Dlaczego należy badać styropian?
Nowy, kilkukondygnacyjny budynek wykonany z nowoczesnych materiałów, ocieplony metodą lekką mokrą z 12 centymetrową warstwą styropianu oddany do użytku 5 lat temu staje w płomieniach. Z nieznanej przyczyny, w pomieszczeniu garażowym usytuowanym pod częścią mieszkalną budynku, w ciągu kilku minut rozwinął się pożar, który przedostał się przez wrota wjazdowe i objął północną elewację budynku. Jeszcze przed przyjazdem straży pożarnej wyziewy styrenu dotarły kanałami wentylacyjnymi do pomieszczeń na najwyższej kondygnacji, a języki ognia, poprzez rozszczelniające się pod wpływem temperatury okna, zaczęły dostawać się do pomieszczeń usytuowanych bezpośrednio nad holem garażowym.
To jest niestety opis rzeczywistej tragedii, która rozegrała się w na jednym z poznańskich osiedli i została opisana w październikowym numerze Materiałów Budowlanych (1). Nie ma wątpliwości, że w opisanym wyżej wypadku przyczyną szybkiego rozprzestrzenia się pożaru był styropian samogasnący użyty do ocieplenia ścian zewnętrznych budynku oraz stropu w holu garażowym. Ta popularna technologia ocieplania ścian zewnętrznych, tzw. metoda lekka mokra (bezspoinowy system ociepleń) wykorzystująca jako materiał izolacyjny styropian budzi coraz więcej kontrowersji i to nie tylko w środowisku inżynierów i techników pożarnictwa.
Badania właściwości ogniowych ociepleń ze styropianem są konieczne ponieważ zagrażają życiu. Obawiają się mieszkańcy nowobudowanych budynków jak i ci którzy zdecydowali się ocieplić ściany budynków starych. O swoje życie obawiają się również strażacy. W czasie akcji ratunkowych gorący, stopiony styren spływa po elewacji i naraża ratowników na poparzenia.
Utarło się przeświadczenie, że styropian jest tani i bezpieczny. Duża część wykonywanych w Polsce prac termoizolacyjnych oparta jest na systemach wykorzystujących jako materiał izolacyjny płyty styropianowe. Teraz w obliczu zdarzających się tragedii coraz częściej mówi się o zaostrzeniu norm określających parametry techniczne ociepleń zewnętrznych budynków mieszkalnych. Ta sytuacja powoduje również inne spojrzenie na ekonomiczną stronę prac ociepleniowych. Uznawana za droższą, technologia wykorzystująca płyty z wełny mineralnej jest - w przeciwieństwie do płyt styropianowych - całkowicie niepalna, a potwierdzają to liczne badania laboratoryjne. Teraz, w obliczu pojawiających się coraz częściej opinii płynących z różnych środowisk pora zweryfikować dotychczasowe opinie na temat materiałów izolacyjnych używanych w budownictwie. Tylko rzetelne badania przeprowadzone przez niezależne ośrodki badawcze może mogą dostarczyć argumentów i przekonać architektów, inwestorów, nadzór budowlany, audytorów energetycznych, środowiska opiniotwórcze, wreszcie użytkowników, że pozornie wyższe koszty początkowe w pierwszej fazie termomodernizacji czy ocieplenia nowego budynku dają realne oszczędności i przede wszystkim niezmiernie trudne do wyceny bezpieczeństwo użytkowania.
Styropian oczywiście poddawany był wielokrotnie badaniom. Jednak te sprzed kilku lat przeprowadzano na ociepleniach z cienką warstwą styropianowej izolacji cieplnej. Do końca 1997 roku, gdy badano wyłącznie ocieplenia na bazie 5 cm warstwy styropianu, wszystkie układy, z wyjątkiem jednego, zawierającego siatkę polipropylenową, a nie z włókna szklanego, uzyskały klasyfikacje NRO (nie rozprzestrzeniające ognia), co wystarczało do uznania styropianu bezpiecznym materiałem budowlanym. W myśl przepisów płyty styropianowe można bezpiecznie używać do ocieplania ścian zewnętrznych do wysokości 6-7 kondygnacji. Czas na weryfikację tego zapisu.
