2. Ochrona cieplna budynków

Ochrona cieplna budynku to zabezpieczenie go przed nadmiernymi stratami energii z pomieszczeń o regulowanej temperaturze (pomieszczeń ogrzewanych lub chłodzonych) do otoczenia to znaczy atmosfery zewnętrznej, gruntu lub pomieszczeń o nieregulowanej temperaturze. Stopień ochrony cieplnej budynku przekłada się bezpośrednio na ich efektywność energetyczną budynku a co za tym idzie na koszty związane z utrzymaniem odpowiedniej temperatury w budynku.

2.1 Straty ciepła w budynku

Średni rozkład strat energii w budynkach jednorodzinnych oraz wielorodzinnych został przedstawiony na zdjęciu (Rysunek 3). Należy jednak pamiętać, że rzeczywiste proporcje powinny zostać wyznaczone poprzez obliczenia cieplne dla danego konkretnego budynku. Dodatkowo przedstawione proporcje znacznie się zmienią w przypadku np. termomodernizacji tylko jednego elementu jak ściany zewnętrzne. W takim przypadku wartość procentowego udziału strat przez ściany znacznie się zmniejszy a reszta wartości wzrośnie.

2.2 Przegrody budowlane

Jedną z metod zmniejszenia zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku jest poddanie termomodernizacji przegród budowlanych.

Przegrody budowlane – element budowli oddzielający jej wnętrze od otoczenia zewnętrznego lub też wydzielający w jej wnętrzu pomieszczenia. Rozróżnia się przegrody budowlane stałe i ruchome oraz pełne i ażurowe. Nazwę przegrody oświetleniowej nosi przegroda budowlana w całości lub części przezroczysta albo ażurowa, umożliwiająca dostęp światła do ograniczonego tą przegrodą pomieszczenia.

Rodzaje przegród w budynku:

• Ściany
• Dach
• Stropodach
• Stropy
• Podłoga na gruncie
• Okna
• Drzwi

2.2.1 Ściany zewnętrzne

W przypadku termoizolacji ścian zewnętrznych rozróżniamy dwie główne metody: ETICS oraz metodę lekką suchą. Metodę lekką suchą można wykorzystywać zarówno do izolacji od zewnątrz jak i od wewnątrz. System ETICS stosuje się od zewnątrz jednak istnieją podobne systemy do stosowania od wewnętrznej strony ścian.

W Polsce bardziej popularna od metody lekkiej suchej jest metoda ETICS w wariancie izolacji termicznej od zewnątrz przegrody.

ETICS (metoda lekka mokra)

system polegający na połączeniu warstwy izolacji z podłożem (ścianą) zaprawą klejącą najczęściej w połączeniu z łącznikami mechanicznymi. Następnie na warstwie izolacji w celu jej zabezpieczenia wykonuje się warstwę zaprawę klejąco-szpachlową zbrojoną najczęściej siatką z włókna szklanego. Na koniec całość wykańczana jest zaprawą tynkarską. 

Z ang. External Thermal Insulation Composite System – Złożony system zewnętrznej izolacji cieplnej. Dawniej BSO – bezspoinowy system ociepleń. Jeszcze dawniej metoda lekka mokra.

Metodę charakteryzują:

• Łatwość wykonania oraz jego niski koszt
• Niewielki ciężar własny
• Możliwość zamaskowania niedokładności i uszkodzeń elewacji
• Łatwość obróbki materiału izolacyjnego

Metoda klejona izolowania ścian zewnętrznych od wewnątrz

Metoda lekka sucha

w danej metodzie nie wykorzystywane są elementy „mokre” takie jak różne rodzaje zapraw. Wszystkie elementy izolacyjne i elewacyjne montowane są na łączniki mechaniczne (np. wkręty czy gwoździe). Podstawowym elementem danej technologii jest ruszt wykonany najczęściej z profili metalowych lub elementów drewnianych.

