Rozwiązania materiałowe w dociepleniach od wewnątrz

Tematyka dociepleń ścian budynków od strony wewnętrznej znana jest od dawna. Wiele lat temu wykonywano ocieplenia ścian od strony wewnętrznej za pomocą mieszaniny gliny i słomy.

Materiały te, oprócz istotnych właściwości termoizolacyjnych, pełniły dodatkowo funkcję regulatora wilgotności pomieszczeń. Rozwiązania stosowane wiele lat temu a oparte na wykorzystaniu naturalnych materiałów budowlanych stosowane są coraz powszechniej także dziś.

Współczesne koncepcje rozwiązań

Projektowanie nowych budynków lub modernizacja z poprawą stanu ochrony cieplnej budynków istniejących wiązała się w przeważającej większości z zastosowaniem materiałów termoizolacyjnych od strony zewnętrznej.

Od początku lat 50. XX w. zaczęto wykorzystywać w pojedynczych przypadkach w krajach Europy Zachodniej wełnę drzewną od strony wewnętrznej. Były to pierwsze "współczesne" izolacje termiczne od wewnątrz.

W latach 70. XX w. pojawiły się nowe wyroby do izolacji cieplnej w postaci płyt gipsowo-kartonowych scalanych z izolacjami termicznymi (styropianem lub wełną mineralną).

Szczególny rozwój izolacji cieplnych stosowanych od wewnątrz można zauważyć od lat 90. XX w. Obecnie projektanci dysponują wieloma zróżnicowanymi materiałami termoizolacyjnymi, które mogą wykorzystywać do wykonywania izolacji cieplnej od wewnątrz.

W teorii do wyboru są trzy główne koncepcje rozwiązań dociepleń ścian od strony wewnętrznej:

• ocieplenie od wewnątrz zapobiegające wystąpieniu kondensacji,
• ocieplenie od wewnątrz minimalizujące wystąpienie kondensacji,
• ocieplenie od wewnątrz dopuszczające wystąpienie kondensacji z udowodnieniem, że powstający w niekorzystnym okresie kondensat odparuje w ciągu roku obliczeniowego.

W większości przypadków wybór koncepcji docieplenia od wewnątrz determinowany jest rodzajem zastosowanej izolacji termicznej oraz jej właściwości fizycznych, w tym zdolności do przyjmowania i oddawania kondensatu przez całą przegrodę.

Zapobieganie wystąpieniu kondensacji

W przypadku koncepcji ocieplenia od wewnątrz zapobiegającej wystąpieniu kondensacji jakakolwiek zmiana warunków mikroklimatu wnętrz pomieszczeń nie może mieć wpływu na przegrodę budowlaną.

Analizy przyrostu wilgoci w ścianach ocieplonych od wewnątrz należy wykonywać ze szczególną starannością i z uwzględnieniem zmieniających się warunków eksploatacji.

Na RYS. 1 przedstawiono przykład obliczeń przyrostu zawilgocenia ściany ceglanej, otynkowanej obustronnie, ocieplonej od wewnątrz wełną mineralną, bez paroizolacji. Analizowano wszystkie warstwy przegrody pod kątem możliwego przyrostu wilgotności masowej w zmiennych eksploatacji pomieszczenia według normy PN EN 15026:2008 [1] i przy zmiennej temperaturze eksploatacji.

Obliczenia wykonano dla okresu 3 lat. Wyniki obliczeń przedstawione na RYS. 1, RYS. 2, RYS. 3. i RYS. 4. wskazują jednoznacznie na przyrost wilgotności we wszystkich warstwach ściany poza tynkiem wewnętrznym.

Aby zapewnić prawidłowe warunki eksploatacji, należy zastosować termoizolację o bardzo wysokim współczynniku oporu dyfuzyjnego lub dodatkowo warstwę izolacji paroszczelnej od strony wewnętrznej. W ten sposób teoretycznie zostaje wyeliminowana dyfuzja pary wodnej z pomieszczeń w konstrukcję ściany.

