Nowoczesne materiały termoizolacyjne – przykładowe zastosowania z uwzględnieniem wymagań cieplno-wilgotnościowych od 1 stycznia 2021 r.

W rozporządzeniu [1] określono m.in. niższe wartości maksymalne współczynnika przenikania ciepła U_c(max) [W/(m²·K)] dotyczące przegród zewnętrznych budynków oraz niższe wartości graniczne wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP_(max) [kWh/(m²·rok)], zmieniające się w okresie 2014–2016, 2017–2020 i od 31 grudnia 2020 roku.

Wg przepisów prawnych od 1 stycznia 2021 roku będą obowiązywały m.in. nowe (niższe – ostateczne) wartości graniczne U_c(max) [W/(m²·K)] dla pojedynczych przegród. W związku z powyższym istnieje potrzeba zastosowania nowoczesnych i innowacyjnych rozwiązań materiałowych przegród zewnętrznych i złączy budynków o niskim zużyciu energii w zakresie:

• zastosowania nowoczesnych, innowacyjnych (efektywnych) materiałów termoizolacyjnych o niskiej wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] – osiągając mniejsze ich grubości oraz o odpowiedniej wartości oporu dyfuzyjnego μ [-] – eliminując ryzyko kondesacji międzywarstwowej;
• poprawnego ukształtowania układów materiałowych przegród zewnętrznych i ich złączy – minimalizując dodatkowe straty ciepła oraz ryzyko występowania kondensacji międzywarstwowej i na wewnętrznej powierzchni przegrody przy zastosowaniu procedur, tzw. „szkoły projektowania złączy budowlanych”.

Projektowanie to opiera się na szczegółowych obliczeniach i analizach w aspekcie cieplno-wilgotnościowym i wytypowaniu poprawnych rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych przegród zewnętrznych i ich złączy.

Charakterystyka wybranych materiałów termoizolacyjnych

Przed wyborem odpowiedniego materiału termoizolacyjnego, w aspekcie projektowania nowych obiektów lub modernizacji budynków istniejących, należy zwrócić uwagę na następujące właściwości: współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)], gęstość objętościowa, izolacyjność akustyczna, przepuszczalność pary wodnej, współczynnik oporu dyfuzyjnego μ [-], wrażliwość na czynniki biologiczne i chemiczne oraz ochronę przeciwpożarową.

Na podstawie prowadzonych obliczeń i analiz w tym zakresie zestawiono przykładowy dobór materiałów termoizolacyjnych (RYS. 1).

Ocieplanie ścian zewnętrznych

Do ocieplania ścian zewnętrznych (od zewnątrz) stosowane są najczęściej następujące materiały termoizolacyjne:

• styropian (EPS),
• styropian szary (grafitowy),
• płyty z piany fenolowej
• i wełna mineralna.

Płyty styropianowe EPS powstają w wyniku spienienia (ekspandowania) granulek polistyrenu metodą dwuetapową: produkcja w dużych blokach, z których (po odpowiednim okresie sezonowania) wycina się płyty o odpowiednim wymiarze. Jednak często stosuje się także metodę polegająca na produkcji pojedynczych płyt w oddzielnych formach za pomocą wtrysku (powierzchnia płyt płaska lub profilowana).

Istnieją także modyfikowane grafitem płyty styropianowe o szarosrebrzystym kolorze, nazywane szarym styropianem, charakteryzujące się lepszą izolacyjnością cieplną. Płyty izolacyjne ze styropianu grafitowego (szarego) mogą być stosowane do ocieplania całej elewacji, jak i tylko w przypadku wybranych elementów (loggi i balkonów). Izolacja wykonana z szarego styropianu jest znacznie mniejszej grubości od popularnych i tradycyjnych płyt styropianowych. Jednak przy ociepleniu ścian zewnętrznych często można zaobserwować wiele dokuczliwych problemów będących skutkiem zjawiska „przegrzewania”, typowego dla szarego styropianu. Podczas wykonywania ocieplenia mogą występować m.in.: efekt odpadania płyt od fasady na skutek przegrzania, efekt skurczu płyt styropianowych (powstawanie szczelin powietrznych w warstwie izolacji termicznej – tj. liniowych mostków cieplnych powodujących występowanie dodatkowych strat ciepła), naruszenie struktury płyt styropianowych (liniowe wytopienia). Szczegółowe analizy w tym zakresie opisano m.in. w pracach [2–4].

