Docieplanie budynków

Docieplanie budynków

Pojęcie docieplania budynków ma już w Polsce prawie 40-letnią historię. Pierwsze wytyczne w tym zakresie opracowane zostały w 1972 r. przez Instytut Techniki Budowlanej (ITB) i dotyczyły zabezpieczania ścian z wielkowymiarowych prefabrykatów trójwarstwowych i ścian szczytowych z cegły żerańskiej przed przemarzaniem i przenikaniem wody opadowej przez złącza [2, 3]. Główną przyczyną podjęcia tematu docieplenia w latach 70. było odejście od znanych i stosowanych technologii wznoszenia budynków mieszkalnych oraz istotna zmiana sposobu ich ogrzewania. Nowe technologie budowlane, w tym np. wprowadzanie prefabrykowanych elementów ściennych, pozwalały co prawda zdecydowanie szybciej wnosić budynki, lecz ich jakość zwłaszcza w zakresie ochrony cieplnej, przeciwwilgociowej czy odporności na wnikanie wody opadowej pozostawiała wiele do życzenia. Wprowadzając uprzemysłowione metody wznoszenia budynków mieszkalnych, na etapie projektowania i wykonawstwa zadbano o ich konstrukcję, pomijając w znacznym stopniu zagadnienia fizykalne. Działania takie powodowały z czasem duże uciążliwości w ich eksploatacji w postaci przemakań, zawilgoceń, a w konsekwencji zagrzybień. Lekarstwem na takie uciążliwości początkowo miało być usuwanie wad i usterek technologicznych bezpośrednio na budynkach, jednak gdy okazało się to niewystarczające, podjęte zostały działania wprowadzenia wymagań w zakresie ochrony cieplnej do norm budowlanych oraz wykonywanie dociepleń na budynkach istniejących. Lata 80. to znaczące zmiany w podejściu do ochrony cieplnej i oszczędności energii cieplnej w budownictwie. Wprowadzona zostaje norma PN-82/B-02020 [4], w której zawarto konkretne wymagania projektowe dotyczące współczynnika przenikania ciepła k.

a)

b)

Rys. 1. Sposób mocowania systemu docieplenia – lata 70. [2, 5]: a) zabezpieczenie ścian przy elemencie gzymsowym: 1 – pręt ø 10 mm siatki konstrukcyjnej, 2 – bolec kotwiący, 3 – odcinek oddzielający wykonany z pręta ø 10 mm, 4 – dodatkowy pręt ø 8 mm mocowany do kołka wstrzelonego w ścianę, 5 – siatka podtynkowa (Rabitza), 6 – styropian, 7 – tynk; b) zabezpieczenie części podokiennej: 1 – wieszak z ocynkowanego płaskownika lub pręta okrągłego, 2 – klin, 3 – pręt ø 8 mm siatki konstrukcyjnej, 4 –  wyrównanie zaprawą cementową, 5 – podcięcie tynku przy węgarku dla umocnienia podokiennika, 6 – podokienny fartuch blaszany, 7 – podokiennik przybity gwoździami z rozprowadzeniem Olkitu w podcięciu

Metody dociepleń

Jako jeden z pierwszych materiałów do dociepleń ścian zewnętrznych budynków stosowany był styropian o grubości 2–3 cm. Używany był w metodzie, którą można umownie nazwać metodą ciężką mokrą [5]. Powierzchnia styropianu zabezpieczana była tynkiem cementowo-wapiennym układanym na siatce z prętów zbrojeniowych ø 4,5 mm. Typowy sposób połączenia takiego systemu docieplenia ściany pokazano na rys. 1.

Równolegle do metody ciężkiej mokrej czyniono pierwsze próby wykonywania zabezpieczeń przeciekających i przemarzających budynków metodą lekką mokrą z wykorzystaniem styropianu oraz lekkich mas tynkarskich krajowych typu Fibrofob, płynnych mas tynkarskich lub wypraw elewacyjnych dryvit. Jako zbrojenie lekkiej wyprawy elewacyjnej stosowano siatkę z włókna szklanego [6]. Metoda lekka nie znalazła w ówczesnych latach większego zastosowania z uwagi na fakt, iż jak wykazały prowadzone na niewielką skalę doświadczenia na budynkach, tylko metoda dryvit firmy austriackiej gwarantowała dobrą jakość całości docieplenia!

