home ArCADiaPRESS 12 [4/2012], NUMERY ARCHIWALNE Na co zwracać uwagę przy wykonywaniu dociepleń od wewnątrz

Na co zwracać uwagę przy wykonywaniu dociepleń od wewnątrz

Postęp technologiczny oraz wymagania formalno-prawne wymuszają stawianie budynków o coraz mniejszym zapotrzebowaniu na energię. Wymaga się przeprowadzania audytów energetycznych, coraz częściej mówi się o tzw. budynkach pasywnych, podając jako główny powód zmniejszenie zużycia energii na ogrzewanie oraz ewentualną klimatyzację, z czym wiąże się poprawa komfortu cieplnego pomieszczeń.

Metod ociepleń budynków jest kilka. Można tu rozróżnić metody zarówno suche, jak i mokre (z tych ostatnich najbardziej rozpowszechniony jest bezspoinowy system ociepleń – dawniej zwany metodą lekką-mokrą, teraz, z języka angielskiego, systemem ETICS), ale założeniem tych metod jest ułożenie warstwy termoizolacji od strony zewnętrznej ściany. Metodą tą ocieplane są przede wszystkim budynki mieszkalne (bloki, domki wielo- i jednorodzinne) oraz budynki użyteczności publicznej, z murowanymi lub betonowymi ścianami. Ocieplenie tą metodą ścian drewnianych jest możliwe, aczkolwiek dużo trudniejsze.

Przy doborze grubości termoizolacji najczęściej operuje się współczynnikiem przenikania ciepła U, obliczając zgodnie z [1]: PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku - Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła - Metoda obliczania jego maksymalną wartość i porównując ją z wymaganiami stawianymi przez Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2].

ar12-docieplanie-wnetrz-1

Ciepło, a dokładniej mówiąc, energia cieplna przedostaje się z otaczającego powierza na powierzchnię elementu, pokonuje opór cieplny elementu, osiągając jego powierzchnię i przedostaje się do atmosfery. Temperatura powierzchni wewnętrznej zależy bezpośrednio od izolacyjności cieplnej elementu, natomiast rozkład temperatur w przegrodzie jest zależny od oporu przenikania ciepła (rys. 1). Im niższa temperatura na powierzchni wewnętrznej, tym łatwiej może dojść do powierzchniowej kondensacji. Jednak rozkład temperatur w przegrodzie jest istotny z jeszcze jednego powodu.

Rys. 2 - poprawnie zaprojektowana przegroda warstwowa (suchy tynk, ściana z cegły pełnej 38 cm, styropian 12 cm z wyprawą mineralną) – brak kondensacji wilgoci w warstwach przegrody - cząstkowe ciśnienie pary wodnej jest w każdym punkcie przekroju niższe niż ciśnienie pary nasyconej
Rys. 2 - poprawnie zaprojektowana przegroda warstwowa (suchy tynk, ściana z cegły pełnej 38 cm, styropian 12 cm z wyprawą mineralną) – brak kondensacji wilgoci w warstwach przegrody - cząstkowe ciśnienie pary wodnej jest w każdym punkcie przekroju niższe niż ciśnienie pary nasyconej

W powietrzu zawsze znajduje się para wodna. Jednakże jej ilość jest ograniczona, powietrze może przyjąć tylko określoną ilość pary wodnej. Ilość ta jest zależna od temperatury powietrza i definiowana parametrem zwanym wilgotnością względną powietrza. Matematycznie wartość tę można określić jako wyrażony w % stosunek znajdującej się w chwili obecnej ilości pary wodnej do jej maksymalnej wartości. Jeżeli dla tej samej zawartości pary wodnej w powietrzu jego temperatura będzie się obniżać, to względna wilgotność będzie wzrastać. Wzrost względnej wilgotności nie będzie trwać w nieskończoność, w pewnym momencie względna wilgotność wyniesie 100%. Jest to tzw. punkt rosy, tzn. temperatura, w której wilgotność względna osiąga 100%. Więcej wody w powietrzu „nie zmieści się”, przy dalszym spadku temperatury pojawi się kondensacja nadmiaru pary wodnej.

