Duża podatność lekkiego stropodachu poddasza mieszkalnego na zmienne warunki klimatu zewnętrznego zobowiązuje do właściwego budowania i ocieplania stropodachu.
Budowa i uwarstwienie stropodachu
Stropodach poddaszy mieszkalnych stanowi wielowarstwową przegrodę o dużym nachyleniu do poziomu. Dzięki zredukowaniu przestrzeni poddasza pełniącego dawniej funkcję strychu do wąskiej, wentylowanej szczeliny powietrznej powstała konstrukcja przegrody zewnętrznej budynku, która spełnia równocześnie funkcję stropu oraz pokrycia, czyli zabezpiecza wnętrze poddasza mieszkalnego zarówno przed opadami atmosferycznymi, jak również przed zmianami temperatur zewnętrznych.
Na rysunkach 1–3 przedstawiono uwarstwienie stropodachów na przekrojach pionowych wzdłuż krokwi dachowych. Warstwę izolacji termicznej stropodachu wykonuje się z płyt, mat, filców lub czasem z luźnej zasypki z materiałów opisanych w dalszej części artykułu. Montaż ocieplenia do konstrukcji wsporczej może być zrealizowany jako termoizolacja: ułożona na krokwiach (rys. 1), między krokwiami dachowymi (rys. 2), mocowana do krokwi od dołu (rys. 3).
Rosnące wymagania ochrony cieplnej budynków zobowiązują projektantów i wykonawców do stosowania wysokosprawnych materiałów termoizolacyjnych o grubościach na ogół przekraczających 15 cm nawet przy uwzględnieniu podsufitki, pokrycia dachowego i zamkniętych szczelin powietrznych.
Rys. 1. Fragment przekroju stropodachu ze szczeliną wentylowaną z termoizolacją ułożoną na deskowaniu przybijanym do krokwi od góry: l − pokrycie dachu (dachówka karpiówka), 2 − łaty dachowe 4 x 5 cm, 3 − druga płaszczyzna odwodnienia dachu, izolacja wiatroszczelna (folia zbrojona), 4 − listwa dystansowa, 5 − termoizolacja twarda, 6 − deskowanie na krokwiach grubości min. 2,5 cm, 7 − krokiew dachowa 7 x 14 cm, 8 − kierunek ruchu strumienia powietrza w szczelinie wentylowanej stropodachu
Podstawowe materiały do ocieplania stropodachów
Obecnie najczęściej do ocieplania stropodachów wykorzystuje się styropian, polistyren ekstrudowany XPS oraz wełnę mineralną, ponieważ materiały te są najłatwiej dostępne, stosunkowo tanie i mają bardzo dobre właściwości termoizolacyjne.
Rys. 2. Fragment stropodachu z podwójną szczeliną wentylowaną: l, 2 − jak na rys. 1, 3 − listwy dystansowe, 4 − płaszczyzna drugiego odwodnienia dachu, izolacja wiatroszczelna membrana dachowa, 5 − deskowanie na górnej powierzchni krokwi, 6 – termoizolacja z fabryczną warstwą wiatroizolacji, 7 − podsufitka mocowana do spodu krokwi (płyty kartonowo-gipsowe), 8 − górna szczelina wentylowana i kierunek strumienia powietrza, 9 − dolna szczelina wentylowana i kierunek ruchu powietrza w szczelinie
Styropian
Jest to spieniony polistyren, który podczas spieniania powiększa swą objętość ponad czterdziestokrotnie. Ma on strukturę komórkową, a w jego porach gromadzi się aż 98% powietrza. Styropian został wynaleziony przez niemiecką firmę BASF w okresie międzywojennym, a od przeszło czterdziestu lat jest stosowany w budownictwie. W tym okresie sprawdził się jako bardzo dobry izolator ciepła oraz izolator dźwiękowy. Jednym z jego głównych atutów jest mała przewodność cieplna. Współczynnik przewodzenia ciepła styropianu wynosi 0,036–0,045 W/(mK).
