Docieplanie od wewnątrz

Problematyka docieplania od wewnątrz była szczególnie szeroko omawiana w latach 80. ubiegłego wieku. Odbywało się to niestety w kontekście pejoratywnym, gdyż wówczas dość nieudolnie próbowano w ten sposób usuwać usterki technologiczne budownictwa prefabrykowanego. Naprawy polegały w dużej mierze na lokalnym łataniu „termicznych dziur” wybiórczymi dociepleniami, obejmującymi poszczególne pomieszczenia. Z perspektywy minionych lat wiadomo, że mostki termiczne spowodowane brakiem lub częściowym wytopieniem styropianu podczas szybkiego procesu naparzania prefabrykatów nie kwalifikowały się do tego typu napraw. Docieplanie od wewnątrz nie mogło być również metodą likwidacji przecieków wód opadowych. Tylko w latach 1980–1983 na jednym z olsztyńskich osiedli zgłoszono do administracji ponad trzysta pojedynczych mieszkań, w których na własną rękę poprawiano jakość życia, wykonując docieplenia od wewnątrz. Prowadzone wówczas badania nad różnymi aspektami tych działań, będących głównie przeniesieniem rozwiązań stosowanych w dociepleniach zewnętrznych, wykazały, że efekty tych prac generalnie nie były zadowalające. Rozpowszechniła się wówczas żartobliwa teoria „szalika”, która głosiła, że w przypadku chłodu lepiej jest owijać szyję – łykanie szalika jest mniej skuteczne.

Fot. Kondensacja pary wodnej i rozwój pleśni na wewnętrznych powierzchniach wadliwie ocieplonego narożnika

Przyczyną licznych niepowodzeń docieplania od wewnątrz było przede wszystkim wykonywanie prac w szczególnie trudnych przypadkach, polegających na występowaniu intensywnej kondensacji na wewnętrznych powierzchniach przegród, przecieków wód opadowych i zaawansowanego rozwoju grzybów pleśniowych. Dodatkowo w wadliwych mieszkaniach występowały problemy z wentylacją grawitacyjną, których niestety skutecznie nie rozwiązywano. Efekty tych działań były na tyle niezadowalające, aby docieplanie od wewnątrz uznać powszechnie za zły pomysł, i to nie tylko w odniesieniu do budownictwa prefabrykowanego, lecz w ogóle do wszystkich budynków.

Tematyka docieplania od wewnątrz staje się jednak znowu bardzo aktualna, a to za sprawą nowej mody na lofty, czyli mieszkania o wysokim standardzie, urządzane przede wszystkim w zabytkowych budynkach fabrycznych, dawnych koszarach wojskowych, magazynach itp. Zróżnicowane właściwości ciepłochronne tych obiektów, dalekie od współczesnych wymagań, sprawiają, że należy poddać je gruntownej termorenowacji.

Niezależnie od miejsca ulokowania warstwy termoizolacyjnej głównym celem docieplania jest:

– zmniejszenie zużycia energii na cele grzewcze oraz klimatyzację,

– wyeliminowanie ryzyka wystąpienia kondensacji pary wodnej i zagrzybienia przegród,

– polepszenie komfortu cieplnego pomieszczeń,

– podwyższenie wartości mieszkania.

Podwyższenie temperatury wewnętrznych powierzchni ścian jest realizowane wieloma sposobami. Najczęściej nadal wykorzystuje się technologie bezpośrednio adaptowane z zewnętrznych dociepleń wykonywanych metodą lekką mokrą, przez lata nazywaną OSB (ociepleniowy system bezspoinowy), a ostatnio ETICS (External Thermal Insulation Composite System). Wiele rozwiązań przypomina również metodę lekką suchą, polegającą na wykonaniu rusztu, wypełnieniu pustki materiałem termoizolacyjnym oraz osłonięciu paroizolacją i ekranem z płyt gipsowo-kartonowych lub cementowych. Nowe, wewnętrzne technologie dociepleniowe pojawiają się praktycznie we wszystkich grupach materiałowych: wełnie mineralnej, poliuretanie, gazobetonie, sylikatach, płytach drewnopochodnych itd. Potrzeba docieplenia ponad 60% zasobów wybudowanych do lat 70., w tym wiele budynków zabytkowych, wymaga nowych koncepcji.