Rys. 3 - niepoprawnie zaprojektowana przegroda warstwowa (suchy tynk, ściana z cegły kratówki 25 cm, styropian 12 cm, licówka z cegły ceramicznej pełnej, tynk tradycyjny) – kondensacja wilgoci w warstwach przegrody
Rys. 3 - niepoprawnie zaprojektowana przegroda warstwowa (suchy tynk, ściana z cegły kratówki 25 cm, styropian 12 cm, licówka z cegły ceramicznej pełnej, tynk tradycyjny) – kondensacja wilgoci w warstwach przegrody

W przegrodzie mamy zawsze do czynienia z dyfuzją pary wodnej – różnice ciśnienia pary wodnej po obu stronach przegrody dążą do wyrównania się. Para wodna, wnikając w przegrodę, napotyka na opór ze strony poszczególnych jej warstw (jest to właśnie tzw. równoważny opór dyfuzyjny Sd). Powoduje to spadek cząstkowych ciśnień pary wodnej, który zależy od równoważnego poru dyfuzyjnego każdej z warstw przegrody. Do kondensacji wilgoci w przegrodzie dochodzi wtedy, gdy ilość pary wodnej, która może się pojawić w danej warstwie (lub na styku warstw) jest większa, niż to wynika z rozkładu temperatury w przegrodzie i odpowiadającemu je stanowi nasycenia. Wykres ciśnień pary wodnej dla przegrody poprawnie zaprojektowanej pokazano na rys. 2. Cząstkowe ciśnienie pary wodnej jest w każdym punkcie przekroju niższe niż ciśnienie pary nasyconej. Do kondensacji nie dochodzi. Jeżeli wykresy te stykają się, w tym miejscu powstaje płaszczyzna kondensacji, natomiast gdy przecinają się, mamy do czynienia ze strefą kondensacji (rys. 3).

ar12-docieplanie-wnetrz-4

Sprawdzić to można wykonując obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegrody. Właśnie z podanych powyżej powodów wykonanie tylko obliczeń cieplnych jest dalece niewystarczające.

Proszę popatrzeć na rozkład temperatur dla nieocieplonej 38-centymetrowej ściany ceglanej (rys. 4a) oraz tej samej ściany ocieplonej 12-centymetrową warstwą styropianu z zewnątrz oraz od wewnątrz (odpowiednio rys. 4b oraz rys. 4c – dla ułatwienia pominięto warstwy wykończeniowe). Widać wyraźnie, że ściana ocieplona od wewnątrz w zdecydowanej większości przekroju znajduje się w strefie temperatur ujemnych. Zatem jest to potencjalna strefa kondensacji pary wodnej (im niższa temperatura, tym wyższa wilgotność względna powietrza). Równorzędnym wymogiem, który bezwzględnie musi być spełniony, jest wyeliminowanie możliwości kondensacji pary wodnej, umożliwiającej rozwój grzybów pleśniowych oraz możliwość zawilgocenia wnętrza przegrody na skutek powstania płaszczyzny bądź strefy kondensacji [2], sposób obliczania wg [3]: PN-EN ISO 13788:2003 Cieplno- -wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku – Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej – Metody obliczania. Dodatkowo spełniony musi być warunek, że we wnętrzu przegrody nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie na skutek kondensacji pary wodnej [2]. Rozporządzenie [2] dopuszcza kondensację pary wodnej w okresie zimowym wewnątrz przegrody, o ile w okresie letnim możliwe będzie wyparowanie kondensatu i nie nastąpi degradacja materiału przegrody na skutek tej kondensacji.

Jest jeszcze drugi powód, dla którego jest to tak bardzo istotne. Obliczenia współczynnika przenikania ciepła U, zgodnie z [1]: PN- -EN ISO 6946:2008 wykonuje się dla warunków ustalonych, parametry cieplne zależą od wilgotności materiału. Dlatego przegrody zewnętrzne należy projektować tak, aby ich zawilgocenie nie spowodowało takiego obniżenia izolacyjności cieplnej, że przestaną one wypełniać stawiane im wymagania techniczne. Powyższa analiza pokazuje, że zdecydowanie najlepszym sposobem ocieplenia budynków jest termoizolacja zewnętrzna. Nie zawsze jednak ocieplenie od zewnątrz jest możliwe. Rozważmyt typową sytuację występującą przy pracach renowacyjnych: stary budynek z grubymi, nawet niekoniecznie zawilgoconymi ścianami. Absolutnie nie spełniają one obecnych wymogów termoizolacyjności. Ogrzewanie pomieszczeń dostarcza dużej ilości ciepła, ogrzane powietrze w zetknięciu z zimnymi ścianami skrapla się na ich powierzchni. Do tego wentylacja (jeżeli istnieje) nie jest w stanie zapewnić odpowiedniej wymiany powietrza i usunąć nadmiaru wilgoci. Pierwszym odruchem jest chęć docieplenia ścian. Skoro są zimne i skrapla się na nich para wodna to trzeba je zaizolować, aby nie zachodził efekt skraplania.

