Izolacyjność cieplna podłóg w budynkach z uwzględnieniem WT 2021

Projektowanie cieplne podłóg w budynkach o niskim zużyciu energii (NZEB) jest kompleksowym działaniem projektanta i wymaga znajomości zagadnień z zakresu budownictwa ogólnego oraz fizyki budowli. Dobór materiału termoizolacyjnego powinien się opierać na obliczeniach cieplno-wilgotnościowych z uwzględnieniem aktualnie obowiązujących wymagań prawnych.

Przepisy prawne w zakresie jakości cieplnej elementów obudowy budynków

Zasadniczą zmianą rozporządzenia w zakresie ochrony cieplnej budynków [1] jest zmiana wartości maksymalnych współczynników przenikania ciepła U_c(max). Zaostrzeniu uległy wymagania cząstkowe w zakresie izolacyjności cieplnej ścian zewnętrznych, dachów, podłóg oraz okien i drzwi. Wartości maksymalne współczynników przenikania ciepła podłóg na gruncie, stropów, dachów i stropodachów, zgodnie z załącznikiem 2 do rozporządzenia [1], zestawiono w TABELI 1.

Według rozporządzenia [1] dopuszcza się dla budynku produkcyjnego, magazynowego i gospodarczego większe wartości współczynnika U niż U_c(max) oraz U_(max) określone w TABELI 1, jeśli uzasadnia to rachunek efektywności ekonomicznej inwestycji, obejmujący koszt budowy i eksploatacji budynku. Ponadto w budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej, produkcyjnym, magazynowym i gospodarczym podłoga na gruncie w ogrzewanym pomieszczeniu powinna mieć izolację cieplną obwodową z materiału izolacyjnego w postaci warstwy o oporze cieplnym co najmniej 2,0 (m²·K)/W, przy czym opór cieplny warstw podłogowych oblicza się zgodnie z PN-EN ISO 6946:2008 [2] oraz PN-EN ISO 13370:2008 [3].

W dalszej części artykułu przedstawiono ocenę izolacyjności cieplnej podłóg w budynkach z uwzględnieniem wymagań prawnych obowiązujących od 1.01.2021 r.

Izolacyjność cieplna podłóg na gruncie

W przypadku połączenia budynku z gruntem należy poprawnie zaprojektować i wykonać nie tylko posadzkę na gruncie, lecz także ścianę fundamentową, izolację cieplną, izolację przeciwwilgociową. Dobór materiałów dla tych przegród nie może być przypadkowy i należy przy nim uwzględniać zagadnienia konstrukcyjne oraz cieplno-wilgotnościowe. Szczególnie ważne jest prawidłowe konstruowanie złącza na styku podłoga na gruncie – ściana fundamentowa – ściana parteru budynku.

Bardzo istotny jest odpowiedni wybór i kształtowanie następujących elementów przegród stykających się z gruntem:

• ściany fundamentowe (monolityczne, murowane z różnych materiałów),
• izolacje przeciwwilgociowe i przeciwwodne (izolacje przeciwwilgociowe typu lekkiego, średniego i ciężkiego),
• izolacje cieplne ścian fundamentowych, części nadziemnej budynku oraz posadzki na gruncie.

Ściana fundamentowa, jako ściana zewnętrzna ograniczająca podłogę na gruncie, uczestniczy w przekazywaniu strumienia cieplnego między pomieszczeniem a atmosferą lub pomieszczeniem, gruntem i atmosferą. Jako bariera dla przenikania ciepła powinna zapewnić wystarczający opór cieplny, np. przez zastosowanie materiału termoizolacyjnego do wykonania izolacji krawędziowej (obwodowej) [4].

W rozdziale 4 rozporządzenia [1] sformułowano szczegółowe wytyczne w zakresie ochrony przed zawilgoceniem i korozją biologiczną rozpatrywanych przegród:

„§ 315.
Budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby opady atmosferyczne, woda w gruncie i na jego powierzchni, woda użytkowa w budynkach oraz para wodna w powietrzu w tym budynku nie powodowały zagrożenia zdrowia i higieny użytkowania.

§ 316.
1. Budynek posadowiony na gruncie, na którym poziom wód gruntowych może spowodować przenikanie wody do pomieszczeń, należy zabezpieczyć za pomocą drenażu zewnętrznego lub w inny sposób przed infiltracją wody do wnętrza oraz zawilgoceniem.
2. Ukształtowanie terenu wokół powinno zapewniać swobodny spływ wody opadowej od budynku.

