Wybrane aspekty techniczne termomodernizacji elewacji budynków jednorodzinnych

Sytuacja finansowa właścicieli budynków jednorodzinnych nie zawsze pozwalała na zdobycie środków pozwalających na przeprowadzenie termomodernizacji tego typu budynków. Jednak wprowadzone rządowe projekty dają podstawy spodziewać się, że w ciągu najbliższych lat w dużej skali wzrośnie zainteresowanie termomodernizacją budynków jednorodzinnych.

I tak na przykład program „Stop smog” w ramach przedsięwzięcia niskoemisyjnego pozwala na uzyskanie 100% dotacji na termomodernizację budynków jednorodzinnych. Na realizację tego programu do końca 2024 r. przewidziano ponad 1,2 mld zł, z czego ponad 880 mln zł to środki budżetu państwa.

W ramach ogólnopolskiego programu poprawy jakości powietrza (uruchomiony przez NFOŚiGW oraz WFOŚiGW we wrześniu 2018 r.) można uzyskać dotacje i preferencyjne pożyczki na termomodernizację budynków jednorodzinnych.

Jednym z kluczowych elementów termomodernizacji każdego budynku jest wybór właściwego rozwiązania elewacyjnego. System elewacyjny ma spełniać wysokie wymagania termoizolacyjne, estetyczne, być trwały, bezpieczny i ekonomiczny. Typowe technologie ocieplania ścian zewnętrznych budynków jednorodzinnych, ich wady i zalety zostały szczegółowo omówione w [1].

Niestety w przestrzeni medialnej główny nacisk stawiany jest na właściwości termoizolacyjne systemów elewacyjnych, pomijane są inne istotne właściwości systemów mające wpływ na trwałość i bezpieczeństwo użytkowania systemów elewacyjnych. Niewiele jest publikacji omawiających związek pomiędzy tymi właściwościami techniczno-użytkowymi a doborem systemów elewacyjnych z uwzględnieniem przydatności użytkowej oraz bezpieczeństwa użytkowania.

Właściwości techniczno-użytkowe systemów elewacyjnych stosowanych w pracach termomodernizacyjnych mające wpływ na bezpieczeństwo użytkowania

Do najczęściej stosowanych systemów elewacyjnych podczas termomodernizacji budynków jednorodzinnych należą:

• bezspoinowe systemy ociepleń (inaczej nazywane ETICS),
• elewacje wentylowane.

Mniej rozpowszechnionymi systemami elewacyjnymi, jednak bardzo perspektywicznymi, są systemy Veture.

Omawiane rozwiązania elewacyjne traktowane są jako systemy, czyli zespoły wzajemnie związanych elementów. Systemy te powinny posiadać aktualne Krajowe lub Europejskie Oceny Techniczne. Dokumenty te stanowią pozytywną ocenę właściwości użytkowych zasadniczych charakterystyk systemów elewacyjnych, które zgodnie z zamierzonym zastosowaniem mają wpływ na spełnienie podstawowych wymagań przez budynki, w których przedmiotowe elewacje będą zastosowane. Dokumenty oceny technicznej stanowią źródło wiedzy niezbędnej do zaprojektowania bezpiecznej i trwałej elewacji.

W celu uzyskania Krajowej lub Europejskiej Oceny Technicznej ww. systemy poddawane są rygorystycznym badaniom pozwalającym potwierdzić ich przydatność użytkową. Oferowane na rynku systemy elewacyjne objęte Ocenami Technicznymi są efektami pracy zespołów inżynierów projektujących je z uwzględnieniem:

• bezpieczeństwa pożarowego (Wymaganie Podstawowe 2),
• higieny, zdrowia i środowiska (Wymaganie Podstawowe 3),
• bezpieczeństwa użytkowania (Wymaganie Podstawowe 4), w tym trwałości,
• oszczędności energii i izolacyjności cieplnej (Wymaganie Podstawowe 6).

Dobierając system elewacyjny do termomodernizacji budynku, należy korzystać z systemów posiadających Ocenę Techniczną, ponieważ systemy nieprzebadane, powstające z różnych elementów składowych (często na budowie) mogą być niekompatybilne, nietrwałe i stanowić zagrożenie dla życia i zdrowia użytkowników.

