Materiały termoizolacyjne w aspekcie jakości energetycznej budynków

Zeszyty
Naukowe nr
718
Akademii Ekonomicznej w Krakowie
2006
Piotr Przybek
Katedra Towaroznawstwa Przemysłowego
Materiały termoizolacyjne
w aspekcie jakości energetycznej
budynków
1. Wprowadzenie
Korzystanie z energii w domu związane jest z działalnością jego mieszkańców
oraz z zaspokajaniem ich potrzeb życiowych. Energia dostarczana jest do domu
w różnych formach – jako energia cieplna, energia elektryczna, gaz – i potrzebna
jest między innymi do:
– ogrzewania, wentylacji i oświetlania pomieszczeń,
– przygotowania ciepłej wody użytkowej,
– prawidłowego funkcjonowania instalacji wodnej,
– funkcjonowania infrastruktury wewnętrznej i urządzeń używanych w budynku.
Po wykonaniu przewidzianej pracy energia ulega rozproszeniu w otaczającym
środowisku. Energia cieplna wydzielana wewnątrz budynku ogrzewa przestrzeń
wewnętrzną, skąd przenika na zewnątrz w sposób nieodwracalny.
2. Jakość energetyczna
W dniu 4 stycznia 2006 r. weszły w życie ustalenia dyrektywy 2002/91/EC
Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, której celem jest wypromowanie poprawy
efektywności energetycznej budynków we Wspólnocie Europejskiej. Biorąc pod
uwagę zewnętrzne i wewnętrzne warunki budynku i opłacalność przedsięwzięć,
dyrektywa ta definiuje jakość energetyczną jako ilość energii aktualnie zużywaną
112
Piotr Przybek
lub wyliczoną na zaspokojenie różnych potrzeb związanych ze standardowym
użytkowaniem budynku, które może obejmować: ogrzewanie, ciepłą wodę, klimatyzację, wentylację i oświetlenie [3].
Wielkość zużycia energii wyraża się w jednym lub większej liczbie wskaźników liczbowych, przy liczeniu których uwzględniane są czynniki mogące mieć
wpływ na wielkość zapotrzebowania na energię, mianowicie: izolacje, charakterystyka instalacji, projekt i usytuowanie budynku z punktu widzenia lokalnych
warunków klimatycznych, ekspozycja na słońce i jego wykorzystanie, wpływ na
sąsiednie budynki, możliwość wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych, produkcja energii na miejscu i inne czynniki mające wpływ na klimat wewnętrzny
budynku, którego zapewnienie decyduje o zapotrzebowaniu na energię.
Dyrektywa ta definiuje również metodologię określania jakości energetycznej
budynków jako uwzględniającą następujące zagadnienia [3]:
– właściwości izolacji cieplnej budynku,
– instalację ogrzewania i instalację przygotowania ciepłej wody, uwzględnienie
właściwości zastosowanych w nich izolacji,
– systemy klimatyzacji i wentylacji,
– instalację oświetleniową (zwłaszcza w budynkach niemieszkalnych),
– usytuowanie budynku i poszczególnych mieszkań względem stron świata,
– systemy pasywnego wykorzystania energii słonecznej i ochrony przed nadmiernym przegrzaniem,
– wentylację naturalną,
– warunki klimatyczne panujące w budynku.
3. Audyt energetyczny
Punktem wyjścia do wszelkich rozważań szczegółowych jest audyt energetyczny.
Stanowi on opracowanie techniczno-ekonomiczne, które analizuje stan wszystkich
przegród budowlanych, instalacji ciepłej wody i centralnego ogrzewania [5]. Analizy
te wskazują na opłacalność modernizacji wszystkich elementów mających wpływ
na zużycie ciepła poprzez zestawienie, z jednej strony, kosztów wykonania modernizacji oraz efektów finansowych oszczędności energii – z drugiej. Umożliwia to
wyliczenie czasu zwrotu nakładów inwestycyjnych poniesionych na modernizację.
Obliczenie oszczędności energii, jakie wynikną z realizacji poszczególnych
przedsięwzięć, jest kluczowym elementem audytu. Oszczędność kosztów ogrzewania, czyli różnica w opłatach za ogrzewanie przed i po zrealizowaniu usprawnienia, wpływa na rentowność inwestycji. Obliczenia są prowadzone na podstawie
bilansu cieplnego obiektu. Dla każdej inwestycji uwzględniana jest zmiana charakterystycznych parametrów (np. ocieplenie ścian zmienia jej współczynnik przenikania ciepła U, zmiana kotła podnosi sprawność wytwarzania ciepła itd.). Aby
móc porównać wyniki, wszystkie obliczenia prowadzone są przy założeniu takich
Materiały termoizolacyjne w aspekcie jakości…
113
samych, standardowych warunków meteorologicznych (zależnych od położenia
geograficznego budynku) i takich samych warunków panujących w pomieszczeniach. Dzięki takim obliczeniom określany jest dla każdego przedsięwzięcia
nie tylko koszt, ale również zysk, jaki inwestycja przyniesie. Znajomość kosztów
i zysków będzie punktem wyjścia do podejmowania decyzji o realizacji jakiejkolwiek inwestycji.