Koszty ogrzewania oczywiście spadną. Ale docieplenie od zewnątrz, np. ze względu na tynk renowacyjny lub bogato zdobione elewacje jest problematyczne. Zaczynają się kombinacje. Może tak od wewnątrz? Styropianem czy wełną? I tu dochodzimy do sedna problemu. Problemu, który będzie miał użytkownik pomieszczeń. Już po kilku miesiącach (jeżeli prace będą wykonywane w okresie jesiennym) zaczną się pojawiać kolonie grzybów pleśniowych, najpierw w narożach, potem nawet na ścianach, zapach stęchlizny itp. Wszystko dlatego, że na etapie przygotowania dokumentacji technicznej nie wykonano obliczeń cieplno-wilgotnościowych.

 

Rys. 5- rozkład ciśnień pary wodnej w przegrodzie ocieplonej od zewnątrz (system BSO na styropianie) oraz rozkład temperatur w przegrodzie ocieplonej od zewnątrz (system BSO na styropianie)
Rys. 5- rozkład ciśnień pary wodnej w przegrodzie ocieplonej od zewnątrz (system BSO na styropianie) oraz rozkład temperatur w przegrodzie ocieplonej od zewnątrz (system BSO na styropianie)
Rys. 6– rozkład ciśnień pary wodnej oraz temperatur w przegrodzie ocieplonej od zewnątrz (system BSO na wełnie mineralnej)
Rys. 6– rozkład ciśnień pary wodnej oraz temperatur w przegrodzie ocieplonej od zewnątrz (system BSO na wełnie mineralnej)
Rys. 7 – rozkład ciśnień pary wodnej oraz temperatur w przegrodzie ocieplonej od wewnątrz styropianem, bez warstwy paroizolacyjnej
Rys. 7 – rozkład ciśnień pary wodnej oraz temperatur w przegrodzie ocieplonej od wewnątrz styropianem, bez warstwy paroizolacyjnej
Rys. 8 – rozkład ciśnień pary wodnej w przegrodzie ocieplonej od wewnątrz styropianem, z warstwą paroizolacyjną
Rys. 8 – rozkład ciśnień pary wodnej w przegrodzie ocieplonej od wewnątrz styropianem, z warstwą paroizolacyjną
Rys. 9 – rozkład ciśnień pary wodnej w przegrodzie ocieplonej od wewnątrz styropianem, dla której warstwę paroizolacyjną o Sd = 200 m (por. rys. 8) zastąpiono zwykłą folia PE o gr. 0,15 mm
Rys. 9 – rozkład ciśnień pary wodnej w przegrodzie ocieplonej od wewnątrz styropianem, dla której warstwę paroizolacyjną o Sd = 200 m (por. rys. 8) zastąpiono zwykłą folia PE o gr. 0,15 mm

Ze względu na ruch wilgoci najistotniejsze są dwa wspomniane powyżej parametry: współczynnik oporu dyfuzyjnego μ – bezwymiarowy parametr, porównujący zdolność przepuszczania pary wodnej warstwy powietrza oraz warstwy konkretnego materiału (cegły, wełny mineralnej, folii itp.) o tej samej grubości.

