БАЛАНС ВОЛОГОСТІ В ДЕРЕВ’ЯНОМУ БУДИНКУ

Гігротермічний баланс дерев’яного будинку — це динамічна рівновага між вологістю деревини та вологістю повітря навколишнього середовища. Деревина, як природний полімер, є гігроскопічним матеріалом, що означає її здатність абсорбувати та виділяти водяну пару. Цей процес відомий як сорбція та десорбція. Кожен вид деревини має свою унікальну рівноважну вологість, яка залежить від відносної вологості та температури повітря. Наприклад, при відносній вологості 50% та температурі +20 °C, рівноважна вологість деревини становить близько 9-10%. Відхилення від цього показника впливають на ключові експлуатаційні властивості.

Одним із найважливіших наслідків зміни вологості є коливання розмірів деревини – усушка та розбухання. Ці явища можуть призвести до появи тріщин, деформацій та порушення герметичності конструктивних вузлів, що створює ‘містки холоду’ та шляхи для проникнення небажаної вологи. Згідно зі стандартами, наприклад, для клеєного бруса, допустимі коливання вологості під час експлуатації не повинні перевищувати 2-3%, щоб мінімізувати ці ризики.

Крім того, вологість має прямий вплив на теплопровідність деревини. Вода, що міститься в порах деревини, має значно вищий коефіцієнт теплопровідності (λ ≈ 0.6 Вт/(м·К)) порівняно з сухою деревиною (λ ≈ 0.13-0.18 Вт/(м·К) для сосни). Це означає, що навіть невелике збільшення вологості деревини в конструкції, наприклад, з 12% до 18%, може підвищити її теплопровідність на 20-30%. Це прямо суперечить принципам енергоефективного будівництва та вимогам ДБН В.2.6-31:2016 ‘Теплова ізоляція будівель’, який вимагає враховувати експлуатаційну вологість матеріалів при розрахунках теплотехнічних характеристик. Забезпечення стабільного гігротермічного балансу також критично для запобігання розвитку плісняви, грибка та інших мікроорганізмів, які розмножуються при вологості деревини понад 20%. Експертне проектування з урахуванням цих факторів дозволяє не тільки зберегти несучу здатність та естетику деревини, але й забезпечити здоровий мікроклімат та низьке енергоспоживання будинку.

Вибір будівельного матеріалу є вирішальним для забезпечення стабільного балансу вологості в дерев’яному будинку. Клеєний брус, особливо маркований як GL24h (згідно з європейським стандартом EN 14080), є одним з найбільш ефективних рішень для таких завдань. GL24h позначає клеєний брус з високими міцнісними характеристиками (24 МПа для згинання та розтягування), що досягається за рахунок ретельного відбору та склеювання ламелей. Однак, його переваги у контексті вологості не менш значущі.

Виробництво клеєного бруса включає примусове сушіння деревини до 8-12% вологості, що значно нижче, ніж у деревини природної вологості. Це мінімізує усушку та ризики розтріскування вже на етапі експлуатації. Сама технологія склеювання ламелей забезпечує високу стабільність форми та розмірів, що робить клеєний брус менш схильним до деформацій під впливом коливань вологості навколишнього середовища. Це дозволяє уникнути багатьох проблем, пов’язаних з негерметичністю швів та вузлів.

Крім того, при виробництві GL24h застосовуються спеціальні вологостійкі клеї, які не тільки забезпечують міцне з’єднання, але й зберігають свої властивості в умовах підвищеної вологості, запобігаючи розшаруванню. Стабільна вологість клеєного бруса на рівні 10-12% також гарантує меншу схильність до біологічного ураження (грибком, пліснявою) порівняно з деревиною природної вологості. Додатково, висока щільність та однорідність матеріалу, характерні для GL24h, сприяють більш прогнозованій поведінці щодо паропроникності та поглинання вологи, що полегшує проектування ефективних систем захисту від вологи.

Використання клеєного бруса GL24h, який відповідає строгим європейським стандартам, дозволяє будувати конструкції зі значно кращими гігротермічними характеристиками, ніж ті, що виготовлені з традиційного масиву. Це забезпечує довговічність будинку, стабільність його теплоізоляційних властивостей і створює комфортний та здоровий внутрішній мікроклімат, що є особливо важливим в умовах змінного клімату України.

Повітронепроникність оболонки будівлі є одним з найкритичніших факторів у забезпеченні ефективного балансу вологості в дерев’яному будинку. Недостатня повітронепроникність призводить до неконтрольованого переміщення повітря через щілини та нещільності в конструкції, відомого як конвективний перенос. Це явище не тільки спричиняє значні втрати тепла (до 30% і більше), але й є головним винуватцем прихованої конденсації всередині стін та покрівлі.

Тепле, вологе повітря з приміщення, проникаючи через негерметичні ділянки в холодніші шари конструкції, охолоджується до точки роси, і водяна пара перетворюється на рідину. Ця прихована конденсація може непомітно накопичуватися роками, зволожуючи деревину та теплоізоляційні матеріали. Наслідки катастрофічні: різке зниження теплоізоляційних властивостей (λ мінеральної вати може зрости в 2-3 рази при 15-20% вологості), руйнування деревини грибком та пліснявою, і навіть втрата несучої здатності. Для оцінки повітронепроникності використовується показник n50, який вимірюється методом Blower Door Test (згідно з ДСТУ EN 13829). n50 показує кількість повних змін об’єму повітря в будівлі за годину при різниці тисків 50 Па.

