Paroizolacja

Powietrze to nie tylko tlen i azot — zawiera zawsze niewielką ilość pary wodnej, niewidocznej, gazowej wody. Ile dokładnie, zależy od temperatury.

Ciepłe powietrze może utrzymać znacznie więcej pary niż zimne. To klucz do całego zagadnienia. Liczby z kompendium AMU-Syd ilustrują to wyraźnie [Grundlæggende isolering s.18]:

• Przy 30 °C powietrze może zawierać maksymalnie 30 g wody na m³
• Przy 20 °C: ok. 17 g/m³
• Przy 7 °C: ok. 7 g/m³
• Przy 0 °C: ok. 4,5 g/m³

Gdy ciepłe, wilgotne powietrze spotyka zimną powierzchnię, warstwa powietrza tuż przy powierzchni się ochładza. Zimna warstwa powietrza nie może już utrzymać całej pary wodnej, a nadmiar kondensuje się — skrapla — w ciekłą wodę. To dokładnie ta sama fizyka co:

• Krople na zewnątrz zimnej puszki coli. Wyjmij ją z lodówki o temp. 5 °C do pomieszczenia o temp. 22 °C i wilgotności 60 %: punkt rosy w pomieszczeniu to 13,9 °C, a 5 °C puszki jest znacznie poniżej. Rezultat: widoczne krople wody.
• Lustro w łazience po prysznicu. Szklana powierzchnia lustra jest nieznacznie zimniejsza niż nasycone parą powietrze, a para osiada jako mgła.
• Sakwa zimą — ciepła para z oddechu spotyka zimną wewnętrzną stronę kurtki zimowej i zamienia się w wilgoć w ubraniu.

W izolacji technicznej problem jest taki sam — tylko w znacznie większej skali i z długotrwałymi konsekwencjami. Rura chłodnicza o temp. 7 °C w serwerowni lub kuchni przemysłowej będzie miała temperaturę powierzchni poniżej punktu rosy pomieszczenia. Para w powietrzu pomieszczenia będzie wędrować w stronę rury, a każda skroplona kropla nie znika — gromadzi się w izolacji, niszczy wartość λ, koroduje rurę i w końcu kapie na sufit poniżej.

Paroizolacja to fizyczna bariera, która zatrzymuje wędrówkę pary, zanim dotrze ona do zimnej powierzchni.

Para wodna jest gazem i jak wszystkie gazy przemieszcza się od wysokiego ciśnienia ku niskiemu ciśnieniu. Ciśnienie pary w danej ilości powietrza zależy od dwóch rzeczy:

1. Ile pary powietrze faktycznie zawiera (wilgotność bezwzględna)
2. Ile pary powietrze może utrzymać w swojej temperaturze (ciśnienie nasycenia)

Ciepłe powietrze ma wyższe ciśnienie nasycenia niż zimne. Nawet jeśli dwie ilości powietrza mają tę samą wilgotność względną (RF %), cieplejsze powietrze ma wyższe ciśnienie pary.

Daje to dwa scenariusze w izolacji technicznej:

Ciepłe rury (powyżej temperatury pomieszczenia — ciepłownictwo, ciepła woda użytkowa, para): Wewnątrz rury zwykle nie ma istotnie wyższego ciśnienia pary niż na zewnątrz — strumień medium to woda lub para, a metalowa ścianka rury jest praktycznie paroszczelna. Nawet gdyby powierzchnia rury była wilgotna, para dyfundowałaby od wewnątrz NA ZEWNĄTRZ ku chłodniejszemu powietrzu pomieszczenia. Jest to nieszkodliwe, ponieważ para przemieszcza się z dala od rury — nigdy nie dociera do zimnej powierzchni, na której mogłaby się skroplić. Dlatego na ciepłych rurach zwykle nie jest wymagana paroizolacja — jedynie przeciw stratom energii [isover-hvac-haandbog s.11].

Zimne rury (poniżej temperatury pomieszczenia — woda lodowa, czynnik chłodniczy, kondensat): Powierzchnia rury jest chłodniejsza niż otoczenie, więc powietrze tuż przy rurze jest ochłodzone i ma niskie ciśnienie pary. Cieplejsze powietrze pomieszczenia ma wyższe ciśnienie pary. Para dyfunduje OD ZEWNĄTRZ DO WEWNĄTRZ ku rurze. Po drodze para przechodzi przez izolację, gdzie temperatura stopniowo spada ku rurze. Gdzieś wewnątrz materiału para osiąga swój punkt rosy i kondensuje się wewnątrz izolacji. Najpierw jako niewidoczna wilgoć, potem jako krople, potem jako spływająca woda, potem jako korozja na rurze.

Na zimnej rurze parę trzeba zatrzymać, zanim dotrze do zimnej powierzchni. To jest cały sens paroizolacji.

Reguła jest prosta i decydująca: paroizolacja zawsze znajduje się po ciepłej stronie.

Dla początkującego nie jest to intuicyjne. W konstrukcji budowlanej oznacza to: paroizolacja znajduje się najgłębiej, od strony ciepłego salonu, a nie najbardziej zewnętrznie od strony klimatu zewnętrznego [bolius.dk efterisolering-fugt-og-dampspaerre].

Na instalacji rurowej logika się odwraca i może wydawać się kontrintuicyjna:

• Ciepłe rury: Ciepła strona jest najgłębiej przy rurze. Własna metalowa ścianka rury jest zwykle wystarczającą paroizolacją — nie jest wymagana żadna dodatkowa warstwa.
• Zimne rury: Ciepła strona jest najbardziej zewnętrznie od strony pomieszczenia. Paroizolacja musi znajdować się całkiem na zewnątrz izolacji — jako folia aluminiowa, powłoka aluminiowa lub paroszczelny płaszcz zewnętrzny.

