Zastosowanie płyt poliuretanowych do izolowania dachów płaskich

Pianki PUR/PIR są materiałem kompozytowym typu ciało stałe–gaz, w którym fazą stałą jest polimer poliuretanowy, a fazą rozproszoną - gaz (fluorowane węglowodory HFC356/227 lub pentan). Przemysłowe otrzymanie sztywnej pianki poliuretanowej jest bardzo proste i nie wiąże się z procesami energochłonnymi.

Właściwości płyt poliuretanowych

Jednym z najbardziej popularnych produktów budowlanych z poliuretanu są płyty w okładzinach elastycznych. Mają one bardzo duże zastosowanie.

Rdzeniem płyt jest pianka poliuretanowa PUR lub PIR o bardzo dobrych parametrach izolacyjnych, a okładziny są wykonane z folii aluminiowej, laminatu kompozytowego z warstwą aluminium od strony zewnętrznej, włókniny mineralnej, szklanej włókniny bituminizowanej itp. Płyty poliuretanowe są odporne chemicznie, odporne na grzyby pleśniowe, bakterie, owady i gryzonie.

Wysoka izolacyjność termiczna płyt PUR/PIR wynika z zamkniętokomórkowej struktury materiału oraz z wypełnienia komórek gazem o niskiej wartości współczynnika λ.

Tradycyjne materiały termoizolacyjne swoje parametry izolacyjne zawdzięczają wysokiej zawartości powietrza w objętości materiału. Gaz wypełniający komórki płyt poliuretanowych to najczęściej pentan, który w referencyjnej temperaturze 10°C osiąga wartość współczynnika izolacyjności cieplnej na poziomie 0,012 [W/(m·K)], dla powietrza w tej samej temperaturze jest dwukrotnie wyższy (0,024 [W/(m·K)]) [1].

Deklarowana izolacyjność termiczna płyt (0,022-0,0028[W/(m·K)]) jest znacznie niższa od rzeczywistej izolacyjności cieplnej nowych płyt poliuretanowych.

Wartości deklarowane uwzględniają proces starzenia poliuretanu polegający m.in. na obniżeniu zawartości gazów (np. pentanu) w objętości materiału.

Na podstawie badań starzenia sztywnych płyt poliuretanowych przeprowadzonych przez Forschungsinstitut für Wärmeschutz w Monachium [2] można stwierdzić, że w przeciągu pierwszych trzech lat użytkowania izolacyjność płyt spada o 19-22%, a w kolejnych latach stabilnie utrzymuje się na stałym poziomie.

Trwałe parametry izolacyjności cieplnej płyt są zapewnione dzięki zamkniętokomórkowej strukturze materiału (im grubsze płyty, tym szczelniejsza struktura) oraz szczelnej okleinie płyt. Płyty poliuretanowe są materiałami o niskiej nasiąkliwości.

Płyty poliuretanowe z okładzinami zanurzone w wodzie przez 28 dni wykazują nasiąkliwość na poziomie od 1,3% do 2% [3]. Zawilgocenie tradycyjnych materiałów termoizolacyjnych może znacznie obniżać ich właściwości izolacyjne. W przypadku płyt PUR/PIR wpływ zawilgocenia na izolacyjność cieplną materiału jest bardzo niski, gdyż nie przekracza 8% [2].

Niski ciężar objętościowy (ciężar oferowanych płyt ze sztywnej pianki PIR/PUR nie przekracza 30-40 [kg/m3]) oraz wysoka wytrzymałość na ściskanie (120-175 [kPa]) powodują, że jest to materiał, który z powodzeniem może być stosowany w budownictwie. Szczególnie duże zastosowanie może mieć jako warstwa izolacji termicznej stropodachów, w tym stropodachów płaskich.

Rozwiązania materiałowe stropodachów płaskich z izolacją z płyt poliuretanowych

Stropodachy płaskie izolowane płytami poliuretanowymi są najczęściej realizowane jako stropodachy pełne. Stropodachy pełne mają wszystkie warstwy konstrukcyjne całkowicie przylegające do siebie i nie ma w nich żadnych szczelin ani kanalików powietrznych.

Na konstrukcji nośnej stropu (przekrycia) ułożone są bezpośrednio:

• warstwa paroizolacyjna,
• warstwa ocieplająca,
• pokrycie.