4. Przyczyny strat ciepła
Na wielkość zużycia energii w budynku wpływ mają następujące czynniki [5]:
– niedostateczna izolacja ścian zewnętrznych budynku,
– niedostateczna izolacja stropu nad piwnicą lub podłogi posadowionej na
gruncie,
– niedostateczna izolacja stropu nad ostatnią ogrzewaną kondygnacją,
– nieszczelność stolarki okiennej,
– zła wentylacja budynku i niska sprawność instalacji grzewczej,
– nadmierne straty w sieciach i instalacjach,
– niemożność regulacji zużycia ciepła,
– brak motywacji (podzielników kosztów ciepła) do oszczędzania energii przez
każdego mieszkańca.
Czynnością pozwalającą na wyeliminowanie największych strat ciepła w budynku jest ocieplenie ścian zewnętrznych. Do zmniejszenia zużycia energii cieplnej
budynku prowadzi również izolacja termiczna stropu poddasza i stropu nad piwnicą lub podłogi posadowionej na gruncie.
5. Termoizolacja jako jeden ze sposobów poprawy jakości
energetycznej budynku
5.1. Uwagi ogólne
Podstawową przyczynę stosowania izolacji termicznej stanowi konieczność
kontrolowania procesu wymiany ciepła poprzez zewnętrzne części budynku.
Całość izolacji budynku należy postrzegać jako miejsce potencjalnego wystąpienia nieciągłości termicznej ochrony budynku. Aby zagwarantować komfort
mieszkańców oraz energetyczną trwałość i wydajność budynku, bariera termiczna
powinna tworzyć ciągłą powłokę wokół budynku, a wszystkie jej elementy muszą
być układane w ścisłym ze sobą kontakcie. Nieprawidłowo ułożona izolacja termiczna, stosowanie gorszych jakościowo materiałów czy pominięcie istotnych
obszarów może znacznie obniżyć wydajność stosowania całego systemu grzewczego i chłodzącego budynku.
114
Piotr Przybek
5.2. Materiały do izolacji termicznej
Rozróżnia się 3 grupy materiałów termoizolacyjnych [13]: materiały pochodzenia
roślinnego, materiały pochodzenia mineralnego oraz spienione tworzywa sztuczne.
Ze względu na ograniczoną objętość publikacji, zostaną omówione dwa najczęściej stosowane w praktyce materiały termoizolacyjne, mianowicie: płytowe
wyroby polistyrenowe oraz wełna mineralna.
Płytowe wyroby polistyrenowe
Ostatnie lata to okres intensywnego rozwoju prac nad nowymi rodzajami i nowymi zastosowaniami znanych już od kilkudziesięciu lat materiałów opartych na
bazie spienialnego polistyrenu. Chcąc w sposób prosty i czytelny dokonać klasyfikacji oraz krótkiej charakterystyki szerokiej gamy produktów styropianowych,
można podzielić je na kilka podstawowych grup o różnych właściwościach i zastosowaniach [17].
Standardowe płyty styropianowe. Do tej grupy należą płyty styropianowe
opisane, ustanowioną w 1997 r. z późniejszymi zmianami dokonanymi w latach
1999 i 2001 polską normą o numerze PN-B-20130 „Wyroby do izolacji cieplnej
w budownictwie. Płyty styropianowe (PS-E)”. Norma ta klasyfikuje pięć odmian
płyt styropianowych zróżnicowanych według kryterium gęstości pozornej, współczynnika przewodzenia ciepła, naprężeń ściskających (odporności na ściskanie),
odporności na zrywanie oraz określonej krótkotrwałej chłonności wody w pełnym
zanurzeniu po 24 godzinach.
Określone odmiany płyt styropianowych to [8]: PS-E FS 12, PS-E FS 15, PS-E
FS 20, PS-E FS 30, PS-E FS 40. Oznaczenia takie należy rozumieć następująco:
PS-E to płyta styropianowa ekspandowana (spieniana); FS oznacza, że płyta
powinna cechować się zdolnością samogaśnięcia w określaniu reakcji na ogień;
12, 15, 20, 30, 40 – liczby te oznaczają minimalne wymagane gęstości pozorne
wyrażone w kg/m3.
Poszczególne odmiany płyt styropianowych z zasady różnią się od siebie:
– właściwościami izolacyjności cieplnej – im wyższa gęstość, tym niższy
współczynnik przewodzenia ciepła (waha się on w przedziale od 0,031 W/(m·K)
dla PS-E FS 30 do 0,045 W/(m·K) dla PS-E FS 12),
– nasiąkliwością wody – wraz ze wzrostem gęstości maleje chłonność, kształtując się na poziomie od 0,6% do 1,8%,
– odpornością na ściskanie – przy wzroście gęstości pozornej rośnie wytrzymałość mechaniczna styropianu.
Dlatego też poszczególne odmiany płyt styropianowych w związku z różnymi
właściwościami przeznaczone są do różnych zastosowań. I tak np. płyty PS-E
FS 12 przeznaczone są do wykonywania izolacji wszędzie tam, gdzie nie wystę-
Materiały termoizolacyjne w aspekcie jakości…
115
pują znaczące obciążenia mechaniczne. Przy użyciu tych płyt można na przykład
wykonać izolację termiczną ścian trójwarstwowych, izolację termiczną pod siding,
izolację podłóg na legarach.
Do wykonywania bezspoinowych systemów ociepleń ścian zewnętrznych
budynków służy najpopularniejsza odmiana płyt styropianowych PS-E FS 15.
Cięższe odmiany stosuje się jako izolacje podłóg, posadzek i wylewek przy założonych wyższych obciążeniach mechanicznych. Przykładowo PS-E FS 20 stosuje
się jako izolację termiczną podłóg na gruncie w budownictwie mieszkaniowym,
PS-E FS 30 i 40 jako izolację posadzek w obiektach przemysłowych, garażach,
magazynach itp.
