Izolacyjność termiczna dachów a piany natryskowe

Przepisy zawarte w aktualnie obowiązujących Warunkach Technicznych (WT) określają między innymi jak budować dachy. Wytyczne dotyczące termoizolacyjności wymagają przeprowadzenia odpowiednich obliczeń. Warto je poznać, aby zrozumieć w jaki sposób działają przepisy i czemu służą.

Tekst KRZYSZTOF PATOKA

W  poprzednim artykule „Naszego Dekarza” (03/2023) [1] opisałem podstawowe wątpliwości dotyczące często stosowanych natryskowych otwartokomórkowych pian PUR (OKPUR). Jednym z głównych tematów do dyskusji jest brak paroizolacji w tak ocieplanych dachach, ponieważ natryśnięta na więźbę i warstwę wstępnego krycia termoizolacja z piany nie jest tak łatwa do osłonięcia paroizolacją jak inne termoizolacje w postaci płyt lub mat (na przykład wełna mineralna). Natomiast na te piany (i inne termoizolacje też) można natrysnąć utwardzające się płynne folie paroizolacyjne, które znakomicie osłaniają warstwę takiego ocieplenia. Jednak to nie rozwiąże jeszcze jednego problemu. Ich jednokrotne natryśnięcie skutkuje bowiem uzyskaniem warstwy izolacyjnej o zmiennej grubości (rys. 1) zależnej od wysokości krokwi. W ten sposób można natrysnąć warstwę o wysokości około 20-25 cm z dodatkową, kilkucentymetrową osłoną samych krokwi. Przy izolacyjności pianek OKPUR, wynikającej z ich współczynnika przewodzenia ciepła λ = 0,035-0,038 W/(mK), można w ten sposób uzyskać obliczeniowy współczynnik przenikania ciepła na poziomie 0,17-0,18 W/(m²K), a od 1 stycznia 2021 roku obowiązuje U_C(max) = 0,15 W/(m²K). Czyli jednowarstwowe nałożenie takiej piany (OKPUR) nie spełnia wymogów prawnych. Co to oznacza?

Obowiązujące przepisy

Obliczeniowy współczynnik przenikania ciepła oznaczany jako U_C(max) [W/(m²K)] jest określany w Warunkach Technicznych (WT) po to, aby prawnie narzucić obliczaną według norm izolacyjność przegród budowlanych (ściany, dachy, stropy). Podstawa prawna to rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, które co kilka lat jest uaktualniane i zmieniane w wybranych tematach. W załączniku do tego rozporządzenia są wskazane normy, którym muszą odpowiadać konstrukcje budowlane, aby mogły być uznane za bezpieczne i odpowiadające przepisom. Te normy określa się jako obligatoryjne, ponieważ wszystkie niewskazane urzędowo normy są do dobrowolnego stosowania. W związku z tym na projektantów i wykonawców został nałożony obowiązek stosowania określonych norm budowlanych, które zostały wymienione w załączniku do rozporządzenia. Do takich norm należy PN-EN ISO 6946 [2] (ostatnia wersja polska z 2008 roku została wycofana i zastąpiona przez PN-EN ISO 6946: 2017-10 w wersji angielskiej). Norma ta, razem z PN EN ISO 14683: 2007 [3] jest wykorzystywana do wyznaczania i sprawdzania wielkości współczynnika przenikania ciepła U projektowanych przegród budowlanych. Obowiązująca dla dachów wielkość tego współczynnika oznaczonego jako UC(max) jest podana w WT 2020 i od 1 stycznia 2021 wynosi nie więcej niż 0,15 W/(m²K). Oznacza to, że każdy budynek zaprojektowany po 1 stycznia 2021 o poddaszu mieszkalnym (z planowaną temperaturą powyżej 16°) musi mieć dach z obliczeniowym współczynnikiem U_C mniejszym (ewentualnie równym) od 0,15 W/(m²K). Wielkość tego współczynnika oblicza się według metody podanej w normie [2 i 3] tak samo dla wszystkich konstrukcji budowlanych, co nadaje sens takim działaniom. Chodzi o to, aby można było porównywać konstrukcje według tych samych zasad po to, żeby je ulepszać. Natomiast tego, co najbardziej interesuje wszystkich budujących się – czyli jaka jest lub będzie prawdziwa izolacyjność dachów i budynków – nie da się według tych norm ustalić, ponieważ podane w nich metody obliczeniowe są uproszczone i nie uwzględniają wszystkich czynników decydujących o tej izolacyjności. Jednym z ważniejszych jest wilgotność termoizolacji. Wiadomo, że zawilgocona wełna mineralna szczególnie mocno traci na izolacyjności. Jednak normy tego nie uwzględniają i każdy dach musi mieć obliczeniowy współczynnik U_C mniejszym od U_C(max) = 0,15 W/(m²K) jako element narzucający grubości wybieranych termoizolacji. Warto o tym wiedzieć. Z obliczeń wykonanych według tych norm jasno wynika, że im więcej drewna zawiera przegroda dachowa, tym wyższy (gorszy) jest współczynnik U_C. Czyli w konstrukcjach, w których jest zagęszczona liczba krokwi lub krokwie są bardzo grube wzrasta procentowy udział drewna i spada ich izolacyjność (wzrasta współczynnik U_C), bo maleje procentowy udział termoizolacji w masie całej przegrody. To oczywiste zjawisko potwierdzone obliczeniami może mieć wpływ na izolacyjność dachów ocieplonych pianą OKPUR.

