Jak wybrać materiał termoizolacyjny do ociepleń od wewnątrz?

Materiały termoizolacyjne stosowane do dociepleń, oprócz oczywistej funkcji ograniczenia strat ciepła, powinny gwarantować trwałość zmodernizowanej przegrody. W praktyce wyjściowym kryterium wyboru jest zazwyczaj cena, która odniesiona do uzyskiwanych oszczędności energii cieplnej pozwala na przeprowadzenie analizy efektywności ekonomicznej planowanego usprawnienia termomodernizacyjnego. Ten sposób postępowania jest oczywisty, cena jednak powinna być jednym z wielu kryteriów wyboru.

Na równi należy traktować inne aspekty, tak aby nowo wykonane warstwy dociepleniowe mogły jak najdłużej spełniać oczekiwania, nie tylko ciepłochronne, lecz także w zakresie ograniczenia kondensacji powierzchniowej i wgłębnej pary wodnej oraz jej skutków oddziaływania przez zminimalizowanie zagrożeń higienicznych i pożarowych.

Warstwy dociepleniowe powinny zapewnić w miarę jednakową temperaturę na całej powierzchni przegrody - niezależnie od uwarunkowań geometrycznych (naroża wklęsłe i wypukłe) oraz zmiennych oddziaływań mikroklimatycznych wynikających ze zróżnicowanej emisji wilgoci w poszczególnych pomieszczeniach.

Szczególne utrudnienia w realizacji tego zalecenia występują na przykład podczas docieplania filarków międzyokiennych, gdzie grubość materiału dociepleniowego na ościeżach musi być z oczywistych względów dostosowana do wymagań związanych z funkcjonalnością okien w zakresie swobody rozwierania i uchylania ramy, możliwości demontażu w przypadku przeprowadzania napraw, konserwacji, wymiany szyby itd.

Dokonując optymalnego wyboru materiału termoizolacyjnego z bogatej oferty, należy uwzględnić następujące przesłanki:

• oszczędność energii i izolacyjność cieplna:
  - konieczność spełnienia wymagań formalnych określonych w Warunkach technicznych w zakresie współczynnika przenikania ciepła U_max, współczynnika temperaturowego f_Rsi, a także wskaźnika EP,
  - spełnienie wymagań regulaminowych funduszy wspierających inwestycje w zakresie konieczności uzyskania wymaganego poziomu poprawy ciepłochronności, czasu zwrotu poniesionych nakładów finansowych itd.,
• stabilność deklarowanych parametrów mechanicznych i cieplno-wilgotnościowych w zmiennych warunkach mikroklimatycznych prognozowana na podstawie:
  - wyników analizy cieplno-wilgotnościowej z uwzględnieniem oceny oddziaływania środowiska wewnętrznego i zewnętrznego na poszczególne warstwy przegrody,
  - początkowego stanu wilgotnościowego przegrody (docieplenia wewnętrzne są wykonywane również w budynkach nawodnionych, po wieloletnim okresie bezpośredniego oddziaływania opadów atmosferycznych na skutek na przykład uszkodzenia pokryć dachowych, zużycia technicznego lub braku izolacji przeciwwilgociowych),
  - poziomu zagrożenia zawilgacaniem z potencjalnych źródeł, które nie mogą być wyeliminowane z powodów technicznych, na przykład braku dostępu do przygruntowej strefy nawadniania (ściana w zabudowie zwartej), z uwzględnieniem czasu ewentualnego oddziaływania źródła wody (odziaływanie ciągłe, chwilowe, nadzwyczajne),
• bezpieczeństwo pożarowe:
  - spełnienie formalnych wymagań w zakresie ochrony przeciwpożarowej określonych w Warunkach technicznych,
  - spełnienie indywidualnych wymagań firm ubezpieczeniowych,
  - uwzględnienie zagrożenia spowodowanego złym stanem instalacji elektrycznych,
  - uwzględnienie potencjalnego oddziaływania spalin oraz tzw. kwaśnego punktu rosy w przypadku kontaktu warstw dociepleniowych z przewodami spalinowymi niemającymi wewnętrznej osłony (np. z blachy kwasoodpornej, folii metalizowanej, kamionki, tworzyw sztucznych itd.),
• higiena, zdrowie i środowisko:
  - uwzględnienie zagrożenia mykologicznego grzybami i technicznymi szkodnikami drewna,
  - spełnienie wymagań zdrowotnych uwzględniających: uczulenia na lateks, rakotwórcze oddziaływanie włókien i pyłów, środków grzybobójczych i impregnatów, oddziaływania toksyczne, uwalnianie gazów spieniających itd.,
• odporność na uszkodzenia mechaniczne:
  - uwzględnienie zagrożenia wandalizmem,
  - uwzględnienie możliwości uszkodzenia eksploatacyjnego (ciągi komunikacyjne, pola odkładcze itp.),
• ochrona akustyczna:
  - o spełnienie wymagań w zakresie ochrony przed hałasem i wyrazistości mowy,
• zrównoważone wykorzystanie zasobów naturalnych:
  - zgodne z oceną cyklu życia LCA (Life Cycle Assessment),
  - zapewniające realne możliwości poddania recyklingowi,
  - zapewniające niską energochłonność wytwarzania materiału,
  - uwzględniające oddziaływanie na środowisko powstających odpadów,
  - zapewniające odnawialność (regenerację) zasobów surowcowych,
  - uwzględniające preferencje ekologiczne inwestora,
• wymagania konserwatorskie:
  - spełnienie wytycznych konserwatorskich,
  - zachowanie konserwatorskiej zasady odwracalności procesów technologicznych itp.,
• formalne dopuszczenia do stosowania:
  - mające wymagane certyfikaty CE, B, aprobaty techniczne,
• względy finansowo-organizacyjne:
  - uwzględnienie możliwości finansowych inwestora,
  - dostępność materiału i czas dostawy,
  - wymagany poziom przygotowania zawodowego ekipy montażowej,
  - uwzględnienie warunków termicznych w pomieszczeniu podczas wykonywania prac w zakresie dopuszczalnej temperatury minimalnej, czasu wiązania, czasu wysychania powłok itd.

Wymienione kryteria powinny być analizowane kompleksowo, co zwiększa szansę na właściwy wybór, a także wyeliminowanie przyczyn potencjalnych niepowodzeń i braku oczekiwanych efektów. Na podstawie pełnej analizy projektant może ocenić, które materiały w konkretnym przypadku doskonale wpisują się w realizację przedstawionych wytycznych.

Świadome i konsekwentne stosowanie sprawdzonego i kompletnego docieplenia od wewnątrz powinno zagwarantować realizację podstawowych celów:

• zmniejszenie zużycia energii w budynku lub mieszkaniu na ogrzewanie oraz klimatyzację przez ograniczenia strat ciepła,
• zmniejszenie ryzyka wystąpienia kondensacji pary wodnej i zagrzybienia,
• polepszenie komfortu cieplnego.

Zgodnie z kryteriami uwzgledniającymi specyficzne parametry cieplno-wilgotnościowe materiałów termoizolacyjnych można wyodrębnić sposoby docieplania od wewnątrz, które pretendują do miana odrębnych metod.

Przepływ ciepła, pary wodnej oraz wody kapilarnej przez materiał można scharakteryzować, wykorzystując następujące parametry [1]:

• opór cieplny wewnętrznej warstwy dociepleniowej R_Tinsul., odniesiony do poziomu dopuszczalnego R_limit, po przekroczeniu którego następuje wzrost zawartości wilgoci w przegrodzie, a także do oporu R_WT  21 spełniającego wymagania określone w Warunkach technicznych 2021,
• przenikanie pary wodnej przez układ warstw dociepleniowych, charakteryzowane współczynnikiem oporu dyfuzyjnego wszystkich warstw materiału termoizolacyjnego m, łącznie z osłonami paroizolacyjnymi ułożonymi jednostronnie lub dwustronnie (jeśli takie paroizolacje występują),
• zdolność do transportu kapilarnego wody materiału dociepleniowego lub jego fragmentów charakteryzowanej przez kąt zwilżania materiału przez wodę (γ = 0° - zwilżanie bardzo dobre lub γ ≥  90° - brak zwilżania spowodowany na przykład hydrofobizacją materiału).