Lata 80. to wprowadzenie na szeroką skalę metody lekkiej suchej z okładziną elewacyjną z płyt płaskich a-c, mocowanych do łat drewnianych [7], oraz jej odmiany wdrażanej równolegle, gdzie okładziną była blacha stalowa trapezowa zamocowana na ruszcie stalowym ocynkowanym [8]. Obie metody były szeroko stosowane głównie w odniesieniu do budynków wielkopłytowych, w których stwierdzono występowanie tzw. wad technologicznych. Przykładowy sposób mocowania rusztu i okładzin w metodzie suchej pokazano na rys. 2 z okładziną z płyt a-c oraz na rys. 3 z okładziną z blachy trapezowej powlekanej.

Rys. 2.Metoda lekka sucha na ruszcie drewnianymz okładziną z płyt a-c:
1 – ściana istniejąca,
2 – podkładka ze sklejki wodoodpornej,
3 – wełna żużlowa lub mineralna,
4 – uszczelka kauczukowa pionowa,
5 – profil typu h z PCV poziomy,
6 – okładzina z płyt a-c

Rys. 3. Metoda lekka sucha na ruszcie stalowym z okładziną z płyt blachy trapezowej:
1 – ściana istniejąca,
2 – blacha fałdowa powlekana typu T-55 lub T-30,
3 –profil z blachy ocynkowanej (zetownik),
4 –wełna żużlowa lub mineralna,
5 – kołek kotwiący,
6 – nit jednostronny Al-Fe

Za metodę ciężką mokrą można też uznać stosowaną w latach 80. metodę POSS/70, gdzie materiałem izolacyjnym były płyty dwuwarstwowe ze styropianu i supremy. Metodę tę wykonywano zgodnie ze świadectwem dopuszczenia wydanym przez ITB 650/87. Na początku lat 90. zaniechano wykonywania dociepleń tą metodą.

W latach 90. nastąpił powrót do metody lekkiej mokrej w różnych odmianach, których nazwy zwyczajowo pochodzą od nazwy firmy wprowadzającej konkretną technologię na rynek. 

Obecnie jest stosowanych kilkadziesiąt różnych systemów dociepleń przegród zewnętrznych znanych jako BSO (bezspoinowy system ocieplenia). Sposób wykonywania ocieplenia metodą lekką mokrą jest szczegółowo opisany w instrukcji ITB [9].

Mieszanie różnych elementów systemów dociepleniowych według kryterium ceny, najtańsza siatka + najtańszy klej + najtańszy tynk + najtańsze akcesoria, było przyczyną wielu uszkodzeń, a przede wszystkim zmniejszało trwałość całości. Działanie takie było jednak dopuszczone w systemach BSO. Kilkanaście lat eksploatacji różnych systemów docieplenia, w których wykorzystywano najtańsze materiały i których wzajemne oddziaływanie w konkretnych warunkach eksploatacyjnych nie było dostatecznie zbadane, przyniosło wiele nie najlepszych doświadczeń. Pojawiające się uszkodzenia systemów BSO były szeroko opisywane i dokumentowane, skutkując wydaniem w 2006 r. instrukcji [10].

Rys. 4.Zależność między liczbą łączników na 1 m² a grubością koniecznej dodatkowej termoizolacji w systemie ETICS

System ten obecnie przybrał nową nazwę ETICS (External Thermal Insulation Composite System), co można w wolnym tłumaczeniu odczytać jako (zewnętrzny złożony system izolacji cieplnej). Wprowadzono istotne zmiany w odniesieniu do BSO. Zmiany te dotyczą kilku ważnych aspektów w zakresie projektowania, w tym m.in.:

– sposobu określania grubości izolacji w systemie ETICS, z uwzględnieniem wpływu  łączników mechanicznych (mostki punktowe);

– sposobu określania grubości izolacji w systemie ETICS z uwzględnieniem wpływu mostków liniowych; 

– zasad uwzględniania trwałości systemu ETICS w warunkach eksploatacji;

– sposobu określania bezpieczeństwa ppoż.

