9
Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8 th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116 email: info@bec.info Vapor Retarders in The Hot and Humid Climate Dispelling Myths. On several occasions, I was made acutely aware how terribly misunderstood the application of this material is in the hot and humid climate. Here are just few examples from my practice: 1. Moisture, mold, and mildew discovered under a peeling wallpaper. Moisture plus extensive pest damage discovered under flooring placed over crawlspace. Both the the wallpaper and flooring materials were produced of an impermeable plastic. 2. Technical representative of a reputable material manufacturer claimed vapor retarders are necessary on the interior side of thermal insulation in order to avoid condensation in South Florida at his educational seminar. 3. Director of operations of the Northeast American branch of the largest facade engineering firms in the world, claimed during his presentation in Miami Beach last year, there is no risk of building envelope condensation in hot and humid climates such as South Florida. In response to my clarifying question, he further explained that it almost never gets cold enough in the winter in Miami to worry about condensation. 4. Every now and then I stumble upon architectural drawings, and textbook drawings exhibiting vapor retarder on the wrong side. Below is the reproduction of the CBS system popular in South Florida (CBS stands for Concrete Block Stucco). (Bad) example from the Internet. CBS system popular in South Florida. Vapor retarder pictured on the wrong side of the interior thermal insulation. 5. A project manager of the South Floridian branch of one of the "Top 10 Largest" architectural firms in the U.S. explained to me the policy of his company is to never place an impermeable material on the exterior of any facade. It came up when I submitted my forensic report showing this practice as one of the sources of failures observed in the local building his company designed. He strongly believes this policy is flawless; therefore, our observations and findings must be false. 6. A building technologist of a Northwestern branch of one of the "Top 10 Best" architectural companies in the North America denied any water vapor diffusion would occur through the polyurethane foam sprayed on a bare gypsum sheathing of an exterior stud wall covered with an openjoint metal cladding rainscreen, and located in hot and humid climate. He explained he was advised so by his building envelope consultant. He even drew a nice sketch illustrating his belief, which I thankfully saved in my growing collection of architectural goofs.

Vapor Retarders in the South

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Vapor retarder

Citation preview

Page 1: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

Vapor Retarders in The Hot and Humid Climate ‐ Dispelling Myths. 

On  several  occasions,  I was made  acutely  aware  how  terribly misunderstood  the  application  of  this 

material is in the hot and humid climate. Here are just few examples from my practice: 

1. Moisture, mold,  and mildew  discovered  under  a  peeling  wallpaper. Moisture  plus  extensive  pest  damage 

discovered under flooring placed over crawlspace. Both the the wallpaper and flooring materials were produced of 

an impermeable plastic.  

2. Technical representative of a reputable material manufacturer claimed vapor retarders are necessary on the 

interior side of thermal insulation in order to avoid condensation in South Florida at his educational seminar. 

3. Director of operations of the Northeast American branch of the  largest facade engineering firms  in the world, 

claimed during his presentation in Miami Beach last year, there is no risk of building envelope condensation in hot 

and humid climates such as South Florida. In response to my clarifying question, he further explained that it almost 

never gets cold enough in the winter in Miami to worry about condensation.  

4. Every now and then I stumble upon architectural drawings, and textbook drawings exhibiting vapor retarder on 

the wrong side. Below  is  the  reproduction of  the CBS system popular  in South Florida  (CBS stands  for Concrete 

Block Stucco).  

(Bad) example from the Internet. CBS system popular in South Florida.  

        Vapor retarder pictured on the wrong side of the interior thermal insulation. 

5. A project manager of the South Floridian branch of one of the "Top 10 Largest" architectural firms  in the U.S. 

explained to me the policy of his company is to never place an impermeable material on the exterior of any facade. 

It came up when I submitted my forensic report showing this practice as one of the sources of failures observed in 

the  local building his company designed. He strongly believes  this policy  is  flawless;  therefore, our observations 

and findings must be false. 

