Termomodernizacja budynków – ocieplenie i docieplenie elementów obudowy budynków

Działania energooszczędne stosowane w budynkach istniejących można podzielić na trzy podstawowe grupy. Pierwsza to technologie związane z redukcją strat ciepła przez przegrody (wymagania cieplne według rozporządzenia [1] – TABELA 1 ), a w szczególności:
− ocieplanie przegród zewnętrznych (podłogi na gruncie, stropy, dach, ściany),
− dobór stolarki okiennej i drzwiowej z uwzględnieniem wymagań cieplnych według rozporządzenia [1].

W  TABELI 2  zestawiono wartości maksymalne współczynników przenikania ciepła okien, drzwi balkonowych i drzwi zewnętrznych, zgodnie z załącznikiem 2 do rozporządzenia [1].

Według rozporządzenia [1] dopuszcza się dla budynku produkcyjnego, magazynowego i gospodarczego większe wartości współczynnika U niż U_C(max) oraz U_(max) określone w  TABELI 1  i  TABELI 2 , jeśli uzasadnia to rachunek efektywności ekonomicznej inwestycji, obejmujący koszt budowy i eksploatacji budynku. Ponadto w budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej, produkcyjnym, magazynowym i gospodarczym podłoga na gruncie w ogrzewanym pomieszczeniu powinna mieć izolację cieplną obwodową z materiału izolacyjnego w postaci warstwy o oporze cieplnym co najmniej 2,0 (m²·K)/W, przy czym opór cieplny warstw podłogowych oblicza się zgodnie z normami PN-EN ISO 6946:2008 [2] oraz PN-EN ISO 13370:2008 [3].

Druga grupa dotyczy redukcji strat oraz poprawy sprawności systemu instalacyjnego, m.in.:
− wymiany lub modernizacji grzejników,
− wymiany lub modernizacji systemu grzewczego (zastosowanie ogrzewania podłogowego, powietrznego itp.),
− instalacji termostatów,
− montażu nowoczesnych regulatorów pogodowych bądź pokojowych,
− izolacji przewodów c.w.u. i c.o.,
− wymiany lub modernizacji systemu wytwarzania ciepłej wody,
− wymiany lub modernizacji systemu wentylacji (zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem, czyli rekuperatora).

Ostatnią grupę stanowią prace projektowo-wykonawcze lub modernizacyjne skupiające się na źródle ciepła, do których mogą należeć:
− zaprojektowanie i zainstalowanie lub wymiana źródła ciepła (zamiana kotła na nowy cechujący się lepszą sprawnością, bądź zamiana źródła lokalnego na miejską sieć ciepłowniczą),
− zmiana nośnika energii (zamiana kotła na inny, który wytwarza energię spalając paliwo innego rodzaju; wyjątkiem jest zamiana paliwa w tym samym kotle, który jest przystosowany do spalania kilku rodzajów surowców),
− zastosowanie technologii wykorzystującej odnawialne źródła energii (OZE) na potrzeby grzewcze (np. pompy ciepła, biopaliwa, kolektory słoneczne),
− zastosowanie kogeneracji (produkcja jednoczesnego prądu oraz ciepła – dotyczy współdzielni), zastosowanie automatyki sterującej źródłem.

W artykule przedstawiono analizę parametrów fizykalnych (cieplno-wilgotnościowych) elementów obudowy budynków istniejących przed i po ociepleniu z uwzględnieniem wymagań cieplnych od 1 stycznia 2021 r.

Docieplenie elementów obudowy budynków jako podstawowy element termomodernizacji

Aby ilość energii cieplnej potrzebnej do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie, przewidziano dwie metody, pozwalające spełnić wymaganie w nowo projektowanych budynkach:

• pierwsza polega na takim zaprojektowaniu przegród w budynku, aby wartości współczynników przenikania ciepła U/U_c [W/(m²·K)] przegród zewnętrznych, okien, drzwi oraz technika instalacyjna odpowiadały wymaganiom izolacyjności cieplnej; kryterium w zakresie ochrony cieplnej: U_c ≤ U_c(max),
• druga to zaprojektowanie budynku pod kątem zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną na jednostkę powierzchni pomieszczeń o regulowanej temperaturze powietrza w budynku, lokalu mieszkalnym lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową – EP [kWh/(m²·rok)]; kryterium w zakresie oszczędności energii: EP  ≤  EP_(max).

