Docieplanie na ociepleniu istniejącym

Współczesne wymagania stawiane budynkom w zakresie izolacyjności cieplnej ich przegród są znacznie ostrzejsze niż w przeszłości. Historię zmian dopuszczalnych wartości współczynników przenikania ciepła ścian pokazano na rys. 1. Od 1 stycznia 2014 r. wprowadzono bezpośrednie wymaganie odnoszące się do przebudowy (zmiany parametrów użytkowych lub technicznych) przegród budynków użytkowanych, które następnie będą stopniowo zwiększane w 2017 i 2021 r. [1]. Zastosowany w rozporządzeniu sposób stawiania wymagań wiąże się z realizacją postanowień znowelizowanej dyrektywy europejskiej w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (2010/31/UE).

Ostatecznie w 2021 r. dopuszczalne wartości współczynników będą około sześciokrotnie niższe niż we wcześniejszych wymaganiach. Część zarządców i właścicieli nieruchomości decyduje się na przeprowadzenie dodatkowych dociepleń budynków już poddanych termomodernizacji, jeżeli polegała ona na zastosowaniu cienkich, kilkucentymetrowych warstw izolacji cieplnej.

Rys. 1 Najniższe wymagane w Polsce wartości współczynnika przenikania ciepła ścian w kolejnych wydaniach norm i przepisów

Docieplenia przegród budynków stosuje się w Polsce od dziesięcioleci, przy czym początkowo głównie w celu zwiększenia ochrony cieplnej części obudowy o najniższej izolacyjności cieplnej. Miejscami takimi były połączenia ścian szczytowych i podłużnych ze stropem nad piwnicą, złącza pionowe ścian ze ścianami loggii, złącze pionowe ścian szczytowych z podłużnymi, gdzie nie stosowano izolacji cieplnej lub montowano wkładki styropianowe o grubości zaledwie 2 cm. Dodatek do współczynnika przenikania ciepła ścian wynikający z uwzględnienia wpływu mostków cieplnych w różnych systemach wielkopłytowych wynosi około 0,2–0,3 W/(m²·K). Ze względu na niską temperaturę wewnętrznej powierzchni obudowy w tych połączeniach głównym problemem było występowanie kondensacji pary wodnej, na ogół przyczyniającej się do rozwoju zagrzybienia.

Z powodu stosowania betonów o większej gęstości, niż zakładano w projektach (np. w systemie szczecińskim), oraz różnych wad wykonania lub uszkodzenia warstwy izolacji cieplnej (np. w systemach W-70, Wk-70, OWT-67, OWT-75) ściany budynków często charakteryzowały się w rzeczywistości wyższymi wartościami współczynnika przenikania ciepła, niż powinny, o około 0,3–0,5 W/(m²·K). W takich budynkach z powodu pogorszenia izolacyjności cieplnej konieczne były docieplenia w celu zapewnienia komfortu cieplnego w pomieszczeniach. Najstarsze  izolacje cieplne, realizowane różnymi sposobami poprzedzającymi metodę lekką, często są obecnie w stanie technicznym, który uzasadnia ich zastąpienie nowymi w czasie kolejnej renowacji budynku.

W latach 90. XX w. docieplenia nabrały charakteru przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, mającego na celu zmniejszenie zapotrzebowania budynku na ciepło do ogrzewania i częściowe ograniczenie kosztów eksploatacji. Na ogół do spełnienia XX-wiecznych wymagań i przy ówczesnym poziomie opłacalności wystarczające było zastosowanie kilkucentymetrowej izolacji cieplnej, a więc warstwy docieplenia charakteryzującej się niższym oporem cieplnym niż stosowane obecnie.

