Ściany zewnętrzne: izolacja termiczna

Nadziemna część budynku to przede wszystkim ściany. Biorąc pod uwagę ich powierzchnię, duże znaczenie ma nie tylko ich solidność - wsparcie dla konstrukcji dachu, ale i właściwości izolacyjne - ochrona przed zmiennymi warunkami atmosferycznymi i dużymi stratami ciepła. Ta ostatnia cecha jest szczególnie ważna w naszej strefie klimatycznej.

Ściany zewnętrzne

Ważnym zadaniem, które muszą spełnić projekty domów jest wybór optymalnego rozwiązania technicznego zewnętrznych ścian budynku. Projektant wraz z inwestorem muszą uwzględnić w już na etapie projektowania wymagania ochrony cieplnej. W wielu przypadkach górę bierze ekonomiczna krótkowzroczność i zapada decyzja o zastosowaniu technologii ścian jednowarstwowych bez izolacji. W ścianie warstwowej rozdzielone są funkcje dwóch lub nawet trzech materiałów. Jeden ma funkcję wyłącznie (lub głównie) konstrukcyjną, inny - funkcję wyłącznie izolacyjną, a ewentualnie jeszcze inny funkcję osłonowo-ozdobną. W związku z tym izolacyjność termiczna zależy w dominującej mierze od grubości warstwy materiału izolacyjnego. Mniejsza czy większa grubość tej warstwy nie zmienia konstrukcji ściany (pozostałych warstw) i kosztu jej wzniesienia. Zmiana cech izolacyjności termicznej wpływa tylko na koszt wykonania izolacji i w niewielkim stopniu wpływa na koszt wykonania całej ściany.

Nakłady inwestycyjne, a także czas zwrotu nakładów w poszczególnych wariantach grubości izolacji różnią się między sobą bardzo niewiele. Najwyższą ekonomiczną efektywność osiąga się przy grubości 14 cm, przy której U = 0,25 W/(m²K), ale biorąc pod uwagę przewidywane zmiany wymagań i ocen wartości budynku inwestor może przyjąć np. wariant o grubości izolacji 18 cm i wartości U = 0,20 W/(m²K) przy zaledwie ok. 1,5% wzroście kosztu wykonania ściany.

Ściany jednowarstwowe

W ścianie jednowarstwowej (jednomateriałowej) ten sam materiał spełnia funkcję konstrukcji i izolacji termicznej. A zatem izolacyjność termiczna ścian tego rodzaju jest wprost proporcjonalna do grubości całej ściany - zmiana cech izolacyjności termicznej wymaga zmiany grubości przegrody. Wpływa to wprost proporcjonalnie na koszt wykonania ściany. Nakłady inwestycyjne, a także czas zwrotu kosztów w poszczególnych wariantach grubości ściany różnią się między sobą bardzo znacznie. Ekonomicznie optymalna jest grubość 30 cm o współczynniku U = 0,45 W/(m²K). Jeżeli inwestor biorąc pod uwagę przewidywane zmiany wymagań i ocen wartości budynku, będzie chciał przyjąć wariant o znacznie obniżonej wartości współczynnika U, to wiążę się to z kilkudziesięcioprocentowym wzrostem nakładów w stosunku do wariantu ekonomicznie optymalnego.

Przy bardzo niskich wartościach U ściana jednowarstwowa musiałaby mieć grubość, która z punktu widzenia warunków użytkowych i estetyki byłaby niekorzystna. Ściany zewnętrzne odpowiadające aktualnym wymaganiom ochrony cieplnej czyli z współczynnikiem przenikania ciepła na poziomie do U_k = 0,30 W/(m²K) dla budynków mieszkalnych lub do U_k = 0,45 W/(m²K) dla budynków użyteczności publicznej - mogą być wykonane zarówno w konstrukcji 1-warstwowej (jednomateriałowej) jak i w konstrukcji 2- lub 3-warstwowej. Dla ścian jednomateriałowych są to grubości ściany ok. 40 cm, a dla ścian wielowarstwowych warstwy izolacji termicznej ok. 12–14 cm.

Wybór rodzaju ściany do zastosowania w konkretnym budynku zależy od porównania nakładów inwestycyjnych w warunkach konkretnej lokalizacji oraz konkretnego wykonawcy i dostawcy, a także od preferencji inwestora.