Jeśli ktoś przychodzi z branży budowlanej i myśli „paroizolacja = folia plastikowa najgłębiej", może popełnić błąd na zimnych rurach. Tutaj logika jest odwrócona — i jest to jedno z najczęstszych źródeł szkód od kondensacji: paroizolacja jest umieszczona błędnie lub całkowicie pominięta.

Reguła kciuka: Narysuj wykres temperatury przez izolację. Znajdź, gdzie temperatura jest na poziomie punktu rosy pomieszczenia (zwykle 10–15 °C). Paroizolacja powinna leżeć po ciepłej stronie tego punktu — w przeciwnym razie wilgoć ryzykuje kondensację wewnątrz, między paroizolacją a rurą.

Paroszczelność materiałów opisuje się dwoma równoległymi pojęciami:

• Wartość μ (wartość my): Liczba bezwymiarowa. „Ile razy gorzej materiał przewodzi parę wodną niż nieruchome powietrze?" Powietrze ma μ = 1, wełna szklana ma μ ≈ 1 (otwarta), folia PE ma μ ≈ 100.000, kauczuk komórkowy μ ≥ 10.000, Foamglas μ = ∞.
• Wartość sd (równoważny słup powietrza, m): μ × grubość materiału w metrach. „Jak gruby słup powietrza byłby potrzebny, aby dać taki sam opór dyfuzyjny?" Folia PE o grubości 0,15 mm z μ = 100.000 ma sd = 100.000 · 0,00015 m = 15 m. Realistyczne wartości podawane są często wyższe (50–80 m) [danskfacadepuds.dk].

W duńskim budownictwie napotyka się także wartość Z (GPa·s·m²/kg) — alternatywną miarę oporu dyfuzyjnego pary wodnej stosowaną w starszych normach. Paroizolacja z Z ≥ 50 GPa·s·m²/kg jest zwykle wystarczająca w konstrukcjach budowlanych [BYG-ERFA ordbog Z-værdi]. W izolacji technicznej niemal zawsze stosuje się μ i sd.

Co liczby oznaczają w praktyce?

• sd < 0,5 m = paroprzepuszczalne. Materiał jest praktycznie przepuszczalny. Zwykła farba, płyta gipsowa, wełna mineralna.
• sd 0,5 – 50 m = częściowo parohamujące. Niektóre płyty specjalne, folia PE w cieńszych wersjach, pianka PUR.
• sd 50 – 1.500 m = silny parohamulec. Folia PE 0,15 mm, płaszcz PVC, kauczuk komórkowy.
• sd ≥ 1.500 m = skuteczna paroizolacja. Folia aluminiowa ≥ 50 µm, wełna szklana z powłoką aluminiową, Foamglas. Praktycznie paroszczelne.

Do izolacji przeciwroszeniowej na zimnych rurach celem jest sd ≥ 1.500 m — zwykle realizowane przez powłokę aluminiową i pełne taśmowanie wszystkich połączeń.

Struktura komórkowa materiału decyduje, czy może on sam działać jako paroizolacja, czy też wymaga osobnej bariery na zewnątrz.

Otwartokomórkowy — para wodna przechodzi łatwo:

• Wełna mineralna (wełna szklana, wełna skalna) — włókna z przestrzeniami powietrznymi pomiędzy. μ ≈ 1, sd ≈ 0 m. Para przechodzi jak przez wolne powietrze. Wełna mineralna dlatego zawsze wymaga osobnej paroizolacji na zimnych rurach.

Zamkniętokomórkowy — sam materiał jest barierą parową:

• Kauczuk komórkowy (AF/Armaflex, Kaiflex KKplus, K-Flex) — μ ≥ 10.000. Przy 13 mm kauczuku komórkowego uzyskuje się sd ≈ 130 m, a przy 19 mm sd ≈ 190 m. To powód, dla którego kauczuk komórkowy jest standardem na wewnętrznych rurach chłodniczych — paroizolacja jest wbudowana [cellegummi.md] [Cellegummi slanger.pdf s.3].
• Cellular glass (Foamglas) — μ = ∞. W pełni paroszczelny. Może nawet przetrwać zarysowanie powierzchni, ponieważ dyfuzja odbywa się komórka po komórce przez miliony zamkniętych szklanych ścianek [cellular-glass.md].
• Otuliny PIR/PUR — pianka zamkniętokomórkowa, μ zwykle 50–200. Mniej paroszczelne niż kauczuk komórkowy, ale często łączone z folią aluminiową na zewnątrz do zadań przeciwroszeniowych.

Konsekwencja dla wyboru systemu:

• Wełna mineralna + folia aluminiowa + taśma = klasyczne i tanie, ale tylko tak dobre, jak szczelna jest paroizolacja. Przerwana folia, wełna napełnia się wodą, a λ rośnie gwałtownie. To najczęstsza szkoda od kondensacji w Danii.
• Kauczuk komórkowy, montowany z prawidłowym klejem i zamkniętymi połączeniami, ma wbudowaną paroizolację. Mniej słabych punktów — dlatego pierwszy wybór na zwykłych wewnętrznych rurach chłodniczych.
• Foamglas to rozwiązanie ostateczne, ale 3–5× droższe. Stosowane tam, gdzie szkoda od wilgoci byłaby katastrofalna: offshore, rury kriogeniczne, duże instalacje procesowe [cellular-glass.md].