Metodyka projektowania izolacji cieplnych od wewnątrz
Ocieplanie od wewnątrz | Izolacje cieplne | Izolacje termiczne
Projektowanie izolacji cieplnych od wewnątrz
Archiwa autorów
Tematyka docieplenia od strony wewnętrznej pomieszczeń ogrzewanych pojawia się od czasu do czasu w czasopismach technicznych na zasadzie pokazania jednostkowego przykładu zastosowania, bez poparcia choćby prostymi obliczeniami cieplno‑wilgotnościowymi.
Tymczasem bez obliczeń takie rozwiązanie wiąże się ze zwiększonym ryzykiem zawilgocenia docieplonego fragmentu ściany, a co za tym idzie – powstania zagrzybienia na styku konstrukcyjnej i izolacyjnej części przegrody.
Zobacz także
M.B. Market Ltd. Sp. z o.o. Czy piana poliuretanowa jest palna?
W artykule chcielibyśmy przyjrzeć się bliżej temu aspektowi i rozwiać wszelkie wątpliwości na temat palności pian poliuretanowych.
W artykule chcielibyśmy przyjrzeć się bliżej temu aspektowi i rozwiać wszelkie wątpliwości na temat palności pian poliuretanowych.
Ultrapur Sp. z o.o. Pianka poliuretanowa a szczelność budynku
Wielu inwestorów, wybierając materiał do ocieplenia domu, kieruje się głównie parametrem lambda, czyli wartością współczynnika przewodzenia ciepła. Jest on jedynym zestandaryzowanym współczynnikiem, który...
Wielu inwestorów, wybierając materiał do ocieplenia domu, kieruje się głównie parametrem lambda, czyli wartością współczynnika przewodzenia ciepła. Jest on jedynym zestandaryzowanym współczynnikiem, który określa właściwości izolacyjne materiału. Jednocześnie jest współczynnikiem wysoce niedoskonałym – określa, jak dany materiał może opierać się utracie ciepła poprzez przewodzenie.
Rockwool Polska Termomodernizacja domu – na czym polega i jak ją zaplanować?
Termomodernizacja to szereg działań mających na celu poprawę energochłonności Twojego domu. Niezależnie od zakresu inwestycji, kluczowa dla osiągnięcia spodziewanych efektów jest kolejność prac. Najpierw...
Termomodernizacja to szereg działań mających na celu poprawę energochłonności Twojego domu. Niezależnie od zakresu inwestycji, kluczowa dla osiągnięcia spodziewanych efektów jest kolejność prac. Najpierw należy docieplić ściany i dach, aby ograniczyć zużycie energii, a dopiero potem zmodernizować system grzewczy. Dzięki kompleksowej termomodernizacji domu prawidłowo wykonanej znacznie zmniejszysz koszty utrzymania budynku.
W niektórych przypadkach i pod pewnymi warunkami docieplenia od wewnątrz mogą być projektowane i wykonywane. Podstawowe znaczenie przy eksploatacji pomieszczeń ocieplonych od wewnątrz ma rygorystyczne przestrzeganie procedury użytkowania pomieszczeń.
Drugim warunkiem, jaki powinien być spełniony przy zastosowaniu tego typu dociepleń, jest odpowiedni dobór materiałów do izolacji cieplnej, poparty stosownymi atestami.
Natomiast całość działań projektowych powinna zostać potwierdzona stosownymi obliczeniami cieplno-wilgotnościowymi oraz być zgodna z obowiązującymi przepisami budowlanymi.
Wymagania prawne dotyczące projektowania ociepleń od strony wewnętrznej
Projektowanie przegród zewnętrznych, w tym projektowanie dodatkowej warstwy docieplenia, jest obwarowane przepisami zawartymi w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, ze zmianami [1].