6. A building  technologist of a Northwestern branch of one of  the "Top 10 Best" architectural companies  in  the 

North America denied any water vapor diffusion would occur through the polyurethane foam sprayed on a bare 

gypsum sheathing of an exterior stud wall covered with an open‐joint metal cladding rainscreen, and located in hot 

and humid  climate. He explained he was advised  so by his building envelope  consultant. He even drew  a nice 

sketch illustrating his belief, which I thankfully saved in my growing  collection of architectural goofs.   

Page 2: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

As illustrated by those examples, not only architects are misinformed, but also some of their role 

models. Therefore, even though the subject is so well described in the available literature, I decided to 

add to the information overflow, by writing this short explanatory article.  

What is Vapor Retarder? 

Vapor retarders control the diffusion of water vapor; they are characterized by permeability (the rate of 

of water vapor flow) and they need to be installed in a continuous manner. Sounds simple? 

The Florida Building Code gives the following definition, which seems to be good enough for our 

purpose: 

VAPOR RETARDER. A  vapor‐resistant material, membrane or  covering  such as  foil, plastic  sheeting or 

insulation facing having a permeance rating of 1 perm (5.7 ´ 10‐11 kg/Pa × s × m2) or less, when tested 

in accordance with  the dessicant method using Procedure A of ASTM  E 96. Vapor  retarders  limit  the 

amount of moisture vapor that passes through a material or wall assembly. 

This definition also covers mechanical conduits, concrete floors, wood protection, and other uses, but 

we limit ourselves to the general bulk building envelope applications in this article.  

Why Vapor Retarder? 

Two chief reasons: 1) To control condensation, 2) To control humidity in the building. 

Where Vapor Retarder Should Go? 

The  rule of  thumb  is   assemblies  should be  layered  in an  increasing order of permeability,  starting 

from  the prevailing high‐latent‐energy  side.  It's  so  simple. This would  assure  the drying potential  in 

every climate. The tough part is to figure out where the loads are. For example, the high latent energy is 

represented by the boiling kettle on the pictures below. As you can see,  it's very easy to design  in the 

hot and humid climate, because energy flows the same direction most of the time. 

  and        

Cold and mixed climates are trickier because the   energy  flow changes direction every season. Energy 

may  also  change  direction  every  day  (think morning  dew),  but  in  this  article  we  will  conveniently 

overlook the diurnal heat cycles for sake of clarity. Therefore, placing the vapor retarder on the exterior 

Page 3: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

should  be  no  brainer  in  the  hot  and  humid  climate,  because  you  can  integrate  it  with  the  layers 

controlling air and water, without the moisture entrapment risk inherent in other climates. It also saves 

the  energy, which otherwise would  need  to be  used  to dehumidify  the  building  from  the  additional 

latent load coming via the diffusion.  

 

Vapor retarder on exterior, allowing for all‐in‐one integration of many functions in one layer. 

What Happens If There is no Vapor Retarder?  

What happens if you do not design the vapor retarder at all in the hot and humid climate?  (Remember, 

one of the leading architectural firms in this country made it its official policy.)  Either of two things:  

1)  Murphy's  Law  says  "If  anything  can  go 

wrong,  it  will."  If  your  (or  your  tenant's) 

interior  designer  decides  later  to  embellish 

the  interiors  with  something  impermeable, 

than  you may  expect  condensation  and  the 

associated  damage  to  adjacent,  moisture‐

sensitive materials,  as  well  as  the microbial 

growth.  

It's not a question if it happens, it's a question 

where;   Many materials  used  in  the  interior 

design  are  impermeable.  (think  vinyl  wall 

paper, ceramic tiles, epoxy flooring, etc.) it's a 

safe  bet  to  assume  there would  be  a  e.g.  a 

kitchen,  bathroom,  or  simply  a  piece  of 

furniture  placed  next  to  the  building 

Miami. WUFI simulation showing water content in an exterior concrete 

wall assembly with an impermeable coating on the interior surface.  

Page 4: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

envelope, which may lead to this condition.   

This  is one of the most typical condensation problems  in the South, caused by a vapor retarder on the 

"wrong  side." How do you know  there  is a problem? Your nose would probably  tell you  first, by  the 

unmistakable musty odor  (In  the new construction you may need to use your eyes  first, because new 

materials are often treated with biocides, which would wear after several months.) Blistering, peeling, 

and delamination would further indicate the issue.  