 

 

BRAK TABELI [WSTAWIC]

Przeanalizujmy typową sytuację – wcześniej przywołana (rys. 4) ściana o grubości 1,5 cegły, tym razem z pełnym systemem ociepleń BSO, tj. docieplona od zewnątrz styropianem o grubości 12 cm, z cienkowarstwowym tynkiem mineralnym (tabela 2). Do obliczeń przyjęto dość łagodne warunki: temperatura zewnętrzna -15 0C, niezbyt wysoka wilgotność względnej powietrza na zewnątrz równa 50%, temperatura wewnętrzna +20 0C i wilgotność względna w pomieszczeniu 55%. Nie występuje tu niebezpieczeństwo kondensacji międzywarstwowej (rys. 5), nie ma także niebezpieczeństwa kondensacji wilgoci na powierzchni wewnętrznej ściany – temperatura powierzchni ściany wynosi 18,7 0C, natomiast punkt rosy wynosi 10,7 0C. Wsp. U (bez uwzględniania mostków termicznych) wynosi 0,287 W/(m2K).

Po zastąpieniu styropianu wełną (tabela 3) sytuacja zmienia się w minimalnym stopniu – nieco zmalał współczynnik U – do 0,281 W/(m2K). Nadal nie ma niebezpieczeństwa kondensacji międzywarstwowej (rys. 6) ani powierzchniowej (oczywiście dla przyjętych do obliczeń warunków zewnętrznych i wewnętrznych). Co się stanie, gdy powyższe docieplenie zaprojektujemy i wykonamy od wewnątrz? Nieco modyfikując układ otrzymujemy przegrodę składająca się z następujących warstw (tabela 4) – od wewnątrz mamy płyty GK, warstwę zbrojącą, docieplenie ze styropianu, natomiast od zewnątrz ściana jest zabezpieczona jedynie tynkiem tradycyjnym. Wartość wsp. U nie zmienia się (0,283 W/(m2K) wobec 0,287 W/(m2K) dla docieplenia od zewnątrz), natomiast pojawia się kondensacja wilgoci w przegrodzie rys. 7. Zawilgocenie powoduje spadek termoizolacyjności wilgotnego materiału, co znów powoduje zwiększoną kondensację wilgoci. W omawianym przykładzie możliwe jest wprawdzie odparowanie wilgoci w okresie letnim (kondensacja występuje na styku styropianu z murem i w części styropianu, a Sd dla warstw od strefy kondensacji na zewnątrz maleje – należy to jednak potwierdzić obliczeniowo), pomimo tego do takiej sytuacji nie należy dopuszczać.

 

 

Rozwiązaniem może być zablokowanie możliwości wnikania pary wodnej w ścianę od strony pomieszczenia, do obliczeń wprowadźmy warstwę paroizolacji o Sd = 200 m (ułożoną bezpośrednio pod płytą GK). Pozwoliło to na wyeliminowanie kondensacji wilgoci w przegrodzie (rys. 8).

Przykład ten nie jest absolutnie projektem docieplenia od wewnątrz, zwraca jednak uwagę na podstawowe zjawiska związane z ruchem ciepła i wilgoci w przegrodzie oraz na skutki braku wymaganych nie tylko przepisami prawa budowlanego, ale i zasadami sztuki budowlanej obliczeń lub skutki zmian materiału choć jednej z warstw przegrody lub jej umiejscowienia, przy braku ponownej analizy cieplno- wilgotnościowej.

Jest to jednocześnie swego rodzaju przestroga dla wykonawcy. Jego podstawowym błędem jest próba wykonania takiej termoizolacji bez uprzednich szczegółowych obliczeń. Wykonawca powinien bezwzględnie żądać szczegółowego projektu takiego docieplenia lub zlecić specjaliście wykonanie obliczeń (powtórzę - nie chodzi tu o współczynnik U, lecz o wykluczenie niebezpieczeństwa kondensacji wilgoci w przegrodzie).

Jeżeli taki projekt jest, niedopuszczalne są żadne modyfikacje wymienionych w nim materiałów. Jeżeli jest to materiał ABC firmy XYZ to taki musi zostać wbudowany. Do tego typu prac należy stosować TYLKO I WYŁĄCZNIE materiały, dla których przeprowadzono obliczenia. Nie da się tego wykonać bez podawania nazw materiałów przyjętych do obliczeń (żadna ustawa o zamówieniach publicznych nie jest w stanie zmienić tego, co dzieje się w przegrodzie podczas ruchu ciepła i wilgoci). Jakakolwiek zmiana rodzaju przeznaczonego do wbudowania materiału może skutkować zawilgoceniem ścian i koloniami grzybów pleśniowych w pomieszczeniach (zmiana przede wszystkim λ oraz μ/Sd). Podobny skutek (zawilgacanie przegrody i korozję biologiczną) może przynieść także niestaranne wykonawstwo (np. niedbałe wykonanie warstwy paroizolacyjnej od strony pomieszczenia).