W Polsce ociepla się rocznie kilka mln m2 ścian. W ciągu ostatnich kilku lat średnia grubość ocieplenia wzrosła z 5 do 10 cm i nadal rośnie. Ostatnia nowelizacja przepisów w zakresie możliwości stosowania ociepleń miała miejsce w 1997 roku. Ta zwiększająca się grubość materiału izolacyjnego w ociepleniach, będąca wynikiem większych wymagań ochrony cieplnej budynków oraz dodatkowo informacje o wynikach badań prowadzonych ostatnio w innych krajach, wskazują na bezpośredni związek pomiędzy grubością izolacji ze styropianu a zachowaniem systemu docieplenia pod wpływem ognia.
Pojawiające się ostatnio doniesienia o pożarach, takie jak to przytoczone powyżej, zainspirowały Zakład Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej do przeprowadzenia odpowiednich badań własnych (nr badania - 664/00/AK). W przeprowadzonych na przełomie 2001/2002 roku badań przyjęto następujące założenia: aby zapewnić reprezentatywność wyników dla typowych warunków wykonywania ociepleń, zaplanowano badania dla dwóch styropianów, z certyfikatami zgodności, wyprodukowanych przez jednego z największych producentów i producenta o zasięgu regionalnym. Miało to wyeliminować wyroby, co do których jakości mogłyby pojawić się wątpliwości. Założono badanie dla jednego z 3 najpopularniejszych systemów, z ważną aprobatą techniczną. Ostateczny wybór materiałów, ich zakup i prace ociepleniowe przy wykonywaniu elementów do badań, odbywały się przy wyłącznym nadzorze Instytutu Techniki Budowlanej, co gwarantowało bezstronność i profesjonalizm. Do porównania wybrano system z izolacją wykonaną z płyt styropianowych o grubości 5 cm oraz 20 cm.
Oba badane styropiany potwierdziły zdolność samogaśnięcia (wg PN-88/C-89297).
Oba, na podstawie wyników badania zapalności przy oddziaływaniu małego płomienia (wg EN ISO 11925-2 i kryteriów wg EN 13501-1 Klasyfikacja wyrobów budowlanych ze względu na ich reakcję na ogień) zostały zaklasyfikowane do Euroklasy F.
Przebieg badań ociepleń ze styropianem o grubości 5 cm
W 6 min od rozpoczęcia, temperatura płomieni wychodzących na zewnątrz otworu okiennego osiągnęła 800°C. Początek spalania płyt styropianowych rozpoczął się po 7 minutach. Spalanie styropianu poniżej otworu okiennego zaczęło się po 12 minutach. Stopniowe zanikanie spalania ocieplenia i koniec badań nastąpił po 23 minucie.
Przebieg badań ociepleń ze styropianem o grubości 20 cm
Początek spalania ocieplenia nastąpił po 4 minutach od chwili rozpoczęcia badań. W 6 minucie spalanie rozprzestrzeniło się po powierzchni ocieplenia, pojawiły się płonące odpady. Około 7 minuty pojawił się gęsty czarny dym, a od 10 minuty dym wydobywał się również od góry ocieplenia. W 13 minucie cała ściana była w ogniu i gęstym czarnym dymie a przed ścianą płonęła kałuża styrenu. W 16 minucie płonącą intensywnie ścianę ugaszono.
