IZOLACJE V 2008

76

P

R

E

Z

E

N

T

A

C

J

A

M

a t e r i a ł y

i

t

e c h n o l o g i e

Ocieplenia fundamentów

i podłóg na gruncie

w budynkach

energooszczędnych

Od momentu naszego wstąpienia do UE jesteśmy zobowiązani do wdraża-

nia dyrektyw UE, m.in. dyrektywy 2002/91/EC wprowadzającej koniecz-

ność uzyskiwania od 2009 r. certyfikatów energetycznych budynków, dy-

rektywy 93/76/EWG dotyczącej ograniczenia emisji CO

2

oraz obowiąz-

ku certyfikacji budynków w tym zakresie, a także dyrektywy 2006/32/

WE, która nakazuje uzyskanie w krajach członkowskich 9% oszczędno-

ści zużycia energii w latach 2008–2016. Dyrektywy te nie są wynikiem

mody czy pomysłów biurokratów, lecz wynikają z dwóch ważnych ko-

nieczności: powstrzymania efektu cieplarnianego oraz ograniczania zu-

życia energii z powodu wyraźnie kurczących się zasobów energetycz-

nych. Pierwszy aspekt wiąże się z potrzebą ochrony środowiska, drugi

zaś ma uchronić nas – użytkowników budynków – przed wysokimi kosz-

tami utrzymania domów, ceny energii rosną bowiem w zawrotnym tem-

pie i nadal będą rosły.

W

praktyce projektowej i wykonaw-

czej popełnia się wiele błędów, np.

grubość warstw termoizolacyjnych okre-

śla się wedle granicznych wartości współ-

czynników przenikania ciepła U, zaś za-

gadnienia dyfuzji pary wodnej się pomi-

ja. W rezultacie powstające obiekty nie

mają jasno określonych charakterystyk

cieplnych, natomiast stan wilgotnościo-

wy przegród tracących ciepło jest loso-

wy. Ponieważ jednak projektowanie bu-

dynków energooszczędnych staje się ko-

niecznością, niezbędna jest zmiana meto-

dyki projektowania. Swoboda wykonaw-

ców w wyborze technologii będzie wtedy

wykluczona.

Często słyszy się, iż domy energoosz-

czędne to takie, w których wystarczy za-

stosować ocieplenie o gr. 25–30 cm w ścia-

nach i podłogach. Nic bardziej błędnego,

a praktyka wskazuje, że kwestia ocieplania

fundamentów czy podłóg na gruncie jest

kompletnie nie rozpoznana. Jedni do ocie-

plenia podłóg stosują termoizolacje o tej

samej gr., co na ścianach, inni – o mniej-

szych grubościach. Jedni ocieplają funda-

menty od zewnątrz, inni – od środka. Zda-

nia są jak zwykle podzielone.

PROJEKTOWANIE ocieplenia

fundamentów i podłóg na gruncie

Projektowanie i budowa domów energo-

oszczędnych wymagają pełnej współpracy

architekta ze specjalistą fizyki budowli, nie-

zbędne jest bowiem wspieranie się wieloma

analizami z tego zakresu.

Podstawowa jest analiza określająca eko-

nomicznie uzasadnione wartości współczyn-

ników przenikania ciepła U poszczególnych

przegród budynku. Analizę taką wykonu-

je się po sporządzeniu wstępnego projektu

architektonicznego oraz po ustaleniu przez

inwestora oczekiwanej klasy energetycznej

obiektu (model budynku energooszczędne-

go i jego zapotrzebowanie na energię ciepl-

ną przedstawiono na

rys. 1

). Podstawowym

celem jest minimalizacja sumarycznego za-

potrzebowania na ciepło, tj. znalezienie roz-

wiązania sumy Q

s

+ Q

o

+ Q

d

+ Q

f

+ Q

p

+

Q

w

+ Q

c.w.u.

=

minimum

. Człon Q

w

oraz Q

c.w.u.

(mający największy udział w domach ener-

gooszczędnych) wymaga oddzielnego roz-

patrzenia.