Do ważniejszych zalet styropianu można zaliczyć:
– całkowitą obojętność materiału (nieszkodliwy dla zdrowia),
– ekologiczność, tj. nie zanieczyszcza powietrza, gleby, wody,
– dużą trwałość, nie gnije, nie butwieje,
– odporność biologiczną na działanie alkoholi i kwasów,
– nietoksyczność, nie wydziela żadnych substancji toksycznych ani nie promieniuje (alfa, beta, gamma),
– samogaśnięcie, produkowany zgodnie z normą BN-91/6363-02 nie zapala się od iskry ani papierosa, nie powoduje rozprzestrzeniania się ognia,
– bezpieczeństwo w produkcji i obróbce,
– łatwość w obróbce i montażu,
– małą nasiąkliwość,
– niekurczliwość, zachowuje jednakowy kształt i wymiary w czasie,
– wielorakość zastosowań – można nim ocieplać nie tylko ściany, ale również podłogi, stropy i stropodachy,
– mały ciężar (masa objętościowa 15–20 kg/m3 – dotyczy ciężaru płyt ocieplających ściany na powierzchni zewnętrznej).
Do wad styropianu zalicza się jego małą odporność na działanie wysokiej temperatury. Bez dodatkowych obciążeń wytrzymuje on krótko temperaturę 100°C. Jeżeli natomiast płyty styropianowe są obciążone mechanicznie, długotrwała odporność termiczna zależy od jego gęstości i wynosi ok. 80°C. Kolejną wadą styropianu jest jego brak odporności na działanie rozpuszczalników organicznych (benzen, toluen, ksylen, aceton, octan amylu, etylen). Benzyna i ropa naftowa powodują jego pęcznienie.
Płyty styropianowe
W stropodachach stromych na warstwy ociepleniowe można użyć płyty ze styropianu, odmiany samogasnącej o masie od 12 do 20 kg/m3, a w szczególnych przypadkach o masie 30 kg/m3.
Norma PN-EN-13163 w załączniku C podaje klasyfikację wyrobów ze styropianu, dla których wymagana jest zdolność do przenoszenia obciążeń. Dla ocieplonych stropodachów z warstwą termoizolacyjną zgodnie z PN-EN-13163 można wydzielić typy standardowego wyrobu ze styropianu przedstawione w tab. 1.
|
Rodzaj zastosowania
|
Typ styropianu
|
Naprężenie ściskające przy 10% odkształceniu względnym
Ozn. kodowe CS(10)i
|
Wytrzymałość na zginanie
Ozn. kodowe BSi
|
||
|
kPa
|
MPa
|
kPa
|
MPa
|
||
|
Izolacja termiczna pomiędzy krokwiami
|
EPS 50
|
50
|
0,05
|
75
|
0,075
|
|
Izolacja termiczna
pod konstrukcją nośną |
EPS 70
|
70
|
0,07
|
115
|
0,115
|
|
EPS 80
|
80
|
0,08
|
125
|
0,125
|
|
|
Izolacja termiczna na konstrukcji nośnej pod pokryciem dachowym
|
EPS 100
|
100
|
0,10
|
170
|
0,170
|
|
EPS 120
|
120
|
0,12
|
200
|
0,200
|
|
|
EPS 150
|
150
|
0,15
|
200
|
0,200
|
|
|
EPS 200
|
200
|
0,20
|
250
|
0,250
|
|
Tab. 1. Własności wytrzymałościowe płyt ze styropianu stosowanych jako termoizolacja stropodachów
Klasyfikację styropianu pod względem przydatności wyrobu do określonego zastosowania podaje norma PN-B-20132.
Oznaczenia typów standardowych (EPS) przyjęto według:
– deklarowanego poziomu naprężenia ściskającego przy 10-proc. odkształceniu względnym,
– wartości deklarowanej współczynnika przewodzenia ciepła,
– przewidywanego podstawowego zastosowania.
