Izolacje termiczne dachów skośnych

W 2010 r. opublikowano Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków [1], w której określono program poprawy efektywności energetycznej.

W związku z postanowieniami tego dokumentu w Unii Europejskiej od 2021 r. mają powstawać budynki o niemal zerowej charakterystyce energetycznej, zużywające minimalną ilość energii, która powinna pochodzić w bardzo dużym stopniu ze źródeł odnawialnych wytwarzanych na miejscu lub w pobliżu budynku.

Pod wpływem postanowień europejskich w Polsce znowelizowano wymagania prawne, obniżono dopuszczalną prawem energochłonność budynków oraz określono zmiany wymagań w tym zakresie. Wprowadzono nowe wymagania dotyczące izolacyjności termicznej przegród budowlanych oraz wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej EP przy zachowaniu odpowiedniego klimatu pomieszczeń.

Wymagania prawne wobec dachów na 2014 r., 2017 r. i 2021 r.

Dach jest jedną z najważniejszych przegród w budynku. Jego najistotniejsze funkcje to:

• zapewnienie odpowiedniej wytrzymałości konstrukcyjnej, pozwalającej użytkować dach zgodnie z przeznaczeniem,
• ochrona przed wpływem czynników atmosferycznych, takich jak temperatura, wiatr, deszcz, śnieg,
• ochrona przed hałasem.

Dach może mieć decydujący wpływ na zużycie energii, zwłaszcza w budynkach niskich.

Geometria budynku jest jednym z istotnych elementów mających wpływ na straty ciepła. W budynkach, w których powierzchnia dachu F_D/V_e > 0,1 m-1, udział strat ciepła przez dach jest znaczący.

W budynkach jednorodzinnych iloraz ten przekracza F_D/V_e > 0,2 m-1. W takiej sytuacji statyczne straty ciepła przez dach są największe. W większości przypadków straty przez dach wynoszą ok. 15–20% wszystkich strat ciepła w budynku. W niektórych przypadkach mogą przekraczać nawet 25%.

Drugim istotnym parametrem, mającym wpływ na straty ciepła, jest wartość współczynnika przenikania ciepła U, którego graniczne wartości określono w Rozporządzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2].

Stopniowe zaostrzenia przepisów obejmują wymagania izolacyjne przegród oraz wymagania ogólne w zakresie wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej EP.

Od 2014 r. w odniesieniu do temperatury wewnętrznej powyżej 16°C U_C(maks.) ≤ 0,2 W/(m²·K). Przepisy ulegną kolejnemu zaostrzeniu w 2017 r. oraz 2021 r. i będą wynosić odpowiednio 0,18 W/(m²·K) i 0,15 W/(m²·K).

W TABELI 1 przedstawiono maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła. Warto zaznaczyć, że w przypadku budynków zajmowanych przez władze publiczne oraz będących ich własnością przepisy z 2021 r. będą obowiązywać już od 2019 r.

Wymagania izolacyjne budynków NF15 i NF40

Od lipca 2013 r. określono również inne standardy budynków jedno- i wielorodzinnych z dotacją z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW) - NF15 i NF40 (TABELA 2).

W przypadku wykonywania budynków jednorodzinnych NF15 i NF40 maksymalne dopuszczalne wartości współczynnika przenikania ciepła powinny wynosić:

• dla strefy klimatycznej I, II i III: U_dachu ≤ 0,10 W/(m²·K),
• dla strefy klimatycznej IV i V: U_dachu ≤ 0,08 W/(m²·K).

W odniesieniu do budynków wielorodzinnych i wszystkich stref klimatycznych wynoszą odpowiednio:

• dla NF15: U_dachu ≤ 0,12 W/(m²·K),
• dla NF40: U_dachu ≤ 0,15 W/(m²·K).

Niższe powinno być również zużycie energii użytkowej:

• dla NF15: EU ≤ 15 kWh/m²·rok,
• dla NF40: EU ≤ 40 kWh/m²·rok.