Kolejnym problemem, który należy rozwiązać, są mostki termiczne, związane zarówno z narożami pomieszczeń, jak i ścianami wewnętrznymi dochodzącymi do ścian zewnętrznych. Dla tego drugiego przypadku dokładne rozwiązanie może być uzyskane jedynie na drodze numerycznych obliczeń programami pozwalającymi na analizę trójwymiarowego pola. Programy analizujące jednokierunkowy przepływ ciepła są tu mało przydatne. W literaturze [5] znaleźć można zalecenia mówiące, że dla ścian wewnętrznych o grubości do 25 cm rozwiązaniem może być wykonanie pasów izolacji termicznej na obu stronach ściany wewnętrznej na długości nie mniejszej niż jej dwuipółkrotna grubość. W narożnikach skutecznym rozwiązaniem może być zwiększenie grubości izolacji termicznej (zastosowanie tzw. klinów), jednak analiza tego przypadku również powinna być wykonana za pomocą odpowiednich numerycznych narzędzi.

Bezwzględnym wymogiem jest izolowanie ścian znajdujących się w stanie powietrzno-suchym, dlatego wcześniej konieczne jest wyeliminowanie wszelkich (istniejących lub potencjalnych) źródeł zawilgocenia przegrody (np. podciągania kapilarnego w strefie cokołowej) i jej osuszenie.

Wspomnieć trzeba także o tzw. płytach klimatycznych. Materiał ten jest dedykowany dociepleniom od wewnątrz, przy czym idea jego stosowania jest zupełnie inna. Nie wykonuje się tu paroizolacji od strony wewnętrznej, zakłada się kondensację wilgoci w porach tego materiału w okresie niskich zewnętrznych temperatur oraz jej wyparowanie w okresie letnim. Możliwość odparowania wilgoci do wewnątrz jest uzależniona od sposobu użytkowania pomieszczenia oraz warunków cieplno-wilgotnościowych (wilgotność względna powietrza, temperatura). Zatem na możliwość stosowania tego typu materiałów zasadniczy wpływ ma sprawna wentylacja (krotność wymiany powietrza). Dla takich materiałów niewystarczające jest określenie strefy kondensacji, konieczne jest obliczeniowe wykazanie, że zawilgocenie materiału w kolejnych latach nie będzie się zwiększać. Również grubość takich płyt powinna być dobierana numerycznie, przyjęcie założenia, że „im grubsze płyty tym lepiej” może być mylące.

Podane powyżej kryteria nie wyczerpują tematu, lecz sygnalizują podstawowe problemy, które trzeba rozwiązać na etapie przygotowywania dokumentacji projektowej. Nie wolno pominąć diagnostyki przeznaczonych do docieplenia od wewnątrz pomieszczeń, zabiegów odgrzybiających czy odsalających (jeżeli są niezbędne), nie zawsze można pominąć kryterium stateczności cieplnej pomieszczeń czy stateczności cieplnej przegrody. Trzeba również przewidzieć sposób zabezpieczenia zewnętrznej strony ścian przed zawilgacaniem np. na skutek opadów atmosferycznych.

mgr inż. Maciej Rokiel Polskie Stowarzyszenie Mykologów Budownictwa

Literatura:

  1. PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku - Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła - Metoda obliczania
  2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12. marca 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. nr 75, poz.690 z późn. zmianami
  3. PN-EN ISO 13788:2003 Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku – Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej – Metody obliczania
  4. PN-EN 12524:2003 Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe
  5. R. Wójcik - Docieplanie od wewnątrz. Inżynier Budownictwa nr 4/2011
  6. Budownictwo ogólne – tom 2 – Fizyka budowli, Arkady 2007
  7. Materiały firmy Xella
  8. Materiały firmy Korff
  9. J. Ważny, J. Karyś - Ochrona budynków przed korozją biologiczną, Arkady 2001
  10. E. Neufert - Podręcznik projektowania architektoniczno-budowlanego. Arkady 1995