Dla projektantów takich systemów dociepleń polecam stosowną instrukcję ITB [11].

Stosowane obecnie systemy dociepleń składają się, jak wiadomo, z trzech elementów:

– materiału izolacji cieplnej;

– warstw pośrednich i elementów uzupełniających (kleje, warstwy zczepne, siatki zbrojące, kołki, listwy itp.);

– warstwy zewnętrznej – tynk z dodatkowymi powłokami uodporniającymi na oddziaływanie środowiska zewnętrznego, w tym np. alg, grzybów.

Rys. 5. Fragment nowo wykonanego docieplenia ściany podłużnej. Brak widocznych defektów. Anomalie w postaci chłodniejszych krawędzi budynku [14]

W ostatnich latach znacznie udoskonalono dwa z tych elementów, tzn. warstwy pośrednie oraz tynki. Zwiększono trwałość całości systemu poprzez taki dobór poszczególnych jego składników, aby współpracowały one ze sobą wzajemnie przez wiele lat, tworząc jednolitą całość. Takie podejście realizowane jest przez zastosowanie jednolitego systemu docieplenia na etapie projektowania i wykonawstwa.

Wprowadzenie systemów ETICS jest odejściem od praktyk łączenia elementów pochodzących z różnych systemów, zarówno na etapie projektowania, wykonawstwa, jak i na etapie badań trwałościowych tych systemów.

Wszystkie elementy składowe zestawu wyrobów do wykonywania ociepleń ścian zewnętrznych budynków muszą być odpowiednio zdefiniowane w krajowej lub europejskiej aprobacie technicznej, która wraz z certyfikatem zakładowej kontroli produkcji, wydanym przez uprawnioną jednostkę, stanowi podstawę do wystawienia deklaracji zgodności oraz wprowadzenia takiego zestawu wyrobów do obrotu zgodnie z obowiązującymi przepisami krajowymi i UE w tym zakresie [12, 13].

Projektant decydujący o zastosowaniu konkretnego systemu dociepleniowego powinien uważnie przestudiować wszystkie wymienione parametry projektowanego systemu i odpowiednio dopasować system docieplenia do rzeczywistych warunków późniejszej jego eksploatacji. Wszystkie informacje dla wykonawcy projektant musi zapisać w projekcie architektoniczno-budowlanym. W większości projektów niestety brak takich kompleksowych informacji, co w znacznym stopniu utrudnia prawidłowe wykonanie całości docieplenia na budowie.

Rys. 6. Fragment nowo wykonanego docieplenia budynku – ściana szczytowa. Widoczne defekty w postaci łączników do termoizolacji [14]

Niżej podano niezbędną zawartość projektu architektoniczno-budowlanego docieplenia budynku.

Projekt systemu izolacji cieplnej budynku istniejącego powinien zawierać:

– krótką charakterystykę techniczną obiektu docieplanego;

– szczegółowy opis i ocenę istniejącego stanu technicznego budynku, ze szczególnym uwzględnieniem stanu powierzchni ścian zewnętrznych;

– wybór rodzaju materiału izolacji cieplnej, jego optymalizację z podaniem grubości materiału izolacyjnego dla poszczególnych przegród zewnętrznych i  miejsc szczególnych, np. ościeży;

– sposób kotwienia warstwy fakturowej do nośnej, z podaniem rodzaju łączników i przyjęciem wartości χ W/mK (punktowy mostek cieplny);

– klasyfikację pożarową określonego systemu (ETICS);

– wybór systemu izolacji cieplnej z powołaniem na określoną aprobatę techniczną (nie należy w projektach stosować elementów składowych systemów izolacji cieplnej z różnych aprobat technicznych);

– opis techniczny wybranego systemu z podaniem materiału izolacji cieplnej, mas lub zapraw klejących i tynkarskich, siatki zbrojącej, łączników mechanicznych;

– sposób przygotowania powierzchni ściany do przymocowania płyt izolacji cieplnej;