Według wprowadzonych zmian w rozporządzeniu [1] wymagania dla nowo projektowanych budynków dotyczą jednoczesnego spełnienia dwóch wymagań w zakresie współczynnika przenikania ciepła

• U [W/(m²·K)] – U_c  ≤  U_c(max) dla pojedynczych przegród budynku
• oraz wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną
  EP [kWh/(m²·rok)] – EP  ≤  EP_(max) dla całego budynku.

Wymagania minimalne, o których mowa w ust. 1 rozporządzenia [1], uznaje się za spełnione dla budynku podlegającego termomodernizacji, jeżeli przegrody oraz wyposażenie techniczne budynku podlegające przebudowie odpowiadają przynajmniej wymaganiom izolacyjności cieplnej określonym w załączniku nr 2 do rozporządzenia [1].

Ponadto należy pamiętać, że budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby ograniczyć ryzyko przegrzewania budynku w okresie letnim (dotyczy przegród przezroczystych, tj. stolarki okiennej).

W trakcie projektowania i wykonywania docieplenia przegród zewnętrznych budynku należy pamiętać o wyeliminowaniu zjawiska kondensacji powierzchniowej (ryzyko rozwoju pleśni i grzybów pleśniowych) oraz kondensacji międzywarstwowej.

Zastosowanie odpowiedniego materiału termoizolacyjnego pozwala na osiągnięcie niskich wartości współczynnika przenikania ciepła U/U_c [W/(m²·K)] pełnej przegrody i liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ [W/(m·K)] oraz minimalizację ryzyka występowania kondensacji powierzchniowej i międzywarstwowej.

Przed wyborem odpowiedniego materiału do izolacji cieplnej w aspekcie projektowania nowych obiektów lub modernizacji budynków istniejących należy zwrócić uwagę na następujące właściwości:

• współczynnik przewodzenia ciepła λ,
• gęstość objętościową,
• izolacyjność akustyczną,
• przepuszczalność pary wodnej,
• współczynnik oporu dyfuzyjnego μ,
• wrażliwość na czynniki biologiczne i chemiczne,
• ochronę przeciwpożarową.

Na podstawie prowadzonych obliczeń i analiz w tym zakresie zestawiono przykładowy dobór materiałów termoizolacyjnych ( RYS. 1 ).

Docieplenie ścian zewnętrznych budynków prefabrykowanych i w technologii tradycyjnej murowanej

W przypadku ścian zewnętrznych budynków prefabrykowanych (np. wielka płyta), aby uzyskać odpowiednią izolacyjność cieplną w postaci współczynnika przenikania ciepła U  [W/(m²·K)] należy dobrać odpowiednią grubość izolacji cieplnej.

Do podstawowych metod ocieplenia ścian zewnętrznych można zaliczyć:

• metoda ciężka mokra polega na oklejeniu całych powierzchni ścian styropianem, zawieszeniu na stalowych bolcach siatek konstrukcyjnych z prętów stalowych i wykonaniu wyprawy zewnętrznej z trójwarstwowego tynku cementowo-wapiennego na siatce stalowej podtynkowej,
• metoda lekka mokra polega na wykonaniu ocieplenia najczęściej ze styropianu, a następnie pokryciu go powłoką zewnętrzną, w skład której z reguły wchodzi warstwa zbrojona tkaniną szklaną oraz cienkowarstwowa wyprawa tynkarska lub okładzina ceramiczna; systemy oparte na tej technologii można podzielić na kilka podstawowych typów, opisanych szczegółowo w [4],
• metoda lekka sucha opiera się na wykonywaniu robót budowlanych bez prac mokrych; wykonywanie ocieplenia polega na przymocowaniu do ścian budynku rusztu drewnianego lub metalowego, ułożeniu między elementami rusztu materiału termoizolacyjnego i zamocowaniu gotowych elementów elewacyjnych.

Technologia bezspoinowego systemu ocieplenia ( ETICS ) ścian zewnętrznych budynku polega na przymocowaniu do ściany systemu warstwowego, składającego się z materiału termoizolacyjnego oraz warstwy zbrojonej i wyprawy tynkarskiej. System mocowany jest do ściany za pomocą zaprawy klejącej i dodatkowo łącznikami mechanicznymi.