§ 317.
1. Ściany piwnic budynku oraz stykające się z gruntem inne elementy budynku, wykonane z materiałów podciągających wodę kapilarnie, powinny być zabezpieczone odpowiednią izolacją przeciwwilgociową.
2. Części ścian zewnętrznych, bezpośrednio nad otaczającym terenem, tarasami, balkonami i dachami, powinny być zabezpieczone przed przenikaniem wody opadowej i z topniejącego śniegu.

§ 318.
Rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe przegród zewnętrznych i ich uszczelnienie powinny uniemożliwiać przenikanie wody opadowej do wnętrza budynków”.

Do ocieplania przegród stykających się z gruntem (izolacja obwodowa), cokołów i podłóg stosowane są najczęściej następujące materiały termoizolacyjne: polistyren ekstrudowany (XPS), płyty z pianek poliuretanowych, szkło piankowe.

Wartości współczynnika przenikania ciepła U [W/(m²·K)] oraz współczynnika strat ciepła przez przenikanie H_g [W/K] zależą od przyjętego układu warstw materiałowych przegród stykających się z gruntem oraz wymiarów rzutu analizowanego budynku (wymiar charakterystyczny budynku B’). W związku z powyższym w przypadku projektowania lub oceny stanu cieplnego przegród stykających się z gruntem powinno się podchodzić indywidualnie.

Przy zastosowaniu izolacji podłogi na gruncie w postaci płyty z polistyrenu ekstrudowanego XPS grubości 10 cm o współczynniku λ = 0,035 W/(m·K) i izolacji pionowej krawędziowej (obwodowej) z płyt z pianki poliuretanowej grubości 5 cm o współczynniku λ = 0,022 W/(m·K) uzyskano wartości współczynnika przenikania ciepła U [W/(m²·K)] (dla wymiarów budynku: 6×6 m  –  15×15 m) na poziomie U = 0,20–0,25 W/(m²·K).

W związku z powyższym analizowane przypadki spełniają wymaganie sformułowane w rozporządzeniu [1] w zakresie współczynnika przenikania ciepła: U = 0,20–0,25  <  U_(max) = 0,30 W/(m²·K). Natomiast w zakresie oceny wartości oporu cieplnego izolacji cieplnej (obwodowej/krawędziowej) R = d/λ= 0,05/0,022 = 2,27  >  R_min. = 2,0 (m²·K)/W – warunek został także spełniony. Szczegółowe obliczenia i analizy w tym zakresie przedstawiono m.in. w pracach [5–6].

Złącza przegród stykających się z gruntem generują dodatkowe straty ciepła wyrażone w postaci liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ [W/(m·K)], którego wartości zależą od przyjętego układu warstw materiałowych (szczególnie zastosowanego materiału termoizolacyjnego – współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)], grubość materiału d [m]).

W analizowanym złączu nie wystąpi ryzyko kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody, ponieważ spełnione jest kryterium ƒ_Rsi(2D) ≥ ƒ_Rsi(kryt). Wartość krytyczna (graniczna) czynnika temperaturowego, przy uwzględnieniu parametrów powietrza wewnętrznego i zewnętrznego (dla Bydgoszczy) analizowanych wariantów obliczeniowych, wynosi ƒ_Rsi(kryt)= 0,785. Procedurę określania czynnika ƒ_Rsi(kryt)) dla zróżnicowanych lokalizacji budynków przedstawiono w pracach [7–8]. Jego wartość zależy od parametrów powietrza wewnętrznego (t_i, ∆_p w zależności od klasy wilgotności pomieszczenia) i parametrów powietrza zewnętrznego (t_e, φ_e).

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń parametrów fizykalnych złączy budowlanych opracowuje się karty katalogowe, które stanowią podstawowe źródło informacji na etapie projektowania budynków lub oceny stanu cieplnego istniejącego budynku. Przykładową kartę katalogową przedstawiono w TABELI 2.

Izolacyjność cieplna podłóg na stropach

Strop jest poziomym elementem konstrukcyjnym, który dzieli budynek na kondygnacje. Do podstawowych funkcji stropów można zaliczyć:

• przenoszenie obciążeń stałych i użytkowych,
• usztywnienie ścian budynku w płaszczyznach poziomych,
• ochronę przed przedostawaniem się z sąsiednich kondygnacji ognia podczas pożaru,
• ochronę pomieszczeń przed przenikaniem ciepła i dźwięków oraz przed wilgocią, gazami i zapachami.

