Zatrzymać ciepło!

Jednym z kluczowych aspektów budownictwa energooszczędnego jest termoizolacyjność. Termin ten oznacza eliminacje strat ciepła z pomieszczeń przez zabezpieczenie przegród, poprzez które ono ucieka. Straty energii wynikają w znacznej mierze z faktu, że większość budynków jest nieprawidłowo lub niedostatecznie zabezpieczona przed utratą ciepła z pomieszczeń.

Stracone ciepło
Ciepło przenika głównie w dużych powierzchniach, przez ściany zewnętrzne (ok. 25 %), fundamenty i piwnice (ok. 5%), poddasze i stropodach (ok. 15%) oraz drzwi i okna (ok. 20%). Jednak największe straty odnotowuje się poprzez wentylację (ok. 30%). Nieprawidłowe lub niedostateczne ocieplenie poszczególnych elementów budynku, wadliwy montaż stolarki otworowej może dodatkowo zwiększyć straty ciepła. Podstawowym parametrem umożliwiającym obliczanie ciepła przenikającego przez przegrodę cieplną, wpływającym na właściwości i jakość materiału termoizolacyjnego jest współczynnik przenikania ciepła U. Umożliwia on obliczanie ciepła przenikającego przez przegrodę cieplną, a także porównywanie własności cieplnych przegród budowlanych. Im mniejsza jest wartość współczynnika przewodzenia ciepła, tym lepiej, ponieważ materiał izolacyjny (a dokładnie jego zdolność do przewodzenia ciepła wyrażona lambdą – λ) lepiej chroni przed ucieczką ciepła. Pozwala to na wytwarzanie cieńszej warstwy materiałów, przy zachowaniu wymaganych norm. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie współczynnik przenikania ciepła U ścian zewnętrznych powinien być nie większy niż 0,3 [W/(m²·K)] w przypadku pomieszczeń przeznaczonych na pobyt stały lub nie większy niż 0,5 [W/(m²·K)] dla pomieszczeń przeznaczonych na pobyt czasowy.
Według Polskiej Normy dopuszczalne, maksymalne U wynosi:

dla ścian zewnętrznych - 0,3-0,5 [W/(m²·K)]
dla stropu pod nieogrzewanym poddaszem lub dla stropodachu - 0,3 [W/(m²·K)]
dla stropu nad nieogrzewaną piwnicą - 0,6 [W/(m²·K)].

Izolacja termiczna ścian
Elementarną kwestią jest stosowna grubość izolacji termicznej. Przy obecnych trendach stosuje się przynajmniej 10-15 cm, ponieważ tylko wtedy można uzyskać przegrodę o współczynniku przenikania ciepła U=0,25-0,3 [W/(m²·K)]. Najlepszym sposobem jest termoizolacja po zewnętrznej stronie ściany co eliminuje wszelkie mostki termiczne. Istnieją dwie metody takiego rozwiązania:

metoda lekka sucha, jest najłatwiejsza w wykonaniu, gdyż montuje się do ścian dwa prostopadłe szalunki i układa się pomiędzy nimi odpowiednio grubą warstwę materiału termoizolacyjnego, (w przypadku wełny mineralnej, trzeba ją zabezpieczyć paroprzepuszczalną izolacją wiatrochronną). Następnie są przybijane listwy dylatacyjne, do których montowana jest elewacja.
metoda lekka – mokra, najczęściej stosowana przy ścianach dwuwarstwowych. Polega na przyklejeniu płyt izolacyjnych do ścian budynku, wzmocnienie ich powierzchni siatką z włókna szklanego i nałożeniu tynku cienkowarstwowego.

Właściwości materiałów termoizolacyjnych

porowatość - jest to podstawowa właściwość, określająca jakość. Pory w materiale termoizolacyjnym tworzone są podczas ich produkcji na skutek wprowadzania do surowca gazotwórczych preparatów (poroforów) powodujących pęcznienie masy lub też w trakcie sklejania albo spiekania cząstek materiału albo włókien. Lepszymi właściwościami termoizolacyjnymi charakteryzuje się materiał z małymi zamkniętymi porami, wypełnionymi powietrzem lub gazem.

gęstość objętościowa - im mniejsza, tym lepsza jakość materiału termoizolacyjnego. Przykładem lekkich materiałów są pianki mas plastycznych o minimalnej gęstości objętościowej wynoszącej 15 – 25 kg/m³.

wytrzymałość - większość materiałów termoizolacyjnych o bardzo porowatej budowie cechuje niewielka wytrzymałość na zginanie i rozciąganie. Wytrzymałości materiałów konstrukcyjno-termoizolacyjnych można podwyższyć, przez dobór odpowiednich warstw albo zastosowanie specjalnych metod ich obróbki ( np. autoklawizowanie)

wilgotność - znaczny wpływ na jakość termoizolacyjnych materiałów ma ich wilgotność. Duża porowatość sprzyja zawilgoceniu materiałów, co powoduje wzrost współczynnika przewodzenia ciepła, obniża wytrzymałość, odporność na korozję biologiczną oraz mrozoodporność.