Zasadniczą funkcję w tym systemie pełni materiał termoizolacyjny, który powinien charakteryzować się następującymi cechami [4]:

• niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła λ ≤ 0,04 W/(m·K),
• niską wilgotnością i nasiąkliwością zarówno w trakcie wbudowania, jak i użytkowania,
• odpowiednią wytrzymałością mechaniczną,
• odpornością na działanie ognia: niepalnością, trudnozapalnością – odpowiednią klasą reakcji na ogień,
• odpornością na wpływy biologiczne,
• odpornością na działanie materiałów, z którymi będzie się stykać po wbudowaniu,
• brakiem trwałego zapachu i brakiem szkodliwego oddziaływania na ludzi i zwierzęta,
• znaczną trwałością w zmiennych warunkach eksploatacyjnych,
• małym obciążeniem środowiska naturalnego podczas produkcji i utylizacji materiałów rozbiórkowych.

W systemach ETICS jako izolację termiczną stosuje się najczęściej fasadowe płyty styropianowe (EPS), płyty ze styropianu grafitowego (szarego), fasadowe płyty z wełny mineralnej lub płyty z pianki poliuretanowej oraz materiały uzupełniające, przeznaczone do ocieplenia cokołowej i podziemnej części ściany w postaci płyt polistyrenowych o zmniejszonej nasiąkliwości.

Do mocowania płyt styropianowych do podłoża i wykonywania warstwy zbrojonej mogą być stosowane następujące wyroby [5]:

• masy na spoiwie dyspersyjnym tworzywa sztucznego nadające się do użycia bez dodatkowych zabiegów,
• masy na spoiwie dyspersyjnym tworzywa sztucznego wymagające wymieszania z cementami,
• zaprawy klejące, wykonywane z suchej mieszanki cementu, piasku i dodatków organicznych, wymagające wymieszania z wodą.

Ponadto do mocowania płyt do ściany może być stosowany klej (pianka) poliuretanowy. Jednak najpopularniejsza jest zaprawa klejąca w postaci suchej mieszanki zarabianej [4].

Do mocowania płyt z wełny mineralnej do podłoża ściennego oraz wykonywania warstwy zbrojonej należy stosować zaprawę klejącą wykonywaną z suchej mieszanki cementu, piasku i dodatków organicznych.

Według [5] masy klejące na organicznym spoiwie dyspersyjnym z wypełniaczami mineralnymi oraz masy klejące na organicznym spoiwie dyspersyjnym wymagające wymieszania z cementem nie uzyskują klasyfikacji materiału niepalnego.

Oprócz podstawowych zapraw na bazie cementu szarego do wykonania warstwy zbrojącej produkuje się zaprawy z cementu białego. Warstwa zbrojona wykonana z użyciem takiej zaprawy może nie wymagać stosowania środka gruntującego przed nałożeniem tynku cienkowarstwowego [6].

Bardzo istotne jest także poprawne ułożenie płyt z materiałów termoizolacyjnych w celu minimalizacji wpływu nieszczelności w warstwie izolacji cieplnej. Na etapie projektowania zakłada się poziom nieszczelności ( Δ U′′ ) oraz dodatek uwzględniający wpływ nieszczelności w warstwie izolacji cieplnej ( Δ U_g ) na wartość współczynnika przenikania ciepła U_c według normy PN-EN ISO 6946:2008 [2].

Łączniki mechaniczne (kołki) wraz z zaprawą klejącą mocującą płyty termoizolacyjne do warstwy konstrukcyjnej ściany zewnętrznej zapewniają wymaganą stateczność konstrukcyjną układu ocieplającego od działania obciążenia wiatrem (ssanie wiatru) oraz sił ścinających wynikających z ciężaru własnego systemu ocieplenia. Kołki powinny także zapobiegać przed tzw. wybrzuszeniem się płyt izolacyjnych pod wpływem zmiany warunków cieplno-wilgotnościowych.

Deformacja płyt może wystąpić wskutek braku swobody wydłużania się ich na styku z sąsiadującymi elementami. Dodatkowe mocowanie mechaniczne w obrębie krawędzi, jak również pośrodku płyty zapewnia dobre połączenie ze ścianą i zabezpiecza przed tzw. miksowaniem płyt i pękaniem wyprawy tynkarskiej w wyniku tego zjawiska [4] ( RYS. 2–3 ).

Dodatkowe mocowanie płyt izolacyjnych wykonuje się w miejscach dochodzenia do siebie krawędzi trzech płyt izolacyjnych. Taki układ łączników bywa nazywany kołkowaniem na „T”.

W niektórych przypadkach zamiast kołkowania na „T” zaleca się stosować kołkowanie na „W”. W tym zakresie należy się kierować zaleceniami producenta wybranego systemu ocieplenia ścian. Z mocowania w spoinach „T” można zrezygnować w przypadku stosowania płyt izolacyjnych łączonych na piór i wpust.

