WSZYSTKO o przegrodach w domu energooszczędnym

O domach energooszczędnych mówi się od lat, ale nie ma jednoznacznej, powszechnie aprobowanej definicji takiego budynku. Ich kluczową cechą jest obniżone zapotrzebowanie na energię, która w naszym klimacie jest zużywana głównie do ogrzewania. Trzeba zatem ograniczyć jej straty, czemu służy wybór właściwego projektu domu, solidne ocieplenie przegród, zastosowanie wentylacji mechanicznej z rekuperacją itd.

Dopuszczalne współczynniki przenikania ciepła U przegród zewnętrznych

Przed wejściem w życie Warunków Technicznych 2021, co nastąpiło z końcem grudnia 2020 r., za energooszczędne uznawano domy, które z wyprzedzeniem je wypełniały. Zgodnie z tym przepisami, zapotrzebowanie budynku jednorodzinnego na energię nieodnawialną (wskaźnik EP), niezbędną do ogrzewania, przygotowywania cieplej wody użytkowej, wentylacji, chłodzenia, nie może przekraczać 70 kWh/(m²·rok).

Prawo określa też dopuszczalne współczynniki przenikania ciepła U przegród zewnętrznych.

Wynoszą one odpowiednio:

• w przypadku ścian zewnętrznych 0,20 W/(m²·K);
• dachów i stropodachów 0,15 W/(m²·K);
• podłóg na gruncie 0,3 W/(m²·K);
• okien pionowych 0,9 W/(m²·K);
• okien dachowych 1,1 W/(m²·K).

Jeśli zgodzimy się z przedstawionym powyżej punktem widzenia, każdy dom, którego budowę zgłoszono lub uzyskano na nią pozwolenie po 31 grudnia 2020 jest energooszczędny, bo spełnia WT 2021. Są jednak i tacy, którzy za energooszczędne uznają budynki o wskaźniku EP na poziomie niższym, 30-60. I jest w tym trochę racji, bo dawniej specjaliści twierdzili, że dom energooszczędny ma mieć zapotrzebowanie na energię niższe niż standardowy, a 70 kWh/(m²·rok) to przecież teraz standard.

Dom energooszczędny charakteryzuje zwarta bryła, przeszklenia od południa, brak balkonów i zbędnych detali architektonicznych. (fot. A. Papliński)

Nie tylko ocieplenie

Oszczędzanie energii wykorzystywanej do ogrzewania ułatwia nie tylko solidna izolacja przegród zewnętrznych. Duże znaczenie ma projekt budynku. Jego bryła powinna być prosta i zwarta (rzut na planie prostokąta). Wtedy powierzchnia przegród, przez które może uciekać ciepło, będzie mała. Dlatego w budownictwie energooszczędnym unika się balkonów, wykuszy, wielopołaciowych dachów.

Znaczenie ma też usytuowanie budynku względem stron świata. Duże przeszklenia na południowej ścianie pozwalają na wykorzystanie ciepła promieni słonecznych. Ale stolarka musi być energooszczędna.

Poza dobrym projektem bardzo istotna jest jakość robót. Starannie pracujący fachowcy nie powinni dopuszczać do powstania nieszczelności i mostków termicznych.

Przegrody w domach energooszczędnych muszą skutecznie chronić przed ucieczką ciepła. Dlatego chętnie wykorzystuje się w nich materiały izolacyjne o szczególnie dobrych właściwościach, np. styropian z dodatkiem grafitu. (fot. Austrotherm)

Podstawowe parametry materiałów ociepleniowych

Podstawowym parametrem określającym termoizolacyjność materiałów budowlanych i izolacyjnych jest współczynnik przewodności cieplnej λ (lambda). Jego jednostką jest W/(m·K). Współczynnik informuje, jak intensywnie ciepło przepływa przez materiał w wyniku różnicy temperatury. Im jest niższy, tym materiał słabiej przewodzi ciepło, czyli lepiej izoluje termicznie.

Wartość współczynnika przewodności cieplnej λ jest charakterystyczna dla danego materiału i nie ma związku z jego grubością. Dla przykładu, współczynnik przewodzenia ciepła pełnej cegły wynosi 0,7, zaś grafitowego styropianu 0,031-0,033.