– sposób przymocowania płyt izolacji cieplnej do powierzchni ściany, w tym rodzaj masy lub zaprawy klejącej oraz rodzaj, liczbę i rozmieszczenie łączników, jeśli oprócz przyklejenia stosuje się łączniki mechaniczne z powołaniem się na obliczenia statyczne;

– sposób wykonania warstwy zbrojnej z pokazaniem wzmocnień w miejscach szczególnych;

– sposób wykończenia powierzchni elewacyjnej, w tym rodzaj wyprawy tynkarskiej i sposób jej nałożenia oraz kolorystykę;

– rysunki pokazujące sposób ocieplania miejsc szczególnych, takich jak: ościeża okienne i drzwiowe, ściany piwnic i attykowe, płyty balkonowe lub loggiowe, wykończenie szczelin dylatacyjnych;

– obliczenia współczynnika przenikania ciepła U z uwzględnieniem mostków cieplnych, obliczenia kondensacji powierzchniowej w wybranych miejscach przy użyciu f_Rsi oraz możliwości wystąpienia kondensacji międzywarstwowej.

W szczególnych przypadkach w projekcie docieplenia powinny się znaleźć dodatkowe elementy, np. projekt usunięcia płyt azbestowo-cementowych z elewacji lub projekt wzmocnienia warstwy fakturowej w przypadku stosowania docieplenia w systemach wielkopłytowych.

Rys. 7. Defekty nowo wykonanej termoizolacji w systemie BSO [14]

Obliczanie termoizolacji w systemie ETICS

Przy obliczeniach izolacji cieplnej w systemach ETICS można korzystać z wartości λ_D  podawanej przez producenta izolacji w deklaracjach zgodności. Instrukcja podaje zmodyfikowany sposób liczenia izolacyjności cieplnej ściany. Opór cieplny ściany zewnętrznej po dociepleniu powinno się wyliczać ze wzoru  [11]:

(1)

gdzie: R_T – opór cieplny przegrody po dociepleniu, R_k – opór cieplny przegrody przed dociepleniem, R_si, R_se – opory przejmowania ciepła na powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej.

R_ETICS wyraża się wzorem:

(2)

gdzie: R_t – opór cieplny tynku cienkowarstwowego, można przyjmować R_t = 0,02 m²K/W; d_i – grubość materiału izolacyjnego w systemie ETICS; λ_i – współczynnik przewodzenia ciepła materiału do izolacji cieplnej w systemie ETICS.

Grubość izolacji cieplnej d_i należy obliczać z uwzględnieniem mostków punktowych wynikających z zastosowania łączników do termoizolacji, wartość ta wyraża się wzorem:

d_i(min)c = d_i(min) + λd_i

(3)

gdzie λd_i – poprawka uwzględniająca występowanie mostków punktowych obliczana wg wzoru:

(4)

gdzie: λ_io – współczynnik przewodzenia ciepła materiału do izolacji cieplnej w systemie ETICS; U_(max) – maksymalny wymagany współczynnik przenikania ciepła po dociepleniu; χ_p – wartość punktowego mostka cieplnego zależna od rodzaju łącznika; n – liczba łączników na 1 m² docieplenia.

Według [11] wartości punktowego mostka cieplnego należy przyjmować zgodnie z danymi producenta zawartymi w aprobacie technicznej lub:

χ_p = 0,002 W/K dla łączników wykonanych ze stali nierdzewnej z główką pokrytą tworzywem sztucznym oraz łączników ze szczeliną powietrzną przy główce śruby;

χ_p = 0,004 W/K dla łączników wykonanych ze stali galwanizowanej z główką przykrytą tworzywem sztucznym;

χ_p = 0,008 W/K  w przypadku pozostałych łączników metalowych.

Dla obecnie obowiązującej wartości projektowej U = 0,25 W/(m²K) oraz materiału do izolacji cieplnej o współczynniku przewodności cieplnej λ = 0,04 W/mK zależność między liczbą łączników a grubością koniecznej dodatkowej izolacji cieplnej przedstawiono na rys. 4.