Metodę charakteryzują:

• Łatwy montaż
• Możliwość izolowania od wewnątrz jak i od zewnątrz

Ściany trójwarstwowe

rodzaj konstrukcji ścian składający się z warstwy konstrukcyjnej, warstwy izolacyjnej oraz warstwy okładziny znajdującej się po stronie zewnętrznej i decydującej o wyglądzie elewacji.

2.2.2 Dachy

Dachy najogólniej można podzielić na skośne i płaskie (stropodach). W zależności od rodzaju inny będzie sposób wykonywania ich termoizolacji.

Rodzaje dachów – podział

2.2.2.1 Izolacja termiczna dachu skośnego

Dachy izolowane od wewnątrz (izolacja międzykrokwiowa)

Materiał termoizolacyjny umieszczany jest między krokwie. Dodatkowo dobrze jest zastosować warstwę termoizolacji od wewnątrz przykrywającą elementy konstrukcyjne redukując w ten sposób mostki termiczne spowodowane  przez krokwie.

Jest to najbardziej popularny sposób izolacji dachów skośnych. Charakteryzuje go łatwość wykonania szczególnie przy modernizowaniu lub adaptacji poddaszy gdyż nie ingeruje się w pokrycie dachu.

Do wykonania takiej izolacji można stosować różne materiały między innymi:

• Wełny mineralne
• Płyty EPS, XPS lub PIR
• Płyty drzewne
• Nadmuchiwane granulaty
• Piany natryskowe
• Oraz inne materiały termoizolacyjne

Dachy izolowane od zewnątrz (izolacja nakrokwiowa)

W tym przypadku płyty termoizolacyjne układane są od zewnątrz bezpośrednio na krokwie. Głównymi zaletami tego rozwiązania są:

• Brak powstawania mostków termicznych spowodowanych konstrukcją dachu (mostki spowodowane krokwiami)
• Ciągłość izolacji w połączeniu z izolacją ścian zewnętrznych
• Bark pomniejszenia pomieszczenia wewnątrz budynku
• Walory estetyczne – widoczna więźba dachowa

Minusem tego rozwiązania w przypadku adaptacji poddasza lub renowacji jest konieczność ponownego wykonania pokrycia dachowego.

Do wykonania takiej izolacji można stosować różne materiały między innymi:

• Wełnę mineralną utwardzoną
• Płyty XPS lub PIR
• Płyty drzewne
• Oraz inne materiały termoizolacyjne

2.2.2.2 Izolacja termiczna stropodachu

Izolacja termiczna stropodachów pełnych

Stropodach pełny – wszystkie warstwy do siebie przylegają (warstwa konstrukcyjna (np. żelbet), warstwa termoizolacyjna i warstwa hydroizolacyjna).

Stropodachy pełne można podzielić na dwa rodzaje: o klasycznym układzie warstw i o odwróconym układzie warstw.

Stropodach pełny o klasycznym układzie warstw – izolacja termiczna układana jest bezpośrednio na część konstrukcyjną zabezpieczoną paroizolacją. Termoizolacja najczęściej montowana jest za pomocą łączników mechanicznych ale istnieją systemy klejone oraz systemy klejone z łącznikami mechanicznymi. Na tak zamontowaną izolację termiczną układane jest pokrycie dachowe, najczęściej papa lub membrana EPDM. Nawierzchnia stropodachu o klasycznym układzie warstw zależy od sposobu jego użytkowania, może ona być wykończona np. płytami betonowymi, żwirem, pozostawiona może być nieprzykryta hydroizolacja lub całość może być przykryta odpowiednim systemem w celu uzyskania stropodachu zielonego (stropodachu z roślinnością).

Stropodach pełny o odwróconym układzie warstw – hydroizolacja układana jest bezpośrednio na warstwę konstrukcyjną. Termoizolacja układana jest na wierzchu hydroizolacji zabezpieczając ją w ten sposób przed zniszczeniem i ewentualnymi awariami związanymi z zalaniami. Dany rodzaj stropodachu pełnego najczęściej stosuje się aby uzyskać stropodach zielony. Należy jednak pamiętać, że to że stropodach jest zielony nie oznacza to, że układ warstw jest odwrócony ponieważ może to być klasyczny układ warstw. Istnieją również inne rodzaje wykończenia stropodachów o odwróconym układzie warstw.