Podział na typy i zalecaną gęstość pozorną z podaną tolerancją oraz informacje o przeznaczeniu poszczególnych płyt styropianowych w stropodachach podano w tab. 2.
|
Typ
|
Zalecana gęstość pozorna
[kg/m3]
|
Zakres stosowania
|
|
EPS 50-042 FASADA
EPS-EN13163T1-L1-W1-S1-P2-BS75-CS(10)50-DS(N)5-DS(70-)3
|
12,0±10%
|
Izolacja termiczna pomiędzy krokwiami
|
|
EPS 70-040 FASADA
EPS-EN13163T2-L2-W2-S2-P3-BS115-CS(10)50-DS(N)2-DS(70-)2-TR100
|
15,0±10%
|
Izolacja termiczna pod konstrukcją nośną
|
|
EPS 80-036 FASADA
EPS-EN13163T2-L2-W2-S2-P4-BS125-CS(10)80-DS(N)2-DS(70-)2-TR100
|
15,0±10%
|
Zastosowanie jak wyżej
|
|
EPS 100-038 DACH /PODŁOGA
EPS EN13163T1-L1-W1-S1-P3-B250-CS(10)200-DS(N)5-DS(70-)2-DLT(1)5
|
20,0±10%
|
Izolacja termiczna na konstrukcji nośnej
pod pokryciem dachowym |
|
EPS-200-036 DACH /PODŁOGA/ PARKING
EPS EN13163T1-L1-W1-S1-P3-B250-CS(10)200-DS(N)5-DS(70-)2-DLT(1)5
|
30,0±10%
|
Zastosowanie jak wyżej
|
Tab. 2. Klasyfikacja płyt styropianowych wg PN-B-20132
Uwagi: 1. Oznaczenia klasyfikacyjne EPS 50, EPS 70, EPS 80, EPS 100, EPS 200 są zgodne z PN-EN 13163. 2. Symbole 038 i 036 w oznaczeniach typu wyrażają minimalne wymagane wartości deklarowane współczynnika przewodzenia ciepła λ ≤ 0,038, 0,036 W/(mK). 3. Słowne części oznaczeń FASADA, PODŁOGA, DACH stanowią skrótową informację dla odbiorcy o podstawowym zastosowaniu danego typu. 4. Kody oznaczenia pod symbolami typu są zgodne z p. 6 PN-EN 13163:2003 i określają klasy i poziomy wymagań dla danego typu.
Uwagi: 1. Oznaczenia klasyfikacyjne EPS 50, EPS 70, EPS 80, EPS 100, EPS 200 są zgodne z PN-EN 13163. 2. Symbole 038 i 036 w oznaczeniach typu wyrażają minimalne wymagane wartości deklarowane współczynnika przewodzenia ciepła λ ≤ 0,038, 0,036 W/(mK). 3. Słowne części oznaczeń FASADA, PODŁOGA, DACH stanowią skrótową informację dla odbiorcy o podstawowym zastosowaniu danego typu. 4. Kody oznaczenia pod symbolami typu są zgodne z p. 6 PN-EN 13163:2003 i określają klasy i poziomy wymagań dla danego typu.
Płyty z polistyrenu ekstrudowanego XPS
Jednym z najlepszych materiałów obecnych na rynku budowlanym jest ekstrudowana pianka polistyrenowa, w skrócie XPS, zwana często styropianem ekstrudowanym. Materiał ten został po raz pierwszy wyprodukowany ponad 60 lat temu w USA. Dzięki doskonałym parametrom izolacyjności termicznej, odporności na działanie wilgoci, bardzo dużej wytrzymałości mechanicznej pianka XPS do dzisiaj jest uważana za jeden z najbardziej skutecznych materiałów termoizolacyjnych.
Nasuwa się pytanie, czym różni się ekstrudowana pianka polistyrenowa XPS od zwykłego styropianu. Oba materiały mają podobny skład chemiczny, jednak wytwarzane są w różnych procesach produkcyjnych. Wynikiem tego jest ich odmienna budowa fizyczna, a w konsekwencji lepsza izolacyjność termiczna, większa wytrzymałość oraz większa odporność na wilgoć polistyrenów ekstrudowanych.
Ze względu na stosowanie płyt XPS w podłogach, izolacjach ścian piwnic, dachach czy parkingach dachowych, gdzie materiał ten poddawany jest dużym obciążeniom, podstawowym parametrem technicznym płyt jest wytrzymałość na ściskanie. Dla płyt z ekstrudowanej pianki polistyrenowej XPS wytrzymałość na ściskanie wynosi od 200 do 700 kPa (dla gęstości objętościowej 28−38 [kg/m3]). Płyty XPS jak większość materiałów z tworzyw sztucznych poddane działaniu obciążeń długotrwałych wykazują przyrost odkształceń, dlatego dla poszczególnych produktów oznacza się wielkość pełzania przy ściskaniu, który determinuje poziom naprężeń dopuszczalnych w zakresie 80−250 kPa.
