Roofs 2021-03-58 Condensatierisico’s bij daken boven gekoelde ruimten – de valkuilen

Special Energie en Isolatie

Recentelijk is Nieman-Kettlitz betrokken geweest bij drie min of meer gelijkende schadegevallen. Bij al die daken was er sprake van gekrompen PIR-isolatieplaten, en bij één zelfs in combinatie met schotel-vorming. Als gevolg hiervan tekenden de isolatieplaten zich duidelijk af in de dakbedekking en was men bang dat de zo ontstane naden tussen de isolatieplaten tot extra koelkosten zouden leiden. Bij alle drie de gevallen trad er structureel lekkage op, met name bij warm en zonnig weer. Meerdere instanties hadden reeds adviezen gegeven en er waren ook reparaties aan de dakbedekking uitgevoerd, echter zonder een noemenswaardig positief effect.

Ir. O. Kettlitz, ing. W. Slagter (Nieman-Kettlitz Gevel- en Dakadvies BV)

Situatie

In alle gevallen werd de isolatieleverancier aangesproken op het afwijkende gedrag van de door deze geleverde isolatie. Steeds was het antwoord dat de isolatie aan de al daarvoor geldende testen – ook inzake krimpgedrag – voldeed. (De eventuele invloed van de kwaliteit van de isolatieplaten wordt in dit artikel verder buiten beschouwing gelaten.)

Uit de verstrekte informatie kwam naar voren dat er in alle drie de gevallen sprake was van een mechanisch bevestigde kunststofdakbedekking met daaronder een mechanisch bevestigde isolatie, beide bevestigd aan een dak van geprofileerde staalplaten. Wat betreft de aanwezige dampremming waren er wel verschillen. Het eerste dak had helemaal geen dampremmende laag in de opbouw (uitgezonderd de dakbedekking zelf), het tweede dak had een dampremmende laag direct onder de (dampremmende) kunststof dakbedekking en het derde dak een dampremmende laag onder de isolatie (naast de dakbedekking aan de buitenzijde).

De ruimten onder de betreffende daken werden gekoeld tot temperaturen tussen de 4 en 9 ºC, steeds in combinatie met een hoge tot zeer hoge relatieve luchtvochtigheid. Bij insnijding bleek er in alle drie de gevallen sprake van water opgesloten in de dakconstructie: op de isolatie, in de isolatie, op de dampremmende laag (alleen die onder de isolatie) en op de stalen dakplaten.

Analyse

Lekkages, die optreden afhankelijk van de buitentemperatuur en niet afhankelijk van regen en wind, wijzen vrijwel altijd in de richting van een condensatieprobleem. Condensatie bij platdakconstructies tijdens warm weer kan twee oorzaken hebben: luchtstromingen van warme lucht naar een koudere ruimte en/of oppervlak of het uitdampen van ingesloten vocht. De eerste situatie is alleen aan de orde als er binnen (aanzienlijk) lagere temperaturen heersen dan buiten, ­inderdaad zoals bij een koelhuis. Echter in het vlak kunnen er door de hoge dichtheid van de isolatie geen lucht­stromingen optreden (wel een risico bij aansluitingen!), zodat deze bron bij vocht in het vlak en dat over grotere oppervlakken, uitgesloten kan worden. Blijft over: uitdampen van ingesloten vocht.

Dan resteren er twee vragen:

  • Waar komt dit ingesloten vocht vandaan?
  • Waarom geeft dit ingesloten vocht schade en overlast in de vorm van vervormde isolatie en lekkages?

Waar komt het ingesloten vocht vandaan?

Daar zijn meerdere antwoorden op mogelijk, afhankelijk van het tijdstip waarop de koeling in gebruik wordt genomen, de mate van koeling, de exacte opbouw van de dakconstructie en de omstandigheden tijdens de bouw.

Uitgaande van een opbouw zonder een dampremmer aan de binnenzijde en alleen dus een dampremmer aan de buitenzijde in de vorm van de dakbedekking eventueel ­ondersteund door een dampremmer tussen deze afwerklaag en de isolatie, zijn er in principe twee mogelijkheden:

  1. Een geruime periode tussen het realiseren van de dakconstructie en het opstarten van de koeling.

Als er meer dan een maand tot een aantal maanden (in een koudere periode) overheen gaan voordat de koeling in gebruik wordt genomen, dan vindt het vochttransport door het dak in omgekeerde richting, van binnen naar buiten, plaats dan in de gebruiksfase. Omdat er geen dampremmer aan de binnenzijde zit, is de kans op condensatie op de overgang dakisolatie/dakbedekking (al of niet inclusief ­aanvullende dampremmende laag) aanwezig. Als er ook nog eens sprake is van een aanzienlijke hoeveelheid bouwvocht, denk bijvoorbeeld aan een drogende betonvloer, dan is dit risico zelfs groot te noemen.