Zajmijmy się fundamentami i podłogą na

gruncie. Po zbilansowaniu zapotrzebowania

budynku na ciepło określa się poziom odnie-

sienia – przegrodę o największym udziale

w stratach cieplnych, dla której oblicza się

ekonomicznie uzasadnioną wartość współ-

mgr inż. Jerzy Zembrowski*

)

*

)

Baza Doradztwa Budowlanego BDB,

www.bdb.com.pl

t

w

t

z

t

g

Q

o

Q

s

Q

f

Q

p

Q

d

Q

w

Q

c.w.u.

Rys. 1. Bilans strat ciepła budynku

mieszkalnego: t

w

– temp. wewnętrzna, t

z

– temp.

zewnętrzna, t

g

– temp. gruntu, Q

s

– straty ciepła

przez ściany, Q

o

– straty ciepła przez okna

i drzwi, Q

d

– straty ciepła przez dach, Q

f

– straty

ciepła przez fundamenty, Q

p

– straty ciepła przez

podłogi na gruncie, Q

w

– zapotrzebowanie na

ciepło do wentylacji, Q

c.w.u.

– zapotrzebowanie na

moc cieplną na cele przygotowania c.w.u.

Fot. 1. Ocieplenie fundamentu

Fot. 2. Ocieplenie podłogi na gruncie

77

IZOLACJE V 2008

P

R

E

Z

E

N

T

A

C

J

A

M

a t e r i a ł y

i

t

e c h n o l o g i e

czynnika przenikania ciepła U

e

oraz wyni-

kającą stąd grubość i rodzaj warstwy termo-

izolacyjnej. Zwykle przegrodą odniesienia są

ściany zewnętrzne lub dach i ich straty cie-

pła przez przenikanie Q

s

lub Q

d

. Następnie

przystępuje się do analizy cieplno-wilgotno-

ściowej takiej przegrody w aspekcie uniknię-

cia kondensacji pary wodnej lub jej minima-

lizacji i wykluczenia przez to korozji biolo-

gicznej. Kolejnym krokiem jest określenie

grubości warstwy termoizolacyjnej podło-

gi na gruncie.

GRUBOŚĆ termoizolacji podłogi

Spośród kilku modeli przenikania ciepła

przez podłogę na gruncie największe uzna-

nie znalazł model Henrikssona przedstawio-

ny w 1959 r. (

rys. 2

). Wyróżnia on dwie stre-

fy przenikania ciepła: strefę wzdłuż ścian ze-

wnętrznych o szer. s

1

(gdzie strumień cie-

pła przenikającego Q

1

jest zależny od zmian

temperatury powietrza zewnętrznego t

z

)

oraz strefę s

2

(gdzie nie ma zależności strat

ciepła Q

2

od zmian t

z

).

Ilość ciepła przenikającego w strefie

o szer. s

1

i dł. L określa się równaniem:

Q

U t

t s L W

w

z

1

1

1

=

−

⋅

(

)

[ ]

(1).

Współczynnik przenikania ciepła U

1

w tej

strefie wynosi:

U

s

R

s

w

g

w

p

w

1

1

1

1

1

1

1

1

1

=

+

⋅

























+

+





















+

⋅

α

π

λ

α

α

π

λ

ln

gg



































[W/(m ·K)]

2

(2).

Ilość ciepła przenikającego w strefie

o szer. s

2

i tej samej dł. L określa się jako:

Q

U t

t s L W

w

g

2

2

2

=

−

(

)

⋅

[ ]

(3).

Współczynnik przenikania ciepła U

2

w tej

strefie wynosi:

U

s

R

s s

w

g

w

p

w

g

2

2

1

2

2

1

1

1

1

1

2

=

+

⋅

+

+





















+

+

(

)











α

π

λ

α

α

π

λ

ln

11

1

1

1

2

1

+

+





















+

⋅











α

α

π

λ

w

p

w

g

R

s

[W/(m ·K)]

2

(4),

gdzie:

α

w

– współczynnik przejmowania ciepła

przy podłodze [W/(m

2

·K)],

λ

g

– współczynnik przewodzenia ciepła

gruntu [W/(m·K)]

R

p

– opór cieplny przewodzenia wszyst-

kich warstw podłogi [m

2

·K/W].

