Izolacje termiczne wykonywane na wewnętrznej stronie ścian osłonowych

W„IB” nr 2/12 zainteresował mnie artykuł dotyczący ocieplania budynków od wewnątrz. Postanowiłem podzielić się posiadaną na ten temat wiedzą. Oparta jest ona na wieloletnim doświadczeniu w projektowaniu izolacji od wewnątrz budynku, a także udziale w seminarium w Berlinie¹. Warto dodać, że od niedawna dostępne jest również oprogramowanie pozwalające zaprojektować wszelkie izolacje termiczne stosowane w budownictwie.

Myślę, że moje wskazówki mogą być przydatne dla projektantów i wykonawców, czyli takich inżynierów jak ja, którzy stykają się z tym zagadnieniem.

Rys. 1 Szybkie odparowanie wilgoci. Redukcja lokalnego zawilgocenia

Fizyka budowli z izolacją termiczną wykonaną od strony wewnętrznej ściany

Zasada działania izolacji termicznych kapilarnych

Podczas renowacji obiektów, szczególnie zabytkowych, stajemy przed problemem określenia stopnia zniszczenia przegród budowlanych, spowodowanego działaniem wilgoci oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Bardzo często w swojej praktyce spotykam się z daleko posuniętą degradacją budynku. Nieodpowiednie zastosowanie izolacji blokującej wewnętrzny przepływ pary wodnej jest rozwiązaniem ryzykownym, podatnym na błędy wykonawcze, a w przypadku obiektów zabytkowych z elewacjami wartymi zachowania należy je uznać za niedopuszczalne. 

W konwencjonalnych ociepleniach wykonywanych od wewnątrz próbuje się zatrzymać dopływ wilgoci powstałej z dyfuzji i konwekcji na barierach materiałowych lub używa się do ich blokowania materiałów izolacyjnych, takich jak szkło piankowe lub styropian. Może doprowadzić to do problemów z częściami drewnianymi budynku (belki drewniane) oraz z wewnętrznymi powierzchniami ocieplanych ścian.

Powstają więc pytania o szkodliwości takich rozwiązań, o zagadnienia ochrony przeciwpożarowej oraz trwałości zastosowanych systemów.

Rys. 2 Kapilarny system iniekcji termicznych montowanych od wewnątrz

Zasada działania izolacji wewnętrznej wyposażonej w kapilarny system odprowadzenia wilgoci

Ze względu na istniejącą różnicę temperatur między zewnętrzną i wewnętrzną stroną ściany następuje dyfuzja pary wodnej. W konstrukcji z kapilarnym system odprowadzenia wilgoci w miejscu punktu rosy para wodna skrapla się i akumuluje w przestrzeni porów materiału izolacyjnego. Pod wpływem sił w naczyniach włoskowatych ułożonych w izolacji zachodzi możliwość transportowania skroplonej wody na powierzchnię ułożonej izolacji w celu umożliwienia odparowania jej do wewnętrznej przestrzeni pomieszczenia.

Z drugiej strony otwarte kapilary izolacji wewnętrznej umożliwiają długotrwałe odprowadzanie wilgoci z wcześ­niej uszkodzonych (zawilgoconych) części budynku.

Higroskopijna pojemność przechowywania paroprzepuszczalnych kapilar zlokalizowanych wewnątrz izolacji w okresach szczytowej wilgotności powietrza w pomieszczeniu stanowi zaporę dla wilgoci i pomaga regulować klimat pomieszczenia. Kapilary izolacji wewnętrznej zapewniają szybką dystrybucję, przy tym na dużą skalę, wilgoci w izolacji powstałej w okresie zimowym. Proces wysychania jest przyspieszony i poprawia efekt działania izolacji.

Te podstawowe właściwości w dużej mierze rozwiązują problem właściwego działania izolacji wewnętrznej.

W izolacjach wewnętrznych miejscem kondensacji pary wodnej jest styk między wykonaną izolacją i ocieplaną ścianą. Izolacja wewnętrzna kapilarna redukuje również ujemne skutki spowodowane szkodami mrozowymi oraz silnymi deszczami ukośnymi zwiększającymi gwałtownie stopień zawilgocenia zewnętrznej strony ściany.

Izolacja wewnętrzna z otwartą dyfuzją kapilarną jest całkowicie paroprzepuszczalna. Taka izolacja jest prawidłowo wykonana tylko wówczas, jeśli jest całą powierzchnią przyklejona do istniejącej płaszczyzny ocieplanej ściany. Rozwiązuje to problem zwiększonego transportu powrotnego skroplin w fazie ciekłej, co pozwala uniknąć wysokiego stopnia zawilgocenia. Ogranicza również całkowitą wilgoć w materiale płyty izolacyjnej przez przyspieszone odparowanie.

