System ociepleń zewnętrznych ścian budynków MAPETHERM®, proponowany przez MAPEI, stanowi skuteczną odpowiedź na wymagania stawiane energooszczędności budynków i jest rozwiązaniem, które bez trudu może być zastosowane w istniejących budynkach, aby umożliwić im sprostanie wymogom energetycznym.
System ten polega na wyłożeniu zewnętrznych ścian budynku – przez które ucieka ponad 50 % ciepła – następującymi elementami (rys. 1):
• warstwa kleju,
• płyta izolacyjna ze styropianu EPS 70 lub EPS 80,
• pierwsza warstwa zaprawy wyrównującej,
• warstwa siatki z włókna szklanego,
• druga warstwa zaprawy wyrównującej,
• warstwa wykończeniowa – tynk.
Ponieważ system składa się z wielu różnych elementów, niezwykle istotna jest ich kompatybilność. Stanowi ona gwarancję trwałości oraz efektywności całego systemu.
Niestety, firmy budowlane mają zwyczaj kupowania poszczególnych składników systemu ocieplającego od różnych dostawców. MAPEI usilnie przestrzega przed takim podejściem. Chemiczną zgodność (kompatybilność) poszczególnych składników systemu można ocenić wyłącznie drogą trudnych badań w dobrze wyposażonych laboratoriach, a badania te muszą przeprowadzić wykwalifikowani pracownicy laboratorium, mający duże doświadczenie. Mimo tego, że pozornie oszczędza się na kosztach zakupu, wystawia się klienta na ryzyko, którego wielkości nie jesteśmy w stanie ocenić na początkowym etapie prac.
Rys. 1. Schemat systemu ociepleń Mapetherm®
{mospagebreak}
Uproszczeniem byłoby sprowadzenie skutków wprowadzenia systemu ocieplającego do samej oszczędności energii. Korzyści są znacznie większe i zróżnicowane, co zostanie wykazane we wnioskach tego artykułu.
Najpierw zajmijmy się analizą strat energii przez ściany zewnętrzne, odgraniczające pomieszczenia, w których centralny system ogrzewania utrzymuje temperaturę 20 ºC od środowiska zewnętrznego, w którym panuje temperatura -5 ºC.
Gdy przyjmiemy do rozważań ścianę zewnętrzną o systemie takim jak pokazano na rys. 2, strumień uciekającego ciepła będzie wynosił 28 W/m2.
Gdy na taką ścianę położymy izolację cieplną MAPETHERM® o grubości 8 cm, strumień uciekającej energii cieplnej spadnie do 8 W/m2. Z każdym zjawiskiem transportu obserwowanym w przyrodzie, w tym przypadku transportu ciepła, wiąże się problem siły napędowej. Siłą napędową jest oczywiście różnica temperatur między dwoma środowiskami
– wewnętrznym i zewnętrznym. Rozkład tych sił napędowych wokół i wewnątrz ściany, który bardzo się różni w obydwu przypadkach, ma wpływ na zmniejszenie strumienia uciekającego ciepła, spowodowany zastosowaniem systemu izolacyjnego. Z kolei rozkład temperatur związany jest z mechanizmami transportu energii wokół i wewnątrz ściany, a mianowicie:
• naturalną konwekcją i promieniowaniem ze środowiska wewnętrznego na wewnętrzną powierzchnię ściany,
• przewodzeniem ciepła przez ścianę,
• konwekcją i promieniowaniem z zewnętrznej powierzchni ściany do środowiska zewnętrznego.
Rys. 2. Schemat typowej ściany budynku
{mospagebreak}
Gdy patrzymy na profil temperatur w ścianie bez izolacji cieplnej (rys. 3), widzimy, że:
1. Temperatura wewnętrznej powierzchni ściany jest o 3,5 ºC niższa od temperatury otoczenia. Ta różnica temperatur ma bardzo istotny wpływ na komfort mieszkania.
2. Przeciętna temperatura zewnętrznej powierzchni muru jest około 15 ºC niższa od wewnętrznej powierzchni muru. Ta różnica temperatur i związany z nią skurcz lub rozszerzenie materiału wywołują naprężenia w konstrukcji budynku.