Posługując się wymienionymi wielkościami, można zaproponować klasyfikację metod docieplenia wykonywanych w praktyce według różnych koncepcji technologicznych, którym w celu ułatwienia dalszych opisów, prowadzonych na potrzeby analiz obliczeniowych, nadano opisowe nazwy.

Na RYS. 1-2, RYS 3-4 i RYS. 5-6 przedstawiono schematycznie zróżnicowane zjawiska transportu wody i wilgoci, które stanowią podstawę klasyfikacji metod docieplania od wewnątrz.

Metoda limitowanego oporu cieplnego (R-Lim.) - docieplenie materiałem otwartodyfuzyjnym o ograniczonym oporze cieplnym bez odrębnej paroizolacji (RYS. 1):

Metoda jednostronnej bariery - docieplenie materiałem otwartodyfuzyjnym (komórkowym lub włóknistym) z paroizolacją oddzielającą warstwę termoizolacyjną od środowiska wewnętrznego (RYS. 2), spełniająca warunek:

Metoda aktywna kapilarnie - docieplenie materiałem otwartodyfuzyjnym, kapilarno-porowatym (RYS. 3), spełniająca warunek:

Metoda pełnej bariery dwustronnej - docieplenie materiałem paroszczelnym lub w paroszczelnej osłonie dwustronnej (RYS. 4), spełniająca warunek:

Metoda punktowo-kapilarna - docieplenie materiałem paroszczelnym (zamkniętokomórkowym), punktowo-kapilarnym (RYS. 5), spełniająca warunek:

Metoda liniowo-kapilarna - docieplenie materiałem odgazowanym, osłoniętym wysokobarierową powłoką gazoszczelną, liniowo­‑kapilarnym (system VIP-ART®), z funkcją kapilarności zwrotnej i aktywnym dogrzewaniem obwodowych stref mostków termicznych (RYS. 6), spełniająca warunek:

Szczegóły dotyczące poszczególnych metod omówiono w monografii "Docieplanie budynków od wewnątrz" [1].

Zjawiska fizyczne zachodzące w docieplonej przegrodzie można omówić na przykładzie metody limitowanego oporu cieplnego. Istotę tego trybu postępowania przedstawiono na RYS. 1. W tym przypadku dopuszcza się zwiększenie oporu cieplnego wewnętrzną warstwą dociepleniową do poziomu niezagrażającego nadmierną kondensacją wewnętrzną pary wodnej w poszczególnych warstwach docieplonej przegrody.

Rozwiązanie spełniające taki warunek było stosowane w praktyce już w latach 70. ubiegłego wieku. Strumień ukośnego deszczu (oznaczony na RYS. 1 liczbą 3) oraz strumienie dyfuzyjne pary wodnej w okresie zimowym (oznaczone liczbą 4) oraz letnim (oznaczone liczbą 5) mogą naturalnie przepływać przez docieplaną przegrodę (oznaczoną liczbą 1), zgodnie z jej naturalnymi zdolnościami do transportu wody i wilgoci.

Osłona (oznaczona liczbą 10) w tym przypadku pełni jedynie funkcję mechanicznej osłony materiału termoizolacyjnego (oznaczonego liczbą 2) oraz wystroju wnętrza.

W przypadku otwartodyfuzyjnych właściwości warstwy termoizolacyjnej zachodzi swobodny przepływ strumieni pary wodnej, podwyższający ryzyko zimowej kondensacji pary wodnej. Warstwy dociepleniowe o ograniczonej grubości umożliwiają jednak odparowywanie również w okresie letnim wilgoci skondensowanej w przegrodzie w okresie zimowym do wewnętrznego środowiska.

