XLVIII KONFERENCJA NAUKOWA
KOMITETU INŻYNIERII L
DOWEJ I WODNEJ PAN
I KOMITETU NAUKI PZITB
Opole  Krynica 2002
Robert GERYA
O1
Krzysztof KASPERKIEWICZ2
Jerzy A. POGORZELSKI3
SKUTECZNOŚĆ DOCIEPLENIA JEDNO-
I WIELOWARSTWOWYCH ÅšCIAN Z WIELKIEJ PA
YTY
1. Wprowadzenie
Wykonywanie dodatkowej izolacji cieplnej ścian w budynkach z prefabrykatów
wielkowymiarowych realizowane jest od lat 70-tych. PoczÄ…tkowo potrzeba  docieplania
budynków wynikała z konieczności likwidacji skutków wad technologicznych skutkujących
pogorszeniem warunków środowiska wewnętrznego, czyli będących przyczyną
niedogrzewania pomieszczeń i wykraplania się pary wodnej na wewnętrznych
powierzchniach ścian zewnętrznych w węzłach konstrukcyjnych. Od przełomu lat 70. i 80.
ze względu na zagrożenie bezpieczeństwa energetycznego całej gospodarki, realizowana
była strategia obniżania zużycia energii na cele ogrzewcze, w związku z czym w kolejnych
edycjach normy  Ochrona cieplna budynków [1], [2], m.in. stopniowo obniżano wartość
maksymalnego współczynnika przenikania ciepła ścian zewnętrznych. Aktualne wymagania
ochrony cieplnej dotyczące budynków mieszkalnych, wyrażone są przy użyciu wskaz
nika
sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania. Oszacowanie strat ciepła przez
przenikanie przez ściany jest więc jednym z elementów całkowitego bilansu energetycznego
budynku. Przyjęcie takiego sposobu stawiania wymagań, umożliwia jednocześnie ocenę
rzeczywistych kosztów zużycia energii, a także ich przyszłego poziomu w warunkach
stałego wzrostu cen energii. Analogiczne podejście pozwala w ramach audytu
energetycznego na oszacowanie zysków płynących z podejmowanych przedsięwzięć
termomodernizacyjnych z możliwością wskazania rozwiązania optymalnego.
Wg potocznych wyobrażeń, wykonanie dodatkowej zewnętrznej izolacji cieplnej
( docieplenie ) na ścianach z mostkami cieplnymi, np. na ścianach budynków z wielkiej
płyty, ma całkowicie likwidować mostki cieplne. Takie założenie przyjęto m. in. w
Instrukcji ITB 334/96 [3]. Nie potwierdzało się to w obliczeniach komputerowych
wykonywanych przez autorów przy okazji ekspertyz; z obliczeń wynikało, że mostki
cieplne na obwodzie otworów okiennych i drzwiowych nie ulegają likwidacji, mimo
1
Mgr inż., Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie
2
Dr inż., Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie
3
Prof. dr hab. inż., Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie
114
wykonania dodatkowej zewnętrznej izolacji cieplnej. Systematyczniejszą analizę
problemu przeprowadzono w ramach realizacji tematu badawczego  Zasady
dostosowania budynków wielkopłytowych do wymagań oszczędności energii i
odpowiedniej izolacyjności cieplnej przegród [4]. W przypadku mostków cieplnych na
obwodzie otworów okiennych i drzwiowych, a także mostków w narożach wypukłych
budynków, w miarę pogrubiania zewnętrznej izolacji cieplnej ścian wartości niektórych
liniowych współczynników przenikania ciepła wzrastają, a całkowity strumień cieplny
zmniejsza się nieznacznie. Fakt ten należy uwzględniać w projektach dodatkowej
zewnętrznej izolacji cieplnej.
W pracy [5] w celu przeanalizowania wpływu zewnętrznej izolacji cieplnej na
możliwość ograniczenia mostków cieplnych wykonano zadanie modelowe, w którym w
miarę wzrostu grubości warstwy izolacji od czoła, wartość współczynnika przenikania ciepła
È charakteryzujÄ…cego mostek cieplny w oÅ›cieżu okiennym, nie maleje, a wprost przeciwnie
rośnie. Wynika to z faktu, że ocieplenie od czoła ściany grubą warstwą izolacji cieplnej
podnosi temperaturę podłoża i powiększa się strumień ciepła wypływający z niego przez
cienką warstwę izolacji na obwodzie otworów. Identyczna sytuacja wystąpi w przypadku
ścian budynków wielkopłytowych  docieplonych od zewnątrz.