Jako odpowiedź na ten problem pojawiły się płyty styropianowe składające się z dwóch różnych rodzajów styropianu zespolonych w jedną płytę (zewnętrznej wykonanej ze styropianu białego i wewnętrznej ze styropianu szarego). Ponadto produkowane są płyty styropianowe perforowane w celu zwiększenia przepuszczalności pary wodnej. Krawędzie płyt styropianowych mogą być proste, do łączenia na zakład, do łączenia na pióro–wpust.

Płyty z wełny mineralnej (skalnej) są produkowane z włókien otrzymywanych w procesie rozwłóknienia stopionych surowców skalnych. Włókna łączy się lepiszczem (np. żywica fenolowo-formaldehydowa z dodatkiem oleju), prasuje, formuje i przycina do wymaganych wymiarów.

Płyty fasadowe z wełny mineralnej najczęściej produkowane są w dwóch odmianach:

• o zaburzonym (splątanym) układzie włókien
•  i o uporządkowanym (prostopadłym do powierzchni płyty) układzie włókien (tzw. płyty lamelowe).

Często stosuje się płyty o niejednorodnej strukturze materiałowej – tzw. płyty warstwowe (warstwy o różnej gęstości). 

Płyty z poliuretanu (PUR) i poliizocyjanuratu (PIR) – twarde płyty piankowe, które są odporne termicznie i niepalne, o niższych wartościach współczynnika przewodzenia ciepła niż np. wełna mineralna i styropian. Występują w postaci pianki o porach otwartych (spieniona na budowie) i o porowatości zamkniętej (płyty z osłoną lub bez osłony). Sztywne płyty stosowane są jako izolacja ścian, dachów drewnianych (system podkrokwiowy i nadkrokwiowy, stropodachów i cokołów budynków o współczynniku λ_D = 0,020–0,023 W/(m·K).

Płyty fenolowe (rezolowe) – sztywne płyty izolacyjne o zamkniętej strukturze komórkowej z rdzeniem uzyskiwanym z żywicy fenolowo-formaldehydowej. Płyty pokryte są po obu stronach welonem szklanym spojonym z rdzeniem w procesie produkcji. Charakteryzują się m.in. niską absorpcją wilgoci, dużą wytrzymałością mechaniczną, o współczynniku λ_D = 0,021–0,024 W/(m·K).

Przykład obliczeniowy 1

Obliczono współczynnik przenikania ciepła U_c [W/(m2·K)] ścian zewnętrznych dwuwarstwowych (RYS. 2), w zróżnicowanym układzie warstw materiałowych zgodnie z procedurą normy PN-EN ISO 6946:2008 [5].

Do obliczenia współczynnika przenikania ciepła U_c [W/(m2·K)] przyjęto następujące założenia:

• opory przejmowania ciepła dla ściany; wartości oporów przejmowania ciepła zostały przyjęte wg PN-EN ISO 6946:2008 [5] dla poziomego kierunku strumienia ciepła:
  – opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni przegrody: R_se = 0,04 (m²·K)/W,
  – opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody: Rsi = 0,13 (m²·K)/W,
• wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] przyjęto na podstawie tablic załącznik do pracy [6].

Wyniki obliczeń zestawiono w TABELI 1.

Istotny wpływ na wartość współczynnika przenikania ciepła przegrody budowlanej U_c [W/(m2·K)] ma wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] materiału izolacyjnego. W odniesieniu do jednego rodzaju izolacji może się ona wahać w znacznym przedziale w zależności od produktu, co wynika z szybkiego rozwoju rynku materiałów termoizolacyjnych oraz coraz bardziej zaawansowanych technologii produkcyjnych.