Rys. 1. Rozkład temperatury w polu trójwymiarowym narożnika ostrego (78^o) przed dociepleniem, przy temperaturze powietrza zewnętrznego –18^oC (minimalna temperatura wewnętrzna +8,9^oC)

Rys. 2. Rozkład temperatury w polu trójwymiarowym narożnika po dociepleniu dla temperatury zewnętrznej –18^oC (minimalna temperatura wewnętrzna –0,3^oC)

Docieplenia od wewnątrz są prawdziwym wyzwaniem dla fizyków budowli. Termorenowację jest szczególnie trudno przeprowadzić w przypadku unikalnych zabytków architektury z zachowanymi oryginalnymi wyprawami i detalami architektonicznymi. Wielokrotnie okazuje się to nawet całkowicie niemożliwe lub ogranicza się do ochrony przed wilgocią niewidocznymi impregnacjami hydrofobowymi i osuszenia murów, co również przynosi wymierne efekty energetyczne. Obiekty zabytkowe z partiami niewymagającymi szczególnej ochrony, w których nie zachowały się oryginalne wyprawy lub detale architektoniczne, dają już szerokie pole do działania w zakresie termorenowacji.

Docieplenia od wewnątrz powinny być wykonywane przy zachowaniu uniwersalnych zasad konstruowania przegród warstwowych. Z upływem lat wraz z pojawianiem się na rynku budowlanym nowych technologii i doskonalszych narzędzi do analiz teoretycznych opinie na ten temat ulegają jednak daleko idącej modyfikacji. Przede wszystkim do niedawna przyjmowano, że opór cieplny przegrody można zwiększać warstwami dociepleniowymi układanymi od wewnątrz do poziomu niezagrażającego wystąpieniem wewnętrznej kondensacji pary wodnej. Jest to jedna z najstarszych koncepcji docieplania od wewnątrz, dająca dobre wyniki w przypadku przegród o pierwotnie stosunkowo wysokim oporze cieplnym, których docieplenie od wewnątrz nie powoduje wewnętrznej kondensacji pary wodnej. Zasada ta pierwotnie była stosowana w odniesieniu do ścian pokrywanych warstwami pełniącymi funkcje dekoracyjne (np. boazerie, ekrany osłonowe) oraz przez izolacje akustyczne. Współczesne techniki obliczeniowe dają możliwość złagodzenia wymagań. Obecnie dopuszcza się zwiększanie oporu cieplnego przegrody warstwami układanymi na jej wewnętrznej powierzchni powodującymi kondensację wewnętrzną pary wodnej, jednak skondensowana w okresie zimowym wilgoć powinna wyschnąć w okresie letnim, czyli w przegrodzie musi być zapewniony ujemny, roczny bilans wilgoci. Przy realizacji tego postulatu występują ograniczenia polegające na określeniu krytycznej wartości oporu cieplnego i dyfuzyjnego warstwy dociepleniowej, której nie można przekroczyć, gdyż skutkowałoby to corocznym przyrostem wilgoci akumulowanej we wnętrzu przegrody.

W praktyce kondensacja pary wodnej występuje głównie w miejscach najbardziej wychłodzonych, jak narożniki ścian czy nadproża. Aby lokalnie nie została przekroczona wartość krytyczna zawartości wilgoci, skondensowana para powinna się kapilarnie przemieszczać do suchszych stref warstwy dociepleniowej – tak jak to dzieje się w starych tynkach wapiennych pokrywających stosunkowo cienkie mury, na których bardzo rzadko rozwijają się grzyby pleśniowe. Współcześnie takie możliwości dają materiały, które w nieco mniejszym stopniu zaspokajają potrzeby termoizolacyjne, jednak bardzo dobrze akumulują i transportują kapilarnie wilgoć. Zwiększenie oporu cieplnego warstwą izolacyjną wykonaną z tzw. płyt klimatycznych, doskonale akumulujących wodę dzięki wysokiej wilgociochłonności właściwej (nawet 200%), można dopisać do listy dociepleń od wewnątrz. Należy jednak pamiętać o wymaganiach wilgotnościowych stawianych docieplanej przegrodzie, o otwartości dyfuzyjnej powłok malarskich i oczywiście ekonomicznej efektywności całego przedsięwzięcia, gdyż nie są to tanie materiały.

