowej, jak i w dachach spadzistych stosując wewnętrzne izolacje paroszczelne oraz zewnętrzne membrany paroprzepuszczalne.

Ważne funkcje

Wprawdzie wiatroizolacje stanowią niewielką część całkowitej grubości ścian i dachów, w kategoriach fizyki budowli pełnią one niezwykle istotną funkcję i muszą zachować sprawność przez cały okres użytkowania budynku. Ich efektywność może jednak ulec pogorszeniu wskutek działania czynników atmosferycznych podczas montażu i użytkowania. Zanim zestawimy i porównamy wymagania stawiane stosowanym materiałom, należy dokonać rozróżnienia między jakością materiału a jakością jego montażu.

Jakość produktu i jakość montażu są równie istotne

Wszystkie folie wykorzystywane jako wewnętrzna izolacja paroszczelna muszą być trwale połączone z przyległymi elementami budynku w sposób hermetyczny. Trwałe i hermetyczne uszczelnienie uzyskuje się dzięki połączeniu jakości samego produktu z jakością jego montażu. Nawet bardzo dobra paroizolacja nie będzie szczelna bez odpowiedniego montażu, tzn. połączenia poszczególnych pasm muszą być uszczelnione. Co więcej, również złącza między poszczególnymi arkuszami oraz elementami pokrycia i konstrukcji budynku muszą być trwale szczelne. Po zamontowaniu wewnętrznej izolacji powietrznoszczelnej (tzw. paroizolacji) należy szczególnie uważać, by nie przedziurawić jej mechanicznie w trakcie dalszych robót. Nie można dopuścić do tego, aby jakiekolwiek uszkodzenie spowodowane w ten sposób negatywnie wpłynęło na jakość paroizolacji. Szczelny montaż wiąże się z redukcją konwekcyjnych strat ciepła oraz eliminuje ryzyko kondensacji w w warstwach izolacyjnych budynku.

Niezbędny jest fachowy montaż

Podobne zagrożenia dla późniejszej efektywności izolacyjnej dotyczą również montażu zewnętrznej, paroprzepuszczalnej i wodoszczelnej membrany dachowej. Także w tym przypadku decydujące znaczenie dla wiatro i wodoszczelności mają trwałe połączenia pasm membrany z przyległymi elementami. Membrana ta spełnia również funkcję drugiej warstwy zabezpieczającej przed wodą, zwłaszcza w dachach pod tzw. nieciągłymi pokryciami dachowymi. W związku z tym obróbki dekarskie okapów i przejść dachowych, jak np. połączenie komina z dachem, muszą być wykonane tak, aby umożliwić łatwe odprowadzanie wody, oczywiście bez uszczerbku dla stałej wiatroszczelności.

Trwałość, czyli długi okres użytkowania

Wszystkie opisane powyżej aspekty związane z montażem membran dachowych i paroizolacji znane są od lat. Nieustannie przypominają o nich także główni producenci tych elementów. Równie ważna w kontekście długotrwałej funkcjonalności membran dachowych jest ich trwałość. Na proces starzenia i związane z nim zmniejszanie efektywności izolacji bezpośredni wpływ mają warunki otoczenia podczas montażu i użytkowania.

Ciepło i promieniowanie ultrafioletowe przyśpieszają proces starzenia

Przykład pęknięć kruchej warstwy funkcjonalnej w membranie trójwarstwowej. Problem ten, chociaż niewidoczny gołym okiem, stanie się niewątpliwie zauważalny pod mikroskopem lub gdy dach zacznie przeciekać.

Głównymi czynnikami wpływającymi na pogarszanie efektywności membran dachowych są temperatura i promieniowanie UV. Niezależnie od postaci membran – jednowarstwowej czy wieloskładnikowej – tylko jedna warstwa odpowiada za wiatroszczelność, wodoszczelność i paroprzepuszczalność. Jest to tzw. warstwa funkcjonalna, której jakość i grubość mają kluczowe znaczenie dla trwałości i efektywności membrany jako całości.

