Prace termomodernizacyjne – skutki przestrzenne

Czynnik energetyczny w powiązaniu z zasadą minimalizacji oddziaływania obiektu na środowisko w istotny sposób zmienia przesłanki decyzji dotyczących remontów i adaptacji. Zwiększa wymagania stron procesu inwestycyjnego w stosunku do projektu uzbrojenia technicznego budynku, który powinien być również elastyczny, adaptowalny i zapewniać zdrowy mikroklimat we wnętrzach [1].

Ochrona istniejących budynków przed stratami ciepła – propozycje zakresu prac

W Dzienniku Ustaw nr 201 z 13 listopada 2008 r. ukazały się podpisane przez ministra infrastruktury trzy rozporządzenia dotyczące charakterystyki energetycznej budynków:

• rozporządzenie zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (w skrócie: WT 2008) (DzU nr 201, poz. 1238);
• rozporządzenie zmieniające rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego (DzU nr 201, poz. 1239);
• rozporządzenie w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącego samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej (DzU nr 201, poz. 1240).

Nowością dla architekta jest wymóg wykonania na etapie projektowania analizy możliwości racjonalnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii oraz ciepła z kogeneracji w odniesieniu do obiektów o powierzchni użytkowej powyżej 1 tys. m². Według przepisów potwierdzenie spełnienia warunków cieplnych i zgodności budynku z wymogami warunków technicznych można realizować na dwa sposoby. W pierwszym – projektant sprawdza, czy spełnione są wszystkie tzw. wymagania cząstkowe, dotyczące m.in. izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych, okien i instalacji. Druga metoda polega na obliczeniu wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną, tzw. EP. Istotne jest wskazanie, że jest on mniejszy od maksymalnej wartości, wynikającej z WT 2008, która zależy m.in. od rodzaju i współczynnika kształtu budynku, zapotrzebowania na ciepło na potrzeby c.w.u. oraz ewentualnego wyposażenia obiektu w klimatyzację.

W metodzie cząstkowej w odniesieniu do ścian zewnętrznych wymagane wartości izolacyjności przegród zostały sprowadzone do poziomu U = 0,3 W/(m²·K). Architekt został zobligowany do liczenia wartości punktowych mostków cieplnych. Mostki liniowe natomiast powinien uwzględnić przy obliczaniu wartości wskaźnika EP, który jest jednym z elementów świadectwa energetycznego. Jeżeli budynek podlega modernizacji, zgodnie z wymaganiami technicznymi może mieć do 15% wyższy współczynnik U i nie więcej niż o 15% wyższe zapotrzebowanie na EP niż nowy obiekt, o takim samym współczynniku kształtu oraz powierzchni przegród. Ściany obiektów istniejących są najczęściej słabo zaizolowane. Dlatego pierwszym punktem prac termomodernizacyjnych jest docieplenie przegród i wymiana okien na nowe z nawiewnikami, które odtwarzają pierwotną koncepcję podziału stolarki. Po takich zmianach dostosowuje się moc systemu grzewczego do nowego zapotrzebowania domu na energię.

Należy wspomnieć, że do budynków zwolnionych z obowiązku sporządzania świadectwa energetycznego należą m.in. obiekty zabytkowe objęte ochroną oraz przeznaczone na miejsca kultu oraz do działalności religijnej. W wielu budynkach historycznych prace dociepleniowe są jednakże przeprowadzane ze względu na możliwość obniżenia kosztów eksploatacyjnych. Z powodzeniem, czyli bez negatywnego wpływu na ideę architektoniczną oraz tektonikę obiektu, wykonano np. docieplenie kościoła przy ul. Zakopiańskiej w Krakowie, wybudowanego w latach 20. XX w. [1].