Ocieplenia dachu, stropu i poddasza
Ważnym aspektem przy ocieplaniu dachu i poddasza jest paroprzepuszczalność. Para wodna unosząca się z wnętrza domu w kierunku dachu zagraża materiałowi termoizolacyjnemu. Aby nie uległ on zawilgoceniu, musi być chroniony specjalną folią paroszczelną z polietylenu o minimalnej paroprzepuszczalności. Produkuje się także folie z warstwą aluminium, o grubości min. 0,2 mm, które skutecznie odbijają promieniowanie cieplne pochodzące z wnętrza domu. Nie wolno jej (membrana dachowa), którą stosuje się pod dachówkę, ponieważ wraz z upływem czasu drastycznie spadnie izolacyjność termiczna. Poddasze i stropodach najczęściej ociepla się wełną mineralną lub styropianem o grubości 15 – 30 cm, jednak ostatnio pojawił się nowy sposób – ocieplanie piankowe lub celulozowe z agregatu.
Na warstwy wykończeniowe poddasza mieszkalnego można zastosować deskowanie szczelne lub płyty gipsowo-kartonowe. Tynki można kłaść bezpośrednio na powierzchnię termoizolacji, przywiercając do odpowiednio przygotowanych profili lub desek (stelaż). Warto zwrócić uwagę, że mimo wielu zalet płyty gipsowo-kartonowe nie akumulują ciepła. Wady tej nie mają tynki cementowo-wapienne, które gromadzą ciepło i przez to znacznie polepszają mikroklimat wnętrza.
Ocieplanie dachu, stropu i poddasza skutecznie obniża straty ciepła, likwiduje mostki termiczne i wszelakie nieszczelności. Zmniejsza niekorzystne oddziaływania wysokich temperatur występujących latem (poprawia mikroklimat pomieszczeń na ostatniej kondygnacji), a w zimie eliminuje przemarzania ścian i dachów, a więc i ryzyka pojawiania się pleśni i grzybów w pomieszczeniach oraz podwyższenie komfortu cieplnego pomieszczeń ostatniej kondygnacji.

Ocieplenie fundamentów
Izolacja cieplna fundamentów jest niezmiernie ważna, gdyż jest on usytuowany przy gruncie w strefie przemarzania. Grubość izolacji waha się pomiędzy 6-10 cm, natomiast wysokość jest zależna od zagłębienia budynku w gruncie, ale nie powinna być niższa niż 1,2 m (jest to strefa przemarzania gruntu w Polsce). Najlepszym rozwiązaniem jest, gdy izolacja fundamentu ponad gruntem w sposób ciągły przechodzi w izolację ściany budynku. Unika się w ten sposób zbędnych mostków termicznych.
Pierwszy stopień to zabezpieczenie fundamentów przed zewnętrznym wpływem wilgoci. Wykonuje się go przez naniesienie
na pionowe ściany płynnej hydroizolacji z płynnej masy bitumicznej, która wypełnia wszystkie nierówności i szczeliny. Kolejnym etapem jest przyklejenie wodoodpornych płyt izolacyjnych, z polistyrenu ekstrudowanego (XPS). Jest to materiał o strukturze zamkniętych komór, dzięki czemu jest on odporny na zawilgocenie i przemarzanie. Montaż płyt izolacyjnych, może odbywać się bezpośrednio za pomocą masy izolacyjnej lub kleju. Ostatnim krokiem jest wykonanie odwodnienia obwodowego budynku. Ma ono na celu odprowadzenie nadmiaru wilgoci gromadzącej się w gruncie wokół budynku do ciągów drenażowych.