Rodzaje podłóg na stropach można podzielić w zależności od następujących czynników:

• przeznaczenie (budynki mieszkalne, przemysłowe, użyteczności publicznej o zróżnicowanym przeznaczeniu),
• materiał posadzki (drewno, tworzywa sztuczne, materiały mineralne i bitumiczne),
• wymagania techniczno-użytkowe (izolacyjność cieplna, dźwiękochłonność, chemoodporność, wodoszczelność),
• usytuowanie w budynku (na gruncie, międzykondygnacyjne, nad piwnicami, nad przejazdami) [10].

Warstwy izolacyjne układane są często bezpośrednio na stropie jako:

• izolacja przeciwwilgociowa w postaci folii budowlanej, papy na lepiku lub masy bitumicznej,
• izolacja wodoszczelna w pomieszczeniach tzw. mokrych – sanitarnych oraz gospodarczych (a także na gruncie przy wysokim poziomie wody gruntowej),
• izolacja paroszczelna nad pomieszczeniami o bardzo dużej wilgotności (nad pralnią, suszarnią, kotłownią, sauną),
• izolacja cieplna (nad nieogrzewanymi piwnicami, nad ostatnią kondygnacją użytkową (ogrzewaną) oraz nad przejazdami wykonana m.in. z płyt z wełny mineralnej twardej, płyt styropianowych lub płyt z pianki poliuretanowej PIR),
• izolacja akustyczna pomiędzy pomieszczeniami lub w szczególnych przypadkach, gdy wymagane jest wyciszenie pomieszczenia ze względu na specyfikę sposobu użytkowania w postaci m.in. płyt z wełny mineralnej twardej, płyt pilśniowych twardych lub ekologicznych materiałów izolacyjnych.

Na RYS. 1–3 przedstawiono przykładowe rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe podłóg na stropach międzykondygnacyjnych.

Osiągnięcie niskiego obliczeniowego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną – EP [kWh/(m²·rok)] dla „budynku o niskim zużyciu energii” jest możliwe m.in. poprzez poprawne zaprojektowanie przegród zewnętrznych i ich złączy.

Zgodnie z rozporządzeniem [1] maksymalna wartość współczynnika przenikania ciepła dla ściany zewnętrznej od 31.12.2020 roku U_C(max) = 0,20 W/(m²·K), natomiast dla stropów nad przejazdami U_C(max) = 0,15 W/(m²·K). Należy także zwrócić uwagę na wymagania w zakresie kryterium wilgotnościowego: kondensacji powierzchniowej (ryzyko występowania pleśni i grzybów pleśniowych) i kondensacji międzywarstwowej.

Do ocieplenia ścian zewnętrznych i stropów nad przejazdami i pomieszczeniami ogrzewanymi zaleca się stosowanie następujących materiałów:

• styropian (EPS),
• styropian szary (grafitowy),
• płyty z polistyrenu ekstrudowanego XPS,
• płyty z piany fenolowej
• i wełna mineralna.

Poniżej przedstawiono analizę parametrów fizykalnych złączy stropów nad przejazdami (RYS. 4–6 i RYS. 7–9), przyjmując następujące rozwiązania materiałowe:

• podłoga pływająca:
  (tynk gipsowy grubości 1 cm – λ = 0,40 W/(m·K),
  strop żelbetowy grubości 14 cm – λ = 1,70 W/(m·K),
  folia budowlana,
  wełna mineralna twarda grubości 5 cm – λ = 0,04 W/(m·K),
  folia budowlana,
  pas dylatacji obwodowej,
  wylewka cementowa grubości 3 cm – λ = 1,00 W/(m·K),
  parkiet drewniany grubości 1 cm – λ = 0,18 W/(m·K),
• ściana zewnętrzna:
  tynk gipsowy grubości 1 cm – λ = 0,40 W/(m·K),
  bloczki z betonu komórkowego grubości 24 cm – λ = 0,21 W/(m·K),
  styropian grubości 10, 12, 15, 20 cm λ = 0,04 W/(m·K),
  tynk cienkowarstwowy grubości 0,5 cm – λ = 0,76 W/(m·K).

Obliczenia parametrów fizykalnych wykonano przy zastosowaniu programu komputerowego ­TRISCO, przyjmując następujące założenia:

• modelowanie złączy wykonano zgodnie z zasadami przedstawionymi w PN-EN ISO 10211 [12] oraz m.in. w pracy [8],
• opory przejmowania ciepła (R_si, R_se) przyjęto zgodnie z PN-EN ISO 6946 [2] przy obliczeniach strumieni cieplnych oraz według PN-EN ISO 13788 [13] przy obliczeniach rozkładu temperatur i czynnika temperaturowego ƒ_Rsi(2D),
• temperatura powietrza wewnętrznego t_i = 20°C (pokój dzienny), temperatura powietrza zewnętrznego t_e = –20°C (III strefa),
• wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów budowlanych λ [W/(m·K)] przyjęto na podstawie tabel w pracy [8].