Płyty z ekstrudowanej pianki polistyrenowej XPS charakteryzują się niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła. W zależności od technologii produkcji do spieniania produktów używane są różnego typu gazy – dwutlenek węgla lub gazy z grupy HFC. Gaz używany do spieniania i szybkość, z jaką dyfunduje on z komórek, wpływają na współczynnik przewodności cieplnej λ produktów z XPS. Struktura styropianu ekstrudowanego sprawia, że przewodność cieplna wykazana w badaniach wynosi ok. 0,026–0,028 W/(mK). Obliczeniowa przewodność cieplna zalecana przez producentów może być przyjmowana w zakresie 0,032–0,035 W/(mK).
Płyty z polistyrenu ekstrudowanego mogą być stosowane w przedziale temperatury dopuszczalnej (od −50°C do +75°C). Jeżeli poddane są działaniu temperatury wyższej, mogą tracić swoje właściwości fizyczne.
Tworzywo polistyrenowe XPS jest odporne na działanie wilgoci dzięki zamkniętokomórkowej strukturze. Sprawia ona, że nasiąkliwość płyt XPS w bezpośrednim kontakcie z wodą jest bardzo niska. Przy długotrwałym, całkowitym zanurzeniu w wodzie uzyskuje się nasiąkliwość 0,5–0,7% objętości. Przy badaniu nasiąkliwości poprzez długotrwałą dyfuzję pary wodnej przez produkt uzyskuje się dla płyt XPS wyniki nasiąkliwości na poziomie 0,5–1,5% w zależności od grubości płyt. Zgodnie z PN-EN 12524 współczynnik oporu dyfuzyjnego μ polistyrenu ekstrudowanego XPS niezależnie od warunków użytkowania wynosi 150.
Ze względu na odporność na działanie wilgoci oraz na wysoką wytrzymałość mechaniczną polistyren ekstrudowany może być stosowany do ocieplania stropodachów płaskich o odwróconym układzie warstw, tarasów, parkingów dachowych, stropodachów z roślinnością, a także jako izolacja termiczna stropodachów stromych.
Rys. 3. Przekroje stropodachu z termoizolacją mocowaną do krokowi od spodu: l, 2 – jak na rys. 1, 3 − listwy dystansowe (kontrłaty), 4 − izolacja wiatroszczelna (membrana dachowa), 5 − deskowanie na górnej powierzchni krokwi, 6 − górna szczelina wentylowana, 7 − dolna szczelina powietrzna zamknięta, 8 − krokwie dachowe, 9 − termoizolacja twarda, 10 − podsufitka (tynk na siatce podtynkowej)
Wełna mineralna
Wełna mineralna w odróżnieniu od wełny żużlowej lub bazaltowej stanowi wyrób izolacyjny sztywny, otrzymany z włókien mineralnych impregnowanych olejem, połączonych lepiszczem organicznym. Jej struktura zapewnia dobrą izolacyjność termiczną i akustyczną dzięki temu, że tylko 1,5% objętości wyrobu stanowią włókna mineralne, a 98,5% powietrze zamknięte między tymi włóknami, stanowiące zaporę dla przepływu ciepła i rozprzestrzeniania się fal dźwiękowych. Wełna mineralna, z wyjątkiem wełny żużlowej lub bazaltowej, jest materiałem mającym wiele pożądanych cech, gdyż jest:
– odporna na gnicie,
– bez zapachu,
– nie dopuszcza do zarobaczywienia,
– chemicznie obojętna,
– nie zawiera środków korodujących,
– niepalna,
– nie starzeje się i nie ulega odkształceniom.
Rozróżnia się następujące odmiany wyrobów z wełny mineralnej: granulaty, maty, filce, płyty miękkie, półtwarde i twarde. Masa objętościowa mat wynosi do 26 kg/m3, płyt miękkich do 60 kg/m3, a półtwardych od 70 do 100 kg/m3, natomiast płyty twarde mają masę objętościową przekraczającą 110 kg/m3.