W 2004 r. weszła w życie nowa norma PN-EN 13163:2004 „Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Wyroby ze styropianu (EPS) produkowane fabrycznie – Specyfikacja” [14], będąca polską wersją normy europejskiej, zharmonizowanej
z dyrektywą Unii Europejskiej 89/106/EWG „Wyroby budowlane”, zastępując normę
PN-B-20130:1999 i PN-B-20130/Az1:2001.
Nowa norma różni się od poprzedniej przede wszystkim podejściem do wyrobu
[18]. Główny nacisk położony jest na najważniejszy parametr wyrobów termoizolacyjnych, czyli deklarowany opór cieplny R D, który zależy od właściwości izolacyjnych produktu i jego grubości d. Grubość wyrobu decyduje bowiem o efektywności izolacji i jako najważniejszy wymiar (przed długością i szerokością)
musi być podawana w pierwszej kolejności na oznaczeniu produktu. Trzecim
parametrem jest deklarowany współczynnik przewodzenia ciepła λ D. Parametry
te związane są ze sobą wzorem: RD = d / λD.
Parametrem klasyfikacyjnym są natomiast naprężenia ściskające przy 10%
odkształceniu względnym, np. EPS 70 oznacza płyty styropianowe o deklarowanym poziomie naprężeń ściskających nie mniejszych niż 70,0 kPa. Z naprężeniami ściskającymi związana jest deklarowana wytrzymałość na zginanie, która
musi być spełniona jednocześnie. I tak np. w przypadku EPS 70 jej minimalny
poziom wynosi 115 kPa. Podstawowe wymaganie dotyczące deklarowanej wytrzymałości na zginanie wszystkich wyrobów ze styropianu to min. 50,0 kPa. Parametry wytrzymałości mechanicznej decydują o zastosowaniu danego wyrobu, dlatego naprężenia ściskające stały się podstawą klasyfikacji styropianu.
Do właściwości, których deklarowania wymaga nowa norma, należy także stabilność wymiarowa w normalnych warunkach laboratoryjnych (23℃, 50% wilg.
wzgl., 28 dni) i w określonych warunkach (23℃, 90% wilg. wzgl., 48 h).
Według nowej normy producent, oprócz tolerancji wymiarów, powinien deklarować również tolerancję kształtu – prostokątność i płaskość. Cechy te od dawna
były uważane przez producentów i odbiorców płyt styropianowych za istotne, ponieważ znaczne ich odchylenia mogły utrudnić równe i szczelne układanie warstwy
izolacyjnej.
116
Piotr Przybek
Nowa norma odchodzi od klasyfikowania styropianu na podstawie jego
gęstości pozornej, jak to miało miejsce w normach poprzednich. Nie narzuca też
żadnych wymagań dotyczących gęstości pozornej i spoistości (stopnia zespolenia
ze sobą granulek PS). Nie ma bowiem dobrej metody badawczej oznaczania spoistości. Natomiast cecha ta, podobnie jak gęstość, jest w wystarczającym stopniu
weryfikowana przez właściwości mechaniczne i cieplne, które zależą od rodzaju
zastosowanego surowca oraz od technicznego zaawansowania technologii produkcji styropianu.
Płyty warstwowe i laminaty styropianowe. Płyty warstwowe wykonane z polistyrenowym rdzeniem, inaczej mówiąc styropian laminowany z dwóch stron
blachą, są bardzo popularnym produktem przeznaczonym do wykonywania budynków przemysłowych i handlowych w technologii lekkiej. Stanowią one gotowy element zarówno izolacyjny, jak i konstrukcyjny.
Pozostałe laminaty styropianowe pojawiły się na rynku stosunkowo niedawno,
znacznie później niż płyty warstwowe. W grupie tej można wymienić coraz bardziej popularne styropiany oklejane papą podkładową na welonie szklanym
(służące do docieplania dachów płaskich i lekko spadzistych) lub styropiany
połączone z płytami gipsowo-kartonowymi (służące do izolacji wewnętrznych
konstrukcji ścian piwnic, garaży czy poddaszy). Ważną odmianą płyt laminowanych
są płyty laminowane folią aluminiową stosowane przede wszystkim w systemach
ogrzewania podłogowego.
Agregatowe płyty styropianowe. Płyty te w przeciwieństwie do standardowych
płyt styropianowych, które są produkowane poprzez cięcie bloków, wytwarzane
są w procesie formowania. Taki sposób produkcji pozwala wytwarzać płyty o lepszych właściwościach termicznych, a przede wszystkim o kilkakrotnie większej
odporności na działanie wody. Warunkiem uzyskania wysokiej hydrofobowości
płyt agregatowych jest stosowanie odpowiedniego surowca oraz odpowiedniej technologii. Płyty te posiadają tę zaletę, że w czasie ich formowania w podwyższonej
temperaturze na powierzchni tworzy się naskórek, który utrudnia wnikanie wody
w głąb płyt.
Płyty agregatowe można stosować przede wszystkim do docieplania ścian
piwnic, są to tzw. drenażowe i bezdrenażowe systemy perymetryczne. Poza tym
płyty te można stosować do wykonywania izolacji termicznych dachów płaskich
i stromych. Przy użyciu tego rodzaju styropianu można wykonywać różnorodne
dachy w technologii odwróconej. Są to przede wszystkim dachy żwirowe, zielone
z roślinnością intensywną lub ekstensywną oraz dachy użytkowe, np. tarasowe lub
parkingi na dachach.