W obiektach historycznych, w których chroniony jest detal i oryginalny materiał elewacji, akceptację konserwatorską uzyskują propozycje związane z poprawą izolacyjności przegród poziomych zewnętrznych, uwzględniające zastosowanie izolacji o ponadnormatywnej grubości. Docieplenie ścian z zewnątrz nie jest z reguły uwzględniane np. w obiektach postprzemysłowych, których architekturę definiują ceglane mury. Budynki te, wyróżniające się niejednokrotnie jednoprzestrzennym wnętrzem z uwzględnionymi jedynie pomieszczeniami pomocniczymi, mają ściany o zmiennej grubości, np. od 65 do 140 cm [3]. Duże powierzchnie otworów okiennych, które są przeszklone pojedynczymi szybami, zamontowanymi w „zimnej” stalowej ślusarce, powodują również znaczne straty ciepła. Jednocześnie zły stan konstrukcji i pokryć dachowych skłania do rozważenia możliwości zaprojektowania nowych poziomych przegród zewnętrznych o podwyższonej izolacyjności. Straty ciepła wynikające z braku docieplenia ścian mogą być zbilansowane ponadnormatywną grubością materiału izolacyjnego, tak aby łączne zapotrzebowanie na ciepło pozostało niezmienione.

W trakcie docieplania stropodachów można, o ile uzyska się zgodę konserwatora na takie zmiany, dobudować również nową kondygnację. Aby uniknąć problemów z przegrzewaniem lub przemarzaniem pomieszczeń na ostatnim piętrze, w trakcie nadbudowy można zastąpić stropodach docieplonym dachem stromym. Konstrukcja np. o formie mansardowej charakteryzuje się najniższą wartością stosunku powierzchni dachu do powierzchni użytkowej i ogranicza wysokość w szczycie [2]. Może funkcjonować jako energetyczna przestrzeń buforowa – w części połaciowej izolować budynek od strony północnej i zimnych wiatrów, a w części kalenicowej służyć jako magazyn nadwyżek ciepła oraz umożliwiać wentylację. W przypadku umieszczenia wielu nadbudówek na historycznych obiektach, sprawiających niepożądane estetycznie wrażenie budek dla ptaków, występuje dodatkowo problem wyższych wartości stosunku powierzchni dachu do powierzchni użytkowej poddasza. Rozwiązanie to powoduje wyższe straty ciepła, koszty inwestycyjne związane z pogrubieniem termoizolacji i ryzyko występowania mostków cieplnych [2].

W ostatniej dekadzie prowadzone są również doświadczenia związane z koncepcjami opartymi na zastosowaniu podwójnych fasad wentylowanych, które po przeprowadzonej modernizacji umożliwiają unowocześnienie również obiektów biurowych, wznoszonych w latach 60. i 70. XX w. Podstawowe problemy fizyko-budowlane w tych budynkach wynikały z ich konstrukcji szkieletowej i dużych powierzchni przeszklonych zastosowanych w elewacjach. Takie rozwiązania powodowały podwyższone straty ciepła. Z drugiej strony słupowo-ryglowy układ konstrukcyjny umożliwia zamontowanie od strony zewnętrznej dodatkowej ściany osłonowej. Takie rozwiązanie sprzyja poprawie charakterystyki energetycznej ściany bez konieczności gruntownej modernizacji istniejącej elewacji. Taka koncepcja znalazła praktyczne zastosowanie np. podczas prac modernizacyjnych w obiekcie biurowym – Východečeska energetyka w Hradec Královè [4]. Zaprezentowane prace modernizacyjne pozwoliły na poprawę komfortu cieplnego, zarówno latem, jak i zimą, oraz na zmniejszenie poziomu hałasu w przestrzeni międzypowłokowej. Wyeliminowały skutecznie mostki termiczne i poprawiły wydajność systemu wentylacji.