W tab. 3 przedstawiono kody oznaczeń wełny mineralnej zgodnie z PN-EN 13162:2002 odpowiadające wyrobom termoizolacyjnym odpowiednio do ich zastosowania.
|
Rodzaj stropodachu
|
Kod oznaczenia wyrobu
|
|
|
część wspólna
|
charakterystyka techniczna
|
|
|
Termoizolacja
nad krokwiami, rys. 1 |
MW-EN 13162
|
-T4-CS(10)40-TR7,5 -PL(5)200-WS-DS(TH)-MU1
|
|
Termoizolacja
między krokwiami, rys. 2 |
MW-EN-13162
|
-T1-DS(TH) -T1-DS(TH)-MU1
|
|
Termoizolacja
pod krokwiami, rys. 3 |
MW-EN-13162
|
-T5-CS(10)40-TR15-WS-DS(TH)-MU1
|
Tab. 3. Wymagane właściwości wełny mineralnej stosowanej do ociepleń stropodachów wg PN-EN 13162:2002
Oznaczenia: T1 – klasa tolerancji grubości T1 (dopuszczalny niedomiar grubości 5% lub 5 mm: przy braku limitu na nadmiar grubości); T4 − klasa tolerancji grubości T4 (dopuszczalny niedomiar grubości 3% lub 3 mm, dopuszczalny nadmiar grubości +5% lub 5 mm); T5 klasa tolerancji grubości T5 (dopuszczalny niedomiar grubości 1% lub 1 mm, dopuszczalny nadmiar grubości +3 mm); DS(TH) – stabilność wymiarowa w określonych warunkach temperatury i wilgotności względnej (temp. 23°C, wilgotność względna 90% lub temp. 70°C, wilgotność względna 90%), co oznacza względne zmiany wymiarów liniowych w takich warunkach nie większe niż 1%; MU1 – kody wyrobów bez okładzin, można bez przeprowadzania badań uzupełnić informacją dotyczącą wartości współczynnika oporu dyfuzyjnego pary wodnej, zgodnie z normą można przyjąć jego wartość jako równą 1; WS – oznacza, że określona została nasiąkliwość wodą przy krótkotrwałym częściowym zanurzeniu i nie przekracza 1,0 kg/m2; CS(10)40 – wskazuje, że wartość naprężenia ściskającego przy 10-proc. odkształceniu względnym wynosi co najmniej 40 kPa; TR7,5 – wytrzymałość na rozciąganie prostopadle do powierzchni czołowych wynoszącą co najmniej 7,5 kPa; TR15 – wytrzymałość na rozciąganie prostopadle do powierzchni czołowych wynoszącą co najmniej 15 kPa; PL(5)200 charakteryzuje odporność wyrobu na obciążenia punktowe (siła ściskająca 200 N działająca na powierzchni 50 cm2 wywołuje odkształcenie 5 mm).
Oznaczenia: T1 – klasa tolerancji grubości T1 (dopuszczalny niedomiar grubości 5% lub 5 mm: przy braku limitu na nadmiar grubości); T4 − klasa tolerancji grubości T4 (dopuszczalny niedomiar grubości 3% lub 3 mm, dopuszczalny nadmiar grubości +5% lub 5 mm); T5 klasa tolerancji grubości T5 (dopuszczalny niedomiar grubości 1% lub 1 mm, dopuszczalny nadmiar grubości +3 mm); DS(TH) – stabilność wymiarowa w określonych warunkach temperatury i wilgotności względnej (temp. 23°C, wilgotność względna 90% lub temp. 70°C, wilgotność względna 90%), co oznacza względne zmiany wymiarów liniowych w takich warunkach nie większe niż 1%; MU1 – kody wyrobów bez okładzin, można bez przeprowadzania badań uzupełnić informacją dotyczącą wartości współczynnika oporu dyfuzyjnego pary wodnej, zgodnie z normą można przyjąć jego wartość jako równą 1; WS – oznacza, że określona została nasiąkliwość wodą przy krótkotrwałym częściowym zanurzeniu i nie przekracza 1,0 kg/m2; CS(10)40 – wskazuje, że wartość naprężenia ściskającego przy 10-proc. odkształceniu względnym wynosi co najmniej 40 kPa; TR7,5 – wytrzymałość na rozciąganie prostopadle do powierzchni czołowych wynoszącą co najmniej 7,5 kPa; TR15 – wytrzymałość na rozciąganie prostopadle do powierzchni czołowych wynoszącą co najmniej 15 kPa; PL(5)200 charakteryzuje odporność wyrobu na obciążenia punktowe (siła ściskająca 200 N działająca na powierzchni 50 cm2 wywołuje odkształcenie 5 mm).