Warstwę konstrukcyjną najczęściej stanowi płyta żelbetowa lub blacha trapezowa.

Warstwy ocieplające stropodachów powinny mieć taką grubość, aby zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [4], ich izolacyjność cieplna dla budynków ogrzewanych zapewniała spełnienie warunku U_max = 0,20 [W/(m²·K)].

Odpowiednią izolacyjność dachu zapewnia warstwa z płyt oraz warstwa spadkowa z kształtek poliuretanowych dobieranych indywidualnie do danego kształtu dachu. Pod ociepleniem stropodachu należy układać warstwę izolacji paroszczelnej.

Opór dyfuzyjny paroizolacji powinien być dobrany w zależności od sposobu użytkowania pomieszczeń pod stropodachem oraz w zależności od oporu dyfuzyjnego warstw nad paroizolacją.

Opór dyfuzyjny płyt PUR/PIR zależy od technologii produkcji rdzenia, gęstości pianki oraz od rodzaju okładzin. Deklarowana wartość współczynnika oporu dyfuzyjnego m zamkniętokomórkowej pianki poliuretanowej mieści się w zakresie 50-100. W przypadku płyt z okładzinami opór dyfuzyjny tych materiałów powinien być określany indywidualnie dla danego produktu.

Projektanci w przypadku zastosowania płyt z okładziną z folii aluminiowej w obliczeniach uwzględniają ją jako warstwę paroszczelną. Ze względu na brak szczelności styków połączeń płyt jest to błędne założenie, które może powodować problemy eksploatacyjne stropodachów.

Źle dobrane uwarstwienie stropodachu powoduje dyfuzję pary wodnej do struktury płyt, których wilgotność w odniesieniu do płyt z okładzinami może osiągać do 2%, a w przypadku płyt bez okładzin nawet do 8% [3].

Aby uniknąć zamknięcia wilgoci między pokryciem stropodachu a warstwą paroszczelną, materiały do izolacji cieplnej należy chronić przed zawilgoceniem w czasie magazynowania oraz podczas budowy.

Ze względu na zastosowanie okładzin płyt PUR/PIR, ich stabilność wymiarową, wysoką wytrzymałość oraz odporność na czynniki chemiczne istnieje możliwość układania warstw pokryciowych stropodachu bezpośrednio na termoizolacji.

Na warstwie termoizolacyjnej może być układana warstwa papy samoprzylepnej, papy z gruboziarnistą posypką lub papy perforowanej klejonej punktowo do podłoża. Warstwa pokryciowa może być wykonana z pap termozgrzewalnych z grubej folii z PVC oraz z membran EPDM.

Poszczególne warstwy stropodachów izolowanych płytami PUR/PIR łączy się na kilka sposobów w ramach następujących konstrukcji stropodachów:

• stropodachy pełne z wierzchnią warstwą balastową,
• stropodachy pełne mocowane mechanicznie,
• stropodachy pełne klejone na zimno.

Jako warstwę balastową najczęściej stosuje się posypkę żwirową, która stanowi również warstwę ochronną pokrycia dachowego. Warstwa żwiru płukanego powinna mieć gr. min. 5 cm i średnicę ziaren od 16 mm do 32 mm.

Warstwa balastowa zabezpiecza warstwy stropodachu przed ssaniem wiatru. Grubość warstwy żwiru powinna być dobierana w zależności od obciążenia wiatrem dachu w konkretnej lokalizacji.

Warstwa ochronna chroni pokrycie przed szkodliwym działaniem promie­niowania ultrafioletowego, które może powodować pękanie i nieszczelność pokrycia.

Warstwa balastowa ma także chronić pokrycie dachu oraz niżej położone warstwy przed różnicami temperatury, które mogą na czarnej powierzchni pokrycia dochodzić nawet do 100°C.

Rozszerzalność termiczna płyt poliuretanowych zależy od ich gęstości, rodzaju okładziny oraz obciążenia temperaturowego. W odniesieniu do płyt o gęstości od 30 kg/m³ do 35 kg/m³ z elastycznymi okładzinami współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi 3–5·10^–5K^-1, natomiast dla płyt bez okładzin i gęstości od 30 kg/m³ do 60 kg/m³ - 5–8·10^–5K^-1.