Literatura zaleca, by wartość dyfuzyjnie równoważnej grubości warstwy powietrza Sd izolacji termicznej lub zastosowanej paroizolacji przekraczała 1500 m [2].

Tego typu koncepcje rozwiązań zalecane są w przypadku docieplania ścian w pomieszczeniach mokrych, w których panują w sposób ciągły podwyższone wilgotności pomieszczeń, jak kąpieliska kryte, pralnie itp.

Wykonane obliczenia w pełni potwierdzają zalecenia literaturowe dla większości przypadków zastosowania izolacji cieplnych wewnętrznych (RYS. 5).

Minimalizowanie wystąpienia kondensacji

W koncepcji ocieplania od wewnątrz minimalizującego wystąpienie kondensacji rozwiązania materiałowe powodują występowanie oporu dyfuzyjnego pary wodnej i dopuszczają przy tym ograniczoną możliwość wnikania pary wodnej w płaszczyznę za izolację termiczną.

Norma DIN 4108-3 [2] dopuszcza stosowanie materiałów stanowiących opór dyfuzyjny, dla których dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy powietrza S_d zawiera się między 0,5 m a 1500 m. Tak duże zróżnicowanie wielkości S_d wpływa niejednoznaczne na oceny poprawności realizowanych ociepleń.

Materiał stawiający opór dyfuzyjny, dla którego dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy powietrza S_d wynosi nieco powyżej 0,5 m jest materiałem "otwartym dyfuzyjnie".

Materiał o dyfuzyjnie równoważnej grubości warstwy powietrza S_d niewiele mniejszej od 1500 jest określany w praktyce jako izolacja paroszczelna. W tym przypadku niezbędne jest przeprowadzenie symulacji wilgotnościowej analizowanej przegrody budowlanej w pełnym roku jej eksploatacji.

Ilość zakumulowanej wilgoci, która jest dopuszczalna w odniesieniu do tego typu koncepcji ocieplenia, musi być na takim poziomie, by umożliwić jej odeschnięcie w kierunku użytkowanego pomieszczenia lub nie powodować akumulacji w kolejnych latach. Istotne jest dodatkowo zapewnienie pełnej szczelności na niekontrolowaną infiltrację powietrza.

Dopuszczanie wystąpienia kondensacji

W przypadku tego typu izolacji stosowane są materiały o dyfuzyjnie równoważnej grubości warstwy powietrza S_d mniejszej niż 0,5 m.

Wykorzystywane w tego typu rozwiązaniach materiały termoizolacyjne są aktywne kapilarnie i umożliwiają zakumulowanie powstałego kondensatu w strukturze materiałowej, ale nie powodują przy tym pogorszenia właściwości fizycznych.

W większości przypadków izolację termiczną mocuje się do ściany konstrukcyjnej za pomocą systemowej zaprawy klejowej, nakładanej na całej powierzchni stosowanej płyty. Wykończenie powierzchni ocieplenia wykonywane jest za pomocą przepuszczalnej dyfuzyjnie warstwy materiałowej.

W przypadku stosowania tego typu rozwiązań istotne jest zapewnienie właściwej ochrony elewacji przed oddziaływaniem (wnikaniem w strukturę ściany) wody opadowej. Skuteczność stosowanego rozwiązania uzależniona jest istotnie od warunków mikroklimatu wnętrz, w szczególności od wilgotności powietrza.

Długotrwałe utrzymywanie się wilgotności powietrza na zbyt wysokim poziomie (np. wielotygodniowe wilgotności rzędu 60-80%) prowadzi do wzrostu zawilgocenia izolacji termicznej do wartości przekraczającej 90% i powoduje narastające zawilgocenie konstrukcji ściennej [3].

Rozwiązania materiałowe

Rozwiązania materiałowe stosowane w przedstawionych koncepcjach ociepleń od wewnątrz uzależnione są od zastosowanych materiałów wchodzących w skład systemu.