Aktualne wymagania izolacyjności cieplnej stropodachów
W obowiązującym rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z 6 listopada 2008 r. (Dz.U. z 2008 r. Nr 201, poz. 1238) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny podlegać budynki i ich usytuowanie maksymalne wartości współczynników przenikania ciepła U dla stropodachów w porównaniu z poprzednimi wymaganiami zostały zaostrzone do wartości U =0,25 [W/(m2K)]. Wartość dotyczy budynków nowo wznoszonych, tzw. standardowych. Dla budynków energooszczędnych wartość współczynnika przenikania ciepła U dla stropodachu powinna wynosić min. 0,15 [W/(m2K)]. W tab. 4 pokazano minimalne grubości termoizolacji dla różnych rodzajów rozwiązań stropodachów (rys. 1–3).
|
Rodzaj stropodachu
|
Materiał termoizolacyjny
|
Minimalna grubość termoizolacji w [cm]
|
|
|
Budynki standardowe
U = 0,25 [W/(m2K)]
|
Budynki energooszczędne
U = 0,15 [W/(m2K)]
|
||
|
Termoizolacja nad krokwiami – rys. 1
|
Płyty twarde z wełny mineralnej
λ = 0,042 W/(mK)
|
16
|
27
|
|
Płyty XPS 200
λ = 0,036 W/(mK)
|
14
|
23
|
|
|
Termoizolacja między krokwiami – rys. 2
|
Płyty miękkie z wełny mineralnej
λ = 0,045 W/(mK)
|
20*
|
36*
|
|
Styropian EPS 50
λ = 0,042 W/(mK)
|
19*
|
32*
|
|
|
Termoizolacja pod krokwiami – rys. 3
|
Płyty twarde i półtwarde z wełny mineralnej
λ = 0,042 W/(mK)
|
15
|
26
|
|
Styropian EPS 70
λ = 0,040 W/(mK)
|
14
|
25
|
|
Tab. 4. Minimalne grubości izolacji termicznej w stropodachach stromych
*grubość termoizolacji z uwzględnieniem wpływu krokwi na izolacyjność cieplną stropodachu
*grubość termoizolacji z uwzględnieniem wpływu krokwi na izolacyjność cieplną stropodachu
Jak wynika z tab. 4, grubości termoizolacji są większe niż w dotychczasowych realizacjach stropodachów i mogą stwarzać trudności wykonawcze. Dotyczy to zwłaszcza stropodachów z izolacją na krokwiach (rys. 1) wymagających długich łączników do mocowania kontrłat na płytach termoizolacyjnych. Rozwiązanie stropodachu z termoizolacją między krokwiami (rys. 2) będzie wymagało wysokich krokwi, szczególnie dla budynków energooszczędnych jest trudne do zrealizowania. Stropodachy z termoizolacją pod krokwiami (rys. 3) wymagają wysokich przestrzeni poddaszy ze względu na straty kubatury wywołane grubymi warstwami termoizolacji. Rozwiązaniem problemów realizacyjnych opisanych wyżej może być zastosowanie termoizolacji dwuwarstwowych, np. między krokwiami i pod krokwiami lub między krokwiami i nad krokwiami. Należy jednak zwrócić uwagę na właściwe zastosowanie materiałów, tzn. według zasady rosnącej paroprzepuszczalności w kierunku od wnętrza na zewnątrz, np. stropodach izolowany między krokwiami płytami z wełny mineralnej, a pod krokwiami płytami ze styropianu.
dr inż. Czesław Byrdy
Politechnika Krakowska