Na RYS. 1 pokazano przykład rozwiązania uwarstwienia stropodachu z posypką żwirową.

Innym sposobem montażu izolacji termicznej stropodachów niewentylowanych z płyt poliuretanowych jest mechaniczne połączenie płyt z podłożem lub za pomocą mas klejących.

W przypadku podłoża z blachy trapezowej stosowany jest system blachowkrętów z łbem zaopatrzony w tzw. grzybek z tworzywa sztucznego (RYS. 2).

Połączenie z podłożem betonowym wykonuje się za pomocą wkrętów z kołkami rozporowymi lub gwoździ ze stali nierdzewnej z kompletem odpowiednich podkładek lub grzybków. Niezbędna liczba łączników oraz sposób ich rozmieszczenia na połaci dachu powinny wynikać z obliczeń projektowych.

Aby zapewnić całkowitą szczelność warstwy paroizolacyjnej, stosuje się połączenie warstw stropodachu z podłożem betonowym lub stalowym za pomocą mas klejących na gorąco lepikiem asfaltowym bez wypełniacza, na zimno - masą klejącą na bazie bitumu, kauczuku lub dyspersji akrylowej bez rozpuszczalnika.

Podsumowanie

Ze względu na zewnętrzne oddziaływania klimatyczne i użytkowe oraz utrzymanie wymaganego klimatu wnętrza ważne jest zarówno odpowiednie ocieplenie, prawidłowy dobór rodzaju materiałów, jak i ich właściwa kolejność warstw w płaskich stropodachach izolowanych płytami poliuretanowymi.

Stropodachy pełne wymagają szczególnej staranności w wykonaniu paroizolacji. Paroizolacja powinna stanowić ciągłą warstwę, gdyż jakiekolwiek nieszczelności przekreślają w dużym stopniu efekt praktyczny jej zastosowania.

Aby zabezpieczyć stropodach przed kondensacją pary wodnej w jego wnętrzu, obowiązuje prosta zasada, że opór dyfuzyjny paroizolacji powinien być co najmniej porównywalny z oporem dyfuzyjnym warstw pokrycia dachowego. Lepiej jednak stosować takie materiały na paroizolację, aby były szczelniejsze dla przepływu pary wodnej od warstw pokrycia dachowego [5].

Płyty PUR/PIR stanowią nie tylko bardzo dobrą warstwę izolacyjną zapewniającą minimalną grubość stropodachu, lecz także ze względu na wysokie parametry wytrzymałościowe mają zastosowanie w stropodachach o różnorakich funkcjach użytkowych, np. w tarasach.

W normalnych warunkach użytkowania trwałość płyty została określona na co najmniej 50 lat [3]. W sytuacjach wyjątkowych (np. w warunkach pożaru) zgodnie z wymaganiami Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [4], na dachy należy stosować materiały nierozprzestrzeniające ognia.

W zależności od klasy odporności pożarowej budynku konstrukcja dachu powinna spełniać odporność ogniową do REI 20 (RE 30). Płyty poliuretanowe jako materiał składowy stropodachów pozwalają na zachowanie powyższych kryteriów przeciwpożarowych.

Ważną zaletą płyt PUR/PIR jest ich niski ciężar, który umożliwia zredukowanie kosztów wykonania konstrukcji stropodachu oraz usprawnienie prac montażowych. Producenci płyt poliuretanowych produkują je w dużych formatach wymiarowych (do 120×250 cm), dzięki czemu można skrócić prace związane z układaniem warstw termoizolacyjnych na dachu.

Literatura

1. W. Albrecht, "Cell-Gas Composition - An Important Factor in the Evaluation of Long-Term Thermal Conductivity in Closed-Cell Foamed", "Cellular Polymers", vol. 19, nr 5/2000.
2. Prüfbericht Nr. F.2–421, 462, 630, 731, 840/98, Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V. München (FIW München), 1998.
3. „Thermal insulation materials made of rigid polyurethane foam (PUR/PIR) - Properties - Manufacture, Report N°1 (October 2006), BING-Federation of European Rigid Polyurethane Foam Associations, Brussels 2006.
4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75, poz. 690 z późn. zm.)
5. C. Byrdy, „Dachy i stropodachy ocieplone i nieocieplone. Podręcznik dla studentów wyższych szkół technicznych”, Politechnika Krakowska, Kraków 2003.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!