Solution?  Lawyers would  advise 

architects  to  set  up  a  sacrificial 

corporation  to  isolate  the 

architectural  malpractice  risk. 

Seriously,  you  may  want  to 

address the core  issue and place 

the  vapor  retarder  where  it's 

missing.  It's  very  easy  in  the 

typical barrier wall construction: 

just  coat  the  exterior  with  an 

impermeable  paint  and  you  are 

done.  It's  trickier  in  rainscreen 

and  drainable  veneer 

arrangements.  

 

Interior workarounds include the removal of offending materials, ventilation of cavities behind them, or 

heating these cavities to depart from Dew Point. Needless to say, these methods would also increase air 

conditioning energy costs. 

2) Keeping The Chopper in the Sky. At the remaining locations, where the vapor retarder was not placed 

on  the wrong  side,  the only downside of water vapor diffusing  into  the  interior  spaces would be  the 

increased operational cost; the interior would be more expensive and challenging to dehumidify.  

The  phenomena  responsible  for  this  symptom  is  the water  vapor  pressure  differential, which  in  the 

South may  exceed  1  inch Hg  (13.6  inches  of water)  in  the  summer.  For  comparison,  the worst‐case 

winter condensation in the cold climate is typically driven by less than 0.5 inch Hg (~6.8 inches of H2O). 

This  is  probably why  the  South  beats  North  in  both  quality  and  quantity  of  bad  cases  of moisture 

condensation. The pressure differential would be even higher across exterior partitions of a mechanical 

duct, around 1.5 inch Hg (~20 inches of H20) because air in a duct has a lower water vapor pressure. We 

often see failures in mechanical plenums designed by architects, regardless of climate.   

Also,  exterior  absorptive materials,  e.g.  brick  veneer  create water  reservoirs, which  further  increase 

exterior vapor pressures to insane levels, when sun heats them.  

Alabama: Restroom in a Hospital. Microbial growth behind the impermeable interior wall 

coating

Page 5: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

The most  typical  assembly  of  this  kind  in  the  South  is  the  6  inch  thick  concrete  precast  panel.  Its 

permeability  is around 0.7 perm at best. Such an assembly would allow a steady  flow of water vapor 

through the assembly, which would produce high air humidity readings inside, which in turn would need 

to  be  removed  by  the  air  conditioning  system,  adding  to  the  operating  costs  and  depletion  of 

environment.  

To illustrate, such a wall measuring 10ft x 10ft would transfer ~2‐3oz of water on a hot summer day. The 

additional cost of dehumidification would depend on the type and efficiency of the system.  

Another  good example of  such a wall  is a polyurethane  spray  foam  installed on a gypsum  sheathing 

pictured on the illustration reproduced on the next page   

 

Example of a rainscreen wall designed without a vapor retarder.  

Do you feel uncomfortable, your printers and copiers fail to print, envelopes glued themselves together, 

steel is covered with a thin layer of rust, millwork delaminated and bowed, pests overrun the place, and 

the musty odor explains why your employees are on a sick leave?  The trouble is the mechanical design 

is seldom coordinated with the architectural design; therefore, more  likely than not,  it did not address 

the  loads  properly,  resulting  in  the  interior  spaces  located  too  close  to  Dew  Point.  This  is  often 

manifested in old buildings retrofitted with air conditioning, but  new buildings are prone as well. 

Solutions? Installation of a vapor retarder on the exterior side of your envelope would address the core 

issue. As  above,  it's  very  easy  in  the  typical  barrier wall  construction:  just  coat  the  exterior with  an 

impermeable paint and you are done. Older  concrete buildings,  such as  the one  I am  sitting  in while 

writing these words, are often covered with numerous  layers of  inexpensive paint, which typically acts 

as  a  very  effective  vapor  retarder.  It'd  be  trickier  in  rainscreen  and  drainable  veneer  arrangements, 

where the building envelope may be inaccessible.  