Fakt dużego udziału wypływu ciepła w ościeżach na sumaryczne straty ciepła ma
szczególne znaczenie w przypadku ścian z dużą liczbą okien i wąskimi filarkami
międzyokiennymi (np. w budynkach szkolnych) oraz w budynkach mieszkalnych, gdy w
ścianie pomieszczenia występują równocześnie okna i drzwi balkonowe.
2. Uwagi ogólne dotyczące systemów wielkopłytowych
Biorąc pod uwagę zestawienie rozwiązań konstrukcyjnych ścian zewnętrznych stosowanych
w Polsce, stworzone na podstawie materiałów nadesłanych z poszczególnych ówczesnych
Wojewódzkich Zarządów Budownictwa do Ministerstwa Budownictwa [6], można przyjąć,
że ściany zewnętrzne we wszystkich technologiach wielkopłytowych wznoszone były jako
jednowarstwowe lub trójwarstwowe z wewnętrzną warstwą izolacji cieplnej ze styropianu
lub z wełny mineralnej.
Jako przykładowe systemy reprezentujące oba typy konstrukcji ścian zewnętrznych
wybrano:
- system szczeciński ze ścianami zewnętrznymi jednowarstwowymi,
- Wk-70, ze ścianami zewnętrznymi trójwarstwowymi.
W systemie szczecińskim ściany zewnętrzne zaprojektowano jako jednowarstwowe z
keramzytobetonu o projektowanej gęstości objętościowej 1200 lub 1350 kg/m3. Całkowita
grubość tych ścian z fakturą zewnętrzną, o grubości 2,5 cm, wykonaną z betonu na grubym
żwirze i fakturą wewnętrzną o grubości 1,5 cm, wykonaną z zaprawy cementowo-
wapiennej, wynosi 36 cm, w przypadku ścian samonośnych lub 40 cm, w przypadku ścian
nośnych. Projektowaną wartość współczynnika przenikania ciepła ścian nośnych (bez
uwzglÄ™dnienia mostków cieplnych) przyjmowano równÄ… okoÅ‚o 1,25 W/(m2·K). W wyniku
badań i obserwacji budynków przeprowadzonych w latach 1971-1973 stwierdzono, że
prefabrykaty były wykonywane z keramzytobetonu o zwiększonej w stosunku do
projektowanej gęstości objętościowej, zawierającej się w przedziale 1300 do 1450 kg/m3,
czego konsekwencją było pogorszenie współczynnika przenikania ciepła (rzeczywista
wartość współczynnika przenikania ciepła była wyższa od projektowanej).
W systemie W-70 i jego póz
niejszej modyfikacji Wk-70 ściany zewnętrzne
wykonywano jako warstwowe o układzie:
- warstwa zewnętrzna, fakturowa, o grubości 6 cm wykonana z betonu zwykłego,
115
- warstwa izolacji cieplnej o grubości 6 cm wykonana ze styropianu lub wełny
mineralnej,
- warstwa konstrukcyjna o grubości 8 lub 15 cm wykonana z betonu zwykłego.
Współczynnik przenikania ciepła (bez uwzględnienia mostków cieplnych), samonośnej
ściany warstwowej, w przypadku zastosowania jako izolacji wełny mineralnej o wartości
obliczeniowej współczynnika przewodzenia ciepÅ‚a  = 0,052 W/(mÅ"K), równy jest 0,71
W/(m2Å"K). W celu zapewnienia ciÄ…gÅ‚oÅ›ci izolacji cieplnej Å›cian w zÅ‚Ä…czach zaÅ‚ożono
stosowanie wkładek ze styropianu.
3. Mostki cieplne w ś cianach z wielkiej płyty przed i po dociepleniu
W celu ustalenia, w jaki sposób docieplenie ścian zewnętrznych wpływa na wartość
liniowego współczynnika Èi oraz podwyższenie temperatury na wewnÄ™trznej powierzchni
ścian obu systemów, przeanalizowano następujące przypadki:
- ściany zewnętrzne przed dociepleniem,
- ściany zewnętrzne docieplone od zewnątrz styropianem o obliczeniowym
współczynniku przewodzenia ciepła  = 0,042 W/(m.K).
Do analizy przyjęto następujące grubości warstwy docieplającej:
a) d1 = 8 cm,
b) d2 = 14 cm.