Po ustaleniu wartości U

e

dla przegro-

dy odniesienia można określić jednostkowy

strumień ciepła qe w warunkach obliczenio-

wych. Idealnym rozwiązaniem dla budyn-

ku energooszczędnego jest takie, w którym

jednostkowe strumienie ciepła przenikają-

cego przez poszczególne przegrody będą so-

bie równe. Wówczas wyeliminuje się most-

ki cieplne oraz uzyskuje rozwiązanie energe-

tyczne najbardziej zbliżone do optymalnego.

Dla lepszego wyjaśnienia oprzyjmy się

na konkretnym przykładzie budynku jedno-

rodzinnego zlokalizowanego pod Warsza-

wą, dla którego założono klasę energetycz-

ną z zapotrzebowaniem na ciepło w wysoko-

ści 78 kWh/m

2

·rok. Wartość Ue ścian wy-

nosi 0,16 W/(m

2

·K) (ściana: bloczek gazo-

betonowy 500 o gr. 24 cm ocieplony styro-

pianem o gr. 20 cm z wyprawą mineralną).

ponieważ ilość ciepła Q

2

przenikającego

przez strefę s

2

×L daje strumień ciepła q

2

,

to ze wzorów (3) i (4) uzyskuje się zależność

określającą grubość warstwy ocieplenia

podłogi w tej strefie. Jako ocieplenie pod-

łogi przyjmijmy płyty ze styropianu STE-

INODUR

®

PSN HD (producent: Izoterm)

o współczynniku przewodzenia ciepła

λ =

0,034 W/(m·K). Ich wytrzymałość na ści-

skanie wynosi 250 kPa (przy odkształceniu

2%), co gwarantuje nie tylko wysokie para-

metry cieplne, lecz także przenoszenie du-

żych obciążeń użytkowych i własnych pod-

łogi. Dla strumienia ciepła qe oraz pod pod-

łogą gruntu piaszczystego średnio wilgotne-

go (

λ

g

= 0,40 W/(m·K) oraz warstwy beto-

nu podkładowego podłogi o gr. 10 cm i war-

stwy dociskowej o gr. 6 cm uzyskuje się gr.

warstwy termoizolacyjnej d

p2

= 0,06 m. Po-

stępując identycznie (ze wzorów (1) i (2)),

w strefie s

1

uzyskuje się gr. warstwy termo-

izolacji wynoszącą od d

p1

= 0,08 m.

W Polsce w latach 1972–1973 J.A. Po-

gorzelski przeprowadzał analizę wpływu

oporu cieplnego podłóg na gruncie na oba

współczynniki przenikania U

1

oraz U

2

. Na

podstawie badań Henrikssona uwzględ-

niał szer. stref odpowiednio: s

1

= 0,75 m,

zaś s

2

równą połowie szerokości podłogi.

W ostatnich polskich normach strefy te

określa się podobnie, chociaż s

1

przyjmu-

je się 1,0 m (z zapasem ze względów bez-

pieczeństwa). Z analizy tej wynikało, że

wpływ grubości ocieplenia w strefie s

2

na

wielkość strat ciepła podłogi jest niewiel-

ki – szczególnie położonych na gruntach

przepuszczalnych i relatywnie suchych.

W strefie s

1

powstała graniczna wartość

oporu cieplnego podłogi 0,86 m

2

·K/W, po-

wyżej którego nie jest opłacalne ocieplanie

tej strefy podłogi. Opór ten odpowiada gru-

bości styropianu ok. 4 cm. Trzeba zazna-

czyć, że fundamenty analizowanego wów-

czas budynku nie były izolowane termicz-

nie, zaś współczynniki przenikania ciepła

ścian budynku określane wówczas przez

normy wynosiły ok. 1,16 W/(m

2

·K). Wnio-

ski z tamtych badań długo obowiązywały

w Polsce, a i dzisiaj nierzadko spotyka się

projekty, gdzie podłogi na gruncie ociepla

się wyłącznie w pasie o szer. 1 m od ścian

zewnętrznych. Skoro jednak mówimy o bu-

dynkach energooszczędnych, przypadki re-

zygnacji z ocieplania całych podłóg nie bę-

dą miały miejsca.

LOKALIZACJA warstw ocieplenia

podłogi i fundamentów

Niezwykle ważnym zagadnieniem jest lo-

kalizacja obliczonych warstw ocieplenia.

Z punktu widzenia ruchu ciepła możliwe są

do zastosowania dwa rozwiązania (

rys. 3

).