Workaround include dehumidification of the supply air. However, you would need to prepare for the #1 

above,  because  as  soon  as  you  do  it, moisture would  be  encouraged  to  condense  in  your  building 

envelope, attracted by the  larger water vapor pressure differential. Also, any  interior dead spots  in air 

Page 6: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

circulation would need to be eliminated (which may require costly CFD analysis) to assure the consistent 

moisture removal.  

What Happens If The Vapor Retarder is Placed On the Interior? 

There is nothing wrong with placing the vapor retarder on the interior side of the thermal insulation, if 

one knows what one is doing.  

             

Exterior Insulation System relies on the integrity of the weather resistive barrier (WRB) behind, which should be impermeable. 

A simple field observation or a hygrothermal computer simulation (e.g. WUFI) would tell you where you 

should expect water condensation:  

 

Page 7: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

So  as  long,  as  you  can  keep  all moisture‐sensitive materials  out  of  harms way  and  drain  the water 

toward the exterior, you would devise a good, functional assembly. This  is exemplified by the exterior 

insulation  systems,  utilizing  a  moisture‐insensitive  thermal  insulation,  a  drainage  interlayer,  and  a 

waterproofing layer applied on the backing wall acting also as the vapor retarder. 

Specifications  Division 7. 

The only one physical  characteristic  that describes vapor  retarders  is  its permeability. Therefore, one 

would  reasonably  expect  the  permeability  to  be  placed  in  the  relevant  section  of  architectural 

specifications. However, regardless of the climate, the universal mistake made by specification writers is 

omitting  the only one  requirement  that actually matters.  (Vapor  retarder  is often  incorporated  in  the 

thermal insulation section; the most important physical characteristic that describes thermal insulation 

is its thermal resistance, and this requirement is also universally omitted from the specifications, but this 

would be a subject  for another article.) Specifications seldom actually  tell  the  installer which side  the 

vapor retarding facing should face, but the spatial relationships should be described on drawings.   

What Happens if Both Sides are Exterior? 

Dr. Joe Lstiburek said a parapet walls' function is 

to  confuse  architects,  while  describing  the 

common air leakage at the roof‐to‐wall interface 

stemming  from  architectural  errors  and 

omissions.  However,  we  specifically  avoided  

discussing  air  barriers  and  air  leakage  in  this 

article,  to  avoid  further  confusion.    (We would 

cover the air leakage soon.)  

Another  interesting  aspect  of  parapet  walls  is 

they  are  often  covered  with  impermeable 

roofing membrane on the side facing a roof. Also, freestanding walls, due to their high visibility, tempt 

architects  to  experiment with  different  combinations  of  exterior  finishes,  such  as  stucco  and  paint. 

Sometimes,  the  inconspicuous  side  is  left 

unfinished.  Due  to  their  double  exposure  they 

are  subjected  to  the  much  higher  heat  loads 

than  the  average  building  envelope.  The water 

vapor  pressures  generated  in  these  assemblies 

are insane (think steam engines). 

The  ultimate  result  is  similar:  unequal  drying 

capacity with one side more permeable than the 

other  side,  resulting  in  all  kinds  of  interesting 

symptoms,  such as peeling paint, efflorescence, 

and discoloration as primary examples. 

South Florida. A stained parapet wall covered with asphaltic 

membrane on the other (roof) side.

Alabama. An exterior wall around an upscale shopping mall exhibiting 

peeling paint in a spectacular way.  

Page 8: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

Dispelling The Most Common Myths. 

Below are listed the most common architectural misconceptions, accompanied by explanations: 

‐You must place a vapor retarder in your design to avoid condensation.  

Not really, unless the makeup of your assembly is already screwed up to begin with. (See the rule of 

thumb above for reference.)  Although the inclusion of vapor retarder is required by building codes, the 

requirements apply only to the avoidance of condensation, and it's possible to rationally engineer such 

an envelope without a vapor retarder. (However, you would still need the vapor retarder  in thehot and 

humid climate to limit the interior air humidity level and the energy use, unless your wall is already 

impermeable enough.) 

‐ Vapor retarder is just another name for air barrier.  

