Grubość warstwy izolacji termicznej elewacji budynku – granice rozsądku.
Dynamiczny wzrost cen nośników energii począwszy od kryzysu paliwowego lat
siedemdziesiątych w połączeniu z coraz głośniejszymi nawoływaniami do ograniczania emisji
gazów cieplarnianych sprawiają, iż coraz szersze grono projektantów i inwestorów zaczyna
zauważać pozytywne strony zwiększania grubości warstwy izolatora stosowanej do ocieplania
fasad budynków nowo wznoszonych, jak i poddawanych termorenowacji.
O ile za pozytywne należy uznać przejście od pustek powietrznych, ewentualnie szczelin
grubości 3-5cm wypełnianych płytami styropianu, wełny mineralnej czy wdmuchiwanymi
granulatami włókien celulozowych albo pianką krylaminową do aplikowanych na zewnętrznej
powierzchni ściany systemowych rozwiązań typu BSO (według unijnej nomenklatury ETICS) o
grubości izolatora rzędu kilkunastu cm, o tyle należy baczniej zastanowić się nad propozycjami
zwiększania tej grubości w nieskończoność.
Jeszcze nie tak dawno uznawano 18cm wełny mineralnej jako zupełnie wystarczającą
efektywną izolację cieplną lekkich budynków szkieletowych w strefie podbiegunowej, a obecnie
jesteśmy konfrontowani z projektami uwzględniającymi stosowanie 40-50cm izolatora na
murowanej z lekkich bloczków ścianie domu pasywnego.
Z biegiem lat wymagania odnośnie ochrony cieplnej budynków stawały się coraz bardziej
restrykcyjne. Od lat osiemdziesiątych dopuszczalna wartość współczynnika U dla ścian
zewnętrznych budynków została istotnie zredukowana z 0,75 przez 0,55 do obecnego poziomu
0,30W/m
2
K.
Biorąc pod uwagę dynamikę wzrostu cen nośników energii, kurczenie się zasobów paliw
kopalnych oraz dyskusję na temat efektu cieplarnianego musimy się spodziewać dalszego
zaostrzania wymogów wobec tego parametru.
Od czasu wybuchu wojny w Zatoce Perskiej ceny paliw rosną niesamowicie szybko (cena
giełdowa ropy naftowej przekroczyła niedawno psychologiczną barierę 100 dolarów
amerykańskich za 1 baryłkę). Wynika z tego szybsze tempo zwrotu nakładów inwestycyjnych
poniesionych na izolację termiczną budynku, ale z drugiej strony mamy do czynienia ze
wzrostem cen materiałów budowlanych, w tym izolacyjnych, wynikającym z podniesienia
kosztów wytworzenia, co z kolei wywołane jest wzrostem cen paliw... O negatywnym wpływie
tego zjawiska na tempo zwrotu inwestycji nie trzeba nic więcej dodawać.
Parametrem, jaki należy tu przeanalizować jest koszt wykonania 1m
2
systemu ociepleniowego.
Biorąc pod uwagę jednakowy koszt przygotowania podłoża i wykończenia ocieplonej elewacji
(warstwa zbrojona i tynk cienkowarstwowy) koszty kompletnego ocieplenia na podstawie ZKNR
- C1 kształtują się jak na wykresie 1.
132,57
151,71
169,92
405,05
71,76
191,26
219,55
260,03
297,83
0,00
5
0,00
0,00
10
1 0,00
5
2 0,00
0
250,00
3 0,00
0
350,00
400,00
450,00
0
5
10
15
20
30
40
50
100
grubo
ść izolatora [cm]
koszt 1m
2
[PLN]
Wykres 1: Cena 1m
2
systemu ociepleń w zależności od grubości warstwy izolatora
W przeliczeniu na 1cm warstwy izolatora koszt wykonania 1m
2
systemu kształtuje się jak na
wykresie 2. W tym momencie bardziej opłacalne wydaje się instalowanie jak najgrubszych
ociepleń.