W obliczeniach różnicowano grubość warstwy izolacji cieplnej i wartość współczynnika przewodzenia ciepła materiału izolacyjnego λ [W/(m·K)]. Dodatkowo zamieszczono poziomy wymagań co do izolacyjności cieplnej U_c(max)[W/(m2·K)] według rozporządzenia [1], obowiązujące od 1.01.2021 r.

Ocieplanie stropodachów dwudzielnych i stropów nad poddaszami nieużytkowanymi

Do ocieplania stropodachów dwudzielnych i stropów nad poddaszami nieużytkowanymi stosowane są m.in. wełna celulozowa oraz wełna mineralna.

Wełna celulozowa jest materiałem występującym w formie sypkiego włóknistego granulatu, która jest wytwarzana z papieru gazetowego (sortowanie, rozdzieranie, rozdrabnianie), aż do uzyskania postaci izolujących płatków celulozy. Charakteryzuje się gęstością objętościową w zakresie 25–65 kg/m3 oraz współczynnikiem przewodzenia ciepła na poziomie λ_D = 0,037 W/(m·K). Zastosowanie materiału odbywa się metodą zasypu.

Wełna mineralna występuje jako wełna szklana i wełna skalna. Wełna szklana produkowana jest m.in. ze stłuczki szklanej i z piasku kwarcowego. Charakteryzuje się kolorem od jasnokremowego do żółtego, gęstością objętościową ρ_ob. = 40–80 kg/m3 oraz współczynnikiem przewodzenia ciepła λ_D = 0,032 W/(m·K) dla płyt i mat i λ_D = 0,038 W/(m·K) dla granulatu.

Natomiast wełna skalna jest produkowana z różnego rodzaju kruszywa mineralnego (np. bazalt, gabro, kruszywo wapienne, brykiety mineralne) i występuje w kolorze od szarego po oliwkowy, w postaci płyt (w pełnym zakresie gęstości), mat i granulatu. Wyroby z wełny skalnej charakteryzują się współczynnikiem przewodzenia ciepła λ_D = 0,035 W/(m·K) dla płyt i λ_D = 0,038 W/(m·K) dla granulatu.

Ocieplanie dachów drewnianych

Do ocieplania dachów drewnianych stosowane są najczęściej m.in. materiały termoizolacyjne:

• płyty drzewne,
• płyty z wełny owczej,
• płyty z wełny mineralnej,
• pianka poliuretanowa (PUR/PIR),
• płyty korkowe ekspandowane.

Płyty drzewne to materiały drewnopochodne, które powstają z rozwłóknionego drewna. Charakteryzują się gęstością objętościową ρob. = 50 kg/m3 i współczynnikiem przewodzenia ciepła λD = 0,038 W/(m·K). Występują w postaci płyt miękkich i granulatu.

Płyty z wełny owczej są naturalnym materiałem organicznym w postaci płyt. Włókna owczej wełny doskonale oddychają, magazynują, izolują i regulują temperaturę. Testy wykazują, że izolacja z owczej wełny, oprócz powyższych właściwości, neutralizuje szkodliwe substancje i pochłania dźwięk. Występują w asortymencie o gęstość objętościowej ρob. = 14–100 kg/m3 i współczynniku przewodzenia ciepła λD = 0,0385 W/(m·K).

Wełna mineralna stosowana jest także do ocieplenia dachów drewnianych skośnych w postaci mat i płyt o gęstości objętościowej ρob. = 80–120 kg/m3 i współczynniku przewodzenia ciepła λD = 0,032–0,038 W/(m·K) w układzie między krokwiami oraz dodatkowo pod krokwiami (RYS. 3 i RYS. 4).