Zwiększenie oporu cieplnego warstwą dociepleniową do poziomu, na który pozwalał pierwotny opór cieplny przegrody, był traktowany jednak przez projektantów jako "ryzykowna konieczność". Lansowano wówczas zalecenie, że docieplać można jedynie ściany na tyle "ciepłe", aby dodatkowe warstwy termoizolacyjne w okresie zimowym nie spowodowały obniżenia temperatury na ich wewnętrznej powierzchni poniżej punktu rosy.

Po latach badań koncepcja ta została opisana w niemieckiej instrukcji WTA 6.4. [2]. W dokumencie tym podano minimalne wymagania w zakresie dyfuzyjnie równoważnej grubości warstwy powietrza powłoki dociepleniowej (łącznie z opóźniaczem przepływu pary wodnej), w zależności od oporu cieplnego docieplenia dla podłoży charakteryzujących się różną aktywnością kapilarną.

Badania wykazały, że podłoża o stosunkowo niskiej aktywności kapilarnej, których podciąganie kapilarne wody (współczynnik nasiąkliwości powierzchniowej w) spełnia warunek w < 0,5 kg/m²  √h mogą być docieplane warstwami o oporze do ΔR_insul. = 2 m2·K/W i sdi = 4 m.

Przegrody o wyższej aktywności kapilarnej (w < 10 kg/m²  √h) mogą być bezpiecznie docieplane warstwami o oporze ΔR_insul. = 2,5 m2·K/W i s_di = 1 m.

Formalnie tego typu rozwiązanie powinno być zalecane jedynie w przypadku przegród nie tylko charakteryzujących się pierwotnie zadowalającym oporem cieplnym, lecz także dobrze pochłaniających wilgoć, których docieplenie warstwą o ograniczonych walorach termoizolacyjnych nie spowoduje nadmiernej kondensacji na styku warstwy dociepleniowej z przegrodą.

Występowanie koniecznego zapasu wartości czynnika temperaturowego upoważniającego do ułożenia na wewnętrznej powierzchni dodatkowej warstwy izolacji termicznej o ograniczonym oporze cieplnym nie zawsze było respektowane. W latach 80. ubiegłego wieku metodę ograniczonego oporu cieplnego R-Lim stosowano do poprawy właściwości termoizolacyjnych ścian zewnętrznych w budynkach wielkopłytowych i wielkoblokowych, wielokrotnie lekceważąc znane już wówczas zalecenia. Skutkowało to wieloma niepowodzeniami i ogólnie ugruntowaniem się krytycznych opinii w odniesieniu do docieplania od wewnątrz.

Podczas prowadzonych przez autora w latach 80. ubiegłego wieku przeglądów wad technologicznych systemów prefabrykowanych, obejmujących ponad 6000 mieszkań, przebadano około 700 docieplanych od wewnątrz pojedynczych mieszkań. Stwierdzono wówczas, że tylko w około 300 przypadkach nie występowały problemy mykologiczne.

Zdecydowany wpływ na taki stan miały występujące wady technologiczne systemów wielkopłytowych (np. OWT 67, OWT-R, WK-70) oraz wielkoblokowych (cegła żerańska). Docieplenie wewnętrzne było wówczas traktowane nie tylko jako sposób likwidacji przemarzania w miejscach słabo izolowanych termicznie, lecz także w ten sposób próbowano również tamować przecieki wód opadowych przez uszkodzone złącza lub zarysowane warstwy fasadowe, które wadliwie kwalifikowano jako przemarzanie.

Rozpowszechnione wówczas rozwiązanie polegające na dociepleniu wełną mineralną oraz boazerią, z jednoczesnym brakiem dodatkowej ochrony mostków cieplnych, było obarczone wysokim poziomem ryzyka pogłębienia się kondensacji pary wodnej na styku wełna mineralna-prefabrykat.

Powszechnie zjawiskom tym towarzyszył wysoki poziom wilgotności względnej powietrza wewnętrznego spowodowany zaburzeniami wentylacji. Nagminne zmniejszanie przekroju kratek wentylacyjnych, osłabianie wentylacji przez podłączanie okresowo uruchamianego okapu kuchennego, doszczelnianie stolarki okiennej z jednocześnie występującymi problemami z dostawami ciepła miały dość powszechny charakter. Wszystko to razem skutkowało ugruntowywaniem się złej opinii o dociepleniach wewnętrznych.