30,00
26,51
koszt /1cm [PLN]
25,00
20,00
15,17
15,00
11,33
9,56
7,32
10,00
6,50
5,96
4,05
5,00
0,00
5
10
15
20
30
40
50
100
grubo
ść izolatora [cm]
Wykres 2: Cena 1m
2
systemu ociepleń w przeliczeniu na 1cm w zależności od grubości
warstwy izolatora
Niestety, do powyższych cen należy dodać koszty wynikające z zawiłości technicznych
związanych z instalacją płyt termoizolacyjnych o grubości przekraczającej 20 cm, problemy z
dostępnością elementów galanterii, jak listwy startowe, czy łączniki mechaniczne dla tak dużych
grubości ocieplenia. Instalowanie płyt izolatora o grubości kilkudziesięciu centymetrów staje się
trudne do wyobrażenia również z punktu widzenia technologii robót i BHP: aby zapewnić
miejsce na zainstalowanie warstwy izolatora, rusztowanie należałoby ustawić w znacznej
odległości od docieplanej ściany, to z kolei powoduje znaczne zagrożenie bezpieczeństwa
pracowników. Poza tym typowe rusztowanie nie jest w stanie zapewnić przestrzeni
wystarczającej do transportu i obróbki tak grubych elementów.
Celem inwestycji termorenowacyjnych, których najczęstszym elementem jest zastosowanie
systemów ociepleń na elewacji, jest poprawa charakterystyki energetycznej budynku, czyli w
konsekwencji ograniczenie kosztów finansowych i środowiskowych eksploatacji obiektu. Udział
niedostatecznie ocieplonych ścian zewnętrznych wśród ogółu strat ciepła z budynku określany
jest na poziomie 30-40%. Jego trwałe ograniczenie o kilkadziesiąt procent poprzez instalację
systemu ociepleń jest możliwe do osiągnięcia w dość prosty sposób.
Przeanalizujmy zatem zależności współczynnika U ścian od grubości warstwy izolatora, na
przykładzie najbardziej popularnych rozwiązań materiałowych konstrukcji murowych, jak z
jednej strony mury jednowarstwowe z betonu komórkowego klasy 700 o grubościach od 24 do
48cm, i z cegły pełnej (25 do 63cm), z drugiej układ trójwarstwowy z cegły kratówki (25cm +
5cm izolacji + 12 cm).
2,5
1,927
1,454
1,185
0 988
2
d = 63cm
d = 50cm
d = 38cm
d = 25cm
U [W/m
2
K]
1,5
0,565
0,516
0,478
0 442
1
0 331
0,314
0 299
0,285
0 234
0 225
0,218
0,210
0,181
0 176
0,171
0 166
0 125
0,122
0,120
0,117
0,095
0,094
0,092
0,091
0,077
0,076
0,075
0,074
0,039
0,039
0 039
0 038
0,5
0
0
5
10
15
20
30
40
50
100
Grubo
ść EPS [cm]
Wykres 3: Zależność współczynnika
U
ściany dwuwarstwowej (mur z cegły pełnej o grubości d
plus system ociepleń ETICS) od grubości muru i izolatora
1,2
Wykres 4: Zależność współczynnika
U
ściany dwuwarstwowej (mur z betonu komórkowego
klasy 700 o grubości d plus system ociepleń ETICS) od grubości muru i izolatora
Wykres 5: Zależność współczynnika
U
ściany trójwarstwowej z cegły kratówki (25cm + 5cm
EPS + 12cm) z dodatkowym ociepleniem ETICS od grubości izolatora
Na wszystkich powyższych wykresach można zauważyć, że przy grubości ocieplenia 30cm i
więcej, przestaje mieć większe znaczenie budowa samej ściany poddawanej ocieplaniu: bardzo
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
5
10 15
20
30
m
40
50
100
Grubo
ść EPS [c ]
U [W/m
2
K]
d = 24cm
d = 36cm
d = 48cm
1 006
0 717
0 557
0 446
0 378
0 286
0 328
0 211
0 257
0 167
0 118
0 194
0 233
0,091
0 156
0 074
0 180
0 112
0 147
0 088
0 038
0 072
0 107
0 085
0 070
0 038
0 037
0
0,05
,1
0
0,15
,2
c
U [W/m
2
K]
0,141
0,171
0,217
0,298
Grubo
ść EPS [
20
15
0 5 10
0,25
,3
0
0,35
,4
0
0,45
0,5
0
0,476
0,104
0,083
0,068
0,037
30
m]
40
50
100
zbliżone wartości współczynnika U uzyskuje się np. dla 25cm cegły ceramicznej pełnej (0,125
W/m
2
K) i 48cm betonu komórkowego (0,107).