W niektórych przypadkach spełnienie wymagań dotyczących energii użytkowej (EU) będzie wymagać projektowania przegród o niższych wartościach współczynnika przenikania ciepła.

Racjonalna izolacyjność termiczna dachu

Uzyskanie optymalnej izolacyjności przegrody wymaga ustalenia kilku istotnych parametrów mających wpływ na wyniki końcowe. Jednym z nich jest trwałość przegrody. Zagadnienie, choć z pozoru proste, ostatecznie wydaje się najtrudniejsze. Trwałość przegrody można rozpatrywać pod różnym kątem:

• degradacji materiałów użytych do budowy,
• technicznego starzenia się materiałów,
• prawnej utraty parametrów spełniających wymagania,
• aspektów ekonomicznych.

Najczęściej za trwałość elementu budynku uznaje się tę część, której uszkodzenie decyduje o prawidłowym funkcjonowaniu elementu. W odniesieniu do dachów wpływa na to głównie rodzaj i jakości pokrycia dachowego. Po części zależy również od:

• poprawnie zaprojektowanej konstrukcji dachu,
• prawidłowo zastosowanych materiałów,
• dobrego wykonawstwa,
• warunków eksploatacji.

Jeżeli wszystkie powyższe warunki są spełnione, można przyjąć, że o trwałości decyduje jakość warstwy zewnętrznej.

Korzyści płynące z przyjęcia odpowiednich rozwiązań mogą być stosunkowo długie, np. trwałość użytkową dobrej dachówki ceramicznej oszacowano na nawet 40 lat, a pokrycia z papy na mało trwałej osnowie tylko na 10 lat.

Trwałość jest niezwykle ważnym czynnikiem mającym wpływ na wynik optymalizacji. W TABELI 3 zamieszczono przykładowe trwałości użytkowe różnych pokryć dachowych mające podstawowe znaczenie dla trwałości dachu.

Podczas wyznaczania optymalnej izolacyjności termicznej dachu znaczenia mają także inne czynniki, głównie:

• cena energii,
• koszty budowy dachu,
• wzrost cen nośników energii,
• koszty okresowych remontów i napraw.

W ciągu 30-40 lat trudno prognozować zmienność tak wielu czynników, a nieznaczne odchylania od przyjętych założeń mogą wskazać zupełnie inną optymalną wartość współczynnika przenikania ciepła dachu. Na potrzeby artykułu poddano analizie dachy o izolacji międzykrokwiowej i nakrokwiowej. Założono, że:

• cena ciepła wynosi 60 zł/GJ (0,216 zł/kWh);
• wzrost cen nośników energii wyniesie średnio 5,5% rocznie;
• utrata wartości pieniądza w czasie wynosi 3%;
• dach kryty jest dachówką ceramiczną o trwałości T = 30 lat;
• dach kryty jest blachodachówką o trwałości T = 20 lat.

W TABELI 4 podano opis analizowanych dachów.

Optymalna wartość współczynnika przenikania ciepła U_dachu, przy ogrzewaniu z ciepła sieciowego lub z kotłowni gazowej (koszt ok. 60 zł/GJ) już dziś jest niższa od minimalnych wymagań prawnych stawianych w 2021 r.

Przy optymalnej wartości współczynnika przenikania ciepła czas zwrotu poniesionych nakładów jest stosunkowo duży. W zależności do sytuacji waha się od 17 do nawet 28 lat.

Materiały do ocieplania dachów skośnych

Obecnie najczęściej stosowanym izolatorem termicznym są włókniste materiały izolacyjne pochodzenia skalnego lub szklanego.

Jeśli chodzi o właściwości izolacyjności termiczne tego typu materiałów, to dostępne są wyroby budowlane o deklarowanym współczynniku przewodzenia ciepła λ_D = 0,030–0,044 W/(m·K).

Rzadziej stosowane są materiały izolacyjne pochodzenia drzewnego o λ_D = 0,038–0,044 W/(m·K).