Pomimo zagrożeń związanych z możliwością powstania mostków cieplnych docieplenie od wewnątrz może być niezbędne w obiektach historycznych, których elewacja jest chroniona, aczkolwiek uwzględnienie pełnego zakresu prac jest niejednokrotnie utrudnione. Projektant powinien wziąć pod uwagę wpływ zmiany struktury na warunki przepływu ciepła i pary wodnej w jej wnętrzu. Termoizolacja umieszczona od wewnątrz może spowodować zmniejszenie masy termicznej całego obiektu, okresowe przemarzanie części nośnej z możliwością kondensacji pary wodnej wewnątrz przegrody, a także pogorszenie warunków higieniczno-sanitarnych w pomieszczeniu. Osiągnięcie zgodnej z wymaganiami wartości współczynnika przenikania ciepła ściany nie może być celem nadrzędnym. Należy przede wszystkim uniknąć procesów destrukcyjnych w przegrodzie i zapobiec korozji biologicznej. W celu zmniejszenia prawdopodobieństwa powstawania pleśni na ścianach wykonuje się np. kratki nadmuchu powietrza wzdłuż ścian [2]. Z uwagi na to, że strefa wykraplania się pary wodnej może powstać na styku płaszczyzny wewnętrznej muru z termoizolacją, zaleca się stosowanie paraizolacji. Docieplenie od wewnątrz nie eliminuje mostków cieplnych, dlatego projektuje się m.in. „przedłużenie” warstw ocieplających na ściany wewnętrzne poprzeczne, a także na odcinki stropów przylegające do ścian zewnętrznych od strony zewnętrznej lub wewnętrznej. Tego typu działania wywierają wpływ na architekturę, toteż projektant powinien liczyć się z efektem nie zawsze pożądanym. Dobór metody docieplenia od wewnątrz zależy od materiału, z jakiego zbudowana jest ściana, oraz stopnia paroprzepuszczalności [1].

Poprawa mikroklimatu wewnętrznego

W drugiej połowie XX w., a zwłaszcza w latach 70. i 80., rozwiązywanie problemów budowlano-energetycznych sprowadziło się do ograniczenia strat energii cieplnej przez przegrody zewnętrzne. Obecnie równie ważnym zagadnieniem stało się przegrzewanie pomieszczeń. Problem ten w dużym stopniu rozwiązuje zamontowanie na fasadach dodatkowych elementów, kte wspomagają sterowanie dwustronnym przepływem energii cieplnej. Koncepcje z zastosowaniem osłon przeciwsłonecznych umożliwiają efektywną modernizację elewacji w obiektach istniejących. Przykładem jest śmiały projekt duńskiego biura architektonicznego SHL. Architekci przekształcili budynek z nieczynnych zakładów papierniczych w Silkeborg (Dania) w liceum o profilu artystycznym. Elewacja budynku składa się głównie z blachy pokrytej rdzą, z niewielkimi otworami. W miejscu zamontowanych okien przewidziano ruchome okiennice. Cały przeszklony parter umożliwia natomiast dobre doświetlenie sal prób (fot. 1–2).

Wzrost temperatury we wnętrzu budynku spowodowany jest niejednokrotnie brakiem możliwości precyzyjnego dostosowania parametrów termicznych do potrzeb użytkownika i przeznaczenia obiektu. Samoczynny powrót do temperatury wymaganej wymusza konieczność zastosowania systemów automatycznej regulacji wraz z klimatyzacją lub systemem żaluzjowym. Alternatywą dla tych skomplikowanych i kosztownych rozwiązań jest możliwość wykorzystania ciepła utajonego przemiany fazowej. Na kształtowanie parametrów związanych z komfortem cieplnym duży wpływ ma temperatura powierzchni wewnętrznych ścian, podłogi i stropu. Jej dobowe wahania, wynikające ze zmiany temperatury powietrza wewnętrznego, są zależne od oporów przejmowania ciepła i zdolności akumulacyjnych przegród. Szczególną rolę w tym procesie pełni wewnętrzna warstwa wykończeniowa przegrody, będąca w kontakcie z powietrzem. Ustalona wartość temperatury na jej wewnętrznej powierzchni zapewnia korzystny mikroklimat i eliminuje ryzyko występowania okresowej kondensacji pary wodnej. Stałą temperaturę można osiągnąć m.in. dzięki zastosowaniu okładziny ściennej z kompozytu modyfikowanego MFZ. W układach wykorzystujących ciepło przemiany fazowej stosuje się organiczne związki chemiczne (wosk, stearyny, parafiny, kwasy tłuszczowe) lub nieorganiczne (sole), nazywane materiałami zmiennofazowymi (PCM). Umożliwiają przejścia fazowe: ciało stałe – ciecz. Przemiana fazowa materiału akumulującego zachodzi w temperaturze, która zależy od jego składu chemicznego. Przykładem obiektów w których wykorzystano to innowacyjne rozwiązanie, są modernistyczne budynki osiedla Brunck w Ludwigshafen. Od strony wewnętrznej ściany wykończono tynkiem akumulującym ciepło utajone z domieszkami granulek wosku w stężeniu 750–1500 g/m². Wosk, topiąc się, absorbuje nadmiar ciepła z powietrza wewnętrznego, a tężejąc, zaczyna je oddawać [2].