Dobre płyty agregatowe, które można bez wątpienia stosować do wykonywania izolacji termicznych wszędzie tam, gdzie będą narażone na działanie wody,
powinny być scharakteryzowane długotrwałą nasiąkliwością wody. Długotrwała
Materiały termoizolacyjne w aspekcie jakości…
117
nasiąkliwość w przeciwieństwie do krótkotrwałej, którą mierzy się po 24 godzinach pełnego zanurzenia, jak ma to miejsce w przypadku standardowego styropianu, jest określana po 28 dniach i nie powinna przekraczać 3%.
Polistyreny ekstrudowane. Kolejną grupę płyt styropianowych stanowią polistyreny ekstrudowane, tzw. pianki polistyrenowe nazywane często płytami XPS.
Polistyreny ekstrudowane produkowane są w innej technologii niż ta stosowana
w przypadku płyt standardowych. Produkowane są one w postaci płyt o odmiennej strukturze niż tradycyjny styropian. Płyty XPS są generalnie materiałem o lepszych parametrach izolacyjności cieplnej, lepszych właściwościach hydrofobowych
oraz nie spotykanej wśród innych materiałów odporności na ściskanie sięgającej
nawet 700 kPa. Są to wyroby o podobnych zastosowaniach jak płyty agregatowe,
ze szczególnym akcentem na wszelkiego rodzaju posadzki przemysłowe oraz
dachy odwrócone.
Wełna mineralna
Wełna mineralna to, w zależności od stosowanych surowców, wełna szklana lub
kamienna (skalna). Surowcem do produkcji wełny szklanej jest stłuczka szklana
[2], którą topi się w temperaturze ok. 1000℃. Do produkcji wełny kamiennej
materiałem wyjściowym jest bazalt topiony w temperaturze ponad 1400℃. Z 1 m3
kamienia bazaltowego lub szkła otrzymuje się średnio 60 m3 lekkiej i sprężystej
wełny. Wełna szklana i kamienna są odporne na działanie ognia, wody, środków
chemicznych i biologicznych (grzybów, insektów, gryzoni).
Wyroby z wełny mineralnej, według normy PN-B-23116:1997, dzieli się na
filce, maty oraz płyty [9]:
– typu W – wypełniające, nie przenoszące obciążeń poza ciężarem własnym,
wykorzystywane np. do izolacji stropów poddaszy nieużytkowych, stropów i dachów (między belkami i krokwiami), sufitów podwieszanych, podłóg na legarach,
murów szczelinowych, ścianek działowych,
– typu O – obciążone, przenoszące ograniczone obciążenia prostopadłe do
powierzchni, równomiernie rozłożone, na przykład do stosowania w podłogach
pływających, fasadach wentylowanych, płytach podkładowych w dwuwarstwowej
izolacji cieplnej dachów płaskich,
– typu S – specjalne, przenoszące obciążenia równomiernie rozłożone i skupione, o małej ściśliwości i znacznej odporności na rozciąganie, do stosowania
w izolacjach dachów płaskich jako płyty leżące bezpośrednio pod pokryciem
dachowym oraz jako płyty fasadowe do ociepleń budynków metodą lekką-mokrą.
Gęstość nie jest parametrem klasyfikacyjnym.
W 2002 r. PKN ustanowił nową normę na produkty z wełny mineralnej PN-EN
13162:2002 „Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Wyroby z wełny mineral-
118
Piotr Przybek
nej (MW) produkowane fabrycznie. Specyfikacja” [10]. Norma ta jest polską wersją
zharmonizowanej normy europejskiej EN 13162:2001, która jest obligatoryjna dla
wszystkich państw UE. W Polsce norma ta zastępuje normę PN-B-23116:1997 jako
sprzeczną z normą europejską.
W nowej normie wełnę mineralną zdefiniowano jako materiał izolacyjny o konsystencji włóknistej, wytworzony z roztopionego kamienia, żużla lub szkła. W ten
sposób materiały izolacyjne z włókna szklanego zostały oficjalnie zawarte w definicji wełny mineralnej, co do tej pory nie było uwzględniane [1].
Płyty. To najpopularniejsza forma wyrobów wełnianych. Mają kształt prostopadłościanów długości od 100 cm do 600 cm, szerokości od 20 cm do 180 cm
i grubości od 1 cm do 25 cm. Ich włókna są sprasowane i zlepione specjalnym
lepiszczem syntetycznym. Często są też dodatkowo hydrofobizowane, poprzez
impregnowanie olejem mineralnym, dzięki czemu nie ulegają zawilgoceniu.
Płyty produkowane są w trzech odmianach [4]: twarde o gęstości od 150 kg/m3
do 220 kg/m3, półtwarde (80–120 kg/m3) oraz miękkie (35–60 kg/m3).
Płyty twarde i półtwarde są na tyle wytrzymałe, że można je poddawać znacznym obciążeniom. Polecane są więc szczególnie na wylewki i posadzki podłóg
posadowionych na gruncie, stosowane bezpośrednio pod papę na dachach płaskich
czy do elewacji metodą lekką-mokrą.