Rys. 2 Minimalne ze względu na nowe wymagania grubości dodatkowej warstwy docieplającej o wartości współczynnika przewodzenia ciepła 0,04 W/(m·K), określone w odniesieniu do przykładowej ściany wg opisu w tekście

Wyniki audytów energetycznych, sporządzanych w celu uzyskania premii wspierających zgodnie z ustawą z 1998 r. przedsięwzięcia termomodernizacyjne, wskazywały na opłacalność stosowania dociepleń warstwami izolacji cieplnej o grubości powyżej 10 cm.

W budynkach, w których zastosowano docieplenia systemem bezspoinowym (instrukcja ITB nr 334/2002) i które są w zadowalającym stanie technicznym, ale mają niedostateczną ze względu na współczesne wymagania grubość, można zastosować dodatkową warstwę izolacji cieplnej.Nowe docieplenie realizuje się systemem ETICS (obecna nazwa skrócona złożonych systemów izolacji cieplnej ścian zewnętrznych budynków – instrukcja ITB nr 447/2009), który przewiduje takie zastosowanie na podstawie indywidualnych aprobat technicznych.

Zastosowanie dodatkowej warstwy izolacji cieplnej na istniejącym ociepleniu wymaga spełnienia wielu dodatkowych szczegółowych warunków, określonych w ww. instrukcji ITB.

Główne uwarunkowania stosowania i zalecenia w odniesieniu do dodatkowego docieplenia

Wykonanie dodatkowej warstwy izolacji cieplnej ścian w systemie ETICS powinno być przeprowadzone na podstawie indywidualnego projektu uwzględniającego ocenę stanu technicznego zewnętrznej części ścian oraz stanu istniejącego ocieplenia wykonanego w systemie bezspoinowym.

W przypadku ścian trójwarstwowych szczególne znaczenie ma potwierdzenie, że zewnętrzna warstwa fakturowa jest w bezpieczny sposób zakotwiona do warstwy nośnej ściany,czyli sprawdzenie stanu technicznego międzywarstwowych łączników metalowych. W tym celu konieczne jest wykonanie odkrywek zgodnie z zasadami podanymi w instrukcji ITB nr 447/2009. W przypadku stwierdzenia utraty nośności konieczne jest zaprojektowanie i wykonanie wzmocnienia połączenia warstw betonowych.

W kolejnym kroku zaleca się wykonanie odkrywek w celu ustalenia, czy istniejące docieplenie odpowiada swojej dokumentacji projektowej oraz czy spełnia wymagania instrukcji dotyczącej bezspoinowego systemu ocieplania ścian zewnętrznych, oraz w celu sprawdzenia, jaki jest stan podłoża pod istniejącym dociepleniem. Odkrywki powinny obejmować wybrane miejsca na ścianach szczytowych i podłużnych oraz wszystkie specyficzne miejsca obudowy, jakie mogą występować w konkretnym budynku. Szczególnie istotne jest potwierdzenie, czy w istniejącym dociepleniu zastosowano zalecane klejenie obwodowo-punktowe płyt izolacji cieplnej, oraz sprawdzenie, jakie zastosowano mocowanie mechaniczne płyt. Na tym etapie przeprowadza się próby przyczepności międzywarstwowej metodą „pull off” lub przez ręczne odrywanie między styropianem a warstwą zbrojącą, między warstwą zbrojącą a wyprawą tynkarską oraz klejenia styropianu do pierwotnie docieplonej ściany w celu oceny tego podłoża.

Rys. 3 Minimalne ze względu na nowe wymagania grubości dodatkowej warstwy docieplającej o wartości współczynnika przewodzenia ciepła 0,032 W/(m·K), określone w odniesieniu do przykładowej ściany wg opisu w tekście

Przed wykonaniem dodatkowego docieplenia należy sprawdzić podłoże dla nowego docieplenia (w istniejącym dociepleniu) w zakresie wytrzymałościowym, pod względem równości i płaskości oraz występowania zanieczyszczeń pyłowych i substancji o działaniu antyadhezyjnym. Powłoki malarskie i tynki cienkowarstwowe, które uległy zniszczeniu (łuszczenie, odspajanie), muszą zostać usunięte, a powierzchnia oczyszczona przez mycie wodą pod ciśnieniem.