Decydującym parametrem dla funkcjonowania i wykonania izolacji wewnętrznej jest wzajemna zależność między buforowaniem wilgoci w postaci pary wodnej i kondensatu oraz transportem tej wilgoci wewnątrz przegrody. Zjawiska te muszą być ze sobą skoordynowane.

Ponieważ wilgoć w przegrodzie jest buforowana i transportowana zarówno w otworach kapilarnych, jak i w obszarze kapilar, ocena proponowanej izolacji wewnętrznej wymaga dokładnej wiedzy o ilościach mogącej powstać wilgoci, co zmusza do wykonania bardziej skomplikowanych pomiarów, niż są zwykle przeprowadzane.

Izolacje wewnętrzne powinny być tak zaprojektowane, aby nie dochodziło do kondensacji pary wodnej na powierzchni izolacji, a wewnętrzna kondensacja była ograniczona stosownie do możliwości odprowadzania wilgoci przez kapilarny system izolacji.

Ryzyko powstania pleśni, korozji oraz innych ujemnych czynników istnieje tylko w przypadku błędnie oszacowanych warunków wyjściowych albo
wadliwie dobranego materiału.

Rys. 3 Ściana z izolacją wewnętrzną iQ-Therm 80

Przykłady najczęściej wykonywanych izolacji termicznych wewnętrznych

Dobrane przykłady spełniają warunki obowiązującego od 2014 r. maksymalnego współczynnika przewodności cieplnej dla ścian równego 0,25 W/m²K.

Przykład 1

Ściana z izolacją wewnętrzną iQ-Therm 80

Ocieplenie przy zastosowaniu płyt ocieplenia wewnętrznego iQ-Therm 80. Przy ociepleniu ściany wykonanej z cegły pełnej grubości 38 cm po ociepleniu od wewnątrz warstwą izolacji termicznej iQ-Therm 80 grubość muru wynosi 49,5 cm. Grubość 80 mm zastosowanej izolacji konieczna jest do osiągnięcia współczynnika przewodności cieplnej ściany równej 0,25 W/m²K.

Z wykresów można odczytać zawilgocenie ocieplanej ściany ~0,018 m³/m³, ponadto skondensowaną wilgoć w izolacji w stopniu 0,003 m³/m³. Występuje znikoma ilość skondensowanej pary wodnej w warstwie ocieplanego muru oraz izolacji.

Rys. 4 Temperatura i profil wilgotności ocieplanej ściany

Tabl. 1 Konstrukcja i parametry wbudowanych materiałów

Tabl. 2 Dane klimatyczne

Opór cieplny

Strona ciepła R_si = 0,130 m• K/W

Strona zimna R_se = 0,040 m• K/W

Tabl. 3 Temperatura, ciśnienie pary wodnej oraz wilgotność przegrody budowlanej

Zbiorcze wyniki obliczeń

Współczynnik przenikania ciepła konstrukcji zawilgoconej       U = 0,296W/(m²K)

Współczynnik przenikania cieplnej konstrukcji suchej U = 0,295W/(m²K)

Opór cieplny konstrukcji                     R = 3,215m² K/W

Ilość kondensatu na koniec okresu kondensacji
(na podstawie normy iQ-Lator Standard)        M_c = 0,091 kg/m²

Czas schnięcia                                    t_ev = 19,35 d

DIN 4108-2 tab. 3,1 + 11 (opór cieplny)        R ≥ 1,2 m²K/w

                                                          spełnia wymagania

DIN 4108-3 4.2.1.c (pojemność wody)          M_c ≤ 1,0kg/m²

                                                          spełnia wymagania

Czas schnięcia latem    t_ev < 90 d spełnia wymagania

Przykład 2

Ściana z izolacją YTONG-Multipor

Ściana z izolacją wewnętrzną wykonaną YTONG-Multipor grubości 150 mm. Według obliczeń jest to grubość izolacji zapewniająca współczynnik przewodności cieplnej 0,25 W/m²K. W tym przypadku grubość całkowita ocieplanej ściany wynosi 58 cm. Przy tak zaprojektowanym ociepleniu od wewnątrz wilgotność ściany jest zbliżona do wilgotności ściany przy ociepleniu izolacją iQ-Therm 80. Większa jest jednak ilość wilgoci w warstwie izolacyjnej oraz ilość kondensatu na styku kleju z płytą izolacyjną. Rozkład wykresu temperatury jest podobny do w przypadku izolacji w przykładzie 1.