Na dobór systemu elewacyjnego podczas termomodernizacji budynku może mieć stan techniczny ścian zewnętrznych. W wielu przypadkach nośność ścian może być niewystarczająca i ograniczać wybór do systemów o najmniejszej masie 1 m². Dlatego przed rozpoczęciem opracowania projektu termomodernizacji należy przeprowadzić szczegółową ekspertyzę ścian, do których będzie mocowany system elewacyjny.

Systemy ETICS

Złożone zestawy izolacji cieplnej z wyprawami tynkarskimi od lat są stosowane do termomodernizacji budynków. Są to z reguły trwałe i bezpieczne systemy elewacyjne pozwalające na osiągnięcie bardzo dobrych parametrów termoizolacyjnych przegród.

Systemy ETICS składają się z kilku wzajemnie współpracujących z sobą elementów składowych:

• elementów termoizolacyjnych (najczęściej ze styropianu lub wełny mineralnej) o ściśle określonych parametrach,
• zaprawy klejącej do przyklejania okładzin termoizolacyjnych do ściany,
• łączników mechanicznych do mocowania okładzin termoizolacyjnych do ściany,
• siatek zbrojących z włókna szklanego do wzmocnienia warstwy wierzchniej,
• zapraw lub mas klejących do wykonywania warstwy zbrojonej,
• środków gruntujących,
• zapraw lub mas tynkarskich (niekiedy zaprawy te nie są barwione w masie i wymagają dodatkowego zabezpieczenia farbą).

Znane są systemy elewacyjne ETICS objęte Krajowymi Ocenami Technicznymi, w których na warstwę zbrojoną naklejana jest warstwa wykończeniowa w postaci warstwy kleju i płytek ceramicznych.

Wieloletnia praktyka badawczo-ekspercka pracowników ITB daje podstawy stwierdzić, że nierzadko do termomodernizacji budynków, z powodów ekonomicznych, stosowane są niesystemowe rozwiązania, w których poszczególne elementy systemu pochodzą od różnych producentów. Nietestowane wcześniej zestawy ETICS formowane bezpośrednio na budowie, często na podstawie jedynego kryterium – najniższej ceny składowych elementów, mogą być nietrwałe i awaryjne ze względu na brak kompatybilności elementów składowych, a także charakteryzować się niską mrozoodpornością i odpornością na rozwój glonów oraz stanowić zagrożenie ogniowe.

Systemy ETICS objęte Krajowymi Ocenami Technicznymi powinny spełniać następujące wymagania [2, 3]:

• jeżeli reakcja na ogień (klasa według EN 13501-1 [5]) jest deklarowana przez producenta system powinien być oceniony na podstawie ETAG 004 [4],
• mieć określony stopień rozpowszechniania ognia według PN-B­‑02867 [6] z uwzględnieniem przepisów dotyczących zamierzonego zastosowania, wynikających z warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie,
• wodochłonność (podciąganie kapilarne) po 1 h warstwy wierzchniej oraz warstwa zbrojonej: poniżej 1 kg/m² przebadana według metod przedstawionych w ETAG 004,
• wodochłonność (podciąganie kapilarne) po 24 h warstwy zbrojonej przebadana według metod przedstawionych w ETAG 004:
  –    <  0,5 kg/m² – w sytuacji, kiedy badanie mrozoodporności warstwy zbrojonej nie jest wykonywane,
  –    ≥  0,5 kg/m² – w przypadku, kiedy wykonywane jest badanie mrozoodporności warstwy zbrojonej,
• opór dyfuzyjny względny przebadana według metod przedstawionych w ETAG 004:
  –    nie więcej niż 2 m (w przypadku systemów elewacyjnych z zastosowaniem styropianów),
  –    nie więcej niż 1 m (w przypadku systemów elewacyjnych z zastosowaniem wełny mineralnej),
• podatność na wzrost glonów przebadana według PN-EN 1545: 0 (niepodatny na rozwój glonów) lub 1 (ogranicza rozwój glonów),
• mrozoodporność określoną według ETAG 004 – po cyklach badań nie mogą występować zniszczenia typu: rysy, wykruszenia, odspojenia, spęcherzenia,
• mieć określone przyczepności warstw składowych po oddziaływaniu różnych środowisk i cykli badawczych. Minimalna przyczepność międzywarstwowa systemów na bazie styropianów powinna być nie mniejsza niż 0,03 MPa i 0,08 MPa w przypadku systemów na bazie wełny mineralnej,
• mieć określoną odporność na działanie wiatru według ETAG 004 (przypadku systemów mocowanych mechanicznie).