W przypadku wątpliwości projektanta co do wytrzymałości podłoża może być ona sprawdzona przez badanie przyczepności metodą „pull off”, która powinna być większa od 0,08 MPa. Dopuszcza się również przeprowadzenie próby przyczepności na 8–10 próbkach izolacji o wymiarach 100 x 100 mm przyklejonych w różnych miejscach na oczyszczonej powierzchni elewacji. Jeżeli po trzech dniach podczas próby oderwania nastąpi zerwanie całej próbki z klejem i warstwy zewnętrznej słabo związanej z podłożem, nie nadaje się ono do zastosowania docieplenia bez zabiegów zwiększających przyczepność, np. gruntowania.

Po potwierdzeniu zadowalającej jakości podłoża wykonanie dodatkowego docieplenia powinno być zgodne z projektem, z uwzględnieniem zaleceń podanych w instrukcji ITB nr 447/2009. W dokumentacji projektowej należy również określić sposób mocowania izolacji cieplnej (rodzaj, liczba, rozmieszczenie łączników mechanicznych), którego dobór następuje w zależności od rodzaju i typu izolacji, systemu docieplenia, rodzaju podłoża oraz przewidywanych obciążeń.  Płyty izolacji cieplnej dodatkowego docieplenia mocuje się łącznikami przechodzącymi przez istniejące docieplenie.

Rys. 4 Schematyczne przedstawienie układu warstw po podwójnym dociepleniu ściany jednowarstwowej: 1 – druga warstwa izolacji cieplnej z tynkiem cienkowarstwowym, 2 – pierwsza warstwa izolacji cieplnej z tynkiem cienkowarstwowym, 3 – ściana betonowa

W celu ograniczenia punktowych mostków cieplnych i uzyskania mniejszych strat ciepła oraz równomiernego rozkładu temperatury powierzchni stosuje się łączniki o wartości punktowego współczynnika przenikania ciepła poniżej 0,002 W/K. Wartość tego współczynnika jest ostatnio powszechnie deklarowana w specyfikacjach technicznych łączników mechanicznych przeznaczonych do mocowania izolacji cieplnych. 

Opis techniczny docieplenia wybranym systemem powinien zawierać ustalenie rodzaju i wymaganej charakterystyki technicznej:

– izolacji cieplnej,

– mas lub zapraw klejących i tynkarskich,

– siatki zbrojącej,

– łączników mechanicznych.

W projekcie określa się sposób:

– przygotowania powierzchni ściany do docieplenia,

– przymocowania płyt izolacji cieplnej, w tym liczbę i rozmieszczenie łączników mechanicznych,

– zastosowania siatki zbrojącej z uwzględnieniem wzmocnień narożników otworów okiennych i drzwiowych oraz ich ościeży,

– wykonania wyprawy tynkarskiej,

– wykonania połączeń z ramami okien i drzwi, parapetami, płytami i ściankami balkonów, loggii oraz zadaszeniami na wejściami do budynku i wiatrołapami klatek schodowych oraz wykonania szczelin dylatacyjnych, strefy cokołowej, attykowej lub połączenia z dachem lub stropodachem.

W projekcie należy uwzględnić również wymagania wynikające z warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki m.in. w zakresie bezpieczeństwa pożarowego (klasyfikacja ogniowa systemu przy zaprojektowanej grubości izolacji cieplnej i jej klasyfikacja w zakresie reakcji na ogień) oraz ochrony cieplnej (maksymalne dopuszczalne współczynniki przenikania ciepła).

Z zaleceń wykonawczych systemodawców wynikają inne dodatkowe wytyczne dotyczące dociepleń na podłożu z istniejącego docieplenia:

– rozmieszczenie zaprawy klejącej na całej powierzchni płyt izolacji cieplnej – w zwykłych dociepleniach stosuje się klejenie obwodowo-punktowe;

– ułożenie płyt izolacyjnych w dodatkowej warstwie z przesunięciem w stosunku do ułożenia w istniejącym dociepleniu.

