Docieplenia od wewnątrz ze szczególnym uwzględnieniem nowych technologii

STRESZCZENIE

W artykule przedstawiono tematykę wykonywania izolacji termicznych ścian od strony wewnętrznej. Problematyka zjawisk cieplno-wilgotnościowych zachodzących w docieplanych od wewnątrz ścianach powoduje, że rozwiązania te są stosunkowo skomplikowane. Zastosowanie nowych materiałów termoizolacyjnych, bazujących na zróżnicowanych koncepcjach docieplenia, wymaga znajomości ich właściwości fizycznych. Stosowanie przez projektantów określonych rozwiązań powinno uwzględniać stan wilgotnościowy docieplanej ściany, a także wybrane wytyczne uwzględniające m.in. jej szczelność powietrzną.

ABSTRACT

The article tackles the subject of internal thermal wall insulation. The problem of hygrothermal behaviour of the walls insulated from the inside results in the fact that these solutions are relatively complicated. The use of new thermal insulation materials based on varied insulation concepts requires knowledge of their physical properties. Designers who use specific solutions should take into account the moisture content of the insulated wall, as well as selected guidelines related to, among others, its air tightness.

Wykonanie dodatkowej warstwy izolacji termicznej ścian, poprawiające jej izolacyjność cieplną, związane jest w większości przypadków z zastosowaniem systemu dociepleń od strony zewnętrznej. Jest to optymalne rozwiązanie z punktu widzenia ograniczenia zarówno negatywnego wpływu mostków termicznych powstających na styku poszczególnych elementów budynku oraz ze względu na ilości powstającego kondensatu wewnątrz ocieplanej przegrody. W przypadku budynków wpisanych do rejestru zabytków lub obiektów o charakterze zabytkowym, w których na podstawie zapisów zawartych w miejscowym planie zagospodarowania przestrzennego wymagana jest pełna ochrona konserwatorska elewacji, w wielu przypadkach nie ma możliwości poprawy stanu ochrony cieplnej ścian zewnętrznych poprzez wykonanie docieplenia od strony zewnętrznej. Jest to związane z koniecznością zachowania pierwotnego charakteru fasady, dla której nie dopuszcza się wykonania dodatkowej warstwy izolacji termicznej. Docieplanie ścian od strony wewnętrznej jest skomplikowanym zadaniem, wymagającym dużej wiedzy teoretycznej i praktycznej z zakresu fizyki budowli. Jest to związane przede wszystkim z problematyką zjawisk cieplno-wilgotnościowych występujących w przegrodzie zewnętrznej, zachodzących w trakcie eksploatacji obiektu.

Fot. 1. Płyta zespolona – izolacja próżniowa VIP z płytą g-k [10]

W razie wykonania izolacji termicznej od strony pomieszczeń wiąże się to także w wielu przypadkach z koniecznością demontażu instalacji centralnego ogrzewania, w tym grzejników, oraz korektą rozwiązań w zakresie wyposażenia technicznego. Takie rozwiązanie powoduje dodatkowo ograniczenie powierzchni użytkowej. W sytuacji, w której nie ma innej możliwości poprawy jakości cieplnej ścian zewnętrznych niż zastosowanie docieplenia od wewnątrz, przyjęcie rozwiązań projektowych powinno być poprzedzone wnikliwą analizą dotyczącą budowy przegrody, a także warunków użytkowania pomieszczeń znajdujących się w obrębie docieplanych ścian zewnętrznych. Wykonanie docieplenia od strony wewnętrznej wymaga szczególnej uwagi, w przypadku gdy przewidywana eksploatacyjna wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu jest wyższa niż 55%. Jest to związane z możliwym wzrostem ilości powstającego kondensatu w docieplanej ścianie. Wykonanie izolacji cieplnej od strony wewnętrznej należy bezwzględnie poprzedzić badaniem wilgotności ścian. Przed podjęciem prac dociepleniowych mury ceglane o wilgotności masowej powyżej 3% należy osuszyć. Przyjęcie przez projektanta uproszczonych obliczeń cieplno-wilgotnościowych nie daje odpowiedzi w zakresie zachowania się przegrody w czasie jej eksploatacji w dłuższym okresie. Wartości przyrostu kondensatu w poszczególnych warstwach w istotny sposób zależą zarówno od sposobu eksploatacji pomieszczenia, jak i od kierunku usytuowania docieplanej ściany względem stron świata (nasłonecznienie lub jego brak, oddziaływanie opadów atmosferycznych itp.). Docieplanie od strony wewnętrznej może prowadzić do przyspieszonego starzenia się poszczególnych składowych ściany, w tym elementów konstrukcyjnych i izolacji cieplnych, wskutek cyklicznego ich zawilgocenia.