Fasadowe płyty z wełny mineralnej mają swoje zastosowanie jako warstwa termoizolacji w systemach dociepleń budynków przeprowadzanych według metody
lekkiej-mokrej. Płyty posiadają unikalne w stosunku do innych płyt izolacyjnych
cechy. Są niepalne, dzięki czemu zwiększają odporność ogniową ścian. Poprawiają
izolacyjność akustyczną przegrody (tłumią dźwięki), ponadto są stabilne wymiarowo i odporne na czynniki chemiczne oraz atmosferyczne, takie jak zmiany temperatury i wilgoć [6].
Zastosowanie płyt miękkich ograniczone jest do takich miejsc, w których nie
będą one bezpośrednio narażone na duże obciążenia, a więc do izolacji dachów
skośnych, poddaszy nieużytkowych, ścian zewnętrznych trójwarstwowych, ścian
osłonowych w technologii szkieletowej, ścian działowych, sufitów podwieszanych.
Płyty lamelowe. Mniejszy ciężar tego typu płyt pozwala na ich bezpośrednie przyklejanie do większości rodzajów podłoży w budynkach o wysokości do
20 m, bez konieczności stosowania dodatkowych łączników mechanicznych (kołków). Eliminacja kołków i uzyskanie lepszych parametrów mechanicznych przy
zastosowaniu lżejszych płyt pozwala zmniejszyć całkowity koszt ocieplenia ścian
zewnętrznych, który nie będzie obciążony kosztem łączników mechanicznych.
Maty i filce. Są to miękkie i elastyczne materiały sprzedawane w rolkach. Dzięki
wysokiej elastyczności łatwo z nich ułożyć szczelną izolację bez konieczności
dokładnego przycinania na wymiar. Maty i filce mają długość od 2 m do 18 m,
szerokość od 50 cm do 120 cm i grubość od 2 cm do 22 cm. Ich gęstość waha
Materiały termoizolacyjne w aspekcie jakości…
119
się od 9 kg/m3 do 30 kg/m3. Maty mogą być jednostronnie wykończone welonem
szklanym, folią aluminiową lub siatką drucianą. Dołączenie takiej osnowy ma na
celu zwiększenie sztywności i wytrzymałości mechanicznej wełny. Dodatkowo
welon szklany pełni funkcję wiatroizolacyjną. Zabezpiecza wełnę przed rozdzielaniem i wywiewaniem włókien oraz przed nadmierną ucieczką ciepła z wyrobu.
Stanowi też barierę dla wilgoci z zewnątrz. Warstwa folii aluminiowej odbija ciepło do pomieszczenia oraz pełni funkcję paroizolacji. Siatka z drutu ocynkowanego
zwiększa wytrzymałość mechaniczną wełny i ułatwia jej montaż. Maty i filce stosowane są najczęściej do izolowania dachów skośnych, podłóg na poddaszach
nieużytkowych, podłóg na legarach i ścian działowych.
Granulaty. Nazwą tą określane są luźne strzępki wełny, sprzedaje się je w workach. Są one impregnowane olejem mineralnym. Stosuje się je do izolacji trudno
dostępnych miejsc, takich jak stropodachy wentylowane, ściany warstwowe, stropy
drewniane czy stropy pod poddaszem nieużytkowym. Granulat rozprowadzany
jest za pomocą specjalnych urządzeń, a prawidłowo ułożony dokładnie wypełnia
izolowane przestrzenie. Jego ciężar nasypowy wynosi od 80 kg/m3 do 140 kg/m3.
Techniki wykonania termoizolacji
1. Ściany zewnętrzne. Generalnie we wszystkich stosowanych technologiach
termoizolacyjnych można wyróżnić następujące etapy realizacji [13]:
– przygotowanie podłoża,
– mocowanie elementów termoizolacyjnych,
– wykonanie warstwy zewnętrznej (tynki szlachetne mineralne lub żywiczne
na tkaninie zbrojącej lub panele okładzinowe z PVC, barwnych blach itp.).
Metody ciężkie-mokre. Zalicza się do nich murowanie i tynkowanie. Tradycyjna metoda ciężka-mokra, stosowana w niskim budownictwie mieszkaniowym, polega na obmurowaniu istniejącej już ściany dodatkową ścianką z cegieł,
bloczków wapienno-piaskowych, z betonu komórkowego albo innych. Wolną
przestrzeń między ściankami wypełnienia się materiałem izolacyjnym, np. płytami ze styropianu, pianką poliuretanową, wełną kamienną lub szklaną [15].
Metoda tradycyjna pozwala uzyskać trwałą i estetyczną elewację, jednak obecnie
jest rzadko stosowana, ze względu na wysokie koszty. Drugą metodą ciężką-mokrą
jest ocieplanie ścian płytami warstwowymi styropianowo-supremowymi z tynkiem
dwuwarstwowym, zbrojonym siatką.
Metody lekkie-suche. Polegają na ociepleniu ściany płytami z wełny mineralnej
(mocowanymi na łączniki), umieszczonymi pomiędzy rusztami nośnymi z profili
stalowych lub drewna. Następnie mocuje się do nich okładzinę – panele z PVC
lub aluminium, blachę stalową, płyty włóknisto-cementowe. Do metod lekkich-suchych zalicza się również ocieplenie ściany płytami warstwowymi z blachy
stalowej o rdzeniu z pianki poliuretanowej [15].