  1. Insluiten van vocht tijdens de bouw.

Het vocht in de opbouw kan ook van boven in plaats van onder komen. Met name bij staaldaken is de kans beduidend dat er onder de isolatie en op het staaldak tijdens de bouw water ingesloten raakt. Ook de isolatie kan als gevolg van een onjuiste opslag en/of het aanbrengen van een oppervlak dat niet gelijk c.q. binnen een dag waterdicht kan worden afgewerkt, vochtig tot nat worden. Dit vocht zit vervolgens opgesloten en zal er in de tijd uit moeten. Bij normale binnencondities kan dit al een probleem opleveren, maar bij koelhuizen vormt dit een extra probleem. Uitdroging naar buiten wordt sterk bemoeilijkt door de dampremmende werking van de dakbedekking en als aan deze zijde ook nog eens een dampremmende laag zit, wordt dat nagenoeg onmogelijk. Naar binnen toe dan? Dat is dan de enige weg, maar de binnenlucht is in afwijking met ‘standaard’ gebouwen koud. En koude lucht neemt geen of nauwelijks vocht op. Dus ingesloten vocht dat naar binnen toe probeert uit te drogen, makkelijker gemaakt omdat aan deze zijde een dampremmer ontbreekt, condenseert en zorgt voor druppelen uit de dakconstructie en dus voor overlast. Men verbaast zich er dan vaak over dat het ‘lekt’ terwijl het niet regent en de zon schijnt. Dit is een proces dat bovendien in principe jaren kan duren!

Uitgaande van een opbouw met dampremmende laag aan de onderzijde van de isolatie is er ook een aantal mogelijke oorzaken. In de eerste plaats is dat het reeds genoemde risico van vanaf de bouw ingesloten vocht. Als dit tussen de dampremmer en de dakbedekking zit met ook nog eens koude lucht in de onderliggende ruimte, is enige vorm van uitdroging nagenoeg onmogelijk. Men merkt in eerste ­instantie niets maar het gedurende jaren en jaren opgesloten vocht zal uiteindelijk de degradatie van de dakmaterialen inluiden en versnellen. Ook kan de verkleving van de overlappen van de dampremmende laag gaan verzepen waardoor er alsnog op termijn (schijnbaar onverklaarbare) lekkages beginnen op te treden.

Naast deze overeenkomende oorzaak is er bij de aanwezigheid van een dampremmende laag (inclusief de dakbedekking) aan beide zijden van de isolatie sprake van een nog een mogelijke oorzaak voor vocht in de opbouw:

  1. Onjuiste afstemming van de dampremmende werking van de dampremmer aan de binnenzijde op de damp­remmende werking van de dakbedekking (al of niet inclusief nog een extra dampremmende laag onder de dakbedekking).

Dit kan nauw blijken te sluiten, zowel in de opstartfase als tijdens de gebruiksfase van het betreffende gebouw. De dampremmende werking van beide lagen en met name hun onderlinge verhouding dient hierop te zijn afgestemd.

Is er sprake van een periode van meer dan een maand tot meerdere maanden tussen de realisatie en het opstarten van de conditionering dan ligt het voor de hand de dampremming aan de binnenzijde hoger te maken dan aan de buitenzijde. Maar bij binnentemperaturen die in de gebruiksfase de 0 ºC beginnen te naderen, zal het noodzakelijk kunnen blijken de dampremming aan de buitenzijde hoger te maken dan aan de binnenzijde. Hier kan in potentie zelfs sprake zijn van een conflicterende situatie.

Schade en overlast in de vorm van vervormde ­isolatie en lekkages

Reeds is gesproken over de degradatie van de dakmate­rialen indien deze langere tijd vochtig tot nat blijven, van minder dan een jaar tot vele jaren. Dit vocht zal in de ­zomer door opwarming (deels) verdampen en al of niet door uitdruppelen vanuit de dakconstructie iets worden afgevoerd. Maar het overgrote deel van dit vocht zal bij afkoeling ook weer condenseren tussen en ook deels in de isolatie. Dit proces herhaalt zich vele malen met een zeer negatief effect op de toegepaste materialen, met name de PIR-isolatie.

Er zijn officiële normen en testmethoden die dimensionale stabiliteit en krimp van PIR in de praktijks-situatie te ­simuleren om vervolgens de resultaten van deze testen te kunnen toetsen aan genormeerde grenzen. Deze normen en testen houden echter geen rekening met de hiervoor omschreven zich herhalende vochtcondities. Dikwijls zal er dus als gevolg van het met regelmaat verdampende en weer condenserende ingesloten vocht een krimp en vervorming optreden die deze genormeerde grenzen (ver) overschrijden zonder dat de verklaring hiervoor in het isolatiemateriaal gevonden kan worden. Een aanwezige cacheerlaag lijkt hierbij geen doorslaggevende rol te spelen.