Fot. 2. Docieplenie od wewnątrz z wełny drzewnej z ogrzewaniem ściennym [11]

Zgodnie z wymogami rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [6], na wewnętrznej powierzchni przegrody zewnętrznej nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych. W celu zachowania tego warunku, w odniesieniu do przegród zewnętrznych budynków mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej i produkcyjnych oraz ich węzłów konstrukcyjnych, powinny one charakteryzować się współczynnikiem temperaturowym fRsi o wartości nie mniejszej niż wymagana wartość krytyczna. Oblicza się ją zgodnie z normą PN-EN ISO 13788 dotyczącą metody obliczania temperatury powierzchni wewnętrznej koniecznej do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej [7]. Wymaganą wartość krytyczną współczynnika temperaturowego fRsi w pomieszczeniach ogrzewanych do temperatury co najmniej 20^oC w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej należy określać przy założeniu, że średnia miesięczna wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego jest równa 50%, przy czym dopuszcza się przyjmowanie wymaganej wartości tego współczynnika równej 0,72. Wartość współczynnika temperaturowego charakteryzującego przyjęte rozwiązanie konstrukcyjno-materiałowe należy obliczać zarówno dla wszystkich przegród pełnych w miejscach poza mostkami termicznymi, jak i dla mostków cieplnych. Można zastosować przestrzenny model przegrody według normy dotyczącej obliczania strumieni cieplnych i temperatury powierzchni [8] lub metodę uproszczoną, korzystając z katalogów mostków cieplnych [9]. Oprócz powyższych wymogów przegrody zewnętrzne powinny być tak zaprojektowane, by w ich wnętrzu nie występowało narastające w kolejnych latach zawilgocenie spowodowane kondensacją pary wodnej. Sprawdzenie tego warunku należy przeprowadzać według PN-EN ISO 13788. Dopuszcza się kondensację pary wodnej wewnątrz przegrody w okresie zimowym, jeżeli struktura przegrody umożliwi wyparowanie kondensatu w okresie letnim i nie nastąpi przy tym degradacja materiałów budowlanych przegrody na skutek tej kondensacji. Stosowane sporadycznie pod koniec XX w. materiały do wykonywania docieplenia ścian od wewnątrz powodowały występowanie wielu niekorzystnych zjawisk, w tym stałego przyrostu wilgotności w warstwie konstrukcyjnej. Na temat rozwiązań dociepleń od strony wewnętrznej można znaleźć wiele publikacji, w tym [1,2, 3, 4, 5]. Należy zaznaczyć, że skutkiem niewłaściwego podejścia w rozwiązaniach projektowych może być powstanie znacznych nieprawidłowości w postaci zawilgoceń i zagrzybień w obrębie docieplanych przegród budowlanych.

Fot. 3. Płyta zespolona – izolacja próżniowa VIP z płytą OSB [12]

Stosowane rozwiązania materiałowe

Stosując docieplenia ścian od strony wewnętrznej, mamy do wyboru zróżnicowane możliwości ich rozwiązań. Jest to związane z odmiennymi właściwościami materiałów termoizolacyjnych oraz pozostałych składowych docieplanej ściany, w tym elementów wykończeniowych. Klasyfikacja metod dociepleń od wewnątrz może być zrealizowana w oparciu o zróżnicowane koncepcje.