Zgodnie z § 2.1. przepisy rozporządzenia stosuje się przy projektowaniu, budowie i przebudowie oraz przy zmianie sposobu użytkowania budynków oraz budowli nadziemnych i podziemnych spełniających funkcje użytkowe budynków.
|
Docieplenie od strony wewnętrznej niewielkiego fragmentu budynku, np. jednej ściany pokoju czy kilku ścian w mieszkaniu, nie podlega przepisom [1] i praktycznie może być wykonane przez właściciela mieszkania bez jakiegokolwiek projektu. W każdym innym wypadku wymagane jest spełnienie warunków zawartych w rozporządzeniu [1]. Wymagania nie są w tym zakresie rygorystyczne, np. p. 2.2.5 dopuszcza kondensację pary wodnej, o której mowa w § 321 ust. 2 rozporządzenia [1], wewnątrz przegrody w okresie zimowym, o ile struktura przegrody umożliwi wyparowanie kondensatu w okresie letnim i nie nastąpi przy tym degradacja materiałów budowlanych przegrody na skutek tej kondensacji. Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych [1] przywołuje normę PN-EN 13788:2003 [2]. Norma ta jest podstawą do obliczeń inżynierskich opartych na prawie Ficka, w odniesieniu do jednowymiarowego przepływu pary wodnej przez przegrodę. Sposób obliczeń zawarty w normie posłużył jako algorytm do stworzenia programów obliczeniowych wspomagających pracę projektanta przy wykonywaniu bardzo uproszczonej analizy cieplno-wilgotnościowej. Przy posługiwaniu się programami opartymi na normie PN-EN 13788:2003 [2] trzeba bezwzględnie zapoznać się z licznymi ograniczeniami metody. W obliczeniach zgodnych z tą normą niezbędne jest posiadanie rzetelnych danych opisujących właściwości dyfuzyjne materiałów i komponentów budowlanych. |
ABSTRAKT |
W artykule opisano technologie i materiały stosowane do izolacji cieplnej oraz pokazano przykład wykonania takiej izolacji. Omówiono zasady i metodykę projektowania takich izolacji. Wykonano również przykładowe obliczenia rozkładu pola temperatury w odniesieniu do wybranych mostków cieplnych w elementach dwuwymiarowych oraz przedstawiono wyniki obliczeń przyrostu wilgotności przegrody zewnętrznej docieplonej od wewnątrz. |
|
The article describes technologies and materials used for thermal insulation and presents an exemplary implementation of such insulation. It also discusses the rules and methodology of designing such insulation. Moreover, the article presents exemplary calculations of the temperature distribution with reference to selected thermal bridges in two-dimensional elements, as well as the results of calculations of an increase in humidity of external envelope treated with inside heat insulation. |
W odniesieniu do większości materiałów, w tym kilkunastu podstawowych materiałów i komponentów budowlanych, można je znaleźć w normie PN-EN 12524:2002 [3] lub częściowo dla materiałów murowych według normy PN-EN 1745:2012 [4], albo publikowanych wartości obliczeniowych według badań ITB [5].
Materiały i stosowane technologie
Wśród stosowanych rozwiązań materiałowych można wyróżnić rozwiązania tradycyjne, w których wykorzystywane są klasyczne materiały termoizolacyjne oraz rozwiązania na bazie nowoczesnych materiałów ociepleniowych.
W technologiach tradycyjnych wykorzystuje się m.in. styropian i wełnę szklaną, skalną lub drzewną; materiały te układane są na ruszcie z wykończeniem w postaci płyt gipsowo-kartonowych lub wykończeniem jak w systemie ETICS. Ocieplenie tego rodzaju powinno być szczelnie osłonięte warstwą skutecznej paroizolacji.
W rozwiązaniach z zastosowaniem nowoczesnych materiałów można wyróżnić dwie metody [6]:
- dodatkowe ocieplenie ze szczelną barierą paroizolacyjną od strony wnętrza,
- systemy, które gwarantują swobodny przepływ strumienia dyfuzji przez przegrodę.
Systemy z paroizolacją od strony wnętrza sprawdzają się najlepiej w obiektach o wysokiej wilgotności. W związku z całkowitym uniemożliwieniem dyfuzji pary wodnej przez powierzchnię należy zapewnić najwyższą efektywność instalacji wentylacyjnej.