Wnioski

1. Struktura budynków ulega dekapitalizacji wraz z upływem czasu. Stałe remonty są konieczne w obiektach historycznych. Unowocześnienie rozwiązań następuje przeważnie wraz ze zmianą funkcji i przystosowaniem do nowych potrzeb. W celu sprostania wymogom ekologii następuje np. zmiana sposobu ogrzewania. Prace termomodernizacyjne wymagają opracowania projektów przez zespł fachowców różnych branż, również przez architektów krajobrazu. Techniczna strona opracowań może uwzględniać wykorzystanie ekotechnologii i energii odnawialnej. Zakres prac powinien objąć również przestrzeń zewnętrzną, w której funkcjonuje obiekt.
2. W poszukiwaniu optymalnego rozwiązania zakresu prac termomodernizacyjnych należy wziąć pod uwagę względy konserwatorskie, estetyczne, techniczne, koszty inwestycyjne i ich wpływ na późniejsze opłaty związane z ogrzewaniem.
3. W obiektach, w których nie będzie mógł być zastosowany system dociepleń, można zaproponować inne rozwiązania, które poprawią bilans cieplny. Należy pamiętać, że ocieplenie budynków od wewnątrz, możliwe do zaprojektowania w niektórych budynkach (np. ogrzewanych czasowo), nie jest zgodne z zasadami fizyki budowli.
4. Aby termomodernizacja była efektywna, musi być kompleksowa, tzn. obejmować nie tylko budynek, lecz także instalacje i systemy zaopatrzenia budynku w ciepło. Często przeprowadza się tylko docieplanie budynków, natomiast przystosowanie instalacji do nowych potrzeb następuje tylko w niewielu obiektach. Efekty takich działań nie powodują obniżenia wskaźnika zapotrzebowania energii cieplnej do ogrzania 1 m2 powierzchni użytkowej budynku. Poprawiają jedynie warunki temperaturowe w pomieszczeniach i likwidują ewentualne efekty przemarzania ścian.

Literatura

1. Jaworska-Michałowska, „Wpływ termomodernizacji na architekturę obiektów zabytkowych”, praca doktorska, Politechnika Krakowska, Kraków 2006.
2. M. Jaworska-Michałowska, „Zakres prac termomodernizacyjnych w obiektach historycznych”, „Przegląd Budowlany”, nr 12/2007.
3. D. Heim, „Rewitalizacja zabytkowych obiektów przemysłowych”, IZOLACJE, nr 5/2005.
4. B. Bielek, M. Bielek, „New knowledge about regime of natural physical cavity of doubleskin transparent facade under windless climate conditions – experimental research”, IX Międzynarodowe Seminarium Naukowo-Techniczne „Energodom 2008”, Politechnika Krakowska, Kraków 2008.
5. J.A. Pogorzelski, „Koncepcje ocieplenia od wewnątrz ściany zewnętrznej w budynku zabytkowym”, „Materiały Budowlane”, nr 3/2009.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!