Podsumowanie badań
W opublikowanym (2) podsumowaniu wyników badań ociepleń z wykorzystaniem płyt styropianowych o grubości 5 i 20 cm można przeczytać, między innymi, że w obu przypadkach początek badań miał podobny przebieg, jednak przy większej grubości styropianu (20 cm), od 8 minuty następowało przyspieszenie spalania ocieplenia, pojawiał się w dużych ilościach czarny dym, również od góry ocieplenia, co świadczy, że styropian wypalił się lub wyparował i pod warstwą zaprawy tynkowej i warstwy klejowej wytworzył się komin. Od tego momentu następowało też gwałtowne przyspieszenie spalania ocieplenia, któremu towarzyszyło wytwarzanie dużej ilości czarnego dymu. Spalanie było tak intensywne, że odbywało się przy deficycie tlenu, występowały płonące krople odpady stałe, przed ścianą tworzyły się kałuże płonącego styrenu. Warstwa składająca się z warstwy zbrojonej i wyprawy tynkarskiej ulegała zniszczeniu. Wynikiem tego był łatwiejszy dostęp płomienia do styropianu. Zniszczeniu uległa także ta część ocieplenia, która znajdowała się poniżej otworu okiennego. Spalanie było tak intensywne, że w obu przypadkach podjęto decyzje o ugaszeniu ściany. Nie stwierdzono zależności przebiegu badania od rodzaju styropianu (producent, gęstość). Przeprowadzone badania wykazały natomiast zasadniczą różnicę w zachowaniu się ociepleń ze styropianem o grubości 5cm i 20 cm.
Zwiększone wymagania izolacyjności cieplnej ścian zewnętrznych spowodowały zwiększanie grubości materiału izolacyjnego w stosowanych obecnie systemach dociepleń. Błędne okazało się założenie, że pierwotne aprobaty, uzyskiwane przez producentów styropianu dla materiału o grubości 5 cm odnoszą się również do większych grubości. Doświadczenie instytucji badawczych w Niemczech i Szwecji oraz ostatnie badania przeprowadzone przez ITB wskazują na konieczność weryfikacji norm bezpieczeństwa pożarowego elewacji ocieplonych płytami styropianowymi o grubościach powyżej 15 cm.
Wg statystyk (badania ITB z 1992 roku) pożarowych z poprzednich lat na 110 analizowanych pożarów, 16 z nich dotyczyło elewacji docieplonej styropianem, jednak autorzy badania stwierdzili, że przyczyną rozprzestrzeniania się pożaru w omawianych przypadkach były zawsze uszkodzenia warstwy tynkowej. Teraz te dane stały się nieaktualne. Przede wszystkim z powodu powszechnego stosowania grubszych warstw izolacji (styropian o grubości ponad 15 cm). Również z tego powodu dotychczasowe scenariusze badań ogniowych nie odzwierciedlały wszystkich możliwych sytuacji. Lokatorzy budynków powinni mieszkać w budynkach bezpiecznych, w których nie dochodzi do zapłonu ocieplonej elewacji.
Dla przypomnienia: poszczególne składniki systemu dociepleń ścian zewnętrznych mogą być klasyfikowane jako materiały niepalne lub palne (niezapalne, trudnozapalne, łatwozapalne, samogasnące). Niezależnie od klasyfikacji materiałów, cały układ ociepleniowy jest klasyfikowany z uwagi na stopień rozprzestrzeniania ognia. Badanie wykonuje się zgodnie z PN-B-02867; 1990 "Metoda badania stopnia rozprzestrzeniania ognia przez ściany". W zależności od wyników badania, układ może uzyskać klasyfikację: NRO - nie rozprzestrzeniający ognia lub SRO - słabo rozprzestrzeniający ogień.
Systemy, w skład których wchodzą wyroby klasyfikowane jako niepalne, zgodnie z w/w normą, są klasyfikowane jako NRO bez wykonywania badania. Wynika to z faktu, że badanie rozprzestrzeniania ognia odbywa się przy znacznie łagodniejszych warunkach oddziaływania ognia niż badanie niepalności. Wyroby zbadane na niepalność, a więc w warunkach temperatur pożarowych, nie muszą potwierdzać swojego zachowania przy mniejszym oddziaływaniu pojedynczego płonącego przedmiotu, co ma miejsce przy badaniu rozprzestrzeniania ognia. Natomiast w przypadku zestawów zawierających materiały palne np. styropian samogasnący, siatkę polipropylenową, polimerowe masy klejące i tynkarskie - wykonanie badania całego układu jest konieczne, ponieważ wszystkie czynniki tj. rodzaj, ilość materiałów oraz sposób ich wzajemnego połączenia, wpływają na zachowanie całego elementu pod wpływem ognia.