W obydwu przypadkach stropodachy o klasycznym układzie warstw czy odwróconym układzie warstw istotnym jest aby zapewnić dobre odwodnienie stropodachu.

Izolacja termiczna stropodachów odpowietrzanych

Izolacja termiczna wykonywana jest podobnie jak w przypadku stropodachów pełnych. Od stropodachu pełnego odróżnia go natomiast specjalna warstwa o kanalikowej strukturze, która umożliwia usuwanie wilgoci znajdującej się pod hydroizolacją. Jedną z metod uzyskania danej warstwy kanalikowej jest zastosowanie specjalnej papy perforowanej lub kanalikowej.  Dodatkowo stropodach odpowietrzany powinien być wyposażony w kominki odpowietrzające.

Stropodachy odpowietrzane znajdują zastosowanie w przypadku ryzyka zbierania się wilgoci pod warstwą hydroizolacji.

Izolacja termiczna stropodachów wentylowanych

Stropodachy wentylowane znacznie różnią się w budowie od innych stropodachów. Hydroizolacja oddzielona jest od izolacji termicznej przestrzenia wentylowana.

Zalety:

• Usuwanie wilgotnego powietrza
• Zmniejszenie ryzyka zawilgoceń kondensacyjnych
• Przy ewentualnym zawilgoceniu izolacji odpowiednia wentylacja osuszy materiał
• Zmniejszenie ryzyka nadtapiania się śniegu zimą
• Zmniejszenie ryzyka powstawania pęcherzy pod papą latem

Wady:

• Duża niewykorzystana przestrzeń – przy stropie dwudzielnym

2.2.3 Strop nad piwnicą

Izolacja termiczna stropu nad piwnicą wykonywana może być za pomocą różnych dostępnych materiałów takich jak wełny czy płyty EPS, XPS lub PIR. W przypadku budynku istniejącego dobrym rozwiązaniem może okazać się wykorzystanie piany natryskowej. Dana metoda umożliwia prostsze izolowanie trudno dostępnych miejsc i ma bardzo dobre właściwości izolacyjne.

2.2.4 Podłoga na gruncie

Dobra termoizolacja podłogi w budynku jest ważnym elementem każdej budowy. Najlepszym rozwiązaniem w takim przypadku jest zastosowanie systemu pozwalającego na wykonanie płyty na gruncie całkowicie odcinającą elementy konstrukcyjne od gruntu izolacją termiczną.

W przypadku braku możliwości wykorzystania takiego rozwiązania istnieje też sposób wykonania izolacji termicznej w bardziej tradycyjny sposób, pod posadzką betonową pomiędzy ścianami. Takie rozwiązanie ma jednak więcej wad gdyż poprzez brak ciągłości izolacji termicznej spowodowanych ścianami zwiększają się straty energii.

2.2.5 Stolarka otworowa (okna i drzwi)

Okna

Typ okien ze względu na miejsce montażu:

Elewacyjne (fasadowe)

Dachowe (połaciowe)

Elementy konstrukcji okna

• pakiety szybowe – 2, 3 lub 4 szyby. Komory międzyszybowe są wypełnione gazem szlachetnym argonem, kryptonem lub ksenonem. Obecnie normą jest stosowanie pakietów szybowych o współczynniku Ug poniżej 1,1 W/(m² ∙ K), za energooszczędne natomiast uznaje się takie o wartości współczynnika na poziomie 0,5-0,6 W/(m² ∙ K).
• profile okienne (ramy) – tu najbardziej istotna jest szerokość (im jest większa, tym posiada lepsze właściwości termoizolacyjne) oraz rodzaj wzmocnień („cieplejsze” są te wykonane z tworzyw sztucznych).
• okucia – w oknach o wysokim stopniu energooszczędności, zaleca się stosowanie okuć w całości schowanych w suchej komorze pomiędzy skrzydłem a ramą okna. Brak zawiasów nawierzchniowych zapobiega powstawaniu mostków termicznych, zachowana jest także ciągłość uszczelki na całej jej długości.