Obliczenia

Po zebraniu tych informacji możemy przystąpić do porównywania opisywanych sposobów ocieplania dachów, ponieważ wiemy, według jakiej normy i jakich zasad możemy to zrobić. Jeżeli w obliczeniach zastosujemy termoizolację o współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,037 W/(mK), to obliczone wartości U_C będą te same dla dwóch wersji termoizolacji: dla wełny i OKPUR (tabela 1), umieszczonych według tego samego modelu przegrody (rys. 2), w którym będą te same grubości termoizolacji i te same odległości pomiędzy belkami.

Obliczenia U_C przeprowadziłem za pomocą programu dostępnego dla wszystkich (arkusza kalkulacyjnego) i według zasad przedstawionych w [4], według metody obliczeniowej opartej na uproszczonych modelach przepływu ciepła zawartych w wyżej opisanych normach obligatoryjnych [2, 3]. W obliczeniach przyjąłem odpowiednie wartości ważnych parametrów i są one pokazane w ramce. Natomiast wyliczone wartości U_C dla różnych wariantów przegrody zaprezentowanej na rys. 2, zestawiłem w tabeli 2. Jako parametry zmienne występują tam:

• dwie różne szerokości krokwi (8 i 10 cm), które mają taką samą wysokość 18 cm;
• dwie różne odległości między krokwiami (80 i 90 cm);
• trzy grubości drugiej warstwy termoizolacji ułożonej pod krokwiami (3, 10 i 16 cm).

Grubość dolnej termoizolacji – 3 cm – wybrałem z powodu podobieństwa takiego układu do rzeczywistych wymiarów najczęściej nanoszonych termoizolacji OKPUR między krokwie 18 x 8 (lub 10) cm, co można porównać na rys. 1 i rys. 2.

Wszystkie pozostałe parametry we wszystkich wersjach obliczeń przyjąłem takie same. Analiza ostatniej kolumny tabeli 2 pokazuje, że warunki zawarte w WT 2020 spełnia jedynie układ z krokwiami 18 x 8 cm (h1 = 18 cm, s = 8 cm) o rozstawie 90 cm i z dwoma warstwami (18 + 16 = 34 cm) termoizolacji o λ_p = 0,037 W/(mK). Według obliczeń zestawionych w tabeli 2 w takiej przegrodzie U_C = 0,15 W/(m²K). Pozostałe warianty nie spełniają warunków wymagań prawnych. W układzie modelującym ocieplenie OKPUR z krokwiami 18 x 8 cm (h1 = 18 cm, s = 8 cm) o rozstawie 90 cm i z dwoma warstwami (18 + 3 = 21 cm) termoizolacji o λ_p = 0,037 W/(mK) obliczeniowy U_C = 0,19 W/(m²K). W takiej wersji przegrody dachowej łączna grubość termoizolacji jest za mała. Warto było sprawdzić, jak taki sam układ przegrody zmieni współczynnik UC, gdy przyjmiemy, że termoizolacja OKPUR ma λ_p = 0,033 W/(mK) (najlepsza z podawanych przez producentów). Po wstawieniu tej wartości otrzymamy U_C = 0,18 (dokładnie 0,18145142) W/(m²K), czyli stanowczo za mało, aby spełnione były warunki WT 2020.
Możemy jeszcze założyć, że uda się tak natrysnąć OKPUR, że otrzymamy średnią grubość termoizolacji 28 cm (w programie obliczeniowym 18 + 10 cm). W takiej przegrodzie (krokiew 18 x 8 cm, termoizolacja 18 + 10 cm, odległość między krokwiami 90 cm),w obliczeniach, w których użyłem λ_p = 0,033 W/(mK), uzyskałem U_C = 0,15 (dokładnie 0,1530732) W/(m²K). Dopiero taka grubość tej lepszej termoizolacji (28 cm) uzyskała wymaganą izolacyjność (U_C).