K. Arbeiter [1] podaje cztery główne koncepcje ociepleń od strony wewnętrznej, uwzględniające opór dyfuzyjny zastosowanej izolacji termicznej i możliwość dyfuzji wilgoci przez docieploną ścianę. Są to koncepcje:

• izolacji termicznej o niewielkim oporze dyfuzyjnym i brak możliwości dyfuzji wilgoci przez zastosowany system dociepleń; wówczas barierę dla dyfundującej pary wodnej stanowi zastosowana izolacja paroszczelna;
• izolacji termicznej o wysokim oporze dyfuzyjnym i braku możliwości dyfuzji wilgoci przez ścianę; barierą dla dyfundującej pary wodnej jest zarówno izolacja cieplna, jak i elementy wykończenia, np. tynk bądź powłoka malarska;
• izolacji termicznej o bardzo wysokim oporze dyfuzyjnym i braku możliwości dyfuzji wilgoci;
• izolacji termicznej o niewielkim oporze dyfuzyjnym i możliwości dyfuzji wilgoci.

Fot. 4. Tynk na bazie aerożelu (układ poszczególnych warstw: podkład, tynk termoizolacyjny, warstwa gruntująca, zaprawa specjalna, warstwa wykończeniowa)

Inną klasyfikację podał R. Wójcik w swojej pracy [5]. Sklasyfikował on sześć metod docieplania od wewnątrz, uzależniając je od: oporu cieplnego warstwy docieplenia, odniesionego do poziomu dopuszczalnego, po którego przekroczeniu następuje wzrost zawartości wilgoci w przegrodzie; zdolności do przenikania pary wodnej przez układ warstw docieplenia oraz zdolności do transportu kapilarnego wody z materiału dociepleniowego lub jego fragmentów. Wyróżnił następujące metody:

• liniowego oporu cieplnego (docieplenie materiałem otwartodyfuzyjnym o ograniczonym oporze cieplnym bez odrębnej paroziolacji);
• jednostronnej bariery (docieplenie materiałem otwartodyfuzyjnym z paroizolacją oddzielającą warstwę termoizolacji od środowiska zewnętrznego);
• aktywna kapilarnie (docieplenie materiałem otwartodyfuzyjnym, kapilarno-porowatym);
• pełnej bariery dwustronnej (docieplenie materiałem paroszczelnym lub w paroszczelnej osłonie dwustronnej);
• punktowo-kapilarna (docieplenie materiałem paroszczelnym, punktowo-kapilarnym);
• liniowo-kapilarna (docieplenie materiałem odgazowanym, osłoniętym wysokobarierową powłoką gazoszczelną, liniowo-kapilarnym).

Tab. Wybrane materiały i komponenty stosowane w dociepleniach od wewnątrz [1,2]

Docieplenie od wewnątrz, ograniczające wystąpienie kondensacji pary wodnej, może być zrealizowane w postaci zróżnicowanych wariantów. W praktyce inżynierskiej spotyka się najczęściej trzy rozwiązania. Pierwszym jest ocieplenie od wewnątrz z zastosowaniem materiału termoizolacyjnego o bardzo dużym oporze dyfuzyjnym. Przykładem tego typu materiału jest szkło piankowe czarne. Kolejnym rozwiązaniem jest przegroda z izolacją termiczną o niewielkim oporze dyfuzyjnum z zastosowaniem paroizolacji (np. folii PVC) i warstwy wykończeniowej (np. płyty gipsowo-kartonowe). Innym wariantem może być stosowanie termoizolacyjnych płyt zespolonych z warstwą o dużym oporze dyfuzyjnym. Przykładem takiego rozwiązania jest płyta zespolona składająca się z polistyrenu EPS oraz obustronnej okładziny gipsowo-kartonowej. Należy podkreślić, że skuteczność w zakresie ograniczenia ilości powstającego kondensatu zależy w istotny sposób od poziomu wykonawstwa robót budowlanych. Rozwiązania materiałowe dopuszczające wystąpienie kondensacji międzywarstwowej produkowane są np. z silikatu wapiennego. Kryształki silikatu tworzą mikroporowaty szkielet o porach otwartych, co umożliwia uzyskanie dobrych właściwości kapilaryzacyjnych materiału. W przypadku wytworzenia się kondensatu na styku konstrukcji ściany i docieplenia materiał termoizolacyjny chłonie wodę, odprowadzając ją na płaszczyznę zewnętrzną. Innym interesującym materiałem termoizolacyjnym dopuszczającym wystąpienie kondensacji są mineralne płyty izolacyjne. Płyty te charakteryzują się bardzo małym oporem dyfuzyjnym. Ciekawym rozwiązaniem docieplenia od strony wewnętrznej są izolacje cieplne z dodatkiem aerożeli, np. w postaci tynków. Materiał ten charakteryzuje się bardzo dobrymi parametrami cieplnymi przy niskim współczynniku oporu dyfuzyjnego. Zestawienie wybranych parametrów cieplno-wilgotnościowych materiałów termoizolacyjnych stosowanych do dociepleń od wewnątrz przedstawiono w tabeli (str. 48).