Izolacja termiczna: grubość warstwy

Wyznaczenie najbardziej efektywniej ekonomicznie grubości warstwy izolacji termicznej wg kryterium najkrótszego czasu zwrotu poniesionych kosztów lub najniższych kosztów cyklu wieloletniego użytkowania powinna stanowić dla inwestora punkt wyjścia do podjęcia decyzji w sprawie wyboru konstrukcji ściany i grubości warstwy materiału izolującego termicznie. Przyjęte rozwiązanie musi także spełniać wymagania wynikające z warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki (to domena projektanta). Jednak na decyzje inwestora mogą i powinny mieć wpływ jeszcze inne argumenty wynikające z przewidywania zmian w bliskiej przyszłości.

Po pierwsze wprowadzenie w życie Dyrektywy nr 2002/91/EC Unii Europejskiej w sprawie jakości energetycznej budynków, a w szczególności przygotowywane wprowadzenie certyfikacji energetycznej budynków sprawi, że ich wartość rynkowa i poziom czynszu będą zależały w znacznym stopniu od klasy jakości energetycznej, która z kolei zależna będzie od poziomu ochrony cieplnej budynku. Prawdopodobnym skutkiem Dyrektywy będzie także dalsze obniżenie wymaganych współczynników przenikania przez przegrody oraz wymaganego poziomu sezonowego zapotrzebowania ciepła na ogrzewanie. A więc dla przystosowania się do przyszłych kryteriów oceny wartości budynków i przyszłych wymagań ochrony cieplnej należałoby już obecnie przyjmować większe grubości warstwy izolacji termicznej niż to wynika z oceny wg kryterium zwrotu poniesionych kosztów czy najniższych kosztów wieloletniego użytkowania.

Po drugie można przewidywać, że zmiany cen nośników energii w przyszłości, w kolejnych latach będą przebiegać w ten sposób, że szybciej będzie wzrastać cena energii niż cena robót budowlanych. W związku z tym rosnąć będzie wpływ kosztów eksploatacyjnych a to oznacza, że w kolejnych latach optymalne ekonomicznie będą większe grubości warstw izolacji.
Po trzecie w tych symulacjach zasadnicze znaczenie ma przyjmowana stopa dyskontowa. W przedstawionych powyżej przykładach przyjęto stopę 6% odpowiadającą aktualnym warunkom gospodarki w Polsce. W miarę stabilizacji gospodarki stopy dyskontowe będą obniżane, a czym niższa stopa - tym mniejsza różnica pomiędzy kosztami ponoszonymi w różnym czasie, a wiec coraz większe znaczenie ma suma wieloletnich kosztów eksploatacyjnych. Zatem w miarę stabilizacji gospodarki opłacalne będą większe grubości warstw izolacji termicznej.

Optymalna przegroda

Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe przewidywania dotyczące zmian sytuacji w bliskiej przyszłości optymalna przegroda powinna mieć współczynnik U na poziomie niższym niż 0,30, a więc 0,25–0,20 W/(m²K) lub nawet poniżej tej wartości. Ściany odpowiadające tym wymaganiom są łatwe do zrealizowania w konstrukcji wielowarstwowej (2 lub 3 warstwowej). Osiąga się to przy zastosowaniu 14–20 cm warstwy materiału izolacyjnego o współczynniku λ = 0,040 W/(mK), a przy zastosowaniu materiału np. o wartości λ = 0,034 W/(mK) warstwy odpowiednio mniejszej grubości (12–16 cm). Ściana wzniesiona w technologii jednowarstwowej, o wartości współczynnika U na poziomie 0,25–0,20 W/(m²K), byłaby rozwiązaniem trudnym do zrealizowania. Przegroda taka musiałaby mieć grubość trudną do zaakceptowania (np. 60 do 80 cm) i byłaby znacznie droższą w budowie niż ściana wielowarstwowa.
Jeżeli w ścianach o wysokich wymaganiach izolacyjności termicznej miały by być zastosowane konstrukcje z ceramiki poryzowanej lub z betonu komórkowego, to powinny być łączone z warstwami materiału izolacyjnego (wełna mineralna, styropian) czyli powinny być stosowane jako element ściany wielowarstwowej.