120
Piotr Przybek
Metoda lekka-mokra (BSO – bezspoinowy system ociepleń). Jest ona stosowana
w celu zwiększenia izolacyjności termicznej ścian zewnętrznych. Przed przystąpieniem do wykonywania termoizolacji tą metodą należy dokładnie oczyścić powierzchnię ściany z substancji oleistych, kurzu i luźnych cząsteczek, zaszpachlować ubytki
i zagruntować ją. Dopiero po tym do ściany przykleja się płyty izolacyjne z wełny
mineralnej lub styropianu. W niektórych systemach izolację dodatkowo mocuje się
kołkami z tworzywa sztucznego. Następnie na warstwę zaprawy klejącej kładzie
się zbrojenie w postaci siatki (warstwa kleju powinna być na tyle gruba, żeby siatka
się w niej zatopiła). Siatka zabezpiecza elewację przed uszkodzeniami i chroni tynk
przed pękaniem. Następnie powierzchnię gruntuje się odpowiednim dla systemu
preparatem chroniącym klej przed zawilgoceniem i na końcu nakłada tynk cienkowarstwowy (stosuje się tynki mineralne, polimerowe i silikonowe).
Wypełnianie pustek w ścianach szczelinowych. Metoda ta polega na wtryskiwaniu np. pianki poliuretanowej albo wdmuchiwaniu np. granulatu wełny mineralnej
przez otwory w zewnętrznej warstwie ściany szczelinowej. Używa się do tego specjalnego agregatu [15].
2. Izolacje dachów i stropodachów. Nieocieplone lub źle zaizolowane dachy i stropodachy są przyczyną znacznych strat ciepła budynku. Rzadsze ciepłe powietrze unosi
się do górnych części domu i powinno tam być jak najdłużej utrzymane. Dlatego materiały izolujące stropodachy i dachy powinny zapewniać jak najlepszą ochronę przed
utratą ciepła (a więc posiadać niski współczynnik przewodzenia ciepła λ).
Dachy skośne. Do ocieplania dachów skośnych najczęściej stosuje się styropian,
wełnę kamienną lub szklaną. Materiały te dodatkowo trzeba zabezpieczyć folią
chroniącą przed wilgocią, gdyż nawet najmniejsza nieszczelność może prowadzić
do zawilgocenia elementu połaci dachowej. Do górnej powierzchni krokwi przybija się deskowanie, a następnie przykrywa je papą lub folią wstępnego krycia. Dach
musi mieć zapewnioną odpowiednią wentylację – w tym celu należy zostawić ciągłą szczelinę między ociepleniem a deskowaniem [15]. Izolację termiczną można
wykończyć płytami gipsowo-kartonowymi lub boazerią.
Stropodachy wentylowane (poddasze nieużytkowe wentylowane). Izoluje się
je, układając warstwę ocieplenia konstrukcji stropu nad ostatnią użytkową kondygnacją. Stosując produkty w postaci granulatu, należy zabezpieczyć je folią lub
deskami przed wywiewaniem. Jeżeli przestrzeń między stropem najwyższej kondygnacji budynku a dachem wynosi kilkadziesiąt centymetrów, jedyną metodą izolacji
termicznej takiego stropodachu wentylowanego jest wdmuchiwanie granulatu lub
wtryskiwanie pianki izolacyjnej. Materiał izolacyjny wdmuchuje się lub wtryskuje
przy użyciu specjalistycznego sprzętu pneumatycznego przez otwory wentylacyjne
w ścianie lub otwory wywiercone w dachu. Później należy je zasklepić, można
również zamontować w nich kominki wentylujące wnętrze stropodachu.
Materiały termoizolacyjne w aspekcie jakości…
121
Dachy płaskie. Jeśli dach wykonany jest z blachy stalowej fałdowanej, ociepla
się go, kładąc jedną warstwę izolacji. Podobnie postępuje się w przypadku dachu
o konstrukcji żelbetowej.
Użyte do izolacji dachów płaskich płyty z wełny mineralnej muszą być twarde
i zaimpregnowane lub hydrofobizowane w procesie produkcji, o gęstości objętościowej co najmniej 145 kg/m3. Należy je dodatkowo zabezpieczyć folią paroizolacyjną. Płyty ze styropianu powinny mieć gęstość objętościową nie mniejszą niż
30 kg/m3, a ze sztywnej pianki poliuretanowej – 36 kg/m3 (jej brzegi powinny być
zabezpieczone papą asfaltową wywiniętą na pionową płaszczyznę ocieplenia).
Ocieplenie mocuje się za pomocą łączników mechanicznych, kleju lub lepiku
asfaltowego na gorąco albo stosuje się obydwa sposoby. Dachy płaskie można również ocieplać płytami warstwowymi z rdzeniem styropianowym, oklejonym papą.
Płyty mocowane są do stropu za pomocą łączników mechanicznych.
Stropy. Jeśli strop znajduje się pod nieogrzewanym poddaszem, można na nim
ułożyć warstwę izolacyjną z materiału termoizolacyjnego, występującego w postaci
płyt, mat, filców czy materiałów sypkich. Jeżeli używa się materiałów nasiąkliwych
(np. wełny mineralnej), powinny one być zabezpieczone przed zawilgoceniem.
W poddaszach użytkowych nieogrzewanych ocieplenie dodatkowo zabezpiecza się
deskami lub gładzią cementową.
3. Izolacja podłóg posadowionych na gruncie. Jeśli posadzka znajduje się
w pomieszczeniu ogrzewanym, powinna mieć izolację cieplną. Na podsypkę
z zagęszczonego piasku wylewa się chudy beton, zakłada izolację przeciwwilgociową, a następnie układa płyty ocieplenia. Bezpośrednio na płyty wylewa
się beton lub zaprawę cementową. Jeśli poziom wód gruntowych jest wysoki lub
pomieszczenie będzie narażone na wilgoć (kuchnia, łazienka, pralnia), należy
wykonać dodatkową izolację wodoszczelną z papy lub folii i dopiero można wylewać posadzkę.