Pianka poliuretanowa PIR/PUR – jest materiałem chemoutwardzalnym w postaci sztywnej piany natryskowej. Występuje jako pianka o porach otwartych (spieniona na budowie) i o porowatości zamkniętej (płyty z osłoną lub bez osłony). Sztywne płyty stosowane są jako izolacja podkrokwiowa (często z wykończeniem płytą gipsowo-kartonową) lub jako izolacja nadkrokwiowa (RYS. 5 i RYS. 6). Przy gęstości objętościowej ρob. = 35–60 kg/m3 charakteryzują się współczynnikiem przewodzenia ciepła na poziomie λD = 0,020–0,023 W/(m·K).

Płyty korkowe ekspandowane to naturalne, zrównoważone i bezkonkurencyjne produkty korkowe, które przy tym szczególnym rodzaju aglomeratu korkowego nie zawierają poliuretanu. Dzięki poddaniu ziarna korkowego działaniu wysokiej temperatury powiększa ono swoją objętość (analogicznie jak prażona kukurydza), a jeden z wydzielających się w tym procesie składników –suberyna – stanowi naturalne lepiszcze ekspandujących ziaren. Otrzymujemy w ten sposób wspaniały, naturalny i zrównoważony materiał, znakomicie sprawdzający się jako izolacja termiczna, akustyczna oraz wibroizolacja.

Płyty do izolacji cieplnej dachów drewnianych skośnych charakteryzują się współczynnikiem przewodzenia ciepła na poziomie λD = 0,037 W/(m·K). Do grupy materiałów izolacyjnych, do których produkcji zużywane są małe ilości energii i ograniczone jest zużycie surowców nieodnawialnych, zalicza się także płyty pilśniowe.

Analizy w zakresie doboru materiału termoizolacyjnego w przypadków stropodachów dwudzielnych i stropodachów drewnianych z uwzględnieniem wymagań cieplno-wilgotnościowych opisano m.in. w pracach [8–10].

Ocieplanie stropodachów pełnych

Do ocieplania stropodachów pełnych najczęściej stosowane są takie materiały termoizolacyjne jak polistyren ekstrudowany (XPS), płyty z pianek poliuretanowych PIR i PUR czy styropapa.

Polistyren ekstrudowany (XPS) jest sztywną pianą charakteryzującą się znaczącą wytrzymałością na ściskanie oraz odpornością na wilgoć. Takie właściwości pozwalają na efektywne zastosowanie wyrobu do izolacji poziomej i pionowej przegród stykających się z gruntem, a także izolacji tarasów i stropodachów pełnych, odwróconych i zielonych.

Współczynnik przewodzenia ciepła płyt z polistyrenu ekstrudowanego zależy od grubości i wynosi λD = 0,035–0,036 W/(m·K).

Styropapa – potoczna nazwa płyt styropianowych podłogowych laminowanych papą podkładową to styropapa. Papa podkładowa zabezpiecza płyty przed stopieniem przez płomień ognia przy zgrzewaniu papy wierzchniego krycia. Ocieplenie dachu za pomocą styropapy można wykończyć, aplikując dodatkową warstwę podkładową, lecz nie jest to konieczne. Warstwa papy wierzchniego krycia z certyfikatem do jednokrotnego krycia to konieczność. Styropapę poleca się do stosowania jako bezpośrednie podłoże pod powłoki papowe w przypadku stropodachów i dachów o niewielkim kącie nachylenia połaci. Współczynnik przewodzenia ciepła styropapy wynosi około 0,035 W/(mK). Masa 1 m2 to około 8 kg, wytrzymałość okładziny papowej na odrywanie osiąga wartość 0,1 MPa.

Przykład obliczeniowy 2

Analiza parametrów fizykalnych połączenia ściany zewnętrznej ze stropodachem pełnym.

W TABELI 2 zestawiono charakterystykę materiałową analizowanego złącza oraz przyjęte warunki brzegowe do obliczeń numerycznych przy zastosowaniu programu komputerowego TRISCO-KOBRU86 [11]. Szczegółowe procedury obliczeniowe w tym zakresie przedstawiono w pracy [6].