Koncepcja docieplania, którą po latach doświadczeń można nazwać "metodą limitowanego oporu cieplnego", jest aktualnie realizowana z powodzeniem dzięki rozwojowi technologii ultralekkich betonów komórkowych. Porowaty ośrodek w dużym stopniu niweluje występujące mankamenty pierwotnie stosowanych rozwiązań opartych na materiałach o wysokiej wilgociochłonności oraz niskim oporze dyfuzyjnym - porównywalnym z oporem powietrza, jak niehydrofobizowana wełna mineralna.

Mieszana struktura współcześnie oferowanych ultralekkich betonów komórkowych zapewniania przewodzenie pary wodnej, natomiast hydrofobizacja eliminuje nadmierną akumulację wilgoci.

Zwiększenie oporu cieplnego warstwami dociepleniowymi o ograniczonym oporze cieplnym, który gwarantuje odparowanie w okresie letnim wilgoci skondensowanej we wnętrzu przegrody, należy zaliczyć do sprawdzonych i bezpiecznych rozwiązań.

Dodatkowym atutem jest znaczna odporność betonu komórkowego na zagrożenia biologiczne. W ostatnich latach nastąpił również istotny rozwój programów symulacyjnych umożliwiających w miarę precyzyjne sprawdzenie poprawności zaproponowanej grubości docieplenia - limitowanej koniecznością zapewnienia ujemnego rocznego bilansu wilgoci w przegrodzie. Zwiększenie grubości warstwy dociepleniowej ponad dopuszczalny skutkuje stałym przyrostem zawilgocenia przegrody.

Przy okazji omawiania koncepcji "limitowanego oporu cieplnego" należy również wspomnieć o tzw. gwarantowanej ochronie cieplnej, która jest praktykowana w niektórych krajach zachodnich, na przykład zgodnie z zapisami w normy DIN 4108-2 (aktualne wydanie 2013-02 "Minimalne wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej budynków zapobiegające kondensacji i zagrożeniom higienicznym"), obowiązującej podczas rozbudowy i modernizacji budynków.

W normie tej określono wartości minimalne oporu cieplnego, które mają wyłącznie zabezpieczyć przed występowaniem szkód spowodowanych przez wilgoć, na przykład dla ścian zewnętrznych pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi wartość R_min wynosi 1,2 m²·K/W.

Określenie minimalnego oporu cieplnego dla przegród tylko częściowo wynika z potrzeby oszczędzania energii, gdyż warunek ten w przypadku muru o grubości jednej cegły spełniają warstwy grubości 4 cm wełny mineralnej lub 6 cm krzemianu wapniowego – minimalny opór cieplny ma zapewniać bezpieczeństwo higieniczne.

W polskich aktach normatywnych pojęcie minimalnego oporu cieplnego funkcjonowało również w poprzednich dekadach. Obecnie ochronę higieniczną przed rozwojem pleśni zapewniono przez określenie dopuszczalnej wartości czynnika temperaturowego f_Rsi. Pozostałe metody docieplania od wewnątrz, w tym:

• metodę jednostronnej bariery,
• metodę aktywną kapilarnie,
• metodę pełnej bariery dwustronnej,
• metodę punktowo-kapilarną,
• metodę aktywnego docieplania, liniowo-kapilarną

omówiono w monografii "Docieplanie budynków od wewnątrz" z uwzględnieniem stosowanych w praktyce rozwiązań, w których za główne kryterium przyjęto ochronę przed wewnętrznym zawilgoceniem oraz spełnianie wymagań określonych w WT 2021. Odniesiono się również do aktualnej oferty rynkowej najnowszej generacji materiałów termoizolacyjnych.

Literatura

1. R. Wójcik, "Docieplanie budynków od wewnątrz", Grupa MEDIUM, Warszawa 2017.
2. WTA Merkblatt 6-4, 2009/D, Innendämmung nach WTA I, Planungsleitfaden.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!