Mimo iż są to rozwiązania równoważne, to

wariant A ma tę wadę, iż w linii zmiany gru-

bości warstw ocieplenia występuje realne za-

grożenie pęknięcia warstwy dociskowej na

skutek karbu w tym miejscu (ocieplenia będą

leżeć na jednej płaszczyźnie betonu podkła-

dowego, warstwa dociskowa będzie zaś mia-

ła różną grubość).

Polecanym rozwiązaniem jest zatem wa-

riant B. Wariant ten byłby do przyjęcia,

gdyby nie fakt ocieplania ścian zewnętrz-

nych w domach energooszczędnych i zwią-

zana z tym konieczność uniknięcia konden-

sacji pary wodnej w fundamencie w strefie

przemarzania gruntu. Z tego względu celo-

we jest zastosowanie warstwy ocieplenia o gr.

d

p2

na całej powierzchni podłogi, a przenieść

warstwę o gr. d

p1

na zewnętrzną powierzch-

nię fundamentu. W ten sposób można wyeli-

minować nie tylko przemarzanie fundamen-

tu, lecz także wykorzystać pojemność ciepl-

ną jego masy w celu podniesienia stateczno-

ści cieplnej budynku. Rozwiązanie to przed-

stawiono na

rys. 4

. Ma ono pewną ważną wa-

dę: groźbę istnienia mostka cieplnego (ozna-

czonego czerwoną strzałką), który skutko-

wać będzie nie tylko zwiększonymi stratami

ciepła przez ścianę budynku i fundament do

gruntu, lecz także zawilgoceniem i pleśnią

t

w

t

z

t

g

Q

1

Q

2

s

1

s

2

Rys. 2. Model strat ciepła do gruntu według

Henrikssona: t

w

– temp. wewnętrzna, t

z

– temp.

zewnętrzna, t

g

– temp. gruntu, Q

1

– strumień

ciepła w strefie o szer. s

1

, Q

2

– s strumień ciepła

w strefie o szer. s

2

IZOLACJE V 2008

78

P

R

E

Z

E

N

T

A

C

J

A

M

a t e r i a ł y

i

t

e c h n o l o g i e

ścian w strefie tuż nad podłogą. By uniknąć

tego zjawiska, należy wprowadzić dodatko-

wą warstwę ocieplenia po drugiej stronie

fundamentu o gr. d

p3

zbliżonej do d

p2

. Dłu-

gość tej warstwy powinna być tak określona,

żeby opór przewodzenia ciepła przez ścianę

fundamentową był równy oporowi cieplnemu

poziomej warstwy ocieplenia podłogi. Wy-

magana wysokość H

d

ocieplenia dodatkowe-

go d

p3

wyniesie:

H

d

m

d

p

b

op

=

⋅

2

λ

λ

[ ]

(5).

Dla omawianego przykładu współczynnik

przewodności cieplnej ściany fundamentowej

(bloczki betonowe 1900 kg/m

3

) wynosi =

1,0 W/(m·K). Dzięki zastosowaniu płyt

STEINODUR

®

PSN HD uzyskujemy gr.

H

d

= 1,77 m. Wartość ta była możliwa

do zastosowania, ponieważ ściany

fundamentowe zagłębiono w gruncie na 1,0

m (do wierzchu ław), a wymaganą wysokość

wyniesienia podłogi ponad teren projektant

zmienił na 0,77 m (zamiast planowanego

0,35 m). Przykład ten przedstawiono

rys. 5

.

Na uwagę zasługuje fakt, iż płytkie

posadowienia domów jednorodzinnych (tak

często i chętnie stosowane w różnych

regionach kraju) będą wykluczone w domach

energooszczędnych, chyba że zamiast

popularnych bloczków betonowych będą

zastosowane inne materiały o wymaganej

wytrzymałości na ściskanie, ale mniejszym

współczynniku przewodzenia ciepła, lub

będą przewidziane głębsze posadowienia

fundamentów.

Zasypywanie WYKOPÓW

Jeśli posadowienia z betonu będą głęb-

sze, ale wykonawca nie odczeka przed zasy-

paniem wykopów, zanim beton osiągnie wil-

gotność masową poniżej 5%, można się spo-

dziewać występowania mostków cieplnych

w ścianach zewnętrznych tuż nad podłogą

i związanych z tym poważnych problemów -

szczególnie w regionach kraju o niskich tem-

peraturach zimą (strefa IV i V).