Powierzchnie ościeży okiennych w obydwu przypadkach ocieplono warstwą styropianu
o grubości 2 cm.
WartoÅ›ci współczynnika Èi w odniesieniu do Å›cian zewnÄ™trznych obliczone zostaÅ‚y
przy przyjęciu dwuwymiarowego modelu przewodzenia ciepła programem BISCO [7].
Obliczenia, zgodnie z zasadą podaną w załączniku krajowym NA do PN-EN ISO 6946:1999
[8], wykonano przyjmując wymiary ścian w osiach geometrycznych przegród do nich
prostopadłych.
Wyniki obliczeń zaprezentowano w odniesieniu do trzech typów mostków cieplnych:
- w połączeniu ściany zewnętrznej ze stropem - rys. 1,
- w narożu wypukłym - rys. 2,
- w połączeniu ściany z ościeżnicą okna drewnianego - rys. 3.
Na wykresach przedstawiono wartoÅ›ci współczynników przenikania ciepÅ‚a È przed i po
dociepleniu w odniesieniu do systemów szczecińskiego i Wk-70.
Rys.1. WartoÅ›ci È w odniesieniu do mostka cieplnego
w połączeniu ściany zewnętrznej ze stropem
116
Rys. 2. WartoÅ›ci È w odniesieniu do mostka cieplnego w narożu wypukÅ‚ym
Rys. 3. WartoÅ›ci È w odniesieniu do mostka cieplnego w poÅ‚Ä…czeniu Å›ciany
z ościeżnicą okna drewnianego
W odniesieniu do obu systemów docieplenie powoduje zmniejszenie wartości
liniowych współczynników przenikania ciepÅ‚a È tylko w przypadku mostka cieplnego na
złączu ściany zewnętrznej ze stropem (tak samo dzieje się w przypadku połączenia ze ścianą
wewnętrzną).
W przypadku mostków cieplnych na obwodzie otworów okiennych i drzwiowych, a
także mostków w narożach wypukłych docieplenie nie powoduje zmniejszenia wartości
liniowych współczynników przenikania ciepÅ‚a È :
- w przypadku systemu szczecińskiego - w odniesieniu do obu analizowanych grubości
warstwy izolacji cieplnej,
- w przypadku systemu Wk-70 - wartość współczynnika È wzrasta wraz ze
wzrostem grubości izolacji, lecz poziom przed dociepleniem przekroczony zostaje w
odniesieniu do wartości znajdującej się wewnątrz przedziału analizowanych grubości
warstw docieplajÄ…cych.
Na wykresach przedstawiono wartości współczynników przenikania ciepła Uk przed
i po dociepleniu w odniesieniu do fragmentu ściany, systemów szczecińskiego
i Wk-70, w którym uwzględniono mostek cieplny w połączeniu ściany z ościeżnicą okna
drewnianego, w ilości L/A=1,13m/m2, co odpowiada przegrodzie z dużą liczbą okien
i wąskimi filarkami międzyokiennymi.
117
Rys. 4. Wartości współczynnika przenikania ciepła Uk - system szczeciński
Rys. 5. Wartości współczynnika przenikania ciepła Uk - system Wk-70
W miarę zwiększania grubości warstwy izolacji cieplnej zwiększa się wartość dodatku
uwzględniającego mostki cieplne oraz w istotny sposób rośnie jego udział w wartości
współczynnika przenikania ciepła Uk.
Na rys. 6-9 przedstawiono rozkład izoterm w obszarach występowania liniowych
mostków cieplnych w ścianach systemu szczecińskiego i Wk 70, przed i po dociepleniu. We
wszystkich przypadkach minimalna wartość temperatury Ńi na powierzchni wewnętrznej
przegród, w miejscu występowania mostków cieplnych, rośnie wraz ze zwiększeniem
grubości warstwy docieplającej. Znacznie zmniejsza się więc niebezpieczeństwo kondensacji
pary wodnej na przegrodach nieprzezroczystych i rozwoju grzybów pleśniowych, zwłaszcza
w obszarze występowania mostka cieplnego w połą ściany z ościeżnicą okna
czeniu
drewnianego - system szczeciński
4. Podsumowanie
" Docieplenie ścian warstwą materiału izolacyjnego od zewnątrz w obu systemach
praktycznie likwiduje wpływ mostków na przenikanie ciepła, ale tylko w węzłach
konstrukcyjnych połączeń ścian zewnętrznych ze ścianami wewnętrznymi lub stropami, ma
natomiast mniejszy wpływ na pozostałe rodzaje mostków, przede wszystkim mostków w
ościeżach i w narożach wypukłych. W miarę zwiększania grubości warstwy izolacji wartości
liniowego współczynnika przenikania charakteryzujące te mostki cieplne wzrastają.