Systemy, które gwarantują swobodny przepływ strumienia dyfuzji, wymagają wysokiej paroprzepuszczalności wszystkich warstw przegrody. W przypadku pomieszczeń mieszkalnych lub przeznaczonych na długotrwały pobyt ludzi, ze względu na naturalną regulację wilgotności wnętrza wynikającą ze swobodnego przepływu pary przez warstwy ocieplenia, jest to rozwiązanie korzystniejsze niż ocieplenie z paroizolacją.
FOT. 1 i 2 ilustrują przykład docieplenia ściany zewnętrznej i przyległego fragmentu ściany wewnętrznej.
Dostępne metody obliczeń
Metody symulacyjne
Wykorzystują one na ogół równania opisujące bilanse cząstkowe w materiale kapilarno-porowatym. Modele symulacyjne opisujące sprzężony transport ciepła i masy można znaleźć np. w normie PN‑EN 12524:2002 [3] oraz w publikacjach: „Fizyka budowli…” [5] i „Metoda wskaźnikowa…” [7].
Niektóre z modeli znalazły zastosowanie w programach komputerowych do symulacji zjawisk cieplno-wilgotnościowych. Z nielicznymi wyjątkami programy te wykorzystują roczne bazy danych klimatycznych krajów, w których zostały wykonane. Podobnie jest z bazami danych materiałowych.
Te dwa czynniki praktycznie uniemożliwiają wykorzystanie tych programów w warunkach polskich. Innymi uwarunkowaniami, które nie sprzyjają korzystaniu z oprogramowania przez polskich projektantów, są: wysoka cena, bariera językowa oraz brak przygotowania merytorycznego projektantów.
Metody szacunkowe
Polegają one na wykorzystaniu w obliczeniach zmodyfikowanej metody Fokina-Glasera w różnych sytuacjach eksploatacyjnych przegrody do oceny możliwości kondensacji międzywarstwowej. Metoda ta znalazła odzwierciedlenie w istniejącej od kilku lat normie PN-EN ISO 13788:2003 [2].
W punkcie 1 „Zakres normy” można przeczytać, iż w normie tej podano metody obliczania: „a) temperatury powierzchni wewnętrznej komponentu budowlanego lub elementu..., b) oszacowanie ryzyka kondensacji wewnętrznej wskutek dyfuzji pary wodnej”.
Podana metoda nie obejmuje wielu zjawisk fizycznych zachodzących w warstwach przegrody budowlanej. Inną niedogodnością jest przyjęta klasyfikacja wilgotności wewnętrznej powietrza oparta na danych pochodzących z budynków zlokalizowanych w krajach Europy Zachodniej.
Załącznik A normy PN-EN ISO 13788:2003 [2] dopuszcza stosowanie w odniesieniu do innych stref klimatycznych lokalnych wartości pomiarowych bez podania krajowych wartości referencyjnych. Można przyjąć, iż polskie warunki eksploatacji mieszkań są w większości zbliżone do warunków występujących w innych krajach, co nie oznacza, iż w obliczeniach należy zawsze przyjmować podaną klasyfikację.
Norma PN-EN ISO 13788:2003 [2] budzi wiele wątpliwości co do jakości uzyskiwanych wyników obliczeń i sposobu ich interpretacji. Pomimo takich zastrzeżeń jest podstawą do wykonywania zdecydowanej większości obliczeń cieplno-wilgotnościowych na potrzeby projektowania w warunkach polskich. Na podstawie normy powstało kilka bezpłatnych programów komputerowych.
Są one dostępne na stronach producentów materiałów izolacyjnych, materiałów wchodzących w skład systemów dociepleń lub kompletnych systemów typu ETICS. Podjęta próba walidacji uzyskiwanych wyników nie dała jednak pomyślnych rezultatów.
Proponowana metodyka ocieplania od wewnątrz
Zalecane metody obliczeń zgodnie z normą PN-EN ISO 13788:2003 [2] dostosowane są do typowej budowy przegrody i nie precyzują ściśle warunków prowadzenia obliczeń służących ocenie cieplno‑wilgotnościowej przy nietypowym rozwiązaniu projektorowym, jakim jest docieplenie od strony wewnętrznej przegrody istniejącej.