Wyniki obliczeń zestawiono w TABELI 3.

Należy zauważyć, że w takiej sytuacji (czyli bez dodatkowej warstwy izolacji cieplnej stropu) następuje znaczne obniżenie temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody na styku ściany zewnętrznej i warstw podłogi pływającej – TABELA 3.

W związku z tym zaproponowano docieplenie dolnej powierzchni stropu płytami z pianki poliuretanowej grubości 10 cm o współczynniku λ = 0,022 W/(m·K) – RYS. 7–9.

Uzyskano wartość współczynnika przenikania ciepła dla poziomej przegrody na poziomie U = 0,141 W/(m²·K), co daje możliwość spełnienia kryterium cieplnego. 

Wyniki parametrów fizykalnych przy uwzględnieniu docieplenia dolnej powierzchni stropu zestawiono w TABELI 4.

Wprowadzenie dodatkowej warstwy w postaci płyt z pianki poliuretanowej w dolnej powierzchni stropu pozwala na obniżenie strat ciepła przez strop nad przejazdami oraz minimalizację strat ciepła wynikających z połączenia ściany zewnętrznej ze stropem w postaci liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ_i (TABELA 3 i TABELA 4). Należy także zauważyć podwyższenie temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody na styku dwóch przegród w porównaniu z analizowanym złączem bez docieplenia (TABELA 3 i TABELA 4), co prowadzi do wyeliminowania ryzyka kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody w miejscu mostka cieplnego (ryzyka rozwoju pleśni i grzybów pleśniowych).

Podsumowanie i wnioski

Projektowanie cieplne podłóg w budynkach o niskim zużyciu energii (NZEB), według przepisów obowiązujących od 1 stycznia 2021 r., jest procesem złożonym i wymaga znajomości wielu zagadnień w zakresie materiałów budowlanych, budownictwa ogólnego, fizyki budowli oraz instalacji budowlanych.

Izolacyjność cieplna podłóg na gruncie oraz na stropach nad przejazdami zależy od przyjęcia rodzaju oraz grubości materiału termoizolacyjnego. Przedstawione warianty obliczeniowe nie wyczerpują wszystkich przypadków, dlatego istnieje potrzeba opracowania katalogu poprawnych rozwiązań materiałowych podłóg na gruncie i na stropach.

Literatura

 1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, DzU z 2017 r., poz. 2285.
 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. Metody obliczania”.
 4. A. Dylla, „Praktyczna fizyka cieplna budowli. Szkoła projektowania złączy budowlanych”, Wydawnictwo Uczelniane UTP, Bydgoszcz 2009.
 5. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród poziomych w budownictwie energooszczędnym. Obliczenia cieplno­‑wilgotnościowe przegród stykających się z gruntem, stropów oraz dachów i stropodachów w świetle obowiązujących przepisów prawnych”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2018.
 6. K. Pawłowski, „Przegrody stykające się z gruntem z uwzględnieniem wymagań cieplno-wilgotnościowych od 1 stycznia 2021 r.”, „IZOLACJE” 9/2020, s. 22–30.
 7. A. Dylla, „Fizyka cieplna budowli w praktyce. Obliczenia cieplno­‑wilgotnościowe”, PWN, Warszawa 2015.
 8. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle aktualnych warunków technicznych dotyczących budynków. Obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych i ich złączy”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2016.
 9. M. Maciaszek „Studium projektowe przegród zewnętrznych i ich złączy z zastosowaniem nowoczesnych materiałów izolacyjnych”, praca dyplomowa inżynierska napisana pod kierunkiem dr. inż. K. Pawłowskiego, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2016.
10. W.M. Francuz, A. Kusina, M. Machnik, „Technologia budownictwa” cz. 2, Wydawnictwo REA, Warszawa 2012.
11. P. Markiewicz, „Budownictwo ogólne dla architektów”, Wydawnictwo ARCHI-PLUS, Kraków 2011.
12. PN-EN ISO 10211:2008, „Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe”.
13. PN-EN ISO 13788:2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej umożliwiająca uniknięcie krytycznej wilgotności powierzchni wewnętrznej kondensacji. Metody obliczania”.

Autor: dr inż. Krzysztof Pawłowski, prof. uczelni