Na  RYS. 4 przedstawiono zalecane rozmieszczenie kołków na standardowej płycie izolacyjnej [4].

W praktyce stosuje się różne rozwiązania łączników mechanicznych:

• łączniki rozprężne z trzpieniem (których główki wykonane są z tworzywa sztucznego o zwiększonej izolacyjności cieplnej z wycięciami),
• łączniki mocowane przez wbicie w ścianę osadzonego w nich krótkiego trzpienia, mającego korpus w kształcie dużej komory powietrznej, w znaczący sposób ograniczającej straty ciepła w miejscu wbicia kołka,
• kołki wkręcane w płyty izolacyjne lub umieszczone w gniazdach, zasłanianych następnie krążkami z materiału termoizolacyjnego.

Należy pamiętać, aby w przypadku stosowania łączników mechanicznych nie dopuszczać do nadmiernych strat ciepła wynikających z ich występowania, co ilustruje tzw. efekt biedronki widoczny często na elewacjach budynków ocieplonych metodą lekką mokrą ( FOT. ).

W ścianach dwuwarstwowych stosuje się łączniki mechaniczne wykonane z tworzyw sztucznych, natomiast w przypadku ścian trójwarstwowych i szczelinowych wykonane z stali lub stali nierdzewnej. Procedurę uwzględniania wpływu łączników mechanicznych ( Δ U_f ) na wartość współczynnika przenikania ciepła U_c według normy PN-EN ISO 6946:2008 [2].

Do ocieplania ścian mogą być stosowane siatki zbrojące z włókna szklanego, metalowe lub z tworzywa sztucznego. Gdy konieczne jest wzmocnienie dolnych części budynku, stosuje się tzw. siatki pancerne.

W systemie ocieplenia powinny być stosowane materiały niepalne, w związku z tym nie należy używać siatek z tworzyw sztucznych [5].

Od strony zewnętrznej należy zastosować tynk zewnętrzny – cienkowarstwowy (w przypadku ścian dwuwarstwowych) lub warstwę elewacyjną (w przypadku ścian trójwarstwowych i szczelinowych).

W przypadku ścian dwuwarstwowych zaleca się stosowanie tynków cienkowarstwowych, które można podzielić [8]

• ze względu na spoiwo: mineralne, silikatowe (krzemianowe), silikonowe, silikatowo-silikonowe, polimerowe (akrylowe),
• ze względu na technikę wykonywania: naciągane pacą, zacierane, cyklinowane, wytłaczane, natryskowe, nakrapiane,
• ze względu na rodzaj faktury: gładkie, drapane, ziarniste (tzw. baranek), modelowane, mozaikowe.

Poprawne wykonanie ocieplenia przegród zewnętrznych wymaga zastosowania materiałów o wysokiej jakości oraz stosowania wytycznych opisanych w projekcie ocieplenia.

Przykład obliczeniowy 1

Zaprojektowano grubość materiałów termoizolacyjnych przy ociepleniu istniejących ścian zewnętrznych budynków wzniesionych w technologii prefabrykowanej (dla wybranych wariantów) z uwzględnieniem wymagań cielnych obowiązujących od 1 stycznia 2021 r.

Do analizy wybrano następujące warianty ścian zewnętrznych:

• wariant I: płyta ze żwirobetonu gr. 35–40 cm o λ= 0,60 W/(m·K), U = 1,33–1,19 W/(m²·K),
• wariant II: płyta betonowa gr. 15 cm o λ = 1,60 W/(m·K), styropian gr. 6 cm o λ = 0,05 W/(m·K), płyta betonowa gr. 6 cm o λ = 1,60 W/(m·K); U = 0,66 W/(m²·K),
• wariant III: płyta żelbetowa gr. 15 cm o λ = 1,90 W/(m·K), styropian gr. 6 cm o λ = 0,05 W/(m·K), płyta żelbetowa gr. 6 cm o λ = 1,90 W/(m·K); U = 0,67 W/(m²·K).

Do ocieplenia ww. wariantów ścian zewnętrznych zaproponowano następujące materiały termoizolacyjne:

• płyty z wełny mineralnej o λ = 0,038 W/(m·K),
• płyty styropianowe EPS o λ = 0,035 W/(m·K),
• płyty ze styropianu grafitowego (szarego) o λ = 0,031 W/(m·K)
• oraz płyty z pianki poliuretanowej o λ = 0,022 W/(m·K).