Rys. 3. Termogram ocieplonej od wewnątrz ściany: a) narożnik górny, b) narożnik dolny przy temperaturze powietrza zewnętrznego –3^oC

Rys. 4. Rozkład temperatury w przekroju poprzecznym węzła dogrzewanego metodą „IN”

Do najnowszych rozwiązań w zakresie docieplania od wewnątrz należy zaliczyć tzw. płyty kapilarno-dyfuzyjne, w których jest zapewniony transport wody kondensacyjnej kanałami kapilarnymi, odprowadzającymi wilgoć z wewnętrznej strefy kondensacji do pomieszczenia. Dodatkową zaletą zarówno płyt kapilarnych, jak i wymienionych płyt klimatycznych jest wysoka alkaliczność (pH 10–12), stanowiąca dodatkową ochronę przed rozwojem grzybów pleśniowych.

Warunkiem poprawnego zaprojektowania docieplenia jest przeprowadzenie pełnej analizy oceny rozwiązania według następujących kryteriów:

– całkowitej izolacyjności termicznej,

– mostków termicznych i kondensacji powierzchniowej,

– dyfuzji pary wodnej,

– głębokości przemarzania,

– pojemności cieplnej,

– stateczności cieplnej,

– rozszerzalności termicznej.

Z technicznego punktu widzenia najłatwiejsze do spełnienia jest kryterium całkowitej izolacyjności termicznej wykorzystywane przy uzasadnianiu ekonomicznej celowości przeprowadzenia termorenowacji oraz przy szacowaniu redukcji emisji CO₂. W tym przypadku ocena sprowadza się do obliczenia współczynnika przenikania ciepła U [W/m² K] lub całkowitego oporu cieplnego. Kryterium to jednak w żaden sposób nie wykazuje wpływu zlokalizowania warstw dociepleniowych na zjawiska wilgotnościowe zachodzące w przegrodzie. Niestety to niedoskonałe kryterium przez lata funkcjonowało jako jedyne, powiększając liczbę przeciwników docieplania ścian od wewnątrz.

Na podstawie prowadzonych od wielu lat badań różnorodnych rozwiązań dociepleń za drugi w kolejności miernik służący za podstawę oceny jakości ogólnego efektu należy uznać kryterium mostków termicznych. Ilustracją tego problemu mogą być wyniki obliczeń wykonane przy zastosowaniu MES, przedstawione na rys. 1 i 2 dotyczące jednego z zabytkowych budynków poddawanych termorenowacji. Rozkład temperatury w polu trójwymiarowym narożnika ścian przed dociepleniem (tworzących kąt ostry 78^O), przy temperaturze zewnętrznej wynoszącej –18^OC i wewnętrznej +20^OC wskazuje, że najniższa temperatura na wewnętrznej powierzchni ściany wynosi +8,9^OC.
Po dociepleniu ścian od wewnątrz warstwą wełny mineralnej grubości 12 cm, paroizolacją i płytą gipsowo-kartonową temperatura na styku ścian ze stropem spada do 0,3^OC poniżej zera.
Wyniki obliczeń potwierdzają liczne badania termograficzne wykonane w jednym z docieplonych od wewnątrz budynków, przy temperaturze powietrza zewnętrznego wynoszącej –4^OC. Rzeczywiste rozkłady temperatury na ocieplonej od wewnątrz ścianie w narożniku prostokątnym informują o tzw. wychłodzeniu brzegowym, o którym wykonawcy lub również projektanci często zapominają (rys. 3). Ekstremalnie uciążliwe skutki takiego postępowania, polegające na intensywnej kondensacji pary wodnej i rozwoju pleśni, ilustruje zdjęcie.