Starzenie zmniejsza efektywność

Temperatura i promieniowanie UV mają wpływ na starzenie się membran dachowych, w tym także warstwy funkcjonalnej. Starzenie to jest wynikiem chemicznych lub fizycznych procesów, które w zależności od intensywności i długości działania czynników zewnętrznych, bardziej lub mniej zmniejszają skuteczność warstwy funkcjonalnej. To z kolei osłabia, a nawet całkowicie redukuje ochronę przed wiatrem i wodą, jak również ma negatywny wpływ na takie właściwości, jak odporność na rozdzieranie i wytrzymałość mechaniczna.

Niespodziewanie wysokie temperatury

Podczas montażu pod membraną dachową zamontowaną na izolacji cieplnej dachu, który jest stale wystawiany na działanie czynników atmosferycznych, mogą wystąpić niespodziewanie wysokie temperatury. Niekiedy przekraczają one nawet 80°C. Co ciekawe, nie wiąże się to z wysoką temperaturą powietrza, ale raczej z pozycją słońca (które w środku lata może znaleźć się niemal prostopadle nad głową) oraz kolorem membrany (jasna membrana nie nagrzeje się tak bardzo jak ciemna). Te niespodziewanie wysokie temperatury – w zależności od ich częstotliwości i okresu występowania – wpływają znacznie na starzenie membrany, a tym samym na jej efektywność.

Uszkodzenia spowodowane promieniowaniem UV

Zanim dach zostanie zakryty, membrany dachowe poddawane są promieniowaniu UV światła słonecznego. Zależnie od składu chemicznego danej membrany długotrwałe promieniowanie UV może spowodować, że jej tworzywo stanie się kruche. I odwrotnie – membrany dachowe (włączając warstwę funkcjonalną) mają krótką, średnią lub długą stabilność UV, w zależności od ich składu chemicznego. Stabilność UV można zwiększyć, uzupełniając recepturę wytwarzania membran o odpowiednie składniki.

Ryzyko wynikające z wystawienia na działanie czynników zewnętrznych

Po montażu membran dachowych proces starzenia na skutek temperatury ściśle wiąże się ze starzeniem w wyniku promieniowania UV. Podczas robót budowlanych dachy z zamontowaną już membraną dachową często przez dłuższy czas są wystawiane na działanie czynników zewnętrznych – do czasu gdy zostaną pokryte dachówkami bądź innym tworzywem. Niekiedy dochodzi do przekroczenia określonego przez producenta dopuszczalnego okresu wystawiania membran dachowych na działanie danego czynnika. W takim przypadku można założyć, że efektywność warstwy funkcjonalnej została trwale osłabiona, nawet jeśli na pierwszy rzut oka membrana wydaje się pełnowartościowa.

Wysokie temperatury dachu

W okresie użytkowania pokrycia dachowego – w zależności od jego materiału i koloru, a także od kierunku nachylenia dachu – mogą występować procesy starzenia wywołane skrajnie wysokimi temperaturami. W wyniku takich temperatur proces starzenia stale postępuje (mimo istnienia przestrzeni wentylacyjnej), a membrana może zacząć pękać. Czasami tego rodzaju uszkodzenia są widoczne po usunięciu pokrycia dachowego (jak np. po gwałtownych burzach w Niemczech na początku 2007 r.). Na proces starzenia może niewątpliwie wpływać połączenie takich czynników jak: jakość materiału, grubość warstwy funkcjonalnej, okres, w jakim jest ona wystawiona na działanie czynników atmosferycznych po zamontowaniu, oraz częstość występowania szczytowych temperatur w okresie wielu lat.

Mikropęknięcia

Mimo iż widoczne na tym zbliżeniu pęknięcia w warstwie funkcjonalnej są bardzo małe (w tym przypadku krótsze niż około 1 mm między czerwonymi znakami), tej membrany dachowej nie można już uznać za wodoszczelną.