Inny aspekt oceny możliwości i skutków zastosowania dodatkowego docieplenia ścian związany jest ze stanem wilgotnościowym przegrody, a w szczególności istniejącego docieplenia. W aktualnych warunkach technicznych postawiono wymaganie, które nie dopuszcza występowania narastającego zawilgocenia spowodowanego międzywarstwową kondensacją pary wodnej. Układ warstw w przegrodzie i właściwości zastosowanych materiałów muszą umożliwiać odparowanie wilgoci kondensacyjnej w okresie letnim, a zawilgocenie nie może powodować degradacji przegrody. Obliczenia sprawdzające spełnienie tego wymagania należy zgodnie z przepisami przeprowadzić według PN-EN ISO 13788. Dla przegród, w których istnieje początkowa zawartość wilgoci w materiale, powinno się stosować obliczenia komputerowe według PN-EN 15026:2008.

W odniesieniu do przegród z dociepleniem potrzeba szczegółowej oceny w tym zakresie występuje w przypadku zastosowania cienkowarstwowych wypraw tynkarskich istniejącego docieplenia, charakteryzujących się wysokim współczynnikiem oporu dyfuzyjnego (duża zawartość spoiwa polimerowego w masie tynkarskiej). W trakcie przeprowadzania wymienionych odkrywek należy w wątpliwych przypadkach zbadać zawartość wilgoci w przegrodzie. W celu zapewnienia możliwości wysychania warstw ściany z ewentualnego zawilgocenia, jakie może się pojawiać w czasie eksploatacji, należy zastosować dodatkowe docieplenie o dużej paroprzepuszczalności.

Rys. 5 Schematyczne przedstawienie układu warstw po podwójnym dociepleniu ściany trójwarstwowej: 1 – druga warstwa izolacji cieplnej z tynkiem cienkowarstwowym, 2 – pierwsza warstwa izolacji cieplnej z tynkiem cienkowarstwowym, 3 – zewnętrzna warstwa betonowa, 4 – izolacja cieplna, 5 – wewnętrzna warstwa betonowa

Izolacyjność cieplna ścian po dodatkowym ociepleniu

Ze względu na sposób zapewnienia izolacyjności cieplnej ściany zewnętrzne w budynkach wielkopłytowych i innych uprzemysłowionych systemach wznoszenia budynków mieszkalnych, stosowanych w drugiej połowie XX w., można podzielić na:

– jednowarstwowe, wykonane np. z elementów keramzytobetonowych (system szczeciński);

– trójwarstwowe z wewnętrzną warstwą izolacji cieplnej z wełny mineralnej lub styropianu (np. systemy W-70, Wk-70, OWT-67, OWT-75).

Według założeń projektowych, zgodnie z ówczesnymi przepisami, ściany jednowarstwowe miały charakteryzować się współczynnikiem przenikania ciepła około 1,2 W/(m²·K), a trójwarstwowe – około 0,7 W/(m²·K). Badania izolacyjności cieplnej ścian prowadzone już w latach wznoszenia budynków wielkopłytowych wykazały, że rzeczywiste wartości mogą być wyższe o 0,3–0,5 W/(m²·K) w przegrodach jednowarstwowych i do 0,2 W/(m²·K) w przegrodach trójwarstwowych. Głównymi przyczynami pogorszenia ich izolacyjności cieplnej było stosowanie betonów o zwiększonej gęstości oraz różne wady wykonania lub uszkodzenia warstwy izolacji cieplnej.