Wyniki obliczeń parametrów fizyklanych analizowanego złącza przedstawiono w postaci przykładowej karty katalogowej (TABELA 3).

Należy zwrócić uwagę, że mimo stosunkowo niskich wartości współczynnika przenikania ciepła stropodachu (Us [W/m2·K)]) i ściany zewnętrznej (U_śc. [W/(m2·K)]), spełniających wymagania sformułowane w rozporządzeniu [1], w analizowanych złączach (TABELA 3) występują dodatkowe straty ciepła w postaci liniowego współczynnika przenikania ciepła ψ [W/(m·K)]. Wartości parametrów fizykalnych połączenia ściany zewnętrznej ze stropodachem pełnym zależą od grubości materiału termoizolacyjnego. Dodatkowo w miejscu połączenia stropodachu ze ścianą zewnętrzną występuje obniżenie temperatury (t_min. [°C]) na wewnętrznej powierzchni przegody.

Tylko poprawne ukształtowanie warstw materiałowych przegród zewnętrznych i ich złączy gwarantuje minimalizację dodatkowych strat ciepła oraz ryzyka występowania kondensacji powierzchniowej (ryzyka rozwoju pleśni i grzybów pleśniowych).

Ocieplanie przegród stykających się z gruntem, cokołów i podłóg

Do ocieplania przegród stykających się z gruntem (izolacja obwodowa), cokołów i podłóg stosowane są najczęściej m.in. następujące materiały termoizolacyjne:

• polistyren ekstrudowany (XPS),
• szkło piankowe.

Szkło piankowe otrzymywane jest z roztopionego szkła przez dodanie domieszek pianotwórczych (np. węgiel, węglan wapnia). Jest nieprzezroczyste, odporne na korozję biologiczną i chemiczną oraz niepalne (w obecności płomieni nie wydziela gazów toksycznych). Produkowane jest w dwóch odmianach:

• szkło piankowe białe [ρ_ob. = 240–300 kg/m³, λ_D = 0,038–0,042 W/(m·K)] – o otwartej strukturze i podatności na nasiąkliwość,
• szkło piankowe czarne [ρ_ob. = 100 kg/m³, λ_D = 0,038 W/(m·K)] – o porowatości zamkniętej, co skutkuje wysokim oporem dyfuzyjnym i brakiem nasiąkliwości tej odmiany szkła piankowego.

Stosowane jest także do termoizolacji stropodachów.

Analizy w zakresie doboru materiału termoizolacyjnego w przypadku przegród stykających się z gruntów z uwzględnieniem wymagań cieplno-wilgotnościowych opisano m.in. w pracach [10, 13].

Materiały termoizolacyjne nowej generacji

Do grupy materiałów termoizolacyjnych „nowej generacji” należą:

• aeorożel,
• porogel,
• izolacje refleksyjne,
• izolacje próżniowe VIP,
• izolacje transparentne,
• pianosilikaty.

Aerożel to materiał o budowie komórkowej i przypomina sztywną pianę, składającą się w 90–99,8% z powietrza oraz z żelu tworzącego jego strukturę. Specyficzny rozmiar większości porów zdecydowanie spowalnia przenoszenie ciepła przez powietrze zawarte w materiale, co obniża wartość współczynnika do λD = 0,012–0,018 W/(m·K). Bardzo dobre właściwości termoizolacyjne oraz elastyczność materiałów aerożelowych kwalifikują je nie tylko do ocieplania elementów płaskich, ale również do ocieplania mostków termicznych (złączy budowlanych: ościeży okiennych i drzwiowych, wnęk podokiennych, płyt balkonowych).

Porogel jest materiałem izolacyjnym wytwarzanym na bazie krzemionki o zawartości powietrza na poziomie 90%, charakteryzującym się współczynnikiem przewodzenia ciepła λD = 0,014 W/(m·K). Wytwarzany jest w matach i stosowany głównie w pasach podrynnowych lub przy minimalizacji mostków termicznych.