Ocieplenie od wewnątrz zapobiegające wystąpieniu kondensacji może być zrealizowane w postaci kilku wariantów ociepleń. W praktyce inżynierskiej spotyka się trzy warianty:

Pierwszym jest ocieplenie od wewnątrz z zastosowaniem materiału termoizolacyjnego o bardzo wysokim oporze dyfuzyjnym. Przykładem tego typu materiałów jest szkło piankowe. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła płyt wynosi λ = 0,04 [W/(m·K)]. Stosowane grubości to od 4 cm do 18 cm, a współczynnik oporu dyfuzyjnego μ = ∞ [4] (w praktyce μ= 100  000).

Kolejnym rozwiązaniem jest przegroda z izolacją termiczną i zastosowaniem paroizolacji, np. w postaci folii aluminiowej od strony wewnętrznej oraz warstwy wykończeniowej w postaci np. płyt gipsowo-kartonowych.

Innym wariantem jest stosowanie termoizolacyjnych płyt zespolonych z warstwą zapewniającą wysoki opór dyfuzyjny. Przykładem tego typu rozwiązania jest np. płyta składająca się z termoizolacji EPS z dodatkiem grafitu oraz płyty gipsowo-kartonowej, a także opcjonalnie z paroizolacją jako warstwą pośrednią. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła płyt EPS wynosi λ = 0,032 W/(m·K), płyt gipsowo-kartonowych o λ = 0,25 W/(m·K). Stosowane grubości termoizolacji to od 4 cm do 10 cm. Współczynnik oporu dyfuzyjnego izolacji wynosi μ = 30-70 [5].

Rozwiązania materiałowe dopuszczające wystąpienie kondensacji produkowane są z silikatu wapiennego.

Kryształki silikatu tworzą mikroporowaty szkielet, co umożliwia uzyskanie wysokich właściwości kapilaryzacyjnych materiału. W przypadku wytworzenia się wilgoci pod warstwą ocieplenia nie ma ryzyka wystąpienia zagrzybienia muru i degradacji izolacji.

Płyty z silikatu wapiennego dzięki swojej aktywności kapilarnej pochłaniają wilgoć i rozpraszają ją na całej powierzchni, skąd zostaje ona odparowana. Materiał ten nie traci przy tym swoich właściwości termoizolacyjnych.

Wartość współczynnika przewodzenia ciepła płyt wynosi λ = 0,06 W/(m·K). Stosowane są najczęściej grubości do 5 cm, a współczynnik oporu dyfuzyjnego wynosi μ = 3-6 [6].

Innym materiałem termoziolacyjnym dopuszczającym wystąpienie kondensacji są mineralne płyty izolacyjne wykonane z bardzo lekkiej odmiany betonu komórkowego. Materiał ten posiada zdolność do chłonięcia wilgoci z powietrza oraz bardzo szybkiego wysychania. Wobec powyższego zalecany jest jako izolacja cieplna od wewnątrz. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła w stanie suchym wynosi λ = 0,042 W/(m·K).

Płyty te charakteryzują się bardzo niskim oporem dyfuzyjnym. Współczynnik oporu dyfuzyjnego wynosi μ = 2. Oznacza to, że para wodna ma możliwość swobodnego wnikania w porowatą strukturę płyt.

Mocowanie płyty wykonuje się za pomocą zaprawy systemowej. Nanosi się ją na całą powierzchnię płyt. Grubość warstwy zaprawy powinna wynosić 8 mm. Powierzchnię ocieplonej ściany pokrywa się w całości warstwą ok. 5 mm zaprawy systemowej.

W zaprawie zatapia się siatkę z włókna szklanego zabezpieczającą przed spękaniem. Powierzchnię należy wykończyć mineralnym tynkiem cienkowarstwowym [7] i odpowiednią farbą.

Klasyczne izolacje cieplne to materiały nieprzezroczyste o niskiej wartości współczynnika przewodzenia ciepła. Ich podstawowym zadaniem jest minimalizacja strat ciepła.