Для енергоефективних дерев’яних будинків в Україні рекомендовані значення n50 становлять від 1.0 до 3.0 год⁻¹ для будівель без примусової вентиляції та до 0.6 год⁻¹ для пасивних будинків з механічною вентиляцією з рекуперацією тепла. Досягнення цих показників вимагає ретельного проектування та монтажу герметизуючих шарів – спеціальних паробар’єрних та вітрозахисних мембран, які утворюють неперервний контур повітронепроникності. Стіни дерев’яного будинку, а також вузли примикань (стіна-фундамент, стіна-дах, віконні та дверні прорізи) є критичними зонами, що потребують особливої уваги. Успішна герметизація цих ділянок значно покращує як енергоефективність, так і довговічність усієї будівлі, запобігаючи неконтрольованому вологопереносу.

Крім конвективного переносу, волога може проникати в конструкції шляхом дифузії – переміщення водяної пари крізь пористі матеріали під дією парціального тиску. Для контролю цього процесу використовується показник вологопроникності, або еквівалентна товщина дифузійного опору повітря Sd (в метрах). Чим вище значення Sd, тим більший опір матеріал чинить проходженню водяної пари.

Стратегія дифузійного контролю передбачає створення багатошарової стінової або дахової конструкції, де кожен шар виконує свою функцію. Загальне правило ‘зсередини назовні’ говорить, що опір паропроникненню має зменшуватися, тобто зовнішні шари повинні бути більш паропроникними, ніж внутрішні. Це дозволяє волозі, яка все ж таки проникла в конструкцію, вільно виходити назовні, не накопичуючись усередині.

Для внутрішньої сторони конструкції, що контактує з теплим, вологим повітрям приміщення, зазвичай застосовуються пароізоляційні мембрани з високим Sd (Sd > 100 м). Вони ефективно перешкоджають проникненню водяної пари в теплоізоляційний шар. Однак, надмірна герметичність може призвести до накопичення вологи всередині приміщення, тому важлива система вентиляції.

‘Розумні’ пароізоляційні плівки є інноваційним рішенням, їх Sd-значення змінюється залежно від відносної вологості навколишнього середовища. Взимку, коли вологість усередині вища, ніж ззовні, плівка має високий Sd (наприклад, > 10 м), ефективно перешкоджаючи дифузії. Влітку, коли температура і вологість зовні можуть бути вищими, плівка стає більш паропроникною (Sd < 1 м), дозволяючи конструкції ‘просихати’ назовні. Це забезпечує активне управління вологою та додатковий захист від її накопичення. Для зовнішніх шарів застосовуються вітрозахисні мембрани з низьким Sd (< 0.5 м), що забезпечують вільний вихід пари, але при цьому захищають теплоізоляцію від вітру та зовнішньої вологи. Комплексний підхід до вибору мембран з урахуванням Sd-значень та ‘розумних’ властивостей є фундаментальним для створення довговічної та енергоефективної конструкції в українському кліматі.

Баланс вологості в дерев’яному будинку багато в чому залежить від якості виконання так званих ‘критичних вузлів’ – місць примикання різних конструктивних елементів. Саме тут найчастіше виникають проблеми з повітронепроникністю та пароізоляцією, що призводить до конденсації та пошкодження матеріалів. Детальний розбір та правильне виконання цих вузлів є запорукою довговічності та енергоефективності.

Вузол примикання стіна-фундамент: Це одна з найвразливіших зон. Для запобігання капілярному підсмоктуванню вологи з фундаменту, який має контакт з ґрунтом, обов’язкове використання надійних горизонтальних гідроізоляційних матеріалів (руберойд, спеціальні бітумні мембрани) між фундаментом та першим вінцем або обв’язувальним брусом. Також необхідно забезпечити відведення поверхневих вод від фундаменту та надійну гідроізоляцію вертикальних поверхонь фундаменту. Монтаж даху та його звиси також відіграють роль у захисті стін від прямого потрапляння опадів.

Вузол примикання стіна-дах: Цей вузол є складним з точки зору забезпечення повітронепроникності та пароізоляції. Місця з’єднання мауерлата (опорного бруса кроквяної системи) зі стіною, а також примикання пароізоляційної та вітрозахисної мембран до цих елементів, повинні бути виконані з особливою ретельністю. Всі стики мембран проклеюються спеціальними стрічками згідно з інструкціями виробника, а їхнє примикання до жорстких конструкцій (наприклад, димоходів, вентиляційних каналів) герметизується за допомогою еластичних ущільнювачів або спеціальних герметиків. Помилки тут призводять до утворення конденсату в підпокрівельному просторі, що може зруйнувати кроквяну систему та теплоізоляцію.