Izolacje refleksyjne są wykorzystywane w przegrodach budowlanych ze względu na zalety związane ze zwiększeniem oporu cieplnego, a tym samym obniżeniem wartości współczynnika przenikania ciepła np. ściany zewnętrznej. Poprawiają także szczelność powietrzną izolowanej przestrzeni. Dzięki małej grubości (10–70 mm) bardzo często znajdują zastosowanie w przegrodach budowlanych, poddaszach, a także coraz częściej w lekkich konstrukcjach szkieletowych i w konstrukcjach modułowych. Można je podzielić na następujące grupy:

• folie bąbelkowe w obustronnych okładzinach w folii aluminiowej,
• materiały o małej grubości, z jedną lub dwiema okładzinami z folii aluminiowej,
• multifolie, tj. kilka folii aluminiowych rozdzielonych cienkimi warstwami wykonanymi z pianki polietylenowej lub polipropylenowej itp.

Materiały te działają na zasadzie odbicia promieniowania cieplnego. Ich cechą charakterystyczną jest to, że składają się ze szczelin powietrznych oraz jednej lub dwu powierzchni odbijających promieniowanie cieplne.

Istotą izolacji refleksyjnych jest znaczne ograniczenie wymiany ciepła przez promieniowanie, a także zwiększenie oporu cieplnego przegrody budowlanej. Ze względu na to, że promieniowanie podczerwone stanowi 70–90% całkowitej energii cieplnej budynku, opłacalne jest zatrzymanie tego promieniowania wewnątrz pomieszczeń w okresie grzewczym. Deklarowana wartość oporu cieplnego maty termoizolacyjnej wynosi R_D = 0,25 (m2·K)/W, natomiast wartość R_D dla układu (mata–szczelina powietrzna) wynosi 1,02–1,16, w zależności od kierunku przepływu ciepła [14]. Współczynnik przewodzenia ciepła mat refleksyjnych zależy od ilość warstw i wynosi λ_D = 0,019–0,033 W/(m·K).

Izolacje próżniowe (VIP) są modyfikacją izolacji żelowych. Obniżenie przewodności cieplnej uzyskuje się dzięki podciśnieniu ograniczającemu przenoszenie ciepła przez powietrze. Natomiast redukcję udziału promieniowania uzyskuje się, wprowadzając dodatki obniżające jego przepuszczalność, np. grafit. Zmodyfikowany rdzeń zapakowany jest próżniowo w szczelną membranę (trójwarstwowa powłoka z folii). Szczelna osłona pokrywająca rdzeń zapewnia możliwość utrzymania wewnątrz panelu znacznego podciśnienia i uzyskania niskiej wartości współczynnika przewodzenia ciepła na poziomie λ_D = 0,006–0,007 W/(m·K).

Pianosilikaty to niepalne materiały ekologiczne cechujące się niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła (przy gęstości objętościowej ρ_ob. = 100–600 kg/m3; λ_D = 0,03–0,010 W/(m·K)). Jako surowce do produkcji stosowane są krzemionka i specyficzna osnowa amorficzna z możliwością zastosowania składników materiałami odpadowymi. Spienienie w formach zachodzi w temperaturze poniżej 500°C (spienienie termiczne) z użyciem promieniowania mikrofalowego (spienienie mikrofalowe) lub prądu elektrycznego (tzw. elektrospienianie). Pozwala to na wiele różnych zastosowań pianosilikatów, w zależności od sposobu wytwarzania można bowiem sterować ich parametrami chemiczno-fizycznymi.

Pianosilikaty mogą skutecznie znaleźć zastosowanie w pewnych niszowych segmentach budowalnych, np. do wypełniania pustych przestrzeni w konstrukcjach, w budownictwie szczególnego przeznaczenia, np. szpitalach, obiektach wodnych [15].

W grupie materiałów termoizolacyjnych „nowej generacji” należy także wymienić nanomateriały, które dają nieznane wcześniej możliwości nowych lub ulepszonych właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych znanych już materiałów.