Rozwój nowych technologii powoduje, że na europejskim rynku budowlanym pojawiają się coraz to nowsze rozwiązania materiałowe izolacji stosowanych do dociepleń od wewnątrz. Takim przykładem mogą być organiczne materiały termoizolacyjne produkowane np. na bazie pałki wodnej (fot. 6) bądź też izolacje cieplne wykonywane z porowatej pianki drzewnej. Materiał ten, znajdujący się z fazie aplikacyjnej (fot. 7, 8), ma współczynnik przewodzenia ciepła w zakresie 0,040-0,052 W/mK i stosunkowo niski opór dyfuzyjny.

Fot. 6, 7, 8. Izolacja cieplna na bazie pałki wodnej i pianka drzewna [14]

Wybrane wytyczne docieplania od wewnątrz
Przed przystąpieniem do wykonania izolacji termicznej od strony wewnętrznej należy dokonać rozpoznania budowy materiałowej docieplanej przegrody wraz z wykonaniem ewentualnych odkrywek. Kolejnym krokiem jest pomiar grubości wszystkich warstw składowych ściany. Istotnym zagadnieniem jest pomiar wilgotności masowej ściany. Na podstawie danych wyjściowych należy przeprowadzić obliczenia kondensacji międzywarstwowej dla ściany pełnej oraz obliczenia współczynnika przenikania ciepła. Należy zwrócić w tym miejscu szczególną uwagę na fakt, że w wybranych przypadkach spełnienie wymogów w zakresie wartości współczynnika przenikania ciepła zgodnych z rozporządzeniem [6] może spowodować pojawienie się tak dużej ilości kondensatu, która nie będzie mogła zostać odparowana w ciągu całego roku.

Ze względu na specyfikę przyjmowanych rozwiązań jako obligatoryjne należałoby uznać obliczenie wartości czynnika temperaturowego f_Rsi we wszystkich miejscach połączeń docieplanej ściany z przegrodami do niej przylegającymi.

Fot. 9. Zastosowanie izolacji paroszczelnej w miejscu przebicia docieplenia

Fot. 10. Zastosowanie izolacji paroszczelnej w miejscach połączeń składowych docieplanej ściany [15]