Natomiast wspomniany wcześniej współczynnik przenikania ciepła U informuje o izolacyjności cieplnej przegrody (ściany, podłogi, dachu) o określonej budowie i grubości. Jego jednostką jest W/(m2·K). Tu też im niższa wartość parametru, tym lepsze właściwości izolacyjne. Przy czym dwie ściany zbudowane z tego samego materiału, o identycznym współczynniku λ, mają inny współczynnik U, jeśli różnią się grubością. W odniesieniu do przegrody jednorodnej zależność między U i λ kształtuje się następująco:

U = λ/d, gdzie d to grubość przegrody podana w metrach.

λ informuje zatem, jaką ochronę cieplną zapewnia dany materiał, zaś współczynnik U jaka jest izolacyjność konkretnej przegrody, czyli np. ściany z betonu komórkowego o grubości 24 cm, ocieplonej 15 cm styropianu.

Żeby przegroda warstwowa spełniała wymagania stawiane przez WT 2021, izolacja termiczna musi mieć grubość 15-20 cm. (fot. Styropmin)

Ściany

Domy jednorodzinne wznosi się u nas na ogół jako murowane, zwykle z jednego z dwóch najpopularniejszych materiałów: betonu komórkowego lub ceramiki. Rzadziej z silikatów czy keramzytobetonu. Inwestorzy, planujący domy energooszczędne, przychylnym okiem spoglądają również na technologie alternatywne, np. prefabrykowany szkielet drewniany.

W technologii murowanej ściany są jedno-, dwu- lub trójwarstwowe. Najpopularniejsze dwuwarstwowe tworzy mur (o grubości 18-25 cm) i przymocowane do niego od zewnątrz ocieplenie, które szczelnie otula budynek. Izolację wykonuje się z płyt styropianowych lub z wełny mineralnej. Oba materiały mają podobną przewodność cieplną λ - między 0,030 i 0,045 W/(m·K) - lecz różnią się nasiąkliwością, elastycznością, izolacyjnością akustyczną. Ciągła izolacja eliminuje mostki termiczne, ponadto ten sposób stawiania ścian wybacza najwięcej błędów wykonawczych.

Ściana dwuwarstwowa z tynkiem cienkowarstwowym. (fot. Wienerberger)

Ocieplenie montuje się jedną z dwóch metod: lekką mokrą lub lekką suchą. W metodzie lekkiej mokrej (ETICS) warstwę izolacji termicznej klei się, ewentualnie dodatkowo mocuje kołkami, i pokrywa np. tynkiem cienkowarstwowym. W metodzie lekkiej suchej ocieplenie, najczęściej wełnę, układa się między listwami rusztu, do którego mocowana jest elewacja. Drewniany bądź stalowy ruszt przytwierdza się mechanicznie, bez klejów i zapraw. Na elewacji układana jest np. drewniana oblicówka.

Ściana trójwarstwowa składa się z warstwy konstrukcyjnej (18-25 cm), ocieplenia i ścianki elewacyjnej. Takie rozwiązanie zapewnia wysoki komfort termiczny i akustyczny. To jednak wariant drogi i skomplikowany wykonawczo. Ścianka osłonowa (elewacyjna) musi być połączona z konstrukcyjną kotwami ze stali, zaś między ociepleniem i elewacją konieczne jest utworzenie szczeliny wentylacyjnej.

Budowa ściany trójwarstwowej. (fot. Wienergerber)

Żeby przegroda dwu- czy trójwarstwowa osiągnęła wymagany przez WT 2021 poziom współczynnika przenikania ciepła U, nie wyższy niż 0,20, obkłada się ją termoizolacją o grubości 15-20 cm.

W tym przypadku za izolacyjność termiczną odpowiada głównie ocieplenie, więc materiał na warstwę nośną można wybrać dowolnie. Dla przykładu, współczynnik U ściany o grubości 25 cm wzniesionej z silikatu wynosi blisko 2,0 W/(m2·K) i jest przeszło dwa razy gorszy od tego parametru betonu komórkowego odmiany 600. Ale po obłożeniu murów 15 cm grafitowego styropianu o λ = 0,033, obie przegrody będą energooszczędne.

W ścianie jednowarstwowej ten sam materiał odpowiada za wytrzymałość i izolacyjność. Obeznana z technologią ekipa powinna pracować bardzo starannie, bo budynku nie otuli żadna dodatkowa izolacja. Żeby wyeliminować mostki termiczne, które pojawiłyby się tam, gdzie materiał ścienny jest zastępowany betonem (w nadprożach, wieńcu stropowym), stosuje się elementy systemowe, np. docieplane kształtki wieńcowe. Przegrody jednowarstwowe wznosi tylko z produktów najcieplejszych: grubych bloczków z najcieplejszych odmian betonu komórkowego, ceramicznych pustaków wypełnionych wełną mineralną.