Proponujemy następującą metodykę oceny możliwości docieplenia do strony wewnętrznej z uwagi na możliwość zawilgocenia i zagrzybienia:
- rozpoznanie budowy materiałowej przegrody z wykonaniem odkrywek, pomiar grubości warstw istniejących;
- pomiar wilgotności powierzchniowej metodami nieinwazyjnymi, a przy murach ceramicznych gr. powyżej 51 cm badania wilgotności próbek pobieranych z odkrywki;
- ustalenie rodzaju materiału warstw ściany i dopasowanie właściwości fizycznych przy wykorzystaniu danych dostępnych w normie PN-EN 12524:2002 [3] oraz w publikacji „Fizyka budowli…” [5]; przy murach obiektów zabytkowych zalecane badania właściwości, w tym paroprzepuszczalności materiału ceramicznego;
- inwentaryzacja miejsc wrażliwych – liniowych mostków cieplnych;
- jako obligatoryjne należy wykonać obliczenia wartości fRsi we wszystkich miejscach połączeń docieplanej przegrody z przegrodami do niej przylegającymi;
- wybór materiału i technologii docieplenia;
- ustalenie programu użytkowania pomieszczenia, z określeniem możliwości zapewnienia regulacji temperatury i wilgotności powietrza wewnętrznego, lub wyznaczenie wilgotności eksploatacyjnej powietrza, która nie powinna zostać przekroczona z warunku M < 0, gdzie M [kG/m²a] jest obliczeniową ilością kondensatu w warunkach klimatu zewnętrznego jak w najbliższej stacji meteorologicznej.
Należy przyjąć zasadę wykonywania obliczeń w odniesieniu do trzech średnich wartości miesięcznych temperatur powietrza zewnętrznego z bazy danych meteorologicznych, tj.: tśr., tmaks. i tmin.; - obliczenie temperatury na styku warstw: ściana istniejąca – materiał izolacji cieplnej, przy uwzględnieniu dwuwymiarowego przepływu ciepła;
- dobór grubości docieplenia z warunku Mmin., gdzie M jest całkowitą obliczeniową ilością kondensatu [kG/(m²a)], obliczoną zgodnie z normą PN-EN-ISO 13788:2003 [2]; sposób wykończenia powierzchni, w tym powłoki malarskie, powinien zostać uwzględniony w obliczeniach.
We wszystkich obliczeniach zaleca się pominięcie obliczeń wilgotności wewnętrznej w zależności od warunków zewnętrznych, a zastosowanie własnych, popartych doświadczeniem lub pomiarami, parametrów mikroklimatu wewnętrznego.
Jako ostatni etap projektowania należy przewidzieć zastosowanie metody podgrzewania [6] miejsc szczególnie narażonych na kondensację, w których z przeprowadzonych obliczeń wynika wartość fRsi < fRsi,maks.,wraz z zapewnieniem dużego oporu dyfuzyjnego warstwy zewnętrznej nowo projektowanego docieplenia. Duży opór dyfuzyjny gwarantuje zastosowanie odpowiednich folii lub zestawów powłok malarskich dobranych do rodzaju tynku wewnętrznego.
Przykład etapów projektowania docieplenia od wewnątrz
Jako przykład przyjęto typową ścianę ceglaną gr. 38 cm, wraz z tynkami. W wariancie pierwszym (W_1) przegroda ocieplona została płytą poliuretanową gr. 10 cm. Wnętrze wykończono tynkiem akrylowym. W wariancie drugim (W_2) ocieplenie wykonano z płyty hydroaktywnej tej samej grubości, wykończonej od wewnątrz szpachlą systemową.
Zmierzona wilgotność muru wśr. wyniosła 3%. Dane materiałowe przyjęto na podstawie pracy „Fizyka budowli…” [5]. Ustalono warunki użytkowania pomieszczenia jako warunki normalne, ti = 20°C, ji = 50% w odniesieniu do wszystkich miesięcy w roku. Budynek zlokalizowany jest w pobliżu stacji meteorologicznej Katowice.