Czasami wystarczy przekroczyć zalecany przez producenta okres wystawiania danego wyrobu na działanie czynników zewnętrznych zaledwie o kilka dni lub tygodni, aby całkowicie zniszczyć jego efektywność. Szczególnie narażone na ryzyko są membrany trójwarstwowe z mikroporowatym filmem, charakteryzujące się wyjątkowo cienką warstwą funkcjonalną. Promieniowanie UV, wysoka temperatura, wiatr i zmęczenie mechaniczne to powszechnie znane czynniki powodujące starzenie. W wyrobach kompozytowych, mikroporowaty film funkcyjny może stać się kruchy, co prowadzi do powstania mikropęknięć, które są widoczne nie tylko selektywnie miejscowo, lecz występują rozlegle na całej membranie. Stanowi to szczególny problem, ponieważ różnicę między nienaruszoną a uszkodzoną membraną kompozytową trudno zauważyć gołym okiem (patrz zdjęcie pokazujące mikroskopijne pęknięcia w membranie trójwarstwowej zbyt długo wystawionej na działanie promieniowania UV). Zwykle problem ten staje się zauważalny dopiero wtedy, gdy dach zaczyna przeciekać.

Jakość

Wartości temperatury powierzchni dachu i temperatury powietrza na zewnątrz w 3 dniach lutego i sierpnia 1998 roku. Wykresy wskazują, że temperatura powierzchni dachu osiąga 80°C lub więcej niezależnie od temperatury powietrza na zewnątrz budynku.

Ogólna świadomość dotycząca jakościowej wrażliwości membran dachowych i ściennych stale rośnie w całej Europie. Przyczyniło się do tego wprowadzenie nowych zharmonizowanych norm dotyczących wyrobów podkładowych (EN 13859-1 – Wyroby podkładowe do nieciągłych pokryć dachowych oraz EN 13859-2 – Wyroby podkładowe do ścian). W myśl tych przepisów producenci są zobowiązani do deklarowania właściwości użytkowych po sztucznym starzeniu w zakresie wodoszczelności, wytrzymałości i rozciągliwości. Jest to również niezbędne w celu uzyskania znaku CE. O wzroście zainteresowania problemem jakości może świadczyć przygotowywany obecnie w Niemczech dokument. Stowarzyszenie „Central Association of German Roofing” (ZvDH) we współpracy z czołowymi producentami pracuje nad stworzeniem arkusza specyfikacji wyrobu w odniesieniu do membran dachowych. Opracowany w lipcu 2006 r. projekt tego dokumentu zawiera m.in. takie elementy jak odpor- ność na temperaturę i ulewny deszcz, a ponadto nakłada wymóg informowania o efektywności membrany po określonym zestarzeniu. Są to jednak zaledwie próby wskazywania na różnice między wyrobami. Docelowo należało by jednak doprowadzić do wykorzystywania wyrobów wysokiej jakości, zwłaszcza w kontekście kosztów naprawy związanych ze stosowaniem nieodpowiadających normom membran dachowych. Inaczej mówiąc, wysoka jakość się opłaca. Jeśli jakiś producent w celu obniżenia ceny zrezygnuje ze stosowania droższych dodatków w procesie technologicznym lub znacznie zmniejszy grubość warstwy funkcjonalnej, jakość wyrobu zostanie istotnie obniżona.

Podsumowanie – spełnienie wymagań

Oczekuje się, że izolacje paroszczelne w nowoczesnych ścianach oraz membrany dachowe będą spełniać szereg wymogów, koncentrujących się na trwałej szczelności materiału i jego montażu. Co więcej, membrany dachowe zawsze podlegają dodatkowemu naprężeniu wskutek oddziaływania ciepła i promieniowania UV podczas montażu, a niekiedy również podczas użytkowania. Jakość wyrobu, a zwłaszcza jakość warstwy funkcjonalnej ma kluczowe znaczenie na przykład w odniesieniu do funkcjonowania membran dachowych jako drugiej warstwy zabezpieczającej przed przeciekaniem. Wyroby te powinny odpowiadać oczekiwaniom użytkowników i pełnić ściśle określoną funkcję przez cały okres użytkowania dachu.

Autor: Carlo Weber, DuPont Building Innovations, European Technical Marketing Department (Wydział Europejski Marketingu Technicznego) Źródło: Feuchtesicherheit unbelüfteter Blechdächer; auf die Dampfbremse kommt es an! – Hartwig M. Künzel, Theo Großkinsky. Sonderdruck aus wksb 43 Jahrgang (1998), heft 42, Seite 22-27 – Grafik von Seite 25.