Pożądaną cechą przegród w domu energooszczędnym jest również ich wysoka akumulacyjność cieplna, czyli zdolność do magazynowania ciepła, która charakteryzuje materiały o dużej masie - silikaty, tradycyjną ceramikę.

Fundamenty i podłoga na gruncie

W wariancie stosowanym najczęściej, fundament stanowią ściany fundamentowe, opierające się na żelbetowych ławach. Jeśli nośność gruntu nie jest wystarczająca, planuje się płytę fundamentową, która zapewnia równomierne i rozłożone na dużą powierzchnię przekazywanie obciążeń. Płytę trudniej zaprojektować, ale ryzyko, że robotnicy popełnią błędy przy izolacjach, jest mniejsze.

Ocieplenie ścian fundamentowych wykonuje się z materiałów odpornych na zawilgocenie i ściskanie, czyli albo styropianu fundamentowego, albo jeszcze mniej nasiąkliwego i bardziej odpornego mechaniczne styroduru (polistyrenu ekstrudowanego XPS). Wystarcza warstwa 15 cm.

Do termoizolacji ścian fundamentowych przeznaczony jest styropian odporny na zawilgocenie, który zwykle jest niebieski. (fot. Austrotherm)

Posadowienie budynku na żelbetowej, ocieplonej od dołu płycie, to lepszy wybór. Termoizolację układa się pod nią tak, aby wystawała poza jej krawędzie. Dzięki temu da się ją połączyć z ociepleniem murów. Ocieplenie ścian fundamentowych również musi się łączyć z izolacją termiczną nadziemia.

W domach energooszczędnych zwykle nie planuje się piwnic, a niektórzy eksperci zalecają termiczne izolowanie ścian fundamentowych również od środka.

Płyta fundamentowa to po prostu żelbetowa płyta nośna oddzielona od gruntu warstwą izolacji cieplnej. Za jednym zamachem zyskujemy fundament, podłogę na gruncie, a nawet ogrzewanie podłogowe. (fot. Legalett)

Żeby osiągnąć wymagany przez WT 2021 poziom współczynnika U podłogi na gruncie, wystarczy zastosować ocieplenie o grubości 12-15 cm. Może to być twardy styropian typu dach/podłoga. Układa się go na betonowym podkładzie (chudziaku) i izolacji przeciwwilgociowej (na ogół z grubej folii). Najlepiej w dwóch warstwach na mijankę. Pod chudziakiem powinna być podbudowa - czyli warstwa 15-30 cm mechanicznie zagęszczonego piasku, pospółki lub żwiru. Ten ostatni ma dużą nośność i przerywa kapilarne podciąganie wody.

Od góry termoizolację dociska jastrych cementowy bądź anhydrytowy, o grubości od 4 cm do 7 cm (lub większej, jeżeli wylewka ma być akumulatorem ciepła).

Dachy i stropodachy

Jak już wspomnieliśmy, dom energooszczędny ma mieć jak najprostszą bryłę. Taki też powinien być jego dach - dwuspadowy albo pulpitowy, ewentualnie płaski. Im mniejszą będzie miał powierzchnię, tym mniejsze będą straty ciepła. A ponieważ ciepłe powietrze przemieszcza się do góry, dach trzeba zaizolować jeszcze dokładniej i grubiej niż ściany.

Dach w domu energooszczędnym ma przede wszystkim grubszą izolację (fot. po lewej). Zaś folia paroizolacyjna (fot. po prawej) musi być ułożona bardzo starannie, bo inaczej w budynku powstaną nieszczelności. (fot. Isover)

Dachy skośne ociepla się najczęściej układając materiał izolacyjny między i pod krokwiami. Od jakiegoś czasu mamy też możliwość ułożenia termoizolacji na krokwiach. To tzw. izolacja nakrokwiowa, którą zwykle wykonuje się z płyt PIR.

Przy rozwiązaniu typowym, czyli ocieplaniu dachu od dołu, zaleca się ułożenie materiału izolacyjnego, którym przeważnie jest wełna, dwuwarstwowo - pomiędzy krokwiami i pod nimi (na dodatkowym poprzecznym ruszcie). Dolna warstwa pozwala zwiększyć grubość izolacji i zniwelować wpływ krokwi jako mostków termicznych.