Rodzaje materiałów termoizolacyjnych

Styropian
To najczęściej stosowany materiał termoizolacyjny o niskim współczynniku przewodzenia ciepła 0,03–0,042 [W/(m·K)]. Są dwie odmiany styropianu: popularny polistyren ekspandowany EPS oraz styropian ekstradowany XPS – twardszy i lżejszy. Odmiany te wciąż modyfikowane i ulepszane poprawiają właściwości termoizolacyjne. Styropian to tworzywo sztuczne porowate (o porach zamkniętych), odporny na zwilgocenie. Jego wadą jest brak odporności na wysokie temperatury i ogień, przy zetknięciu się z nim zapala się, ale płomień się nie rozprzestrzenia. Powinien być zabezpieczony przed gryzoniami.

Wełna
• Wełna skalna powstaje ze skał, najcześciej bazaltu i gabro, roztopionych i rozwłóknionych w temperaturze powyżej 10000C. Występuje na rynku w postaci płyt miękkich, półtwardych i twardych, a także jako maty i granulaty. Jej współczynnik przewodzenia ciepła jest niski i wynosi od 0,031 do 0,045 [W/(m·K)].
Wełna skalna jest niepalna, trwała i ma bardzo dobre własności termoizolacyjne. Wełna skalna może być stosowana do wszystkich rodzajów ociepleń.
• Wełna szklana jest materiałem o właściwościach podobnych do wełny skalnej. Powstaje ze stłuczki szklanej i kwarcu, wyroby z niej produkowane to głównie płyty i maty. Jej współczynnik przewodzenia ciepła λ wynosi 0,033 - 0,039 [W/(m·K)].
• Wełna drzewna jest produkowana ze zmielonych i sprasowanych odpadów drzewnych, w postaci płyt lub mat. Przez dodanie spoiwa magnezowego otrzymuje się także płyty drzewno magnezowe, które posiadają dobre właściwości paroprzepuszczalne. Współczynnik przewodności ciepła oscyluje w granicy 0,039-0,042 [W/(m·K].

Pianki
• Pianka poliuretanowa PUR ma podobne właściwości do styropianu, jednak nieco lepsze własności izolacyjne. Jej współczynnik przewodzenia ciepła λ wynosi 0,0024 [W/(m·K)]. Stosuje się ją do ocieplania stropodachów przez natryskiwanie, a niekiedy stosuje się także płyty z pianki. Wydziela silnie toksyczne związki w przypadku pożaru. Jej wadą jest wrażliwość na promienie UV oraz podatność na uszkodzenia
• Pianka polietylenowa PEF występuje głównie w instalacjach grzewczych, wymiennikach ciepła, instalacjach wodociągowych pracujących w temperaturach do +100°C. Innymi produktami budowlanymi z pianki polietylowej są maty do podłóg pływających, paneli i wykładzin. Jej współczynnik przewodzenia ciepła λ wynosi 0,034 -0,039 [W/(m·K)].

Materiały celulozowe
Mogą być stosowane do ocieplania dachów połaciowych, stropodachów wentylowanych, ścian działowych dźwiękochłonnych oraz ścian konstrukcyjnych wykonywanych w szkielecie drewnianym lub metalowym. Materiały celulozowe występują na rynku w postaci luźnych włókien lub płyt prasowanych. Włókna celulozy zrobione są z makulatury i soli boru, mają zdolność wiązania wilgoci równocześnie nie tracąc właściwości izolacyjnych. Układa się ją na sucho lub mokro (natryskowo albo przez spienienie z agregatu pod ciśnieniem). Współczynnik przewodności ciepła dla tych materiałów to około 0,04 [W/(m·K)].

Keramzyt to fabrykat wytwarzany z gliny wypalanej w bardzo wysokiej temperaturze. Współczynnik przewodzenia ciepła to 0,055 - 0,065 [W/(m·K)]. Z keramzytu wykonuje się izolacje stropów albo podłóg, ma on także właściwość podciągania kapilarnego wody.

Perlit ekspandowany jest rodzajem uwodnionej skały pochodzenia wulkanicznego. Surowiec po zgranulowaniu w procesach wypalania oddaje wodę i silnie pęcznieje. Materiał wyjściowy służy do produkcji ogniotrwałych płyt i bloczków. Współczynnik przewodzenia ciepła 0,04-0,059 [W/(m·K)].

Płyta pilśniowa stosowana jest do izolacji dachów, podłóg i ścian. Współczynnik przewodzenia ciepła 0,04-0,06 [W/(m·K)]. Powszechnie stosowana w domach budowanych w technologii szkieletowej (szczególnie w „kanadyjczykach”).