Liczba łączników n (szt./m²) powinna być każdorazowo obliczana przez projektanta indywidualnie dla danego budynku lub przyjmowana na podstawie danych podawanych przez systemodawcę zgodnie z krajową lub europejską aprobatą techniczną. 

Rys 8. Obraz termowizyjny budynku docieplonego w metodzie suchej z okładziną z płyt [14]

Jakość wykonanego ocieplenia

Ocena jakości wykonanego na budynku docieplenia każdorazowo powinna odbywać się zgodnie instrukcją [10]. Określa ona szczegółowo odbiór robót międzyoperacyjnych i końcowych, nie wspomina jednak o możliwości oceny jakości wykonanego na budynku docieplenia przy użyciu termowizji. Metoda termowizyjna jest uznana i szeroko stosowana w innych krajach UE, a zwłaszcza państwach skandynawskich. Polega ona na wizualizji temperatury powierzchni docieplenia z wykorzystaniem podczerwieni. 

Podstawą diagnostyki termowizyjnej powinna być norma PN-EN 13178. Jej wytyczne zalecają analizę dokumentacji projektowej budynku jako podstawę analizy wyników badań termowizyjnych (wpływ rozwiązań materiałowo-konstrukcyjnych na rozkład temperatury przegrody).

Efektem wykonanych badań termowizyjnych są termogramy, które uwidaczniają jakość wykonanej termoizolacji zarówno na płaszczyźnie ścian zewnętrznych, jak i izolacji wykonanych w innych miejscach, np. na stropie nad ostatnią kondygnacją. Na termogramach budynków widoczne są w postaci miejsc o innej barwie zarówno anomalie, jak i defekty. 

Przez anomalie rozumie się miejsca połączeń elementów (w tym przypadku płaszczyzn ścian), w których temperatura powierzchni jest różna od temperatury przylegających płaszczyzn w sposób nieznaczny. Występują niezależnie od ilości i jakości materiału izolacyjnego, rozwiązania konstrukcyjnego czy też jakości robót. Do anomalii zaliczamy występujące na budynku w wielu miejscach złamania płaszczyzn ścian zewnętrznych obudowy wystającej ponad dach, czyli pionowe i poziome naroża, oraz połączenia ścian pod różnymi kątami dającymi tzw. efekt naroża wypukłego, wklęsłego lub o kątach od 10 do 170^o. Do anomalii zaliczamy też elementy połączeń technologicznych niedających się wyeliminować lub dostatecznie docieplić na etapie projektowania. 

Anomalie uwzględnia się przy projektowaniu w postaci dodatków (ΔU) na tzw. liniowe lub punktowe mostki cieplne, tak aby całkowity współczynnik przenikania ciepła przegrody łącznie z dodatkiem był mniejszy od stosownych dla rodzaju przegrody wymagań cieplnych.

Defekty to wady cieplne w obudowie lub na jej połączeniach, polegają na wyraźnej (kilku- lub kilkunastostopniowej) różnicy temperatur pomiędzy sąsiadującymi płaszczyznami lub na ich połączeniu.

Defekty można podzielić na dwa rodzaje. Liniowe nieciągłości izolacji, nieszczelności w połączeniach elementów obudowy, takich jak osadzenie stolarki okiennej, drzwiowej, lokalne nieciągłości izolacji lub nieznaczne zmniejszenie jej grubości powstałe w wyniku lokalnego zgniecenia materiału izolacyjnego w ścianach lub niedokładnego połączenia płyt materiału izolacyjnego (styropianu lub wełny mineralnej), a także punktowe osłabienie izolacji cieplnej w miejscach łączników mechanicznych.

Na termogramach można zaobserwować, że na tym samym osiedlu użyto do mocowania płyt styropianowych łączników o zdecydowanie różnych parametrach izolacyjnych – rys. 5 i 6. Oba termogramy wykonano w tym samym czasie i tym samym urządzeniem termowizyjnym, podczas przeglądu budynków po wykonanym w metodzie BSO dociepleniu ścian zewnętrznych.