W  TABELI 3 zestawiono wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła U_c [W/(m²·K)] według PN-EN ISO 6946:2008 [2] analizowanych wariantów ścian zewnętrznych po ociepleniu przy zastosowaniu zróżnicowanych materiałów termoizolacyjnych.

Aby spełnić podstawowe kryterium w zakresie ochrony cieplnej: U_c   ≤   U_c(max) = 0,20 W/(m²·K) dla ścian zewnętrznych, należy dobrać rodzaj oraz grubość materiału termoizolacyjnego (kierując się jego wartością współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)]).

W analizowanych wariantach ( TABELA 3 ) zastosowanie ocieplenia w postaci płyt z pianki poliuretanowej [o λ = 0,022 W/(m·K)], nawet o gr. 10 cm, gwarantuje uzyskanie wartości współczynnika przenikania ciepła U_c o wartości poniżej U_c(max) = 0,20 W/(m²·K).

Przykład obliczeniowy 2

Zaprojektowano grubość materiałów termoizolacyjnych przy ociepleniu istniejących ścian zewnętrznych budynków wzniesionych w technologii tradycyjnej murowanej (dla wybranych wariantów) z uwzględnieniem wymagań cielnych obowiązujących od 1 stycznia 2021 r.

Do analizy wybrano następujące warianty ścian zewnętrznych:

• wariant I:
  cegła pełna gr. 25 cm o λ = 0,77 W/(m·K),
  styropian gr. 10 cm o λ = 0,045 W/(m·K);
  U = 0,37 W/(m²·K),
• wariant II:
  bloczek wapienno-piaskowy gr. 24 cm o λ = 0,85 W/(m·K),
  styropian gr. 10 cm o λ = 0,045 W/(m·K);
  U = 0,37 W/(m²·K),
• wariant III:
  bloczek z betonu komórkowego gr. 24 cm o λ = 0,25 W/(m·K),
  styropian gr. 10 cm o λ = 0,045 W/(m·K);
  U = 0,30 W/(m²·K)

Do ocieplenia ww. wariantów ścian zewnętrznych zaproponowano następujące materiały termoizolacyjne:

• płyty z wełny mineralnej o λ = 0,038 W/(m·K),
• płyty styropianowe EPS o λ = 0,035 W/(m·K),
• płyty ze styropianu grafitowego (szarego) o λ = 0,031 W/(m·K)
• oraz płyty z pianki poliuretanowej o λ = 0,022 W/(m·K).

Analizy przeprowadzono w dwóch przypadkach:

• A (wariant I, II, III) – zastosowanie dodatkowego ocieplenia gr. 10, 12, 15 cm jako metoda docieplenia na ocieplenie,
• B (wariant IV, V, VI) – usunięcie istniejącego ocieplenia, a następnie zastosowanie ocieplenia gr. 10, 12, 15 i 20 cm.

W  TABELI 4 zestawiono wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła U_c [W/(m²·K)] według PN-EN ISO 6946:2008 [2] analizowanych wariantów ścian zewnętrznych po ociepleniu przy zastosowaniu zróżnicowanych materiałów termoizolacyjnych.

Należy podkreślić, że wykonywania dodatkowego ocieplenia na już istniejącym stało bardzo ważnym istotnym zagadnieniem remontowym wielu istniejących budynków mieszkalnych lub użyteczności publicznej. Dlatego też Instytut Techniki Budowlanej, a także organizacje zrzeszające producentów ociepleń starają się szczegółowo zapoznać z problematyką tego typu realizacji.

Zasadne staje się opracowanie wytycznych realizacji ociepleń wykonywanych na ociepleniach istniejących. W ostatnich latach powstały aprobaty techniczne wydane przez Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie dla systemów uwzględniających możliwość mocowania do ścian ocieplonych nowego ocieplenia w zakresie spełnienia obowiązujących wymagań cieplnych. Obecne rozwiązania dotyczą jedynie systemów z zastosowaniem styropianu [9, 10].

Na podstawie prowadzonych analiz i obserwacji własnych oraz wytycznych dotyczących renowacji istniejących systemów dociepleń budynków opracowano algorytm (schemat) postępowania w zakresie ocieplenia na istniejące ocieplenie ( RYS. 5 ).

Docieplenie ścian zewnętrznych budynków zabytkowych

Ocieplenie przegród zewnętrznych od wewnątrz projektowane i wykonywane jest w:

• obiektach zabytkowych (budynki wpisane do rejestru zabytków lub objęte ochroną konserwatorską),
• obiektach o wartości architektonicznej (ciekawy charakter elewacji lub oryginalny wygląd budynku),
• obiektach o ograniczonych prawach własności (w przypadku gdy część ścian zewnętrznych znajduje się dokładnie na granicy działki),
• a także obiektach użytkowanych czasowo (ogrzewanie czasowe w nieregularnych okresach).