Віконні та дверні прорізи: Монтаж вікон та дверей вимагає створення герметичного контуру по всьому периметру. Використовуються багатошарові монтажні стрічки (пароізоляційні зсередини, паропроникні ззовні) та якісні монтажні піни, які забезпечують надійну ізоляцію від повітря та вологи. Особливо важливо захистити дерев’яні елементи коробки від прямого контакту з вологою ззовні.

Детальний інженерний розрахунок і чітке дотримання технології монтажу для кожного з цих вузлів, з урахуванням вимог ДБН та європейських стандартів, є критично важливим для створення справді енергоефективного та довговічного дерев’яного будинку в кліматичних умовах України.

Навіть при ідеально виконаній повітронепроникній оболонці та правильному виборі пароізоляційних матеріалів, внутрішні джерела вологи (дихання людей, приготування їжі, гігієнічні процедури, кімнатні рослини) можуть значно підвищувати рівень відносної вологості в приміщенні. Для підтримки оптимального балансу вологості та здорового мікроклімату необхідно інтегрувати ефективні системи вентиляції та, за потреби, осушення повітря.

Природна вентиляція через вікна або нещільності у старих будинках є неконтрольованою та часто неефективною. Вона призводить до значних втрат тепла та не забезпечує стабільного рівня вологості. Сучасні енергоефективні дерев’яні будинки, такі як будівлі з клеєного бруса з високим показником повітронепроникності (n50 < 1.0 год⁻¹), потребують примусової механічної вентиляції. Найбільш ефективним рішенням є припливно-витяжна система вентиляції з рекуперацією тепла. Така система забезпечує постійний обмін повітря, виводячи відпрацьоване, вологе повітря з приміщення та подаючи свіже, але при цьому повертаючи до 90% тепла, яке могло б бути втрачене. Будівлі з нульовим споживанням енергії (ZEB) обов’язково використовують такі системи.

Рекуператори також допомагають контролювати вологість: взимку вони запобігають надмірному осушенню повітря, а влітку – надмірному зволоженню, зменшуючи навантаження на системи кондиціонування або додаткові осушувачі. Стандарти, такі як DIN 1946-6, встановлюють вимоги до мінімального повітрообміну для забезпечення гігієнічних умов. Для житлових приміщень рекомендований рівень відносної вологості становить 40-60%. Підвищення вологості вище 65% може спричинити відчуття задухи, появу конденсату на холодних поверхнях (вікна, кути) та сприяти розвитку плісняви. У регіонах з високою середньорічною вологістю, або в приміщеннях з інтенсивним утворенням пари (ванні кімнати, кухні), можуть знадобитися додаткові локальні осушувачі повітря або більш потужні системи вентиляції. Ефективне проектування інженерних систем, що включає вентиляцію та контроль вологості, є невід’ємною частиною створення здорового та комфортного мікроклімату в дерев’яному будинку.

Проектування та будівництво дерев’яних будинків в Україні вимагає особливої уваги до балансу вологості, враховуючи специфіку національних нормативних документів та характерні кліматичні умови. Клімат України характеризується значними сезонними коливаннями температури та вологості, з холодною зимою та помірно теплим літом, що створює виклики для гігротермічної стабільності будівельних конструкцій.

Основним нормативним документом, що регулює теплову ізоляцію та вологісний режим будівель, є ДБН В.2.6-31:2016 ‘Теплова ізоляція будівель’. Цей документ вимагає проведення розрахунків теплотехнічних характеристик з урахуванням експлуатаційної вологості матеріалів, що прямо стосується дерев’яних конструкцій. Зокрема, для деревини повинні застосовуватися розрахункові значення теплопровідності, які відповідають умовам експлуатації А або Б, залежно від вологості регіону та типу приміщення. Умова А зазвичай передбачає меншу вологість, а Умова Б – підвищену, характерну для більшості регіонів України в опалювальний період.

Крім того, ДБН В.2.5-67:2013 ‘Опалення, вентиляція та кондиціонування’ встановлює вимоги до повітрообміну та параметрів мікроклімату в приміщеннях, що безпосередньо впливає на баланс вологості. Недотримання цих норм може призвести до перевищення допустимих рівнів відносної вологості в приміщеннях, що, своєю чергою, сприяє зволоженню конструкцій.

Враховуючи високий ризик прихованої конденсації в умовах України, особливо важливим є виконання вимог ДСТУ EN 13829 щодо повітронепроникності (n50) та застосування дифузійно відкритих зовнішніх шарів. Для проектування дерев’яних стін та покрівель рекомендується використовувати програмні комплекси, що дозволяють моделювати перенесення вологи та тепла протягом року (наприклад, WUFI), з урахуванням місцевих метеоданих. Це дозволяє оптимізувати вибір матеріалів (пароізоляції, утеплювача, вітрозахисту) та їх товщину, щоб забезпечити, що волога не буде накопичуватися всередині конструкції. Наприклад, для стін з клеєного бруса, необхідно особливо ретельно контролювати параметри пароізоляції з внутрішньої сторони та вітрозахисту з зовнішньої, щоб запобігти конденсації в шарі утеплювача, якщо він є. Такий підхід гарантує відповідність українським будівельним нормам та стійкість будинку до місцевих кліматичних викликів.