Podane wartości nie uwzględniają wpływu mostków cieplnych w połączeniach i węzłach konstrukcyjnych w obudowie. Miejscami o najniższej izolacyjności były połączenia ścian szczytowych i podłużnych ze stropem nad piwnicą, złącza pionowe ścian ze ścianami loggii, złącze pionowe ścian szczytowych z podłużnymi, gdzie nie stosowano izolacji cieplnej lub montowano wkładki styropianowe o grubości zaledwie 2 cm. Dodatek do współczynnika przenikania ciepła ścian wynikający z uwzględnienia wpływu mostków cieplnych w różnych systemach wielkopłytowych wynosi około 0,2–0,3 W/(m²·K).

Podana ogólna charakterystyka izolacyjności cieplnej na ogół jest wystarczająca do przeprowadzenia audytu energetycznego budynku lub w celu określenia jego charakterystyki energetycznej. Szczegółowe rozpoznanie właściwości cieplnych poszczególnych części obudowy można przeprowadzać na podstawie wyników badań metodą termowizyjną, zgodnie z PN-EN 13187:2001, a badania oporu cieplnego przegrody – metodą wykorzystującą mierniki gęstości strumienia ciepła według ISO 9869:1994.

Na rys. 2 i 3 określono minimalne – ze względu na nowe wymagania – grubości dodatkowej warstwy izolacji cieplnej o wartościach współczynnika przewodzenia ciepła 0,04 W/(m·K) i 0,032 W/(m·K), odpowiadających aktualnemu zakresowi przewodności cieplnej typowych materiałów do izolacji, takich jak styropian i wełna mineralna. Założono, że ściany przed dociepleniem charakteryzowały się współczynnikami przenikania ciepła 1,2 i 0,75 W/(m²·K), a dotychczasowe docieplenie stanowi warstwa o grubości 5 cm i oporze cieplnym 1,25 m²·K/W. Dodatkowo określono minimalną grubość niezbędną do uzyskania po dociepleniu współczynnika przenikania ciepła przegrody równego 0,15 W/(m²?K), rekomendowanego do uzyskania przez budynki tzw. standardu pasywnego.

Minimalne w celu osiągnięcia wymagań wartości grubości dodatkowego docieplenia nie przekraczają 12 cm,przy zastosowaniu izolacji o współczynniku przewodzenia ciepła 0,04 W/(m·K) i 10 cm w odniesieniu do współczynnika przewodzenia ciepła 0,032 W/(m·K).

Znaczny wzrost wymaganej grubości następuje, jeżeli celem jest uzyskanie standardu pasywnego, czyli spełnienie ostrzejszego wymagania, niż określono w przepisach technicznych. Minimalne w tym celu wartości grubości dodatkowego docieplenia nie przekraczają 19 cm przy zastosowaniu izolacji o współczynniku przewodzenia ciepła 0,04 W/(m·K) i 15 cm w odniesieniu do współczynnika przewodzenia ciepła 0,032 W/(m·K).

Schematyczne przedstawienie układu warstw po dodatkowym dociepleniu zamieszczono na rys. 4 i 5. Ponieważ całkowita grubość przegród przed dodatkowym dociepleniem wynosi w zależności od systemu i rodzaju ściany nawet do około 50 cm, w celu ograniczenia grubości stosuje się materiały o najniższych dostępnych wartościach współczynnika przewodzenia ciepła (w odniesieniu do styropianu około 0,032 W/(m·K)).

W obliczeniach nie uwzględniono dodatku do współczynnika przenikania ciepła przegrody ze względu na wpływ mocowania łącznikami mechanicznymi. Zastosowanie dostępnych obecnie łączników o małej wartości punktowych współczynników przenikania ciepła (poniżej 0,002 W/K) umożliwia uzyskanie wartości tego dodatku poniżej 0,01 W/(m²·K), czyli na normowym poziomie dokładności określania współczynnika przenikania ciepła przegród. 

dr inż. Robert Geryło

Zakład Fizyki Cieplnej, Instalacji Sanitarnych i Środowiska

Instytut Techniki Budowlanej