3. Temperatura zewnętrznej powierzchni muru jest na ogół bardzo niska i sięga temperatur poniżej zera. Warunki te powodują kondensację pary w przestrzeniach międzyziarnowych i niszczenie ściany, gdy utworzy się lód.
Gdy patrzymy na profil temperatur w ścianie mającej izolację cieplną MAPETHERM® (rys. 4), widzimy różnice, a mianowicie:
1. Różnica między temperaturą wewnętrznej powierzchni ściany i temperaturą otoczenia wynosi 1º C, co oznacza istotną poprawę komfortu mieszkania.
2. Przeciętna temperatura zewnętrznej powierzchni muru zbliżona jest do temperatury jego powierzchni wewnętrznej. Fakt ten eliminuje warunki do powstawania naprężeń powodowanych przez skurcz i rozszerzalność cieplną.
3. Temperatura zewnętrznej powierzchni ściany jest taka, że nie zachodzi w niej kondensacja pary wodnej.
4. Duże różnice temperatur występują wewnątrz systemu izolującego, który je doskonale znosi, gdy jest odpowiednio zaprojektowany i gdy jest prawidłowo zainstalowany.
Rys. 3 i 4. Profil temperatur
Z tego ostatniego zdania widać, jak wielką rolę odgrywa projekt i wykonanie takiego systemu i że tylko takie podejście zapewnia sprawność i trwałość systemu ocieplającego.
Różnice między prawidłowym i nieprawidłowym wykonaniem najlepiej widać w miejscach gdzie, tworzą się mostki termiczne. W takich miejscach następuje wielka strata ciepła, a są to najczęściej złącza między belkami i kolumnami oraz miejsca styku stropów ze ścianami nośnymi – sytuacje zawsze spotykane w budownictwie.
Patrząc na rysunki 5 i 6 można zauważyć, że mostek cieplny, obniżający lokalnie temperaturę wewnętrznej powierzchni ściany do poniżej 14 ºC nie ma istotnego znaczenia, gdy ściana jest izolowana. Jest tak, ponieważ zmniejszenie temperatury ogranicza się do 0,1 oC, a więc jest to różnica, którą ledwie można zauważyć.
{mospagebreak}
Chciałbym tu zwrócić uwagę na to, że nawet niewielka powierzchnia ściany, której temperatura wynosi 14 oC, powoduje zawilgocenie i sprzyja wzrostowi pleśni, co z punktu widzenia komfortu mieszkania jest niedopuszczalne, a dodatkowo pogarsza warunki sanitarne i higieniczne.
Na koniec należy zwrócić uwagę na to, że gdy ściana nie posiada izolacji, strumień cieplny jest prawie dwukrotnie większy, podczas gdy w przypadku ściany izolowanej zmiana wynosi w granicach 10 %.
Teraz chciałbym dokładniej przeanalizować związek między temperaturą wewnętrznej powierzchni ściany i komfortem mieszkania, o czym pokrótce wspominałem omawiając profile temperaturowe wokół i wewnątrz ścian zewnętrznych. Przy omawianiu tego związku posłużymy się modelem Langera, który opiera się na danych doświadczalnych związanych z subiektywnym odczuciem temperatury i na bilansie cieplnym ludzkiego ciała. Zgodnie z modelem Langera, osoba pracująca w pozycji siedzącej traci 126 W poprzez oddychanie, parowanie, konwekcję i promieniowanie.
Model ten uwzględnia następujące parametry środowiska:
• temperaturę powietrza,
• wilgotność względną,
• prędkość ruchu powietrza,
• temperaturę ściany.
Należy brać również pod uwagę stan danej osoby charakteryzowany przez:
• poziom aktywności,
• ubiór.
Co do temperatury ściany, model ten pokazuje, jak poczucie komfortu lub dyskomfortu wiąże się z ilością energii promieniowanej przez człowieka w kierunku ściany.
Przy tej samej temperaturze otoczenia, wynoszącej 20 oC, ilość wypromieniowywanej energii wynosi 43 W, gdy temperatura ściany wynosi 19 oC, a wzrasta do 58 W gdy temperatura ściany wynosi zaledwie 16,5 oC. Mechanizm termoregulacyjny człowieka kompensuje tę zwiększoną stratę ciepła, ale dana osoba odczuwa chłód, co stanowi ostrzeżenie, że warunki nie są idealne.