Ramy okienne

Część konstrukcyjna okna, czasem nazywana ościeżnicą, która utrzymuje okno w przegrodzie.

Wyróżniamy typy ram okiennych ze względu na materiał produkcji:

• Drewniane
• Z tworzywa sztucznego (PVC)
• Aluminiowe
• Aluminiowo drewniane

Nawiewniki okienne

Okienny nawiewnik powietrza to niewielkie urządzenie montowane na szczelinach w górnej części ramy okna lub pomiędzy górną częścią ramy okna, a nadprożem.

Podstawowym zadaniem nawiewnika jest zapewnienie kontrolowanego przepływu powietrza z zewnątrz do wewnątrz pomieszczeń.

Nawiewniki okienne to urządzenia automatyczne, ale nie elektryczne – nie wymagają zasilania, a ich eksploatacja nic nie kosztuje.

Drzwi

O izolacyjności termicznej drzwi wejściowych decyduje warstwa ocieplenia. Istotny jest jednak także materiał, z którego wykonano skrzydło drzwi. Dobrą izolacyjność termiczną mają:

• drzwi zewnętrzne drewniane od 1,2 do 1,4 W/(m²·K);
• drzwi zewnętrznych drewnianych ocieplanych od 0,9 do 1,3 W/(m²·K);
• drzwi zewnętrznych z PVC osiąga on wartość od 1,1 do 1,3 W/(m²·K).

Montaż drzwi i okien

Prawidłowy montaż ma bardzo istotny wpływ na efektowność energetyczną budynku. Przy błędnym wykonaniu prac związanych z montażem stolarki pogorszyć może się szczelność budynku oraz zwiększa się wpływ mostków termicznych.

„Ciepły montaż” czyli montaż stolarki w warstwie izolacji przy użyciu specjalnie dostosowanych systemów charakteryzuje się najlepszymi wynikami redukcji mostków cieplnych.

Istnieją różne rozwiązania montażowe, między innymi konsole stalowe, profile XPS oraz elementy kompozytowe.

Orientacja okien

Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na bilans energetyczny budynku jest orientacja okien. Należy zwracać uwagę na:

• Optymalne wykorzystanie promieniowania słonecznego w okresie grzewczym (przeszklenia od strony południowej).
• Ograniczenie przeszkleń od wschodu oraz zachodu (przegrzewanie budynku latem).
• Ograniczenie przeszkleń od północy (minus energetyczny).
• Wykorzystanie elementów naturalnych jako zacieniające (np. drzewa).
• Inne elementy zacieniające ograniczające przegrzewanie budynku latem (np. rolety lub daszki).

2.2.6 Wymagania izolacyjności cieplnej stawiane przegrodom budowlanym

W polski prawodawstwie zostały określone minimalne wymagania U (współczynnika przenikania ciepła) jakie muszą spełnić przegrody budowlane. Wymagania dotyczą budynków nowych, modernizowanych i rozbudowywanych. [Obwieszczenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2022 poz. 1225)].

*założenia uproszczone. Pełen spis wymagań dotyczący izolacyjności cieplnej przegród znajduje się w dokumencie „Obwieszczenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2022 poz. 1225)]”

2.3 Zalety ocieplenia budynku

• korzyści ekonomiczne – zmniejszenie kosztów eksploatacji budynku, zmniejszenie kosztów ogrzewania poprzez ograniczenie zużycia energii
• korzyści zdrowotne – zwiększenie bezpieczeństwa zdrowotnego (ciepło, zmniejszenie wilgotności, pleśni), większy komfort użytkowania budynku
• korzyści ekologiczne – spowolnienie eksploatacji nieodnawialnych źródeł energii, zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, uniknięcie kosztów zewnętrznych spowodowanych zmianami klimatu
• korzyści gospodarcze – zmniejszenie energochłonności gospodarki, poprawa konkurencyjności gospodarki, poprawa bezpieczeństwa energetycznego, uniezależnienie od importu surowców energetycznych

Podstawowym celem ocieplenia przegród jest poprawa izolacyjności termicznej, a w ten sposób zmniejszenie strat ciepła w budynku. 