Rys. 5 Ściana z izolacja wewnętrzną YTONG-Multipor

Tabl. 4 Konstrukcja i parametry wbudowanych materiałów

Tabl. 5 Dane klimatyczne

Opór cieplny

Strona ciepła R_si = 0,130 m• K/W

Strona zimna R_se = 0,040 m• K/W

Tabl. 6 Temperatura, ciśnienie pary wodnej oraz wilgotność przegrody budowlanej

Zbiorcze wyniki obliczeń

Współczynnik przenikania ciepła konstrukcji zawilgoconej       U = 0,452W/(m² K)

Współczynnik przenikania cieplnej konstrukcji suchej  U = 0,445W/(m² K)

Opór cieplny konstrukcji                        R = 2,079m² K/W

Ilość kondensatu na koniec okresu kondensacji
(na podstawie normy iQ-Lator Standard)        M_c = 0,651kg/m²

Czas schnięcia                                       t_ev  = 52,46 d

DIN 4108-2 tab. 3,1+11 (opór cieplny)          R ≥ 1,2m²K/w spełnia wymagania

DIN 4108-3 4.2.1.c (pojemność wody)          M_c ≤ 1,0kg/m² spełnia wymagania

Czas schnięcia latem    t_ev < 90 d spełnia wymagania

Analizowane w artykule izolacje są proste w wykonaniu oraz zapewniają odpowiedni komfort ocieplanych pomieszczeń. Należy jednak zwrócić uwagę, że wykonanie izolacji termicznej bez zadbania o prawidłową i skuteczną wentylację jest działaniem niewłaściwym,ponieważ przy każdym rodzaju izolacji, również izolacji wykonanej od strony zewnętrznej ściany, trzeba zadbać o usunięcie powstałej na przegrodzie wewnętrznej pary wodnej. Na przykład w ścianie budynku z cegły budowlanej grubości 38 cm ocieplonej od zewnątrz 16-centymetrową  warstwą styropianu gromadzi się 0,01 m³/m³ wilgoci. Tę wilgoć należy usunąć z pomieszczenia i jeśli się tego nie wykona (szczególnie w pomieszczeniach o małej kubaturze oraz dużej emisji wilgoci), pojawią się ujemne skutki braku działania wentylacji w następujących miejscach: przy podłodze, w narożach ścian oraz pod stropem (głównie ścian zewnętrznych osłonowych). Rzadziej natomiast opisane zjawiska występują w budynkach starych i wysokich, w których powszechnie była stosowana wentylacja grawitacyjna (jeżeli działa poprawnie).

Podane dwa pierwsze przykłady ocieplenia ścian budynków od wewnątrz są godne polecenia i bezpieczne. Wykonuje się także ocieplenia od wewnątrz za pomocą płyt perlitowych. Rozwiązanie to jednak – ze względu na duże koszty – jest obecnie bardzo mało rozpowszechnione, ale w przypadku obniżenia kosztów produkcji materiału na pewno znajdzie szerokie zastosowanie przy wykonywaniu izolacji termicznych od wewnątrz. Obecnie perlit najczęściej znajduje zastosowanie jako tynk termiczny oraz zasypka stropowa lub perlitobeton.

Rys. 6 Temperatura i profil wilgotności ocieplanej ściany

Należy zwrócić uwagę na fakt, że przez ściany zewnętrzne dyfunduje tylko 1–3% wilgoci, natomiast 97% wilgoci jest usuwane z pomieszczenia przez wentylację. Dlatego też przy projektowaniu ociepleń budynków należy zwracać uwagę nawet na drobne elementy, takie jak farby o dużym oporze dyfuzyjnym, gdyż mimo że przez przegrody budowlane dyfunduje mała ilość wilgoci, to jednak ta wilgoć może się przyczynić do powstania dużych strat w substancji budowlanej. Jak wskazano, 97% wilgoci jest usuwane z pomieszczenia przez wentylację. W dobie globalnych oszczędności energii, niskich współczynników przewodności cieplnej, które to współczynniki będą zmniejszane w kolejnych latach, należy zwrócić szczególną uwagę na odzysk ciepła usuwanego z pomieszczenia przez wentylację. Nie jest to jednak tematem tego artykułu.

Oprócz wymienionych izolacji za pomocą płyt iQ-Therm oraz YTONG-Multipor sprawdziłem  również inne sposoby wykonania izolacji ścian od wewnątrz przy użyciu wełny mineralnej i styropianu. Analizowałem następujące warianty:

– ściana ocieplana + wełna mineralna + folia + płyty G-K,

– ściana ocieplana + wełna mineralna + płyty G-K,

– ściana ocieplana + pustka powietrzna + wełna mineralna + płyty G-K,

– ściana ocieplana + pustka powietrzna + wełna mineralna + płyty G-K,

– ściana ocieplana + styropian + folia + płyty G-K,

– ściana ocieplana + styropian + płyty G-K,

– ściana ocieplana + pustka powietrzna + styropian + folia + płyty G-K,

– ściana ocieplana + pustka powietrzna + styropian + płyty G-K.