Materiały krzemianowo-wapniowe (silikatowe), które wytwarzane są w procesie obróbki drobno zmielonych surowców: wapna (CaO) i piasku (SiO₂) w zawiesinie wodnej o niskiej zawartości cząstek stałych i dodatków. Współczynnik przewodzenia ciepła 0,031 [W/(m·K)].

Aerożele składają się z mieszanin krzemionkowo-powietrznych o różnych układach proporcji. Są to nowe rodzaje izolacji termicznych o niespotykanych w naturze właściwościach. Ich gęstość jest rzędu trzykrotnej gęstości powietrza, a przewodność cieplna w warunkach próżni 10-krotnie mniejsza niż izolacji z włókien szklanych. Są barwy przeźroczystej. Współczynnik przewodzenia ciepła 0,014 przy 5 mm oraz 0,016 przy 10 mm [W/(m·K)].

Granulat pollytag to lekkie kruszywo z lotnych popiołów, miału węglowego i bentonitu. Produkowane są z niego bloczki betonowe. Współczynnik przewodzenia ciepła to ok. 0,14 [W/(m·K)].

Folia termoizolacyjna stosowana jest do odbijania promieniowania cieplnego. Materiał ten zbudowany jest z dwóch warstw folii aluminiowej rozdzielonych polietylenową folią bąbelkową. 0,043-0,045 [W/(m·K)].

Termowizja w budownictwie
Coraz większym zainteresowaniem cieszą się audyty termograficzne sporządzane aparatem termowizyjnym. Badanie to przeprowadzane jest bezinwazyjną metodą oceny jakości izolacji termicznej elementów budynku.
Obejmuje ono:
• analizę ciągłości wykonania izolacji w przegrodach budowlanych
• analizę jakości montażu izolacji (sprawdzenie newralgicznych miejsc)
• analizę poprawnośi projektu izolacji
• poszukiwanie miejsc awarii instalacji wodnych, ogrzewania podłogowego, źródeł i zasięgu zawilgocenia powodującego pogorszenie właściwości cieplnych elementu budynku
• oceny jednorodności zastosowanej stolarki okiennej i drzwiowej
• ocena mostków termicznych przy wieńcach i połączeniu ściany z fundamentem
• wykrywanie nieszczelności obudowy budynku.
Rynek budownictwa termoizolacyjnego otwiera inwestorom szeroką paletę produktów i rozwiązań. Wybór rodzaju i grubości izolacji, zachowania efektywności cieplnej i odporności na czynniki zewnętrzne, łatwość montażu i obróbki to
najważniejsze parametry wszystkich materiałów. Wskazana jest jednak racjonalna i ekonomiczna kalkulacja. Ciekawym przykładem nieodpowiednich obliczeń jest wykonanie zbyt szczelnego ocieplenia budynków (efekt termosu) wraz z wymianą
okien o niewłaściwych parametrach, wskutek czego na wewnętrznych powierzchniach ścian (przy niewłaściwych parametrach wentylacji), może pojawiać się wilgoć i w konsekwencji wystąpić zagrzybienie. Komplementarność systemu termoizolacyjnego może przynieść wymierny skutek finansowy i komfort życia domowników.

Jak sprawić, aby nasze domy zużywały jak najmniej energii? Przede wszystkim powinniśmy zadbać o to, by nie marnować ciepła tzn., tak konstruować i ocieplać wszystkie przegrody budynku kontaktujące się z otoczeniem, aby przenikała przez nie minimalna ilość ciepła. Zapewniając odpowiednią izolację cieplną budynku, dobrej jakości okna i drzwi, ograniczamy straty ciepła do minimum. Planując budowę domu energooszczędnego, pamiętajmy, że kluczowym elementem jest zachowanie właściwej kolejności podejmowania decyzji. Budowę efektywnego energetycznie domu należy rozpocząć od wyboru właściwego projektu, a następnie zapewnić odpowiednią grubość izolacji termicznej przegród budowlanych. Dopiero w końcowej fazie - gdy mamy już dobrze zaprojektowany i optymalnie zaizolowany budynek - wybieramy system grzewczy. Budynek dobrze zaizolowany to budynek o mniejszym zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania, więc możemy wtedy wyposażyć go w mniejsze, czyli tańsze urządzenia do ogrzewania (kocioł, kolektor). Właśnie taka jest prawidłowa kolejność, pozwalająca zmniejszyć koszty budowy nowego domu, a przede wszystkich zapewnić jego tanie użytkowanie na pokolenia. Warto również pamiętać, by wybierać materiały najwyższej jakości od sprawdzonych i rekomendowanych producentów.

Autor: Jan Bobka