Ocieplenie powoduje także:

• podwyższenie temperatury na wewnętrznej powierzchni ściany, co ma dodatni wpływ na warunki użytkowe
• wyeliminowanie możliwości skraplania się pary wodnej i powstania pleśni na powierzchni ściany
• uszczelnienie powierzchni ściany (eliminacja przecieków i przemarzań)
• zwiększenie trwałości ściany przez zmniejszenie wpływów cieplno-wilgotnościowych
• poprawa wyglądu budynku – odświeżona, estetyczna elewacja

2.4 Materiały izolacyjne

Uzyskanie odpowiednich parametrów współczynnika przenikania ciepła przegród możliwy jest dzięki zastosowaniu materiałów izolacyjnych o odpowiednich parametrach i dobranych grubościach.

Parametry opisujące właściwości izolacyjności przegród:

Współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)]

Określa izolacyjność materiałów – im niższa wartość tym lepszy materiał pod względem izolacyjności

Współczynnik przenikania ciepła U [W/(m²K)]

Zależy bezpośrednio od współczynnika przewodzenia ciepła λ materiału oraz od jego grubości. 

Im mniejsza wartość U tym mniejsza strata ciepła

Opór cieplny R [(m²K)/W]

Odwrotność współczynnika U

Im większa wartość R tym mniejsza strata ciepła

2.4.1 Styropian

Tworzywo sztuczne, produkowane w płytach o różnej grubości. Stosowane są płyty w kilku odmianach twardości, różniące się gęstością objętościową.

Materiał odporny na zawilgocenie, posiada dobre właściwości termoizolacyjne. Jest nieodporny na wysokie temperatury i ogień.

• Styropian EPS polistyren ekspandowany. Mniejsza odporność mechaniczna. Struktura porowata zwiększająca nasiąkliwość. Stosowany np. na elewacjach.
  λ = 0,030-0,045 λλ = 0,030-0,045 [𝑊 / 𝑚∙𝐾]
• Styropian XPS polistyren ekstrudowany. Większa odporność mechaniczna. Struktura zwarta zmniejszająca nasiąkliwość materiału. Nadaje się do stosowania w miejscach narażonych na działanie wody oraz większe obciążenia mechaniczne np. izolacja ściany przy gruncie.

Przekrój przez styropian EPS (dwa górne przekroje) i styropian XPS (przekrój na dole)

2.4.2 Wełna mineralna

• Materiał z włókien mineralnych
• Występuje w postaci płyt miękkich, półtwardych i twardych, a także jako maty, filce i granulaty
• Płyty mają zwykle szerokość 500 mm, długość 1000 lub 2000 mm i grubości od 40 do 100 mm
• Wełna mineralna jest niepalna, trwała i ma bardzo dobre właściwości termoizolacyjne
• Do ocieplenia ścian stosuje się odmianę twardą
• Płyty miękkie mają zastosowanie do ocieplania stropów, poddasza, połaci dachowych i lekkich ścian osłonowych
• Na dachach pod bezpośrednie krycie papą stosuje się płyty twarde

2.4.3 Beton komórkowy

• Piasek kwarcowy, cement, popiół, wapno
• Im mniejsza gęstość wyrobu, tym jego izolacyjność termiczna jest lepsza
• Materiał paropszepuszczalny
• Łatwy w obróbce

2.4.4 Pianka poliuretanowa

Wszechstronne zastosowanie w budownictwie – wykorzystywane są głównie do uszczelniania ościeżnic drzwiowych i okiennych, wypełniania i izolacji elementów instalacji c.o. i wod-kan, wypełniania i wygłuszania ścian działowych, izolacji termicznej i akustycznej podłóg, poddaszy, dachów.

Służy też do wypełniania szczelin w złączach ściennych i stropowych oraz między płytami materiału dociepleniowego w systemach dociepleń ścian zewnętrznych.