In eerste instantie gaan hierbij de isolatieplaten zich in de dakbedekking aftekenen, in tweede instantie ontstaan er naden tot wel meer dan een centimeter breed tussen de platen. Tenslotte kunnen de PIR-platen beginnen te schotelen (mede afhankelijk van het vocht- en temperatuurverloop over de isolatie).

Bij ingesloten vocht dat niet naar binnen toe kan verdampen, zijn deze vervormingen meestal het eerste signaal dat er iets mis is. Dit kan pas meerdere jaren na oplevering zijn. Men begint zich zorgen te maken over mogelijke schade aan de dakbedekking, over extra energieverlies via de naden tussen de isolatie-platen en uiteindelijk over vergaande aantasting van materialen.

Bij ingesloten vocht dat wel naar binnen toe kan verdampen en vervolgens condenseren, is het moment van constatering korter maar ook dan gaan er soms jaren overheen omdat men de oorzaak in onvolkomenheden aan de dakbedekking en dakaansluitingen blijft zoeken. Allerlei reparaties worden doorgevoerd om de vermeende lekkages te doen stoppen maar, wellicht afgezien van enkele incidentele gebreken aan de dakbedekking, blijkt niets effectief.

Rekenkundige toelichting

Uit de tabel met berekeningsresultaten blijkt dat er uitgaande van een maximaal toegestane vocht-accumulatie in de dakopbouw van 6 gram per m2 over 5 jaar en bij een relatieve luchtvochtigheid van 90% er bij temperaturen
van 7 ºC of lager geen dampremmende laag aan de binnenzijde van de isolatie toegevoegd behoeft te worden (opbouw 1.) en dat een extra dampremmende laag in dat geval direct onder de dakbedekking (opbouw 4.) geen toegevoegde waarde biedt. Een gematigd dampremmende laag aan de onderzijde van de isolatie dient (bij afwezigheid van extra dampremming direct onder de dakbedekking) onder een binnentemperatuur van 6 ºC achterwege gelaten te worden. Boven de 7 ºC is deze dus wel gewenst c.q. vereist. Sterk dampremmende lagen aan de binnenzijde (opbouw 3. en 6.) dienen niet te worden toegepast (binnen het gegeven temperatuursbereik). Opbouw 5. met een gematigde (toegevoegde) dampremming aan beide zijden van de isolatie biedt het breedste toepassingsgebied.

Hierbij is wel een aantal relativerende opmerkingen op zijn plaats. Als de vochtigheid binnen lager is, zal dit over het algemeen gunstiger zijn. Ook gaat het hier om een theoretische benadering van de realiteit. Een afwijkende waarde van de dampremming gerealiseerd in de praktijk (denk bij-voorbeeld aan niet overal volledig afgeplakte overlappen) kan al duidelijke consequenties hebben. Ook eventueel afwijkende condities vóór het opstarten van de koel­installaties moeten soms worden meegenomen.

Wat altijd geldt, en wat van groot belang is binnen het kader van dit artikel, is het feit dat als er al een bepaalde mate van drogingscapaciteit aanwezig is, deze altijd maar zeer beperkt is. Dat verklaart waarom vanaf de bouw ­ingesloten vocht nauwelijks kan uitdrogen en nog jarenlang aanwezig kan zijn.

Conclusie

Bij het ontwerpen en toepassen van een platdakconstructie boven een gekoelde ruimte verdient de vochthuishouding van het dak nog meer aandacht dan bij ‘standaard’ binnencondities, waarbij een aantal bouwfysische berekeningen niet kunnen en mogen ontbreken. Om deze correct te kunnen uitvoeren dient vooraf bekend te zijn of er een periode van langer dan ca. één maand is (in een koudere periode) ­tussen realisatie en opstarten van de koeling.

Verder dienen de condities (temperatuur en relatieve luchtvochtigheid) direct onder het dak vooraf nauwkeurig, inclusief eventuele fluctuaties, te zijn omschreven. Zijn deze waarden niet bekend en gaat men toch beginnen, dan neemt men aanzienlijke risico’s.

En tijdens de uitvoering dient men extra zorg te besteden aan het droog houden van de toe te passen isolatie en te voorkomen dat er op het (staal)dak water blijft staan of onder het reeds gerealiseerde deel kan stromen. Dit om insluiting van vocht uit te sluiten. Stroomt er toch regenwater via cannelures onder de reeds gerealiseerde delen, dan is eigenlijk alleen sloop hiervan een optie. Het resultaat van geforceerde droging, al of niet middels ontluchtingspijpjes, is zeer ongewis. Sowieso komt men dan tot een intensief patroon van deze pijpjes om tot enig resultaat te kunnen komen, met alle consequenties voor de dakbedekking van dien. En treedt de krimp van de isolatie reeds op dan is deze ‘oplossing’ al per definitie zinloos.