W celu poszukiwania poprawnego rozwiązania układu materiałowego spełniającego obowiązujące wymagania cieplno-wilgotnościowe obowiązujące od 1.01.2021 r. należy wykonać szczegółowe obliczenia następujących parametrów fizykalnych elementów obudowy budynków (przegród zewnętrznych i złączy budowlanych):

• strumień cieplny Φ [W],
• współczynnik przenikania ciepła pełnej przegrody U (U_1D) [W/(m²·K)],
• liniowy współczynnik sprzężenia cieplnego L^2D [W/(m·K)],
• liniowy współczynnik przenikania ciepła (określający dodatkowe straty ciepła wynikające z występowania liniowych mostków cieplnych) ψ [W/(m·K)],
• temperatura minimalna na wewnętrznej powierzchni przegrody w miejscu mostka cieplnego t_min. [°C],
• czynnik temperaturowy, określony na podstawie temperatury minimalnej na wewnętrznej powierzchni przegrody w miejscu mostka cieplnego ƒ_Rsi(2D) [–].

W przykładzie obliczeniowym 3 przedstawiono analizę parametrów fizykalnych narożników ściany zewnętrznej dwuwarstwowej, ocieplonych zróżnicowanymi materiałami termoizolacyjnymi.

Przykład obliczeniowy 3

Określenie parametrów fizykalnych narożnika ścian zewnętrznych z zastosowaniem zróżnicowanych materiałów termoizolacyjnych.Do obliczeń wytypowano połączenie ściany zewnętrznej w narożniku, przy zastosowaniu programu komputerowego TRSCO-KOBRU86 [11], przyjmując następujące założenia:

• temperatura powietrza wewnętrznego t_i= 20°C (pokój dzienny), temperatura powietrza zewnętrznego t_e= –20°C (III strefa),
• wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów budowlanych λ [W/(m·K)] przyjęto na podstawie tabel w pracach [6],
• ściana zewnętrzna dwuwarstwowa:
  – bloczek z betonu komórkowego gr. 24 cm – λ = 0,21 W/(m·K),
  – warianty izolacji cieplnej:
  I – płyty styropianowe λ = 0,040 W/(m·K),
  II – płyty z wełny mineralnej λ = 0,038 W/(m·K),
  III – płyty ze styropianu grafitowego λ = 0,031 W/(m·K),
  IV – płyty rezolowe λ = 0,021 W/(m·K),
  V – płyty aerożelowe λ = 0,015 W/(m·K),
  VI – płyty z paneli próżniowych VIP λ = 0,007 W/(m·K).

Szczegółowe procedury obliczeniowe parametrów fizykalnych przegród zewnętrznych i ich złączy przedstawiono w pracy [6]. Przykładowe wyniki symulacji komputerowej analizowanego złącza przedstawiono na RYS. 7–10. Natomiast wyniki obliczeń parametrów fizykalnych przy zastosowaniu zróżnicowanych materiałów termoizolacyjnych zestawiono w TABELI 4.

Należy podkreślić, że wpływ zastosowanego materiału termoizolacyjnego na parametry fizykalne ściany zewnętrznej oraz narożnika ścian zewnętrznych jest znaczący. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła materiału termoizolacyjnego λ [W/(m·K)] znacząco kształtuje wartość współczynnika przenikania ciepła płaskiej przegrody Uc (U1D) [W/(m2·K)], wielkość strumienia ciepła przepływającego przez złącza budowlane Φ [W], wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła ψ [W/(m·K)] oraz obniżenie temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody w miejscu mostka cieplnego tmin. [°C] i wartość czynnika temperaturowego ƒRsi(2D) [–]. Dlatego zasadne staje się prowadzenie indywidualnych symulacji numerycznych, przy zastosowaniu licencjonowanych programów komputerowych, w zakresie kształtowania układów warstw materiałowych (z wykorzystaniem zróżnicowanych materiałów termoizolacyjnych) przegród zewnętrznych i ich złączy w aspekcie cieplno-wilgotnościowym.