W obliczeniach cieplno-wilgotnościowych należy uwzględniać sposób wykończenia powierzchni ściany, w tym powłoki malarskie. W miejscach szczególnych zaleca się stosowanie zaawansowanych metod obliczeniowych w zakresie obliczeń rozkładu pola temperatur w przekroju przegrody i wykonywanie symulacji przepływu wilgoci, przynajmniej w okresie trzech lat. W przypadku wykonywania docieplenia od strony wewnętrznej należy pamiętać o klejeniu izolacji termicznej na całej jej powierzchni, bez zostawiania pustek powietrznych między izolacją termiczną a docieplaną ścianą, a także o zapewnieniu maksymalnej szczelności powietrznej elementów przebić i wzajemnych połączeń (fot. 9). Jest to szczególnie istotne w przypadku stosowania systemów dociepleń o stosunkowo wysokim oporze dyfuzyjnym, np. wykorzystujących izolację paroszczelną. W takich przypadkach infiltracja powietrza wewnętrznego o stosunkowo wysokiej temperaturze i wilgotności w przestrzeń między izolacją termiczną a docieplaną ścianą spowoduje skokowy wzrost ilości powstającego kondensatu, który nie został uwzględniony na etapie obliczeń. Konsekwencją będzie pogorszenie izolacyjności termicznej składowych ściany oraz możliwość wystąpienia znacznego zawilgocenia i zagrzybienia na jej powierzchni lub w jej wnętrzu.

Fot. 11, 12. Zastosowanie izolacji paroszczelnej w obrębie połączenia docieplanej ściany i okna

Podsumowanie

Docieplenie ścian od strony wewnętrznej staje się coraz częściej podejmowanym działaniem poprawy stanu ochrony cieplnej budynków o charakterze zabytkowym. Zróżnicowanie rozwiązań systemów wewnętrznych dociepleń w aspekcie przyjmowanych koncepcji bazujących na specyficznych właściwościach materiałowych izolacji termicznych i dodatkowych materiałów uzupełniających powoduje konieczność wykonywania szczegółowych obliczeń cieplno-wilgotnościowych. Ich brak lub niewłaściwe wykonanie, a także ewentualne błędy powstające na etapie realizacji robót budowlanych mogą powodować wystąpienie zawilgocenia i zagrzybienia wewnątrz docieplanej ściany bądź na jej powierzchni. W celu osiągnięcia oczekiwanych rezultatów w zakresie wykonania docieplenia od wewnątrz niezbędna jest również znajomość poprawnego wykonania izolacji termicznych w miejscach szczególnych, w tym na połączeniach ścian zewnętrznych ze stropem (sufit, podłoga), z oknem (nadproże, parapet), ze ścianami poprzecznymi, a także zróżnicowanych miejsc przebicia. Powinno to być zrealizowane, opierając się na opracowanych w dokumentacji projektowej detalach architektonicznych, uwzględniających geometrię docieplanych przegród i specyfikę zastosowanych materiałów.

dr inż. Paweł Krause

Politechnika Śląska

Bibliografia

1. K. Arbeiter, Innendaemmung, Verlagsgesellschaft Rudolf Mueller, Koeln 2014.
2. P. Krause, T. Steidl, Uszkodzenia i naprawa przegród budowlanych w aspekcie izolacyjności termicznej, Wydawnictwo PWN, Warszawa 2017.
3. B. Orlik-Kożdoń, T. Steidl, Projektowanie izolacji cieplnej od wewnątrz z uwagi na wodochlonność elewacji, „Materiały Budowlane” nr 1/2018.
4. B. Orlik-Kożdoń, Docieplanie przegród zewnętrznych od wewnątrz. Metodyka projektowania i technologie wykonania. Adaptacja i rewitalizacja obiektów zabytkowych i poprzemysłowych na cele użyteczności publicznej, praca zbiorowa pod red. P. Krause, Warszawa Archmedia, 2017.
5. R. Wójcik, Docieplenia budynków od wewnątrz, Grupa Medium, Warszawa 2017.
6. Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690).
7. PN-EN ISO 13788 Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody obliczania.
8. PN-EN ISO 10211:2017-09 Mostki cieplne w budownictwie – Strumienie ciepła i temperatury powierzchni – Obliczenia szczegółowe.
9. PN-EN ISO 14683:2017 Mostki cieplne w budynkach – Liniowy współczynnik przenikania ciepła – Metody uproszczone i wartości orientacyjne.
10. www.sf-vakuumdammung.at
11. www.egginger-naturbaustoffe.de
12. www.variotec.de
13. www.aerobran.de
14. www.energie-fachberater.de
15. www.passiv.de