Aby spełnić wymagania WT 2021, za minimum należy uznać ocieplenie połaci materiałem o grubości 30 cm, przy λ = 0,04 W/(m·K). Taka warstwa umożliwi uzyskanie współczynnika U nie wyższego niż 0,15 W/(m2·K). Alternatywą wełny jest nanoszona natryskowo pianka PUR, której warstwa powinna mieć około 25 cm grubości.

Izolacja nakrokwiowa z płyt z piany PIR. (fot. Bauder)

Dachy płaskie, w zależności od konstrukcji, dzielimy na wentylowane i niewentylowane.

W tych pierwszych, ocieplenie rozkłada się na stropie, a pustka między nim i pokryciem musi być wentylowana. Odporność na ściskanie nie ma tu znaczenia, można więc stosować materiały miękkie, np. maty z wełny mineralnej albo granulaty układane nadmuchowo. Granulat z wełny mineralnej, polistyrenowy czy strzępki celulozowe wtłacza się pod pokrycie za pomocą specjalnej maszyny. Grubość warstwy termoizolacji zależy od współczynnika λ konkretnego materiału, ale nie powinna być mniejsza niż 25-30 cm.

Stropodachy niewentylowane ociepla się styropianem (minimum dach/podłoga), styropapą (czyli płytami styropianowymi oklejonymi papą podkładową), płytami z wełny mineralnej o dużej gęstości, można też użyć twardych płyt z pianki poliuretanowej PIR. Niezbędny spadek formuje się układając warstwę dociskową z betonu, albo z klinów z materiału ociepleniowego, zwykle przygotowywanych w fabryce na konkretny dach. Warstwa termoizolacji ma wówczas w najcieńszym punkcie przeszło 20 cm, w najgrubszym (zależnie od spadku i wielkości dachu) nawet dwa razy tyle.

Termoizolacja dachu płaskiego niewentylowanego z wełny mineralnej. (fot. Rockwool)

Przegrody w budynku energooszczędnym - okna

Przez okna i drzwi zewnętrzne traci się zwykle od 20 do 25% dostarczanego do budynku ciepła. W przypadku domów energooszczędnych, straty te mogą dochodzić do 40%, ale okna są również źródłem zysków od promieniowania słonecznego. Nic więc dziwnego, że dobór i rozmieszczenie przegród przeszklonych jest jednym z najbardziej istotnych elementów procesu projektowania energooszczędnych budynków.

Wielkość strat ciepła wiąże się głównie z izolacyjnością cieplną okien, lecz ich lokalizacja na poszczególnych elewacjach i położenie względem stron świata wpływa na wielkość zysków ciepła od słońca.

Z kolei izolacyjność okien zależy od udziału szyby w całkowitej powierzchni okna i liczby podziałów (np. szprosy). Im większy udział szyby i mniejsza liczba podziałów, tym lepsze są właściwości izolacyjne okien. Wybór rodzaju oszklenia pozwala na regulację wielkości zysków ciepła i przepuszczalności światła dziennego.

Okna na nasłonecznionej elewacji trzeba latem zacienić. Z tej roli świetnie wywiązują się drzewa liściaste (a). Za to gdy liście już z nich opadną, praktycznie nie ograniczają dostępu słońca (b).

W przypadku okien istotna jest też ich szczelność. Nieszczelne, słabo izolowane mogą przyczyniać się do zbyt intensywnego przepływu powietrza, powodując przeciągi.

Izolacyjność termiczna przegród przezroczystych jest kilka razy gorsza, niż ścian czy dachu. Stolarka okienne w domach energooszczędnych powinna charakteryzować się jak najlepszym współczynnikiem przenikania ciepła U < 1,0 W/(m²·K) (zalecane nawet U < 0,8). Istnieją rozwiązania techniczne umożliwiające osiągnięcie współczynnika przenikania ciepła Uw całych okien na poziomie poniżej 0,6. Wskazane jest stosowanie wielu okien nieotwieranych, które są bardziej szczelne i mają mniejszą powierzchnię ramy.

Odpowiednie rozmieszczenie okien o dobrych parametrach pozwala wznieść dom o niskim zapotrzebowaniu na energię. Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest montaż okien o największej powierzchni szyb na południowej elewacji budynku.