Takie rozwiązanie wiąże się jednak ze zjawiskiem wnikania pary wodnej w strukturę przegrody i jej kondensacji.

Na skutek niskiej temperatury otoczenia spada znacznie temperatura wewnątrz przegrody, powodując kondensację na styku warstwy konstrukcyjnej i izolacji cieplnej. Warstwa izolacji cieplnej od strony wewnętrznej przegrody oddziela konstrukcję muru od środowiska wewnętrznego co wpływa na zmniejszenie pojemności cieplnej całego budynku i powoduje wprowadzenie całej warstwy konstrukcyjnej w strefę przemarzania ( RYS. 6–7 ).

Podstawową zaletą ocieplenia od wewnątrz jest zmniejszenie ilości energii niezbędnej do ogrzania pomieszczeń o żądanej temperaturze oraz skrócenia czasu nagrzewania [11].

Przykład obliczeniowy 3

Obliczono współczynnik przenikania ciepła U_c [W/(m²·K)] ścian zewnętrznej z cegły pełnej gr. 25 cm i 37 cm ocieplonej od strony wewnętrznej, różnymi materiałami zgodnie z procedurą według normy PN-EN ISO 6946:2008 [2] z uwzględnieniem wymagań cielnych obowiązujących od 1 stycznia 2021 r.

Do ocieplenia ww. wariantów ścian zewnętrznych od strony wewnętrznej zaproponowano następujące materiały termoizolacyjne:

• płyty klimatyczne (silikat wapienny) λ = 0,059 W/(m·K),
• lekka odmiana betonu komórkowego λ = 0,040 W/(m·K),
• płyty z wełny mineralnej λ = 0,038 W/(m·K),
• płyty ze styropianu grafitowego λ = 0,031 W/(m·K),
• płyty rezolowe λ = 0,022 W/(m·K),
• płyty aerożelowe λ = 0,015 W/(m·K)
• oraz płyty z paneli próżniowych VIP λ = 0,007 W/(m·K).

Wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła Uc dla analizowanych rozwiązań materiałowych ściany zewnętrznej zestawiono w  TABELI 5 .

Istotny wpływ na wartość współczynnika przenikania ciepła przegrody budowlanej U_c [W/(m²·K)] ma wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] materiału izolacyjnego. W odniesieniu do jednego rodzaju izolacji może się ona wahać w znacznym przedziale w zależności od produktu, co wynika z szybkiego rozwoju rynku materiałów termoizolacyjnych oraz coraz bardziej zaawansowanych technologii produkcyjnych.

W obliczeniach różnicowano grubość warstwy izolacji cieplnej i wartość współczynnika przewodzenia ciepła materiału izolacyjnego λ [W/(m·K)]. Dodatkowo zamieszczono poziomy wymagań co do izolacyjności cieplnej U_c(max) [W/(m²·K)] według rozporządzenia [1], obowiązujące od 1.01.2021 r. (rozwiązania materiałowe ścian zewnętrznych spełniających kryterium cieplne: U_c   ≤ U_{c(max )} = 0,20 W/(m²·K) – zaznaczono kolorem zielonym).

Przykład obliczeniowy 4

Określono parametry fizykalne przegród zewnętrznych i złączy przy zastosowania ocieplenia od strony wewnętrznej.

Do analizy wybrano budynek szkoły, w którym występują dwie ściany zewnętrze:

• ściana zewnętrzna I:
  tynk cementowo-wapienny gr. 0,015 m o λ = 0,820 W/(m·K),
  bloczek PGS 800 gr. 0,24 m o λ = 0,48 W/(m·K),
  płytki ceramiczne gr. 0,03 m o λ = 1,050 W/(m·K);
  współczynnik przenikania ciepła przed dociepleniem U = 1,40 W/(m²·K),
• ściana zewnętrzna II:
  tynk cementowo-wapienny gr. 0,015 m o λ = 0,820 W/(m·K);
  prefabrykat ścienny gr. 0,35 m o λ = 2,30 W/(m·K);
  współczynnik przenikania ciepła przed dociepleniem U = 2,94 W/(m²·K).

W przypadku ściany zewnętrznej I, ze względu na historyczną mozaikę ceramiczną, zaproponowano ocieplenie od wewnątrz:

• płyty mineralne gr. 6 cm o λ = 0,042 W/(m·K) – wariant I,
• płyty z paneli próżniowych VIP gr. 3 cm o λ = 0,007 W/(m·K).