Istnieje kilka sposobów uniknięcia tak dotkliwych problemów spowodowanych zmniejszeniem strumienia ciepła napływającego do strefy mostków. W przypadku gdy dociepleniu od wewnątrz są poddawane wszystkie wewnętrzne przegrody w budynku, poprawnym zabezpieczeniem może być „wywinięcie” warstw dociepleniowych na wszystkie wewnętrzne przegrody, czyli obustronne docieplenie całej strefy mostka termicznego. O szerokości i grubości pasów docieplenia ścian poprzecznych i stropów powinny decydować wyniki obliczeń wykonane przy zastosowaniu programu umożliwiającego przeprowadzenie analizy w polu trójwymiarowym. Obliczenia uwzględniające dwukierunkowy przepływ ciepła, a tym bardziej powszechnie stosowane programy oparte na przepływie jednokierunkowym dają ograniczone możliwości, a uzyskane tą drogą wyniki mogą prowadzić do błędnych wniosków. W przypadku braku możliwości przeprowadzenia obliczeń kontrolnych można przyjąć, że dobrym zabezpieczeniem przed kondensacją pary wodnej jest wykonanie pasów izolacji szerokości równej minimum dwuipółkrotnej grubości ściany wewnętrznej w przypadku ścian, których grubość nie przekracza 25 cm. W przypadku grubszych ścian wewnętrznych szerokość pasów docieplenia może być mniejsza, jednak powinno to być uzasadnione obliczeniowo. Oczywiście strefy mostków nie mogą być zabezpieczane jednostronnie, gdyż skutkowałoby to zwiększonym wychłodzeniem po przeciwnej stronie. W przypadku braku możliwości wykonania dociepleń dwustronnych, np. w sytuacji gdy sąsiednie pomieszczenie lub mieszkanie (wyżej, niżej lub z boku) nie jest przewidywane do wykonania zabezpieczeń – docieplenie jednostronne należy uznać za wadliwe.  

Problem wychłodzenia brzegowego docieplanych stref można skutecznie wyeliminować przy zastosowaniu metody jednostronnego dogrzewania stref mostków przewidzianej w metodzie „IN”.

Na Uniwersytecie Warmińsko-Mazurskim w Olsztynie od wielu dekad są prowadzone badania nad udoskonalaniem metod docieplania, w tym głównie od wewnątrz. Jednym z wdrożeń opracowanych w Katedrze Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli jest metoda „IN”. Zgodnie ze zgłoszeniem patentowym P 383346 „sposób docieplenia przegród budynków od strony wewnętrznej” po obwodzie na styku warstwy termoizolacyjnej z podłożem wykonuje się szczeliny, w które wkłada się inteligentne przewody grzewcze wraz z urządzeniami sterującymi, służącymi do uruchomienia grzania w momencie spadku temperatury na brzegu docieplenia poniżej punktu rosy. Przewody grzewcze emitują energię cieplną głównie w strefach szczególnie wychładzanych. Drugim ważnym zastrzeżeniem jest konieczność pokrycia warstwy termoizolacyjnej szczelną paroizolacją. Metoda „IN” z powodzeniem została wdrożona w wielu zabytkowych obiektach. Teraz są opracowywane szczegółowe wytyczne dotyczące wymagań, jakie musi spełnić przegroda, aby mogła być ocieplona metodą „IN”. Całkowity koszt wykonania instalacji zabezpieczającej przed kondensacją pary wodnej (nazwanej instalacją przeciwkondensacyjną) wraz z aparaturą sterującą, mieszczącą się w puszce o średnicy 70 mm, obsługującą mieszkanie o średniej powierzchni ścian zewnętrznych 60 m², wynosi ok. 4200 zł brutto. Przewody grzewcze wydzielają od 5 do 15 W/m, w zależności od tempa wychładzania. Przy napięciu zasilania wynoszącym AC 230 V jeden obwód zasilany jednostronnie może mieć długość nawet do 100 m. Maksymalna temperatura przewodów nie przekracza 45^OC, tak więc jest bezpieczna. Inteligentne przewody, które grzeją, tam gdzie jest potrzebne ciepło, sprawiają, że koszt energii elektrycznej pobieranej przez instalację przeciwkondensacyjną nie przekracza 2 zł/m² docieplonej powierzchni. Kilkuletnie badania wykazują, że instalacja jest uruchamiana na nie więcej niż 15–25 dób w sezonie zimowym, w zależności od strefy klimatycznej. Rozkład temperatury w przekroju poprzecznym węzła dogrzewanego metodą „IN” przedstawiono na rys. 4.