Na wszystkich wykresach można także zaobserwować, iż wraz ze wzrostem grubości izolatora
występuje spadek istotności dalszego zwiększania grubości izolacji z punktu widzenia wielkości
redukcji współczynnika przenikania ciepła.
Na poniższych diagramach przedstawiono zależności zmiany współczynnika
U
od jednostkowej
zmiany grubości izolatora (o 1cm) przy przedstawionych powyżej wariantach rodzaju podłoża i
grubości systemu ociepleń.
0,3
0,2724
0,1876
d=25cm
d=38cm
d = 63cm
d=50cm
0,25
0,1414
0,1
0
∆
U
[W/m
2
K/cm
]
0,2
,15
0,1092
0,0468
0,0194
0,0404
0,0106
0,0056
0,0178
0,003
0,00076
0,0018
0,0358
0,0098
0,0054
0,0162
0,0028
0,00074
0,0018
0,0314
0,0094
0,0051
0,015
0,0028
0,00072
0,0017
0,0088
0,05
0,0049
0,0026
0,00072
0,0017
0
10
15
20
30
grubo
ść EPS [cm]
40
50
100
5
Wykres 4: Wpływ jednostkowego przyrostu grubości warstwy izolacji termicznej (o 1 cm) na
redukcję wartości współczynnika
U
ściany dwuwarstwowej (mur z cegły pełnej o grubości d plus
system ociepleń ETICS) od grubości muru i izolatora.
0,12
0,1120
0,0678
0,1
∆
U [W/m
2
K/cm]
0,0458
0,08
d = 48cm
0,06
0,0320
d = 36cm
d = 24cm
0 242
,0
0,015
0,04
0,0088
0,019
0,0126
0,0049
0,0027
0,0017
0,00072
0,0076
0,0106
0,0044
0,02
0,0024
0,0016
0,00068
0,0066
0,004
0,0022
0,0015
0, 0066
0
0
5
10
15
20
30
40
50
100
grubo
ść EPS [cm]
Wykres 5: Wpływ jednostkowego przyrostu grubości warstwy izolacji termicznej (o 1 cm) na
redukcję wartości współczynnika
U
ściany dwuwarstwowej (mur z betonu komórkowego klasy
700 o grubości d plus system ociepleń ETICS) od grubości muru i izolatora
Efektywno
ść przyrostu grubości ocieplenia
0,0092
0,006
0,0037
0,0021
0,0015
0,00062
0,0356
0,0162
0
0 05
,0
,01
0
0 15
,0
,02
0
0 25
,0
,03
0
0 35
,0
0,04
5
10
15
20
30
cm
40
50
100
grubo
ść EPS [
]
∆
U
[W/m
2
K
/c
m
]
Wykres 6: Wpływ jednostkowego przyrostu grubości warstwy izolacji termicznej (o 1 cm) na
redukcję wartości współczynnika
U
ściany trójwarstwowej z cegły kratówki (25cm + 5cm EPS +
12cm) z dodatkowym ociepleniem ETICS od grubości izolatora
Dla przykładu każdy centymetr izolatora zainstalowany w formie pierwszych 5cm warstwy na
nieocieplonej ścianie powoduje średnio redukcję wartości współczynnika przenikania ciepła
porównywalną do efektu, jaki daje zwiększenie grubości warstwy izolatora o 10cm z 20 do
30cm.
W naszym kraju do niedawna granica grubości warstwy materiału izolacji termicznej (styropianu
czy wełny mineralnej) w systemach ociepleń określona była na 20cm, co wynikało z klasyfikacji
ogniowych stanowiących podstawę do udzielenia Aprobaty Technicznej przez ITB.
Producenci systemów ociepleń, walcząc z niedogodnościami przepisów regulujących zasady
zamówień publicznych (np. przetargi na ocieplanie budynków zarządzanych przez spółdzielnie
mieszkaniowe) zabraniające wpisywania konkretnych nazw handlowych materiałów, czy
systemów, poradzili sobie z tym problemem uzyskując klasyfikacje i aprobaty na systemy o
grubości przekraczającej 20 cm, o np. następne 5cm.