W przypadku zastosowania przykłado-

wych płyt STEINODUR

®

PSN HD do ocie-

pleń fundamentów istnieje możliwość wcze-

śniejszego zasypywania wykopów nawet

przy wyższej wilgotności betonu, ponieważ

można wykorzystać ukształtowane w nich

po jednej stronie rowki o głębokości kilku

mm. W takiej sytuacji do wykonania hydro-

izolacji pionowych ścian fundamentowych

należy użyć nie mas bitumicznych, lecz poli-

merowo-cementowych typu „flex”. Stawia-

ją one niski opór dyfuzyjny wobec pary wod-

nej, co pozwoli na wystarczające wyschnię-

cie ścian fundamentowych. Do tego trzeba

spełnić trzy warunki:

zasypanie wykopów nie powinno nastą-

pić później niż wczesną wiosną, aby do zimy

pozostało przynajmniej 7 mies.,

płyty STEINODUR

®

PSN HD należy

układać na ścianach fundamentowych row-

kami w stronę gruntu, natomiast bezpośred-

nio na całej ich powierzchni przed zasypa-

niem wykopów należy położyć warstwę moc-

nej geowłókniny,

opaska wokół budynku musi być wyko-

nana z kruszywa płukanego 16–32 mm (lub

grubszego) na szer. przynajmniej 50 cm.

W ten sposób zapewni się swobodne ujście

pary wodnej, która z mokrych fundamentów

poprzez hydroizolację oraz ocieplenie będzie

dyfundować do otoczenia na zewnątrz przez

rowki płyt, aż fundamenty wyschną.

* * *

Obliczenia grubości warstw ociepleń

podłóg na gruncie oraz fundamentów w bu-

dynkach energooszczędnych należy wyko-

nywać dla każdego projektu indywidual-

nie, gdyż klasa energetyczna obiektu mu-

si być zawsze zweryfikowana ilością stop-

niodni dla danej miejscowości, tj. musi

uwzględniać położenie danego budynku na

terenie kraju. Nie jest możliwe unifikowanie

rozwiązań w domach energooszczędnych,

gdyż te same rozwiązania materiałowe na-

wet jednakowych architektonicznie budyn-

ków, ale znajdujących w różnych strefach,

dają różne wartości charakterystyk ciepl-

nych. Przykładowo przy temp. wewnętrz-

nej +20°C budynek we Wrocławiu mający

zużycie energii na poziomie 83 kWh/m

2

·rok

w Suwałkach osiągnie wskaźnik w wysoko-

ści 97 kWh/m

2

·rok – wykonany w tej samej

technologii i według tego samego projektu.

LITERATURA

1. J.A. Pogorzelski, „Fizyka cieplna budowli”,

PWN, Warszawa, 1976.

2. J.B. Zembrowski, „Nowoczesne izolacje piw-

nic”, „Kalejdoskop Budowlany”, nr 6/1998.

3. J.B. Zembrowski, „Ruch ciepła i wilgoci przez

przegrody budowlane”, „Kalejdoskop Budowla-

ny”, nr 3/2000.







Izoterm Sp. z o.o.

ul. Gdańska 14

05-152 Cząstków Maz. k. W-wy

tel.: [phone], fax: [phone]

[e-mail]

www.izoterm.waw.pl, www.steinbacher.pl

KONTAKT

t

w

t

z

t

g

Q

1

Q

2

s

1

s

2

t

w

t

z

t

g

Q

1

Q

2

s

1

s

2

A

B

d

p2

d

p2

d

p1

d

p1

Rys. 3. Równoważne pod względem cieplnym

ocieplenia podłogi: A – poziome, B – pionowe

Rys. 4. Rozdzielenie ocieplenia na część

poziomą podłogi i pionową fundamentu

Rys. 5. Poprawne ocieplenie podłogi na gruncie

i fundamentu w przykładowym budynku

niepodpiwniczonym

t

w

t

z

t

g

s

1

s

2

d

p2

d

p1

t

w

t

z

t

g

d

p2

d

p2

d

p1

H

d

1,00

m

0,77

m