Przytoczyłem te warianty, które czasami są stosowane przy ociepleniach budynków od wewnątrz. Po przeprowadzonej analizie z pomocą dostępnego oprogramowania zauważyłem, że najlepsze rozwiązania przypominają ocieplenia dachu z szalówką zaizolowaną papą izolacyjną, dla której wymagane jest wykonanie przestrzeni wentylacyjnej między spodnią częścią szalówki a izolacją termiczną. Ważne jest jednak, tak jak w przypadku dachu, żeby umożliwić przepływ powietrza w przerwie między ocieplaną przegrodą a wykonanym ociepleniem. W przypadku dachu jest to oczywiste i powszechnie stosowane. Należy się zastanowić, jak zrealizować ten cel w przypadku ocieplanej ściany. Jedynym z możliwych rozwiązań jest wentylowanie pustki na zewnątrz budynku lub do środka pomieszczenia. Przy wentylowaniu przerwy pomiędzy ścianą a warstwą izolacji należy zapewnić swobodny przepływ powietrza, który odbierze nadmiar wilgoci i nie dopuści do zbytniego zawilgocenia ocieplanej ściany oraz izolacji termicznej wykonanej od wewnątrz. Możliwe jest zapewnienie tego przez doprowadzenie powietrza zewnętrznego do przerwy między przegrodami i usunięcie go również na zewnątrz obiektu. Podobnie postępuje się przy ocieplaniu ścian od zewnątrz z okładzinami wykonanymi z materiałów klinkierowych i kamiennych. W omawianym przypadku w dużym uproszczeniu funkcję okładziny będzie spełniać ocieplana ściana.

Zagadnieniem technicznym jest zapewnienie dostatecznego dopływu i odpływu powietrza warstwy wentylowanej. Często warunki nie pozwolą na to ze względu na charakter elewacji. Wtedy do wentylowania tej przestrzeni należy użyć powietrza wewnętrznego.W tym przypadku należy się liczyć z dużymi stratami energii lub wykluczyć wentylację grawitacyjną i zminimalizować utratę ciepła z wentylowanego pomieszczenia. Idea jest słuszna, lecz nieraz są to koszty przerastające możliwości inwestora. Niejednokrotnie alternatywnym rozwiązaniem jest zastosowanie tańszego systemu ogrzewania (np. pompy ciepła) i zapewnienie sprawnej niczym nieograniczonej wentylacji zamiast rozbudowanego systemu odzysku ciepła z wentylacji oraz drogiego systemu ogrzewania.

Oczywiście idealnym rozwiązaniem byłoby zastosowanie tańszego systemu ogrzewania oraz wykonanie wentylacji mechanicznej, powodującej recyrkulację powietrza, która oczywiście nie odzyskuje ciepła, lecz jest inną formą transportu energii.  Stosowanie recyrkulacji będzie sprzyjało oszczędności energii przez zmniejszenie ilości świeżego powietrza dostarczanego do pomieszczenia w stosunku do całkowitego strumienia powietrza wymaganego dla celów grzewczych lub chłodniczych. Jest to najprostsze rozwiązanie optymalizujące system wentylacyjno-klimatyzacyjny. Warunkiem powodzenia jest otrzymanie przez inwestorów realnej pomocy w postaci dopłat do inwestycji sięgających do nowych rozwiązań oszczędzających energię. Z mojego doświadczenia wynika, że pomoc taka, oprócz kredytu bankowego, jest niedostępna dla inwestora indywidualnego, zwłaszcza na terenie małych miejscowości.

Podsumowanie

Spostrzeżenia są skierowane do osób zajmujących się praktycznie problemem ocieplania budynków od wewnątrz. Należy jednak pamiętać, iż do każdego rozwiązania podchodzić trzeba indywidualnie, wykonując projekt izolacji wraz ze sprawdzeniem procesu transportu wilgoci przez przyjęte warstwy ścian zewnętrznych oraz sposobem usunięcia nadmiaru wilgoci z pomieszczenia.

mgr inż. Jan Adamkiewicz

¹Seminarium w Berlinie – Europaisches Institut für handwercliche Bauwerkehattung und Baudenkmalpflege gemeinutzige GmbH, listopad 2009.