Wybór materiału izolacyjnego
Decydując się na termoizolację ścian zewnętrznych, należy znaleźć odpowiedź
na podstawowe pytania: jaką obrać metodę ocieplenia oraz jaki i o jakiej grubości zastosować materiał termoizolacyjny. Na te pytania najlepiej odpowie audytor energetyczny lub projektant budynku – oni dokonają tego wyboru najlepiej,
kierując się nie tylko czynnikami ekonomicznymi czy estetycznymi, ale też trwałością i pracą całej konstrukcji budynku [5].
Wymagania dotyczące izolacyjności termicznej określa wartość współczynnika
przenikania ciepła Uk. Im jest on wyższy, tym przenikanie ciepła przez przegrodę
jest większe, a więc izolacyjność cieplna ściany gorsza. Mniejszy współczynnik
Uk oznacza mniejsze straty ciepła, czyli lepszą izolacyjność cieplną.
Piotr Przybek
122
Zgodnie z warunkami technicznymi określonymi przez ministra infrastruktury
[16] dopuszczalna maksymalna wartość współczynnika Uk(max) dla budynków
mieszkalnych wynosi:
– 0,30÷0,50 W/m2·K dla ścian zewnętrznych,
– 0,30 W/m2·K dla stropu pod nieogrzewanym poddaszem lub dla stropodachu,
– 0,60 W/m2·K dla stropu nad nieogrzewaną piwnicą.
Aby skutecznie ograniczyć straty energii cieplnej, zewnętrzne elementy
budynku muszą charakteryzować się odpowiednią wartością całkowitego współczynnika przenikania ciepła Uk [16]. Współczynnik ten, zgodnie z wytycznymi
normy PN-EN ISO 6946:1999 [12], obliczany jest z zależności:
Uk = U + ∆U + ∆Uk,
(1)
gdzie:
U – wpółczynnik przenikania ciepła przegrody,
ΔU – wartość poprawek,
ΔUk – wartość dodatku na mostki cieplne.
Wartość współczynnika przenikania ciepła dla przegrody oblicza się ze wzoru:
1
U=
�
n
W ,
m2 . K
(2)
Rse +
Ri + Rsi
i=1
gdzie:
R se, R si – opory przejmowania ciepła na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej,
Ri
– opór cieplny i-tej warstwy [m2·K/W], obliczany z zależności:
R=
d m2 . K ,
W
λ obl
gdzie:
d – grubość warstwy [m],
λobl – obliczeniowy współczynnik przewodzenia ciepła [W/m·K].
(3)
Prawidłowe dobranie grubości izolacji termicznej oraz prawidłowe wykonanie
dociepleń ścian zewnętrznych pozwala na: uzyskanie znacznej oszczędności kosztów ogrzewania, zwiększenie trwałości ścian zewnętrznych, likwidację mostków
termicznych, zachowanie zdolności akumulowania ciepła przez ściany budynku,
zapewnienie izolacyjności cieplnej podczas letniego nasłonecznienia ściany oraz
likwidację przeciekania ścian i ochronę przed opadami i zamakaniem.
Wymagania normy określają nieprzekraczalne minimum, dlatego warto powiększyć grubość izolacji cieplnej, tym bardziej że tylko nieznacznie podniesie to koszty
wykonania ocieplenia, a zdecydowanie zmniejszy wydatki na ogrzewanie domu.
Materiały termoizolacyjne w aspekcie jakości…
123
Grubość warstwy izolacyjnej dla styropianu, według rachunków ekonomicznych, wynosi zazwyczaj 10–20 cm. Jest ona uzależniona również od technologii
wykonania termoizolacji oraz od grubości ściany konstrukcyjnej. Jednak chcąc
zastosować warstwę styropianu o grubości przekraczającej 15 cm, lepiej rozważyć wykorzystanie w tym celu płyt z wełny mineralnej z uwagi na utrudnienia
w dyfuzji pary wodnej przez tak grubą warstwę styropianu.
Przy wyborze materiału izolacyjnego należy również pamiętać o tym, że [19]:
– dobry materiał izolacyjny ma małą przewodność cieplną, określaną współczynnikiem przewodzenia ciepła λ. Jego wartość dla dobrych materiałów izolacyjnych wynosi 0,03–0,05 W/(m·K), dla nieco gorszych 0,05–0,14 W/(m·K).
– kolejną ważną cechą materiałów izolacyjnych jest ich nasiąkliwość wodą. Im
jest ona mniejsza, tym lepszy jest materiał, gdyż pod wpływem wilgoci zwiększa się
zdolność przewodzenia ciepła, a zatem maleje izolacyjność termiczna;
– duże znaczenie mają także: odporność na rozprzestrzenianie pożaru i korozję
biologiczną oraz ograniczona emisja substancji szkodliwych dla zdrowia.
– należy pamiętać o konieczności stosowania izolacji termicznej od zewnątrz celem
zapobieżenia przemarzaniu ścian i wykraplaniu, a następnie zamarzaniu wody.