Gdy dana osoba odczuwa chłód, będzie miała skłonność do zwiększenia temperatury otoczenia powyżej wartości uznanej za optymalną tj. 20 ºC. W ten sposób jednak nastąpi zmiana warunków oddychania, parowania i konwekcji i dochodzi się do sytuacji, w której czujemy ciepło.
W rezultacie możemy stwierdzić, że maksymalny poziom komfortu mieszkania uzyskuje się, gdy temperatura ściany jest możliwie zbliżona do temperatury otoczenia, tj. gdy zapewnimy dostateczną izolację cieplną.
Sytuacje, w których istnieje duża różnica między temperaturą ściany i temperaturą otoczenia, można skorygować zmieniając temperaturę otoczenia, ale w ten sposób nie uzyska się poczucia komfortu, a koszty wzrosną.
Przeanalizujmy teraz sytuację, w której temperatura otoczenia zmieni się wskutek wyłączenia centralnego ogrzewania (rys. 7).
• Zmiany temperatury następujące w pomieszczeniu po wyłączeniu systemu centralnego ogrzewania można scharakteryzować dwiema wyraźnymi fazami:
• pierwsza faza, trwająca zaledwie kilkanaście minut, w której temperatura w pomieszczeniu spada do temperatury powierzchni ściany;
• druga faza, w której spadek temperatury otoczenia jest proporcjonalny do wielkości strumienia ciepła uchodzącego przez ścianę.
Rys. 5 i 6. Profil temperatur
Rys. 7. Wykres spadku temperatury
{mospagebreak}
Z przedstawionego tu wykresu widzimy, że obecność izolacji cieplnej jest skutecznym sposobem zapewnienia komfortu w czasie snu, nawet przy wyłączonym na noc systemie ogrzewania, co wiąże się z oszczędnością energii. Wartość dodaną, która wiąże się z systemem izolacji cieplnej MAPETHERM®, można przedstawić jako:
• komfort mieszkania związany z istnieniem warunków optymalnych utrzymywanych w sposób ciągły, nawet po wyłączeniu ogrzewania na noc;
• zwiększenie trwałości materiału konstrukcyjnego dzięki zlikwidowaniu naprężeń cieplnych w ścianach, zmniejszeniu ujemnych skutków istnienia mostków cieplnych i zjawiska kondensacji pary w porach tego materiału;
• zmniejszenie poboru energii w okresie zimowym i wydatku energii na klimatyzację w okresie letnim (są to oszczędności obliczane na około 30 %);
• wzrost wartości nieruchomości, gdy znajduje się w budynku mającym wysoką sprawność energetyczną;
zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych, zgodnie z aktualnymi zaleceniami czołowych naukowców.
Zalety, które podano powyżej, mają znaczenie dużo większe niż sama oszczędność energii, mimo tego że jest to czynnik bardzo istotny. Powodują one, że inwestowanie w system ocieplający MAPETHERM® staje się atrakcyjne z ekonomiczno-finansowego punktu widzenia. Staje się to może nawet bardziej atrakcyjne w przypadku planowania konserwacji istniejących już ścian zewnętrznych, bowiem wówczas ponosi się tylko koszt zakupu i założenia samej izolacji cieplnej.
MAPEI, ze swym systemem MAPETHERM®, oferuje klientom certyfikowany system spełniający najwyższe wymagania jakościowe.
Opracował
RADOSŁAW MOCZKOWSKI,
Kierownik ds. Produktów
Linii Ociepleń
Artykuł powstał na bazie wykładu, jaki wygłosił prof. Amilcare Collina, który jest w MAPEI kierownikiem działu relacji ze światem naukowym, podczas kongresu „Changing City” zorganizowanego podczas targów Build-Up w Mediolanie. Kongres ten odbył się dzięki zaangażowaniu Federacji Stowarzyszeń Naukowych i Technicznych FAST. Poszczególne sesje kongresu dotyczyły różnych zmian, jakie współcześnie wymuszają transformację przestrzeni miejskich. Każdej z sesji patronowało inne stowarzyszenie wchodzące w skład FAST.
Wykład prof. Collina był częścią sesji o problematyce: „Technologia i materiały zmieniające miasto”, zorganizowanej przez lombardzką sekcję Włoskiego Stowarzyszenia Przemysłu Chemicznego.