W przypadku systemów ETICS bardzo istotne jest określenie odporności na uderzenie [7]. Uzyskany wynik badania odporności na uderzenie ciałem twardym odpowiada za określenia kategorii i możliwych miejsc stosowania systemów ETICS. Związek pomiędzy wynikiem badania odporności na uderzenie a kategorią użytkowania przedstawia TABELA 1.

W TABELI 2 natomiast przedstawiono dopuszczalne miejsca stosowania poszczególnych kategorii omawianego systemu elewacyjnego.

Systemy elewacyjne ETICS sprawdzane są w zakresie odporności uderzenia ciałem twardym (stalowe kule o masie 1 kg i 3 kg).

Uderzenia ciałem twardym o masie 1 kg wykonywane są z energią 10 J (ciało jest zrzucane z wysokości 1,02 m) co najmniej w 3 miejscach.

Uderzenie ciałem twardym o masie 0,5 kg wykonywano z energią 3 J przeprowadza się na 3 próbkach ze stalową kulą o wadze 0,5 kg (ciało jest zrzucane z wysokości 0,61 m).

W trakcie badań dokonuje się pomiarów średnic wgnieceń, opisywane są wszystkie pęknięcia.

W celu poprawienia parametrów antyuderzeniowych systemów ETICS producenci często zwiększają ilość warstw siatek zbrojących we fragmentach elewacji, gdzie występuje ryzyko uderzenia ciałem twardym.

Systemy elewacji wentylowanych

Elewacjami wentylowanymi nazywane są zestawy odpowiednio dobranych elementów tworzących kompletny system ocieplenia i wykończenia ścian budynku, składające się z:

• podkonstrukcji,
• materiałów termoizolacyjnych (najczęściej stosowana jest wełna mineralna, w częściach budynku narażonych na zawilgocenie – styropian ekstrudowany),
• okładzin elewacyjnych,
• łączników mechanicznych – w jednym systemie zazwyczaj występuje kilka rodzajów łączników mechanicznych, np. służących do mocowania okładzin do podkonstrukcji, połączenia poszczególnych elementów podkonstrukcji, mocowania systemu elewacyjnego do ścian oraz mocowania termoizolacji do ścian.

Cechą charakterystyczną systemów elewacji wentylowanych jest występowanie szczeliny wentylacyjnej pomiędzy warstwą termoizolacyjną a okładziną elewacyjną, w której przepływa powietrze. Przepływające powietrze skutecznie odprowadza z systemu elewacyjnego wilgoć nagromadzoną w termoizolacji i ścianie [8]. Schemat ideowy elewacji wentylowanej pokazano na RYS.

Systemy elewacji wentylowanych powinny mieć potwierdzone właściwości techniczno-użytkowe według EAD 090062-00-0404 [9]. Systemy elewacji wentylowanych wprowadzane są do obrotu w budownictwie na podstawie Krajowych lub Europejskich Ocen Technicznych. Ogólne zasady doboru systemów elewacji wentylowanych do budynków objętych termomodernizacją zostały opisane w [10].

Do podstawowych właściwości techniczno-użytkowych systemów elewacyjnych określanych w procedurze oceny technicznej należą:

• odporność na cykle klimatyczne „grzanie – deszczowanie”, „grzanie – oziębianie”. Jest to bardzo istotna cecha mająca bezpośredni wpływ na trwałość systemu elewacyjnego. Szczególnie jest ważna w przypadku systemów elewacyjnych z zastosowaniem okładzin z włóknocementu, betonu, ceramiki. W trakcie użytkowania dobowe różnice temperatur na elewacjach mogą wynosić ponad 60°C – niesprawdzone systemy narażone są na uszkodzenia okładzin ze względu na szok termiczny. W przypadku występowania zmian temperatur składowe systemy elewacji wentylowanych zmieniają swoje wymiary, co często skutkuje uszkodzeniami niekompatybilnie dobranych elementów elewacji,
• odporność na działanie parcia i ssania wiatru. W dokumentach Oceny Technicznej wartość ta jest określana w [Pa]. Projektując system elewacyjny, należy wziąć pod uwagę obciążenia wiatrowe występujące w miejscu występowania budynku i porównać je z wartościami określonymi w Ocenach Technicznych. Z doświadczenia badawczo-eksperckiego ITB wynika, że obliczenia numeryczne w zakresie odporności na obciążenie wiatrem systemów elewacji wentylowanych są bardzo nie precyzyjne i często różnią się od wyników badawczych,
• odporność na obciążenie punktowe siłą poziomą o wartości 500 N. Jest to istotna cecha użytkowa, potwierdzająca możliwość oparcia o system elewacyjny drabiny lub innych przedmiotów,
• odporność na uderzenie ciałem twardym i ciałem miękkim. W ramach sprawdzenia zestaw elewacyjny jest uderzany stalową kulą o masie 500 g oraz 1000 g.
  Uderzenie ciałem twardym z energią 10 J wykonuje się stalową kulą o masie 1 kg z wysokości 1,02 m.
  Uderzenie ciałem twardym o masie 500 g jest wykonywane z energią od 1 J do 3 J poprzez zrzucenie jej z wysokości od 0,20 m do 0,61 m.
  Sprawdzenie odporności na uderzenie ciałem miękkim wykonywane jest małym ciałem miękkim o masie 3 kg oraz dużym ciałem o masie 50 kg. Uderzenia małym ciałem miękkim jest wykonywane z energią od 10 J do 60 J (odpowiada to wysokości spadku od 0,34 m do 2,04 m). Uderzenie dużym ciałem miękkim jest wykonywane z energią od 300 J do 400 J (odpowiada to wysokości spadku od 0,61 m do 0,82 m).

Uzyskany wynik badania odporności na uderzenie ma decydujące znaczenie podczas określenia kategorii i możliwych miejsc stosowania elewacji wentylowanej. W Wytycznych [9] przewidziano cztery kategorie użytkowania elewacji wentylowanych pod względem odporności na uderzenie. Wyższym kategoriom odpowiadają miejsca, w których prawdopodobieństwo uderzenia lub kopnięcia jest mniejsze.

Związek pomiędzy wynikiem badania odporności na uderzenie a kategorią użytkowania przedstawia TABELA 3, a w TABELI 4 przedstawiono dopuszczalne miejsca stosowania poszczególnych kategorii elewacji wentylowanych.

Literatura

2. „Kompleksowa termomodernizacja budynków jednorodzinnych”, praca zbiorowa pod redakcją dr. inż. Szymona Firląga, Fundacja „Ziemia i Ludzie”, 2019.
2. „Warunki Oceny Właściwości Użytkowych Wyrobu Budowlanego WO-KOT/04/01 wydanie 1. Złożone zestawy izolacji cieplnej z wyprawami tynkarskimi (ETICS) z zastosowaniem wyrobów ze styropianu (EPS)”, ITB, ICiMB, IMBiGR, Warszawa 2018.
3. „Warunki Oceny Właściwości Użytkowych Wyrobu Budowlanego WO-KOT/04/01 wydanie 1. Złożone zestawy izolacji cieplnej z wyprawami tynkarskimi (ETICS) z zastosowaniem wyrobów z wełny mineralnej (MW)”, ITB, ICiMB, IMBiGR, Warszawa 2018.
4. ETAG 004, „Złożone systemy izolacji cieplnej z wyprawami tynkarskimi (ETICS)”.
5. PN-EN13501-1, „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 1: Klasyfikacja na podstawie badań reakcji na ogień”.
6. PN-B-02867, „Ochrona przeciwpożarowa budynków. Metoda badania stopnia rozprzestrzeniania ognia przez ściany zewnętrzne od strony zewnętrznej oraz zasady klasyfikacja”.
7. O. Kopyłow, „Odporność na uderzenie systemów elewacyjnych”, „Materiały Budowlane” 9/2017, s. 110–112.
8. L. Runkiewicz, O. Kopyłow, J. Sieczkowski, „Okresowe oceny stanu technicznego elewacji budynków. Cz. 6. Elewacje wentylowane”, „Builder” 12/2020.
9. EAD 090062-00-0404, „Cladding Kits Part 1: Ventilated cladding kits comprising cladding components and associated fixings. Part 2: Cladding kits comprising cladding components, associated fixings, subframe and possible insulation layer”.
10. O. Kopyłow, „Stosowanie elewacji wentylowanych na modernizowanych budynkach”, „IZOLACJE” 2/2018.