Wnioski

Z praktyki wiadomo, że uzyskiwane grubości piany OKPUR wynoszą najczęściej 22-25 cm i jest to grubość nakładana przy jednym natrysku. Jednocześnie na rynku działają firmy, które przy jednym natrysku osiągają 30 cm (przy wysokości krokwi 18-20 cm), co jest możliwe do uzyskania przy umiejętnym natryskiwaniu kilku warstw w odpowiednim czasie po sobie. Stosując odpowiednią technikę można otrzymać grubość przekraczającą 30 cm. To oznacza, że aby uzyskać wymagany współczynnik U_C(max) = 0,15 W/(m²K) trzeba tak właśnie natrysnąć kilka warstw termoizolacji OKPUR. Jeżeli taka piana będzie miała izolacyjność na poziomie wynikającym ze współczynnika λ_p = 0,037 W/(mK), to całkowita grubość warstwy powinna wynosić 34 cm. To oznacza, że nad krokwiami o wysokości 18 cm musi być co najmniej 16 cm (razem 18 + 16 = 34 cm) – tabela 2 wiersz 6. To jest trudne. Natomiast dla piany o λ_p = 0,033 W/(mK) wystarczy 10 cm nad krokwiami (razem 18 +10 = 28 cm). Taki właśnie zestaw możemy uznać za odpowiedni dla termoizolacji wykonanej z OKPUR. Jest to dużo bardziej korzystne zestawienie w stosunku do tego z rys.1.
Wynika z tego jasny wniosek: za pomocą piany OKPUR można uzyskać wymagany U_C(max) = 0,15 W/(m²K), ale tylko wtedy, gdy wykonawcy dysponują odpowiednimi umiejętnościami i techniką (aparaturą) oraz dobrymi surowcami. Niestety, wiadomo, że nie zawsze tak jest, a parametry surowców i samego natrysku (ciśnienie, głowica, temperatury) są trudne do sprawdzenia dla osób postronnych. Jednocześnie chciałbym podkreślić, że aby dach spełniał wszystkie wymagane przepisy i był suchy, natryśnięte OKPUR muszą mieć warstwę o określonej obliczeniami grubości i natryśniętą (lub zamontowaną) paroizolację. Dlaczego powinna być zastosowana paroizolacja, wyjaśniłem w poprzednim artykule [1]. Dodatkowo warto zauważyć, że efekty praktyczne, przy tych samych grubościach konkurencyjnych termoizolacji (wełna, OKPUR) o podobnych współczynnikach λ_p (0,033-0,038 W/(mK)) są korzystniejsze dla OKPUR, ponieważ wełna mineralna traci właściwości cieplne dużo szybciej niż OKPUR po zawilgoceniu.

Bibliografia:
[1] Krzysztof Patoka, „Natryskowe termoizolacyjne pianki PUR”. Nasz Dekarz 3/2023.
[2] PN-EN ISO 6946: 2008 „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
[3] PN-EN ISO 13370: 2008 „Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wymiana ciepła przez grunt. Metoda obliczeń”.
[4] Krzysztof Pawłowski „Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle nowych warunków technicznych WT 2013 dotyczących budynków” Izolacje. Wydanie specjalne 2/2013.

---

KRZYSZTOF PATOKA
Ekspert z wieloletnim doświadczeniem; członek Polskiego Stowarzyszenia Dekarzy;
rzeczoznawca SITPMB przy NOT. Autor publikacji w magazynach branżowych oraz współautor „Wytycznych dekarskich” oraz „Słownika terminów i nazw dekarskich”.