118
Rys. 6. Złącze jednowarstwowej ściany zewnętrznej ze stropem: a) przed dociepleniem,
b) docieplenie warstwą o grubości 8 cm, c) docieplenie warstwą o grubości 14 cm
Rys. 7. Połączenie jednowarstwowej ściany zewnętrznej z ościeżnicą okna
drewnianego: a) przed dociepleniem, b) docieplenie warstwą o grubości 8 cm,
c) docieplenie warstwą o grubości 14 cm
Rys. 8. Złącze trójwarstwowej ściany zewnętrznej ze stropem: a) przed dociepleniem,
b) docieplenie warstwą o grubości 8 cm, c) docieplenie warstwą o grubości 14 cm
119
Rys. 9. Połączenie trójwarstwowej ściany zewnętrznej z ościeżnicą okna
drewnianego: a) przed dociepleniem, b) docieplenie warstwą o grubości 8 cm,
c) docieplenie warstwą o grubości 14 cm
" W jednowarstwowych i wielowarstwowych ścianach zewnętrznych budynków z wielkiej
płyty, w miarę zwiększania grubości warstwy izolacji cieplnej zwiększa się wartość dodatku
uwzględniającego mostki cieplne oraz w istotny sposób rośnie jego udział w wartości
współczynnika przenikania ciepła Uk.
" W świetle poprzedniego spostrzeżenia należy stwierdzić, że ocena korzyści wynikających z
docieplenia ścian warstwą materiału izolacyjnego od zewnątrz, dokonywana w ramach
audytów energetycznych zgodnie z obecnie stosowanym algorytmem, może być zbyt
optymistyczna.
" Docieplenie ścian warstwą materiału izolacyjnego od zewnątrz znacznie zmniejsza ryzyko
wystąpienia kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni tych ścian, a więc
również wystąpienia w mieszkaniach zagrzybienia.
Literatura
[1] PN-82/B-02020 Ochrona cieplna budynków.
[2] PN-91/B-02020 Ochrona cieplna budynków.
[3] Instrukcja ITB nr 334/96 Ocieplanie ścian zewnętrznych budynków metoda  lekką .
ITB, Warszawa 1996.
[4] GERYA
O R., KASPERKIEWICZ K., POGORZELSKI J. A., Zasady dostosowania bu-
dynków wielkopłytowych do wymagań oszczędności energii i odpowiedniej izolacyjności
cieplnej przegród. Praca nauk. bad. ITB, NF-34/00, maszynopis, biblioteka ITB.
[5] GERYA
O R., KASPERKIEWICZ K., POGORZELSKI J. A., Wpływ docieplenia ścian
wielkopłytowych na możliwość ograniczenia mostków cieplnych. Prace Instytutu
Techniki Budowlanej, Warszawa 2002.
[6] KAPROC
M., Zestawienie podstawowych danych dotyczących modernizowanych ścian
zewnętrznych w wielorodzinnym budownictwie mieszkaniowym realizowanym metodami
uprzemysłowionymi. COBPBO. Warszawa 1982.
[7] Physibel Software Guidelines (1998).
[8] PN-EN ISO 6946:1999 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny
i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
120
EFFICIENCY OF AN ADDITIONAL THERMAL INSULATION
ON SINGLE- AND MULTILAYER LARGE PANEL WALLS
Summary
According to common motions, the execution of an additional external thermal insulation on
walls containing thermal bridges, for instance on walls made of large panels, should suppress
those thermal bridges. Such assumption was taken in the Instruction of ITB 334/96 [1]. This
assumption was not proved in computer simulations made by authors on the occasion of
technical expertises. The results of those simulations showed that thermal bridges on the
edges of windows and doors were not suppressed by execution of the additional external
thermal insulation. Increasing the thickness of the external insulating layer, values of some
linear thermal transmissions coefficients increase too and the total heat flow decrease only
slightly. It concerns not only thermal bridges on the edges of windows and doors openings,
but also thermal bridges in the bossed corners of buildings. This fact should be taken into
consideration in projects of external additional thermal insulation.