Natomiast ścianę zewnętrzną II ocieplono:

• płytami ze styropianu grafitowego (szarego) gr. 10 cm o λ = 0,031 W/(m·K) – wariant I,
• płytami rezolowymi gr. 10 cm o λ = 0,022 W/(m·K) – wariant II.

Wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła U W/(m²·K) ścian przed i po ociepleniu zestawiono w  TABELI 6 .

Dla narożnika ścian zewnętrznych (przed i po ociepleniu) określono parametry fizykalne przy zastosowaniu programu komputerowego TRISCO-KOBRU 86 [13], przyjmuje się następujące założenia:

• modelowanie złączy wykonano zgodnie z zasadami przedstawionymi w normie PN-EN ISO 10211:2008 [14],
• opory przejmowania ciepła (R_si, R_se) przyjęto zgodnie z normą PN-EN ISO 6946:2008 [2] przy obliczeniach strumieni cieplnych oraz według PN-EN ISO 13788:2003 [15] przy obliczeniach rozkładu temperatur i czynnika temperaturowego ƒ_Rsi(2D),
• temperatura powietrza wewnętrznego t_i = 20°C (pokój dzienny), temperatura powietrza zewnętrznego t_e = –20°C (III strefa),
• wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów budowlanych λ [W/(m·K)] przyjęto na podstawie załącznika do pracy [12].

Na RYS. 8–11, RYS. 12–15 oraz RYS. 16–19 przedstawiono analizowane warianty obliczeniowe.

Szczegółowe procedury obliczeniowe parametrów fizykalnych złączy zaprezentowano m.in. w pracy [12]. Wyniki parametrów fizykalnych analizowanych złączy zestawiono w  TABELI 7 .

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń ( TABELA 7 ) można stwierdzić, że w analizowane złącza generują dodatkowe straty ciepła określone m.in. w postaci liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ _i [W/(m·K)] oraz obniżenie temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody t_si,min. [°C] (w miejscu połączenia ścian zewnętrznych). Parametry fizykalne narożnika ścian zewnętrznych zależą od usytuowania i grubości materiału termoizolacyjnego ( TABELA 7 ).

Zastosowanie ocieplenia (od zewnątrz i wewnątrz) powoduje obniżenie strat ciepła w postaci: współczynnika przenikania ciepła U [W/(m²·K)] pojedynczej gałęzi narożnika, strumienia przepływającego przez złącze Φ [W] i liniowego współczynnika sprzężenia cieplnego L^2D [W/(m·K)]. Natomiast wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ _i [W/(m·K)], często wykorzystywanego w praktyce inżynierskiej, rosną wraz z obniżeniem współczynników przenikania ciepła U [W/(m²·K)] pojedynczej gałęzi narożnika – co wynika z procedury obliczeniowej prezentowanej m.in. w pracy [12]. Dlatego zaleca się przeprowadzenie takiej analizy innych parametrów opisujących dodatkowe straty ciepła ( TABELA 7 ).

Spełnienie kryterium w zakresie uniknięcia występowania ryzyka kondensacji powierzchniowej (rozwoju pleśni i grzybów pleśniowych): ƒ _Rsi(2D)  ≥  ƒ _{Rsi .(kryt.)} , wymaga określenia wartości ƒ _Rsi(2D) na podstawie temperatury minimalnej na wewnętrznej powierzchni przegrody w miejscu mostka cieplnego (2D) t_si,min. [°C] oraz wartości ƒ _{Rsi .(kryt.)} uwzględniającej parametry powietrza wewnętrznego i zewnętrznego (wilgotność i temperatura powietrza).

Według normy PN-EN ISO 13788:2003 [15] czynnik temperaturowy ƒ _{Rsi .(kryt.)} oblicza się lub przyjmuje w zależności od zastosowanego w budynku rodzaju wentylacji (wentylacja grawitacyjna – dominująca w budownictwie mieszkaniowym lub wentylacja mechanicznej, będąca często składnikiem systemów klimatyzacyjnych, pozwalających w prawie dowolny sposób kształtować właściwości mikroklimatu wnętrz).

Wartość maksymalna z 12 miesięcy w odniesieniu do lokalizacji (Bydgoszcz) ƒ _{Rsi .(max)} = ƒ _{Rsi .(kryt.)} = 0,785 (luty). Oznacza to, że w każdym miesiącu roku i dla każdych innych wartości temperatur brzegowych dla uniknięcia kondensacji powierzchniowej ƒ _Rsi(2D) powinien być większy od 0,785.