Jednym z materiałów o niskiej wartości współczynnika przewodzenia ciepła jest aerożel. Jest to materiał będący rodzajem sztywnej piany o małej gęstości, składający się w ponad 90% z powietrza. Resztę stanowi żel tworzący nanostrukturę.

Wartość współczynnika przewodzenia ciepła wynosi przeciętnie λ= 0,018 W/(m·K). Izolacje z aerożelem produkowane są również w postaci technicznych izolacji nieprzezroczystych o wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ = 0,013W/(m·K) [8].

Na FOT. 1 i FOT. 2 przedstawiono rozwiązanie izolacji termicznej zagrzejnikowej w postaci płyt aerożelowych.

Materiałem termoizolacyjnym, powstałym z połączenia wełny mineralnej z aerożelem jest aerowełna (FOT. 3). Wartość współczynnika przewodzenia ciepła materiału wynosi λ = 0,019 W/(m·K), a współczynnik oporu dyfuzyjnego μ > 3 [9].

Literatura tematu przedstawia przykłady ocieplenia od wewnątrz za pomocą izolacji próżniowej (tzw. modułowy system ocieplenia od wewnątrz). Izolacja ta charakteryzuje się ekstremalnie niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła λ = 0,007 W/(m·K).

Stosowane grubości to najczęściej do 3,5 cm. Współczynnik oporu dyfuzyjnego wynosi m > 500 000 [10]. Na RYS. 6 przedstawiono ścianę zewnętrzną ocieploną płytami izolacji VIP, zabezpieczonymi płytą włóknocementową.

Materiałami ekologicznymi stosowanymi do ociepleń od strony wewnętrznej jest np. wełna drzewna (FOT. 4) oraz termoizolacje z włókien konopnych. Są to materiały cechujące się bardzo dobrymi właściwościami termoizolacyjnymi oraz niewielkim oporem dyfuzyjnym.

Dodatkowo materiały te mają zbliżone cechy do płyt mineralnych lub płyt klimatycznych, dotyczące aktywności kapilarnej. W TABELI przedstawiono zestawienie wybranych parametrów cieplno-wilgotnościowych materiałów termoizolacyjnych stosowanych do ociepleń od wewnątrz.

Podsumowanie

Docieplenie od strony wewnętrznej stwarza dla projektanta duże wyzwanie z zakresu wiedzy technicznej co do cech technicznych nowych materiałów termoizolacyjnych i technologii ich montażu oraz właściwości przegród budowlanych wznoszonych w latach minionych, w tym przede wszystkim przegród w budynkach o znaczeniu historycznym.

Każdorazowe projektowanie docieplenia od strony wewnętrznej wymaga szczegółowej analizy cieplno-wilgotnościowej zachowania się nowo projektowanego uwarstwienia przegrody w czasie w warunkach jej rzeczywistej przyszłej eksploatacji.

Analizę taką należy wykonywać na ścianie płaskiej północnej oraz w miejscach szczególnie narażonych na oddziaływanie wilgoci, np. w miejscu oparcia drewnianych belek stropowych. Zleca się, aby analizy były wykonywane przy użyciu programów numerycznych w okresie nie krótszym niż rok.

Literatura

1. PN-EN 15026:2008, "Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe komponentów budowlanych i elementów budynku. Szacowanie przenoszenia wilgoci za pomocą symulacji komputerowej".
2. DIN 4108-3, "Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz. Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung".
3. K. Arbeiter, "Innendaemmung", Wyd. Rudolf Mueller. Koeln 2014.
4. Materiały firmy Foamglas.
5. Materiały firmy Knauf.
6. Materiały firmy Renovario.
7. Materiały firmy Xella.
8. EnergieCluster. Kurs HLWD 2011 Innendämmung.
9. Materiały firmy Deutsche Rockwool Mineralwool.
10. Materiały firmy Variothec.
11. G. Steinke, A. Binz, "Bausysteme mit VIP", Seminar Energie und Umweltforschung im Bauwesen.
12. Materiały firmy Gutex.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!