Podsumowanie i wnioski

Dążenie do spełnienia wymagań cieplno-wilgotnościowych dla elementów obudowy budynku (przegrody zewnętrzne i złącza budowlane) powinno opierać się na jasnych, precyzyjnych procedurach wynikających z podstawowych zasad szeroko rozumianej „fizyki budowli” z zastosowaniem nowoczesnych narzędzi numerycznych uwzględniających parametry powietrza wewnętrznego i zewnętrznego analizowanego budynku.

Dobór układów warstw materiałowych przegród zewnętrznych i złączy budynku o niskim zużyciu energii (z zastosowaniem zróżnicowanych materiałów termoizolacyjnych) nie powinien być przypadkowy, lecz zasadzać się na szczegółowych obliczeniach i analizach. Określenie charakterystyki cieplno-wilgotnościowej obudowy budynku z uwzględnieniem nowoczesnych materiałów termoizolacyjnych przy zastosowaniu programu komputerowego (np. TRISCO-KOBRU86 [11]) daje możliwość uzyskania miarodajnych wyników, odzwierciedlających rzeczywiste straty ciepła.

Przy doborze materiałów termoizolacyjnych oprócz wymagań cieplno-wilgotnościowych należy uwzględnić wymagania akustyczne i przeciwpożarowe.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2017 r. poz. 2285).
2. P. Krause, „Defekty termiczne ścian pełnych z ociepleniem ETICS”, „Materiały Budowlane” 9/2018, s. 66–68.
3. K. Pawłowski, „Ocieplenie ścian zewnętrznych płytami styropianowymi – wybrane aspekty wykonawcze”, „IZOLACJE” 3/2020, s. 35–40.
4. K. Pawłowski, „Czynniki decydujące o jakości wykonania izolacji z płyt styropianowych”, „IZOLACJE” 9/2019, s. 28–31.
5. PN-EN ISO 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
6. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle aktualnych warunków technicznych dotyczących budynków. Obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych i ich złączy”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2016.
7. M. Maciaszek, „Studium projektowe przegród zewnętrznych i ich złączy z zastosowaniem nowoczesnych materiałów izolacyjnych”, praca dyplomowa inżynierska napisana pod kierunkiem dr. inż. K. Pawłowskiego, UTP w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2016.
8. M. Wesołowska, K. Pawłowski, P. Rożek, „Modernizacja poddaszy użytkowych”, „IZOLACJE” 11–12/2019, s. 34–43.
9. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród poziomych z uwzględnieniem wymagań cieplno-wilgotnościowych od 1 stycznia 2021 roku”, „IZOLACJE” 3/2020, s. 19–34.
10. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród poziomych w budownictwie energooszczędnych. Obliczenia cieplno­‑wilgotnościowe przegród stykających się gruntem, stropów oraz dachów i stropodachów w świetle obowiązujących przepisów prawnych”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2018.
11. Program komputerowy TRISCO-KOBRU86, PHYSIBEL c.V, Belgia.
12. A. Chruścińska, „Analiza porównawcza parametrów fizykalnych złączy stropodachów w świetle nowych wymagań cieplnych”, Praca dyplomowa magisterska napisana pod kierunkiem dr. inż. K. Pawłowskiego, UTP w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2017.
13. K. Pawłowski, „Przegrody stykające się gruntem z uwzględnieniem wymagań cieplno-wilgotnościowych od 1 stycznia 2021 roku”, „IZOLACJE” 9/2020, s. 22–32.
14. M. Piasecki, M. Pilarski, „Badania Izolacyjnych wyrobów refleksyjnych oraz ich zastosowanie w przegrodach budowlanych”, „IZOLACJE” 10/2016, s. 56–60.
15. Strona internetowa: www.ipanterm.com
16. PN-EN ISO 10211:2008, „Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe”.
17. PN-EN ISO 13788:2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej umożliwiająca uniknięcie krytycznej wilgotności powierzchni wewnętrznej kondensacji. Metody obliczania”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!