W analizowanych przypadkach ( TABELA 7 ) warunek: ƒ _Rsi(2D)  ≥  ƒ _{Rsi .(kryt.)} nie został spełniony, w związku z tym istnieje możliwość (ryzyko) występowania kondensacji na ­wewnętrznej powierzchni przegrody.

Podsumowanie i wnioski

Termomodernizacja istniejących budynków jest procesem złożonym, obejmującym m.in. zagadnienia materiałów budowlanych, budownictwa ogólnego, fizyki budowli oraz instalacji budowlanych.

Jakość cieplna obudowy budynku jest oceniana przez określenie wartości współczynników U_c [W/(m²·K)], które wykorzystywane są do dalszych obliczeń w zakresie analizy cieplno-wilgotnościowej przegród i całego budynku (np. współczynnik strat ciepła przez przenikanie H_tr [W/K], zapotrzebowanie na energię użytkową EU, energię końcową EK i pierwotną EP [kWh/(m²·rok)]). Należy także podkreślić, że przy dociepleniu przegród zewnętrznych i ich złączy trzeba uwzględniać kryteria w zakresie: izolacyjności cieplnej, kondensacji powierzchniowej i międzywarstwowej, izolacyjności akustycznej, ochrony przeciwpożarowej oraz nośności i trwałości konstrukcji.

Niektóre układy warstw materiałowych spełniają wymagania w zakresie izolacyjności cieplnej ( U_c ≤ U_c(max) ), jednak po przeprowadzeniu analizy w zakresie wymagań wilgotnościowych, akustycznych lub przeciwpożarowych usytuowanie warstwy izolacji cieplnej w dowolnym położeniu przegrody jest niedopuszczalne.

Całokształt działań termomodernizacyjnych budynków powinien obejmować także usprawnienie lub wymianę elementów instalacji szczególnie centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz wprowadzenie odnawialnych źródeł energii (OZE). Takie kompleksowe podejście do dostosowania budynków do wymagań w zakresie oszczędności energii ( EP ≤ EP_(max) ) i ochrony cieplnej budynków ( U_c ≤ U_C(max) ) sprawia, że wartość wskaźnika zapotrzebowania budynku na energię pierwotną ( EP ) jest stosunkowa niska, a emisja CO₂ (ECO₂) do atmosfery jest maksymalnie ograniczona.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2017 r., poz. 2285).
2. PN-EN ISO 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
3. PN-EN ISO 13370:2008, „Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wymiana ciepła przez grunt. Metoda obliczania”.
4. M. Gaczek, J. Jasiczak, M. Kuiński, M. Siewczyńska, „Izolacyjność termiczna i nośność murowanych ścian zewnętrznych. Rozwiązania i przykłady obliczeń”, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2011.
5. Z. Rydz, J.A. Pogorzelski, M. Wójtowicz, „Bezspoinowy system ocieplania ścian zewnętrznych budynków”, „Instrukcje, Wytyczne, Poradniki” nr 334, ITB, Warszawa 2002.
6. Kreisel – Technika Budowlana, katalog produktów, 2010.
7. Ejot, WDVS-Dübel, 2008.
8. M. Gaczek, S. Fiszer, „Tynki” [w:] „XVIII Ogólnopolska Konferencja Warsztaty pracy projektanta konstrukcji”, Ustroń 2003.
9. P. Gałek, „Metody docieplenia budynków na starych systemach ociepleń”, „Wyzwania współczesnego budownictwa w dziedzinie izolacji”, Dom Wydawniczy MEDIUM, Warszawa 2012.
10. „Ocieplenie na ocieplenia – zalecenia dotyczące renowacji istniejącego systemu ETICS”, Stowarzyszenie na Rzecz Systemów Ociepleń, wydanie I, Warszawa 2012.
11. M. Wesołowska, K. Pawłowski, „Aspekty związane z dostosowaniem obiektów istniejących do standardu budownictwa energooszczędnego”, Agencja Reklamowa TOP, Włocławek 2016.
12. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle aktualnych warunków technicznych dotyczących budynków. Obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych i ich złączy”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2016.
13. Program komputerowy TRISCO-KOBRU 86.
14. PN-EN ISO 10211:2008, „Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe”.
15. PN-EN ISO 13788:2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej umożliwiająca uniknięcie krytycznej wilgotności powierzchni wewnętrznej kondensacji. Metody obliczania”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!