6. Podsumowanie
Termoizolacja jest jedną z najpowszechniej stosowanych w kraju i za granicą
metod ochrony cieplnej budynku. Duże znaczenie w określeniu walorów użytkowych budynku ma jego jakość i trwałość oraz koszt jego utrzymania. Dobrze
wykonana izolacja termiczna budynku wpływa na podniesienie jego wartości.
Przeprowadzenie termoinwestycji powinno być kompleksowe, tak aby dążyć do
maksymalnego wyeliminowania lub ograniczenia dróg „ucieczki” ciepła z budynku. Im lepsza będzie izolacyjność cieplna budynku, tym większe przyniesie
ona oszczędności środków przeznaczanych na jego ogrzewanie.
Prawidłowo dobrane izolacje termiczne i ocieplenia budynków to jedne z najważniejszych czynników stanowiących o jakości energetycznej budynku i komforcie
cieplnym jego mieszkańców. Podstawowym elementem doboru technologii ocieplenia jest minimalizacja sumarycznych kosztów inwestycyjnych oraz kosztów eksploatacyjnych. Optymalnie dobrane izolacje gwarantują zmniejszenie strat ciepła,
a co za tym idzie, kosztów eksploatacji. Dlatego tak ważnym elementem poszczególnych etapów budowy domu są poprawnie wykonane ocieplenia ścian zewnętrznych, stropów najwyższej kondygnacji, poddasza lub stropodachów, piwnic oraz
fundamentów. W tak ocieplonym domu straty ciepła są niewielkie, dzięki temu
możliwe staje się ogrzanie go za stosunkowo nieduże pieniądze. Budowa takiego
domu kosztuje wprawdzie nieco więcej, ale za to jest on tańszy w eksploatacji.
W związku z certyfikacją energetyczną budynków, Polskę czeka rozszerzenie
oceny wyrobów do izolacji termicznej budynków (etykietowanie energetyczne).
124
Piotr Przybek
Od 2006 r. dokumentacje nowo wznoszonych budynków muszą zawierać zapisy
o ich właściwościach energetycznych – obowiązuje tzw. paszport energetyczny
sporządzany przez certyfikowanego eksperta na podstawie dokumentacji, w której powinny być ujęte wszystkie dane do sporządzenia tego paszportu [7].
Literatura
[1] Buszko A., Wełna mineralna – nowa norma, „Izolacje” 2003, nr 9.
[2] Dreger M., Wełna… do izolowania, www.muratordom.pl, 10.04.2005.
[3] Dyrektywa 2002/91/CE Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 16 grudnia
2002 r. dotycząca jakości energetycznej budynków.
[4] Gadomska M., Płyty, maty, granulaty, www.muratordom.pl, 10.04.2005.
[5] Grabarkiewicz Z., Oszczędzanie energii – fanaberia czy konieczność, „Dziennik
Budowy”, Serwis Informacyjny, www.dziennik.dziennikbudowy.pl, 11.03.2004.
[6] Mazurek M., Materiał do izolacji cieplnej ścian zewnętrznych – płyty fasadowe
z wełny mineralnej, „Dziennik Budowy”, Serwis Informacyjny, www.dziennik.dziennikbudowy.pl, 14.12.2002.
[7] Nowa jakość energetyczna, „Izolacje” 2004, nr 11–12.
[8] PN-B-20130. Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Płyty styropianowe
(PS-E).
[9] PN-B-23116:1997. Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Filce, maty i płyty
z wełny mineralnej.
[10] PN-EN 13162:2002. Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Wyroby z wełny
mineralnej (MW) produkowane fabrycznie. Specyfikacja.
[11] PN-EN 13163:2004. Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Wyroby ze styropianu (EPS) produkowane fabrycznie. Specyfikacja.
[12] PN-EN ISO 6946:1999. Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny
i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
[13] Podgórna Z., Technologie docieplania budynków mieszkalnych i ich ekonomika [w:]
Zarządzanie i marketing w budownictwie, materiały z konferencji naukowej, Politechnika Krakowska, Kraków 1996.
[14] Pyszkowska M., Ocieplać wełną czy styropianem? www.muratordom.pl,
10.04.2005.
[15] Romanowska M., Jak i czym ocieplać?, „Ładny Dom” 2000, nr 3.
[16] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz.U.
2002, nr 75, poz. 690.
[17] Rutka J., Klasyfikacja wyrobów styropianowych stosowanych w budownictwie,
„Dziennik Budowy”, Serwis Informacyjny, www.dziennik.dziennikbudowy.pl,
06.01.2003.
[18] Rutkowski J., Nowe oznaczenia i wymagania dotyczące styropianu, „Materiały
Budowlane” 2005, nr 1.
[19] Wełna mineralna, „Izolacje” 2003, nr 4.
Materiały termoizolacyjne w aspekcie jakości…
125
Heat-Insulating Materials in the Aspect of the Energetic Quality
of Buildings
The paper presents the definition of the energetic quality of buildings as well as
the methods for determining it resulting from the Directive 2002/91/EEC of December
16, 2002 aimed at improving the energetic effectiveness of buildings in the European
Community.
The main areas and causes of heat losses in buildings are mentioned. Because of the
fact that the greatest heat losses in a building can be eliminated by protecting from the cold
its outer fabric (walls, roof, floors founded on the ground or a ceiling over an unheated
cellar), heat-insulation as a method for improving the energetic quality of buildings is
discussed.
As the knowledge of physicochemical properties of heat-insulating materials is
a basis for their selection, from among those admitted to use, the technologies using heat-insulating materials, employed most often in Poland, are discussed and compared.