Zgodnie z normą PN-EN-ISO 13788:2003 [2] wykonano obliczenia przyrostu wilgoci w murze ceglanym, przyjmując jedną strefę kondensacji. Na podstawie wyników obliczeń przewiduje się wyparowanie całego kondensatu w miesiącach letnich w przegrodzie ocieplonej płytami poliuretanowymi. W przypadku ściany ocieplonej płytami hydroaktywnymi kondensat nie wyparuje w miesiącach letnich.
W miejscach poza mostkami cieplnymi obliczono wartość M [kG/(m²a)]. Wyniki obliczeń w odniesieniu do zmiennych warunków użytkowania przedstawiono na RYS. 1 i 2. Grubość materiału izolacyjnego została dobrana dla wartości Mmin. Dalsze wyniki analizy przedstawiono dla ściany ocieplonej płytami poliuretanowymi gr. 10 cm.
Istotnym problemem w przypadku ociepleń od strony wewnętrznej są mostki termiczne. Na wybranych przykładach przedstawiono różne sposoby ich eliminacji – różne z uwagi na sposób docieplenia przegrody: całościowy oraz fragmentaryczny, polegający na eliminacji samego miejsca zaburzenia.
W przypadku ociepleń cząstkowych – tylko miejsc zaburzeń przepływu – w materiałach producenta znajdujemy rozwiązania detali montażowych (RYS. 3–4), brak tam jednak informacji co do sposobu doboru grubości, a co ważniejsze – długości termoizolacji, tak aby objęła ona cały obszar zasięgu oddziaływania anomalii termicznych.
W pracy przeanalizowano wybrane detale mostków termicznych:
- M_1 – mostek termiczny w narożu ściany (RYS. 5),
- M_2 – mostek termiczny wzdłuż połączenia ze stropami i ścianami oddzielającymi pomieszczenie docieplone od innych pomieszczeń (RYS. 6),
- M_3 – mostek termiczny w połączeniu ściany zewnętrznej ze ścianą wewnętrzną z cegły pełnej gr. 25 cm (RYS. 7).
Dwuwymiarowe modele mostków zbudowano zgodnie z założeniami normy PN-EN ISO 10211:2008 [6]. Rozpatrzono dwa warianty eliminacji mostków:
- wariant_a – eliminacja mostka termicznego przez całościowe, ciągłe ocieplenie ściany,
- wariant_b – ocieplenie fragmentaryczne ściany, tylko w miejscu zaburzeń w rozkładzie pola temperatury, na odległość oddziaływania mostka termicznego, w postaci tzw. skosów.
Wyniki symulacji przedstawiono na RYS. 8–19.
Z analizy rozkładu pola temperatur wynika, że zasięg oddziaływania mostka na przegrodę ma indywidualny charakter (TABELA 2). W rozwiązaniach detali architektonicznych w kontekście ocieplania od wewnątrz sprawa wydaje się prosta, gdy przegroda ocieplana jest całościowo – dotyczy to modeli M_a.
Jeśli minimalizowany jest tylko sam mostek termiczny, jego zasięg oddziaływania powinien być określany indywidualnie, w zależności od warunków brzegowych i materiału przegrody w danym przypadku. Omawiane sytuacje pokazano na modelach M_b.
Na podstawie analizy wyników symulacji można stwierdzić, że po ociepleniu od wewnątrz część konstrukcyjna muru pozostaje pod wpływem temperatury środowiska zewnętrznego.
Przesunięcie izoterm ujemnych temperatur w głąb muru jest zjawiskiem niekorzystnym nie tylko dla wnętrza muru, lecz także dla powierzchni styku płaszczyzny wewnętrznej muru z nowym dociepleniem, czyli w warstwie klejącej.
Przy niekorzystnych parametrach mikroklimatu środowiska wewnętrznego i ujemnych temperaturach zewnętrznych możliwa teoretycznie strefa kondensacji pary wodnej oraz inne niepożądane efekty, w tym np. zagrzybienie, wystąpi właśnie w tej warstwie. Nadmienić należy jednak, że analizowane przegrody spełniają wymagania w zakresie wartości współczynnika przenikania ciepła U.