Na rynku dostępne są również coraz popularniejsze materiały z włókien celulozowych. Występują one w postaci luźnej i aplikowane są w przegrody najczęściej pneumatycznie. Wartość ich deklarowanego współczynnika przewodzenia ciepła wynosi λ_D = 0,037–0,043 W/(m·K).

Stosowanie materiałów do izolacji dachu o wartościach wyższych niż 0,036 W/(m·K) stwarza trudności konstrukcyjne. Przyszłością są rozwiązania λ_D < 0,03, 0,025 W/(m·K), a nawet niższe.

Efektywność ekonomiczną izolacyjności termicznej wyrobu budowlanego można łatwo określić i porównać za pomocą prostej analizy ekonomicznej:

E_eko,λ = K_M,T · λ_obl.

gdzie:

E_eko,λ - efektywność ekonomiczna izolacji termicznej analizowanego materiału termoizolacyjnego,

K_M,T - koszt 1 m3 materiału termoizolacyjnego,

λ_obl. - obliczeniowy współczynnik przewodzenia ciepła.

Alternatywą dla materiałów izolacyjnych pochodzenia naturalnego są materiały wytwarzane z tworzyw sztucznych.

Pierwszym z nich są natryskiwane pianki poliuretanowe. Tak jak w przypadku luźnych materiałów włóknistych, tak i w przypadku natryskiwanych pianek PUR określa się je jako materiał szczelnie izolujący.

Wartość deklarowanego współczynnika przewodzenia ciepła pianek PUR to λ_D = 0,024 W/(m·K) przy gęstości ok. 35–60 kg/m³.

Pianka natryskowa wykazuje dobrą przyczepność do różnego typu powierzchni, jest materiałem trwałym i odpornym na działanie czynników zewnętrznych. Aplikowana międzykrokwiowo nie likwiduje osłabień termicznych występujących na konstrukcji dachu (FOT. 2).

Do izolowania dachów nakrokwiowo służą m.in. płyty wykonane z poliuretanu (PUR) oraz poliizocyjanuratu (PIR).

Rdzeniem jest pianka poliuretanowa PUR lub PIR o bardzo dobrych parametrach izolacyjnych. Okładziny wykonane są z papieru zwykłego, kompozytowego, bitumizowanego, laminatu kompozytowego lub aluminium. Płyty mają wyprofilowane krawędzie, łączone są na pióro i wpust lub na zakład.

Płyty PIR i PUR mają bardzo podobny skład chemiczny. Główne składniki to izocyjanian i poliol oraz aktywatory i stabilizatory.

Pianka PIR ma więcej izocyjanianu niż pianka PUR, dzięki czemu ­wykazuje lepsze właściwości izolacyjne.

Oferowane produkty mają wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ_D = 0,021–0,023 W/(m·K) oraz charakteryzują się bardzo niską nasiąkliwością.

Niestety, badania przeprowadzone przez Instytut w Monachium wykazały, że płyty wykonane z pianki PUR ulegają starzeniu, co z biegiem czasu pogarsza ich właściwości termiczne. Zbadano płyty PUR spieniane pentanem gr. 4 cm i 8 cm.

Płyty mające początkowo wartość współczynnika przewodzenia na poziomie odpowiednio 0,023 W/(m·K) i 0,022 W/(m·K) przechowywano w temperaturze pokojowej przez 15 lat. Po dwóch latach zaobserwowano wzrost wartości współczynnika przewodzenia odpowiednio do poziomu 0,025 W/(m·K) i 0,026 W/(m·K).

Należy więc zwracać szczególną uwagę na wartości deklarowane przez producenta, zwłaszcza na to, czy uwzględniają one starzenie. Jeśli nie podano wartości l skorygowanej o starzenie materiału, należy indywidualnie dokonać korekty i wyznaczyć wartość λ_obl..