Badania Zakładu Badań Ogniowych ITB przeprowadzone na zlecenie jednego z członków
Stowarzyszenia na rzecz Systemów Ociepleń pokazują, że można uzyskać pozytywną
klasyfikację nawet w przypadku 50cm grubości ocieplenia ze styropianu.
fot 1
Badanie miało na celu określenie możliwości technicznych i stopnia ryzyka pożarowego w
wypadku stosowania tak grubych warstw między innymi do wykonywania dekoracyjnych
elementów architektonicznych, czy - co niestety częściej występuje – wyrównywania ubytków i
nierówności podłoża na elewacji ocieplanego budynku.
Europejska dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD), która
weszła w życie 16 grudnia 2002 roku i miała zostać włączona w ustawodawstwo krajów
członkowskich Unii Europejskiej w 2006 roku, ma na celu poprawę ogólnej efektywności
energetycznej nowobudowanych budynków oraz dużych budynków już istniejących, będących w
trakcie gruntownej modernizacji. Ponieważ sektor budowlany jest odpowiedzialny za około 40%
całkowitego zużycia energii w Europie, dyrektywa EPBD jest dla Unii Europejskiej ważnym
krokiem na drodze do osiągnięcia poziomu zużycia energii wymaganego przez Protokół z Kioto;
UE zobowiązała się do 2010 roku zredukować emisję CO
2
o 8 % w stosunku do danych z roku
1990.
Wpływ dyrektywy EPBD został oceniony we wcześniejszych opracowaniach wykonanych na
zlecenie Stowarzyszenia Eurima (Europejskie Stowarzyszenie Producentów Materiałów
Izolacyjnych) dotyczących potencjalnych oszczędności finansowych, inwestycji oraz redukcji
emisji CO
2
. Wszystkie one zostały zrealizowane przez instytut ECOFYS. Podstawą analiz jest
model energetyczny ECOFYS europejskiego sektora budowlanego BEAM (Built Environment
Analysis Model).
Raport ECOFYS VII bazujący na prognozach World Energy Outlook 2006 opracowanych przez
Międzynarodową Agencję Energii (IEA), uwzględniając przewidywane wzrosty cen nośników
energii do roku 2035, proponuje obniżenie wartości współczynnika
U
dla ścian w naszym kraju
do poziomu 0,18
-
0,19W/m
2
K dla budynków nowowznoszonych oraz poddawanych
termorenowacji, z założeniem dobrego wykorzystania trwałości systemu ociepleń.
Na podstawie powyższych danych można stwierdzić, że rozsądna granica grubości systemu
ociepleń oscyluje wokół 20cm, z wyłączeniem miejsc występowania szczególnie intensywnych
strumieni cieplnych. Przy tej grubości warstwy izolatora wartość współczynnika U jest z reguły
niższa od 0,18W/m
2
K, co przy obecnie obowiązujących wymaganiach na poziomie 0,30W/m
2
K
jest rozwiązaniem dość perspektywicznym. Dalsza redukcja energochłonności budynku powinna
się odbywać poprzez ograniczanie pozostałych czynników negatywnie wpływających na jego
charakterystykę energetyczną.
Z drugiej strony należy zauważyć, iż instalowanie ociepleń o znacznie niższej efektywności (aby
uzyskać spełnienie obecnie obowiązujących wymogów prawno-technicznych lub jakąkolwiek
poprawę sytuacji cieplno-energetycznej obiektu) jest, przy uwzględnieniu wspomnianej we
wstępie dynamiki kosztów energii działaniem nieco krótkowzrocznym. Można się spodziewać
zaostrzania wymogów w tym zakresie w niedalekiej przyszłości.
------
Wszystkie powyższe analizy zostały przeprowadzone w oparciu o materiał termoizolacyjny,
jakim jest typowy styropian ekspandowany stosowany powszechnie w pracach
termorenowacyjnych EPS 15-040 do EPS 20-040 (λ=0,040W/mK). W wypadku wełny mineralnej
o porównywalnej przewodności cieplnej nieco inaczej wyglądałyby jedynie wyniki analiz
kosztowych. Stosowanie wyższej jakości styropianów o λ sięgającym 0,031W/mK, płyt z
ekstrudowanego poliuretanu (λ=0,025W/mK) czy wysokiej jakości materiałów włóknistych
pozwoli uzyskać zbliżone efekty energetyczne przy odpowiednio mniejszych grubościach
warstwy izolacji. Niestety pozostaje jeszcze strona bilansu kosztów...