W odniesieniu do każdego rozpatrywanego przypadku określono ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej na podstawie obliczeń wartości tzw. czynnika temperaturowego fRsi na powierzchni wewnętrznej. Dla wszystkich adaptowanych cieplnie przegród ma on wartość wyższą niż wartość krytyczna podana w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych [1].
PODSUMOWANIE
Najlepszą metodą analizy przegrody docieplonej jest symulacja jej zachowania się w ciągu przynajmniej jednego roku bazowego oraz obliczenia temperatury powierzchni wewnętrznej w miejscach występujących mostków cieplnych. W pewnych niesprzyjających warunkach taki czas może okazać się niewystarczający do wykonania analiz.
Przydatne mogą się okazać metody uproszczone, pod warunkiem zachowania proponowanej procedury, doświadczenia i zdrowego rozsądku projektanta, wykonawcy, a przede wszystkim właściciela docieplanego pomieszczenia.
Dzięki analizie przegrody docieplonej od strony wewnętrznej według podanej procedury oraz stosowaniu się do zaleceń, w tym dogrzewaniu miejsc szczególnych z użyciem kabli grzewczych w metodzie „IN” [9], można zapewnić bezpieczne użytkowanie tak docieplonej ściany, ze zminimalizowanym ryzykiem wystąpienia kondensacji i zagrzybienia.
Zalecane obliczenia mogą być dużym problemem dla projektantów z dwóch przyczyn: braku na rynku polskim tanich polskojęzycznych programów wspomagających pracę w zakresie obliczeń cieplnych, w tym rozkładu pola temperatury w miejscach mostków cieplnych, oraz w zakresie symulacji przepływu wilgoci i pary wodnej.
Problematyczne jest też posiłkowanie się katalogami w formie papierowej, które najczęściej nie odzwierciedlają w sposób dostatecznie dokładny koniecznych do rozpatrzenia detali architektonicznych.
Za niedopuszczalne uznajemy stosowany najczęściej sposób projektowania ocieplenia od strony wewnętrznej polegający na obliczeniach przybliżonych w zakresie cieplno-wilgotnościowym, czyli na określeniu wartości współczynnika przenikania ciepła U i czynnika temperaturowego fRsi w odniesieniu do płaskiej powierzchni ściany.
Takie obliczenia nie dają praktycznie żadnej gwarancji poprawności zaprojektowanej wewnętrznej izolacji cieplnej.
LITERATURA
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690, ze zm.).
- PN-EN-ISO 13788:2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów i materiałów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej wilgotności i kondensacji międzywarstwowej. Metody obliczania”.
- PN-EN 12524:2002, „Właściwości cieplno-wilgotnościowe materiałów. Stabelaryzowane wartości obliczeniowe” (norma wycofana bez zastąpienia).
- PN-EN 1745:2012, „Mury i wyroby murowe. Metody określania właściwości cieplnych”.
- J.A. Pogorzelski, „Fizyka budowli, część X. Wartości obliczeniowe właściwości fizycznych”, „Materiały Budowlane”, nr 3/2005, s. 79–81.
- PN-EN ISO 10211:2008, „Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe”.
- P. Klemm, D. Heim, M. Jabłoński, K. Klemm, S. Krawczyński, P. Narowski, „Metoda wskaźnikowa oceny oddziaływania klimatu na obiekty zabytkowe”, Seria: „Fizyka Budowli – Ochrona zabytków”, Politechnika Łódzka, Katedra Fizyki Budowli i Materiałów Budowlanych, Łódź 2009.
- „Renovario – system termoizolacji od wewnątrz oraz zwalczania wilgoci i zagrzybienia”, Instrukcja montażu płyt klimatycznych firmy Ecovario.
- R. Wójcik, „Docieplanie od wewnątrz”, „Inżynier Budownictwa”, dostępny w internecie: http://www.inzynierbudownictwa.pl/technika,materialy_i_technologie,artykul,docieplanie_od_wewnatrz,4608.