Na rys. 7 widać ewidentne defekty wykonanej na budynku termoizolacji w metodzie BSO – wadliwie ułożone płyty styropianu, pomiędzy którymi wciśnięto masę klejącą lub zwykłą zaprawę.

Diagnostykę nowo wykonanego docieplenia można wykonywać zasadniczo dla dociepleń wykonanych metodą BSO. Ocena taka dla innych systemów dociepleń, np. wykonanych w metodzie lekkiej suchej z okładziną z płyt, jest utrudniona i wymaga znacznej wiedzy zarówno co do zastosowanej metody docieplenia, jak i praktyki w wykonywaniu termogramów. Patrząc na rys. 8 budynku ocieplonego wełną mineralną z elewacją z okładziny (sztuczny kamień) zawieszoną na ruszcie, widać, że trudno jest wykonać prawidłową analizę jakości wykonanego pod okładziną docieplenia. Migrujące pod okładziną powietrze stwarza znaczne zaburzenia uniemożliwiające prawidłową ocenę jakości termoizolacji.

Szersze omówienie diagnostyki termowizyjnej do identyfikacji uszkodzeń systemów dociepleniowych wymagałoby odrębnego opracowania. W podsumowaniu można stwierdzić, iż dotychczas stosowane metody ociepleń, w tym głównie metoda lekka mokra (BSO), z większym lub mniejszym skutkiem przyczyniły się do poprawy zarówno jakości cieplnej budynków, jak i estetyki dużych osiedli mieszkaniowych. Dalszej poprawy jakości cieplnej i estetyki budynku można upatrywać w znacznie ulepszonej metodzie ETICS pod warunkiem prawidłowego jej stosowania zarówno na etapie projektowania, wykonawstwa, jak i eksploatacji.

dr. Tomasz Steidl

adiunkt w Katedrze Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach

Piśmiennictwo

1. J.S. Cammerer, Izolacje ciepłochronne w przemyśle, Arkady, Warszawa 1967.

2. Wytyczne zabezpieczania przed przeciekami i przemarzaniem ścian zewnętrznych z wielkowymiarowych prefabrykatów warstwowych w wykonanych budynkach mieszkalnych, Instrukcja ITB 128, Warszawa 1972.

3. Wytyczne zabezpieczania przed przeciekami i przemarzaniem ścian zewnętrznych z wielkowymiarowych prefabrykatów trójwarstwowych w wykonanych budynkach mieszkalnych, ITB, Warszawa 1972.

4. PN-81/B-02020 Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia.

5. J. Arendarski, Poprawa izolacyjności cieplnej budynków mieszkalnych, Arkady, Warszawa 1988.

6. J. Arendarski z zespołem, Wytyczne zabezpieczania metodą „dryvit” ścian zewnętrznych przed przeciekaniem i przemarzaniem, ITB, Warszawa 1976.

7. W. Pakiet, M. Saragata, W. Jędrasik, Wytyczne wykonania obudowy z płyt a-c, „Miastoprojekt”, Sos-nowiec 1984.

8. W. Domińczyk, H. Macht, Wytyczne projektowania i wykonywania docieplenia ścian zewnętrznych budynków istniejących przez zastosowanie ocieplenia wełną mineralną i okładzin z blachy fałdowej oraz płyt a-c mocowanych na ruszcie stalowym, Bistyp 1984.

9. Bezspoinowy system ocieplania ścian zewnętrznych budynków, Instrukcja ITB 334/2001, Warszawa.

10. Warunki techniczne wykonania i obioru robót budowlanych, część C: Zabezpieczenia i izolacje, zeszyt 7: Izolacje cieplne, Instrukcja ITB 422/2006, Warszawa.

11. Złożone systemy izolacji cieplnej ścian zewnętrznych budynków ETICS. Zasady projektowania i wykonywania, Instrukcja ITB 447/2009, Warszawa.

12. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 2 grudnia 2002 r. w sprawie systemów oceny zgodności wyrobów budowlanych oraz sposobu ich oznaczania znakowaniem CE (Dz.U. Nr 209, poz. 1779).

13. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 maja 2008 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych.

14. Termogramy wykonane przez autora, archiwum firmy Stekra.