Zastosowanie izolacji nakrokwiowej eliminuje konstrukcyjne osłabienia termiczne, ponieważ dach jest równomiernie osłonięty od zewnątrz. Ponadto nie istnieje ryzyko osunięcia izolacji z przestrzeni między krokwiami w wyniku np. błędnego montażu - izolacja nakrokwiowa zawsze pozostaje na swoim miejscu. Sam montaż jest łatwiejszy oraz szybszy i nadaje się do izolowania we wszystkich rodzajach dachów.

Najczęściej spotykane konstrukcje dachów

Ze względu na lokalizację izolacji termicznej dachy skośne można podzielić na dachy z izolacją termiczną:

• międzykrokwiową (RYS. 1),
• międzykrokwiową i podkrokwiową lub rzadziej nakrokwiową (RYS. 2–3),
• wyłącznie nakrokwiową (RYS. 4) (rzadko projektowane).

Konstrukcja dachów z izolacją międzykrokwiową związana jest z wieloletnią tradycją zagospodarowania nieużytkowej powierzchni poddasza na mieszkania.

Początkowo izolację stanowiły deski mocowane do krokwi tynkowane tynkiem wapiennym na słomie.

W niektórych wypadkach do izolacji termicznej poddasza stosowano korek z drzewa korkowego, płyty pilśniowe lub inne wyroby z trzciny, słomy i trocin.

Aktualnie najczęściej stosuje się włókniste materiały izolacyjne szklane lub kamienne.

Grubość izolacji termicznej zależy do wysokości konstrukcji, głownie krokwi dachowych.

Ze względów konstrukcyjnych najczęściej używane są krokwie o przekroju 7×14 cm, 8×16 cm lub 9×18 cm.

Maksymalna grubość materiału izolacyjnego międzykrokwiowego wynosi najczęściej 18 cm.

Z uwagi na obowiązujące wymagania prawne określone w Rozporządzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2], wykonanie dachu z izolacją wyłącznie między krokwiami jest nieekonomiczne, a w niektórych przypadkach technicznie niemożliwe do realizacji.

Ze względu na niejednorodność izolacyjną przegrody spełnienie warunku U_dachu ≤ 0,2 W/(m²·K) w dachu tylko z izolacją międzykrokwiową wymagałoby zastosowania materiału termoizolacyjnego gr. 27 cm, co jest bardzo niekorzystne konstrukcyjnie i ekonomicznie.

Aby zmniejszyć wpływ osłabienia izolacyjności termicznej na krokwiach, niezbędne jest zastosowanie dodatkowej warstwy izolacji pod lub nad krokwiami.

Materiały termoizolacyjne umieszczane są między- i podkrokwiowo, z wykorzystaniem przestrzeni konstrukcyjnej dachu oraz przestrzeni między płytami gipsowo-kartonowymi a dolną płaszczyzną konstrukcji dachu (RYS. 2). Rozwiązania tego typu są obecnie najczęściej stosowane.

Trudności wykonawcze

Prawidłowe wykonanie izolacji termicznej dachu skośnego nie jest zadaniem prostym, zwłaszcza na połączeniach foli wiatro- i paroizolacyjnych oraz w pobliżu krokwi i konstrukcji murowych.

Stosowanie włóknistych materiałów termoizolacyjnych do izolacji więźb dachowych wymaga więc dużej staranności wykonawczej. Zlekceważenie zagadnienia skutkuje znacznym, trudnym do oszacowania pogorszeniem izolacyjności termicznej dachu.

Z doświadczeń autorów wynika, że błędy wykonawcze spowodowane utrudnieniami niewynikającymi z technologii wznoszenia mogą pogorszyć izolacyjność termiczną dachu nawet o 30%, nie mówiąc o wpływie szczelności na jakość energetyczną budynku.

Na podstawie doświadczeń inżynierskich zarejestrowano wiele częstych wad wykonawczych. Szczegóły zarejestrowanych wad zamieszczono na termogramach (FOT. 3–8).

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (DzUrz L. 153 z 18.06.2010, s. 13–35).
2. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2013 r., poz. 926).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!