Stateczność cieplna pomieszczeńpolegająca na małych wahaniach temperatury powietrza w pomieszczeniu w przypadku wahań dostarczanego do pomieszczenia strumienia ciepła jest kolejnym ważnym kryterium, które należy przeanalizować. Stateczność cieplną pomieszczeń charakteryzuje amplituda wahań temperatury powietrza wewnątrz pomieszczenia. Istotnym parametrem jest również stateczność cieplna przegrody polegająca na małych wahaniach temperatury na jej powierzchni od strony pomieszczenia w przypadku wahań natężenia strumienia cieplnego wnikającego do przegrody. Bezwładność cieplną przegrody określa współczynnik stateczności cieplnej. Stateczność cieplną analizuje się w okresie zimowym – przy wahaniu dostarczanego strumienia ciepła, oraz w okresie letnim – od nasłonecznienia.

Analizowano różnorodne przypadki. I tak np. po dociepleniu, przy którym czterokrotnie wzrasta opór cieplny przegrody zewnętrznej – w przypadku docieplenia ścian od wewnątrz, w okresie obniżonych temperatur jest wymagane ogrzewanie całodobowe. Przerwy w dostawie energii cieplnej skutkowałyby zbyt dużym wychłodzeniem pomieszczenia. Powszechnie jednak docieplenie od wewnątrz warstwą materiału o wysokim oporze cieplnym na tyle poprawia stateczność cieplną przegród, że temperatura rzeczywista i odczuwalna nie różnią się.

Ściany poddawane dociepleniu powinny znajdować się w stanie powietrznosuchym.Niedopuszczalne jest docieplanie przegród, w których występują źródła zawilgacania w postaci np.: infiltracji wód opadowych, podciągania kapilarnego wód gruntowych, higroskopijnego poboru wody na skutek wysokiego zasolenia. Niedopuszczalne jest również docieplanie przegród, w których utrzymuje się podwyższone zawilgocenie na skutek zalegania wilgoci technologicznej, wprowadzonej podczas wykonywania „mokrych” procesów, jak: wykonywanie podłogowych wylewek poziomujących, wykonywanie paroizolacji z elastycznych zapraw mineralnych, wykonywanie zabiegów odgrzybiających, odsalających itp.

Wcześniej wymagane zabiegi to: zabezpieczenie przed zawilgacaniem wodami gruntowymi, w tym głównie odtworzenie izolacji poziomej i pionowej, zabezpieczenie przed zawilgacaniem wodami opadowymi polegające na naprawie wypraw tynkarskich, malarskich lub hydrofobozacji elewacji, odgrzybienie i odsolenie murów.

Niezwykle istotna jest diagnostyka. Szczególnie w pierwszym sezonie grzewczym przegrody powinny być poddane badaniom stanu cieplno-wilgotnościowego przy zastosowaniu systemu detekcji podczerwieni.

Docieplanie ścian od wewnątrz staje się koniecznością

Współcześnie rewitalizowane dzielnice nie są już enklawami zamieszkiwanymi przez bohemę. Purytańskie warunki mieszkaniowe postindustrialnych wnętrz pewnie z konieczności musiały służyć artystom XIX w., spędzającym czas na wspólnych zabawach i demonstracji pogardy dla materializmu. Współczesne wymagania są jednak daleko wyższe. Wystrój odgrywa nadal podstawową rolę, jednak przede wszystkim mieszkania muszą być komfortowe, i to zarówno w odniesieniu do parametrów fizycznych mikroklimatu, jak i opłat ponoszonych za ogrzewanie i ewentualne chłodzenie latem. W przypadku przestronnych, wysokich wnętrz i dużych przeszkleń przegród zewnętrznych nie jest to zadanie łatwe. Bez docieplenia charakteryzującego się wysokim stopniem pewności w zakresie zabezpieczenia przed kondensacją pary wodnej i podnoszącym standard cieplny do poziomu energooszczędnego lofty nie staną się poszukiwanym towarem. Można nawet zaryzykować stwierdzenie, że dobry pomysł na termorenowację jest warunkiem rozwoju zabytkowych dzielnic poprzemysłowych. Pomimo panującej mody wiele tego typu budynków, oczekując na renowację, popada niestety w ruinę, ale z pewnością w niedalekiej przyszłości wielu z nich zostanie nadany wyjątkowy klimat, a ocieplone obiekty będą stanowić wzorce adaptacji przestrzeni postindustrialnej.

dr hab. inż. Robert Wójcik

prof. Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego

Skomentuj na forum.