O charakterystyce energetycznej stolarki okiennej decydują nie tylko współczynniki przenikania ciepła dla całego okna (Uw), oszklenia (Ug) i ramy (Uf), ale również parametry opisujące właściwości szklenia, takie jak współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej g i przepuszczalności światła Lt.

Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej (g) jest to proporcja całkowitej przepuszczalności energii szyby do padającej na nią energii słonecznej. Wartość ta informuje, jaka część energii promieniowania słonecznego padającego na szybę zostaje przepuszczona do wnętrza pomieszczenia. Im wyższy poziom tego parametru, tym więcej ciepła słonecznego dostanie się do wnętrza domu. Zwykle wynosi on 50-60%. Jeżeli zależy nam na zyskach ciepła powinien być jak najwyższy.

Współczynnik g określa jaka część energii słonecznej trafi do wnętrza zarówno pod postacią światła, jak i ciepła.

Współczynnik przepuszczalności światła Lt jest to stosunek ilości światła przepuszczonego przez zestaw szybowy do ilości padającego nań światła słonecznego. Wartość tego współczynnika podawana jest w procentach [%], ewentualnie jako ułamek dziesiętny. Im wyższy procent przepuszczanego światła, tym jaśniej będzie w pomieszczeniu. Dobrze jeżeli wynosi ponad 70%.

Współczynnik Lt informuje jaka część padającego na szybę światła wniknie do wnętrza.

Parametry nawet najlepszego okna mogą jednak ulec pogorszeniu z powodu źle wykonanego montażu. W przypadku domu energooszczędnego, najlepszym rozwiązaniem jest szczelny, trójwarstwowy montaż, w którym pianka montażowa (tworząca warstwę izolacji cieplnej i akustycznej) jest zabezpieczona odpowiednimi warstwami izolacyjnymi: paroszczelną i paroprzepuszczalną. Warstwy te (od wewnątrz paroszczelna, od zewnątrz paroprzepuszczalna) zapobiegają wnikaniu wilgoci i niszczeniu pianki.

Natomiast sposób i miejsce osadzenia okna w ścianie zależy od rodzaju ściany. W przypadku ścian jednowarstwowych (ściana nośna bez izolacji), okno wstawia się w połowie grubości ściany nośnej, wykorzystując do poprawy parametrów energetycznych termoizolacyjny węgarek, osłaniający nadproże i krawędź okna. W przypadku ścian dwuwarstwowych (ściana nośna oraz izolacja cieplna zewnętrzna), okno montuje się w płaszczyźnie termoizolacji, a nie na krawędzi ściany nośnego. Dla polepszenia parametrów energetycznych, nadproże i krawędź okna zostają osłonięte izolacją, w której osadza się okno.

W przypadku ścian trójwarstwowych (ściana nośna, izolacja cieplna i ściana osłonowa), okno podobnie jak w ścianie dwuwarstwowej powinno być zamocowane w płaszczyźnie izolacji oraz osłonięte zarówno izolacją termiczną, jak i ścianą osłonową.

Pod względem cieplnym okna najlepiej jest osadzić w warstwie termoizolacji. Wymaga to jednak użycia specjalnych wsporników i kotew. (fot. Aluplast)

Aby zmniejszyć ilość ciepła uciekającego przez okna i przegrody przezroczyste, należy używać okiennic lub nowoczesnych rolet zewnętrznych.

Rolety zewnętrzne zamykane na noc mogą zmniejszyć straty ciepła przez okna nawet o 20%. W lecie zyski ciepła są często niepożądane i zwiększają ryzyko przegrzewania budynku. Aby zagwarantować odpowiednią jakość środowiska wewnętrznego w okresie lata, należy stosować osłony przeciwsłoneczne.

Istnieje kilka rodzajów osłon słonecznych, wśród nich są:

• stałe elementy architektoniczne, jak okapy, balkony, daszki;
• ruchome elementy architektoniczne, np. markizy, rolety, okiennice, żaluzje zewnętrzne;
• wewnętrzne lub międzyszybowe osłony przeciwsłoneczne, np. żaluzje;
• okna ze szkłem o zmiennych parametrach refleksyjne lub elektrochromatyczne;
• drzewa liściaste nasadzone od strony południowej.

Czynnikiem w największym stopniu wpływającym na izolacyjność okna jest rodzaj oszklenia. Trzy szyby to standard w domach energooszczędnych. (fot. Schüco)

Redaktor: Janusz Werner
fot. otwierająca: MULTICOMFORT Saint-Gobain/EcoReadyHouse