No. The two perform different functions and have different physical requirements. E.g. air barriers need 

to be structurally strong enough to control air movement. Some materials (e.g. single ply roofing 

membranes) can perform both functions, but don't let it fool you. Air leakage typically contributes to the 

condensation issues experienced in buildings, but the two would typically require different remedial 

measures. 

‐Vapor retarder should be placed inside.  

There are some projects on which vapor retarder should be placed inside, but it should not confuse you. 

It proved devastating in the South over and over again‐ see the photographs of the mold and mildew 

three pages up. You can also download the free demo of the intuitive WUFI software from Fraunhofer 

Institute's webpage, and ten minutes later you should know the answer. 

‐Vapor retarder should not be placed outside.  

This is how architects contribute in their modest way to the depletion of the natural environment and 

the operational budgets of their clients (unless their client happens to be an oil sheikh).It proves to be 

expensive in the hot and humid climate, as illustrated on the examples cited above.  

‐ Roofing membrane is a sufficient vapor retarder.   

The vast majority of roofing felts are impermeable to water vapor, but don't let it confuse you. There are 

exceptions to the rule. Ironically, popular asphalt shingle assemblies are vapor permeable, leading to the 

widespread decay observed in many roofing assemblies in the South.  

‐ Vapor retarder should be placed on the warmer side.  

It's almost right, but like many other rules of thumb, there are exceptions to this rule. The good example 

is a typical basement wall, where you may need vapor retarder on the colder side, because this is where 

the prevailing  moisture load may come from, depending on your specific project conditions. 

About the author Karol Kazmierczak (Kaz), CSI, CDT, AIA, ASHRAE, NCARB, LEED AP, is the Senior Building Science Architect and President at Building Enclosure Consulting, LLC and the leader of the BEC Miami. He has 15 years of experience in building enclosure technical design, engineering, consulting, and inspection.He can be contacted via e-mail at [email protected].

Page 9: Vapor Retarders in the South

 

 Building Enclosure Consulting, LLC – 713 SW 8th Ave. Hallandale, FL 33009 – tel. 305 600 05116  email: info@b‐e‐c.info 

Small Residential Construction 

The  above  examples  came  from  large  buildings, where  disinterested  agents  of  owners  tend  to  hire 

architects to design their buildings. In such a scale, the waste is easily written off, even if it's measured 

in hundreds of thousands of dollars.  

How  an  average  contractor  and  DIY  are  doing,  in  the  more  cost‐conscious  small  residential 

environment? Frankly I had no  idea, until recently I was remodeling my house, and I visited two major 

home‐improvement  chains  to  pick  some  thermal  insulation.  Imagine my  surprise when  I  discovered  

I  could  not  buy  unfaced  batt  insulation  because  it  was  unavailable  in  the  local  stores  in  Miami.  

Shelves were full of the (more expensive) faced insulation. So I purchased it  and I read the label.  

The  instructions printed on  the  label did not help me  to  figure out which  side  the  facing  should  go.  

I guess if I were the average contractor or a homeowner, I would install it facing the interior because it 

would hurt the least (glass fibers have a nasty tendency to get into your skin, so it's easier to push it via 

the protective facing). The only reasonable use for this insulation I can think of is in unconditioned attics, 

facing up,  so  the vapor  retarder would protect  the  insulation  from  the high  latent  load  in  the attics. 

Otherwise, the best I could do, was to install it with the vapor retarder facing the exterior, using gloves. 

         

The typical batt insulation purchased at a store in Miami. The label does not say which side the facing should go. The Building Code neither. 

Air Leakage. 

The combination of high temperature and humidity experienced in the hot and humid climate this time 

of a year puts the mechanism of water vapor diffusion in focus and emphasizes the importance of the 

proper vapor retarder design; exemplified on numerous lessons learned. This is why this article was 

written. However, ventilation is a much more potent source of moisture. The uncontrolled ventilation, 

or simply air leakage can dump gallons of water inside a building in a single minute (think open doors 

after rain), while the diffusion gradually deposits ounces of moisture.  We will explore the subject of air 

leakage in the future articles. 

The subject of vapor retarders in the South is explored at more depth in the "Hot and Humid" seminar available on DVD.