Wtórne ocieplenia budynków z wielkiej płyty – wymagania i zagrożenia

Niezależnie od istnienia tego zapisu warto mieć na uwadze, że tego rodzaju inwestycja wymaga gruntownej analizy istniejącego stanu obiektu oraz starannego i profesjonalnego opracowania rozwiązań projektowych.

Konstrukcje z elementów wielkopłytowych

Wymagania stawiane konstrukcji obiektów z elementów wielkopłytowych są podobne do wymagań dla innych budynków ze ścianami nośnymi. Ustrój statyczny bloków wielkopłytowych oparty jest na ścianach i stropach konstrukcyjnych stanowiących układ sztywnych tarcz pionowych i poziomych. Podstawową cechą odróżniającą je od pozostałych rozwiązań konstrukcyjnych jest obecność złączy między wielkoformatowymi prefabrykatami zarówno w poziomie (wieńce i styki stropów), jak i w pionie (rdzenie węzłów elementów). Budynki takie projektowano w określonych systemach stanowiących zbiór elementów pozwalających zestawiać je w całość w trakcie montażu przez zespolenie za pomocą połączeń wykonywanych na budowie. Złącza stanowią w układzie nośnym miejsca zmiany wytrzymałości ustroju scalanych tarcz.

Inną cechą budownictwa wielkopłytowego jest konieczność pasowania dużych prefabrykatów przy zachowaniu ściśle określonej tolerancji wymiarowej jednocześnie z bardzo niewielką możliwością korygowania ich wzajemnego położenia. W trakcie eksploatacji o trwałości i bezpieczeństwie konstrukcji decyduje stan techniczny połączeń elementów prefabrykowanych. Węzły te powinny być dostępne do oględzin przynajmniej raz na 5 lat przy okazji przeglądów okresowych. Dotyczy to zarówno połączeń między prefabrykatami, jak i połączeń warstw konstrukcyjnej i fakturowej w elementach osłonowych.

Historia stosowania wielkiej płyty

W Europie wielką płytę betonową w konstrukcji budynków zastosowano po raz pierwszy po pierwszej wojnie światowej w Holandii i w Niemczech. W końcu lat 30. XX w. rozpoczęto większe realizacje we Francji, w Szwecji, Niemczech i Finlandii. Ostatecznie w Europie Zachodniej z technologii tej zrezygnowano w latach 70., głównie na skutek wzrostu kosztów transportu ciężkiego z zakładów prefabrykacji na budowy.

W Polsce wielką płytę zaczęto stosować po 1955 r. W latach 70. i 80. ubiegłego stulecia masowo wznoszono obiekty mieszkalne z elementów wielkowymiarowych. Niestety sposób takiego budowania w tamtych czasach obarczony był wieloma wadami zarówno na etapie projektowania, jak i prefabrykacji oraz montażu.

Usuwanie błędów technologicznych

Błędnie technologicznie rozwiązano sposób prefabrykowania elementów osłonowych warstwą fakturową do dołu, z nieprawidłowo dobranym materiałem termoizolacyjnym o zbyt małej grubości i zbyt dużej ściśliwości. Przy projektowaniu ścian zewnętrznych między warstwą konstrukcyjną i fakturową przewidziano zbyt małą liczbę łączników (wieszaków) (Rys.1–2), wykonywanych dodatkowo z podatnej na korozję niskogatunkowej lub nieodpowiedniej stali. Wadliwe były też rozwiązania połączeń i uszczelnień pomiędzy elementami ścian.

Przyczyny uszkodzeń

Przy produkcji płyt nagminnie tolerowano niestabilność wymiarową spowodowaną złym stanem form, niestaranne kształtowanie otworów okiennych i drzwiowych oraz nieprzestrzeganie reżimów technologicznych odpowiedniego zagęszczania i naparzania betonu. Niektóre wytwórnie funkcjonowały w warunkach zbliżonych do polowych, bez należytego oprzyrządowania i nadzoru. Skutkiem tego na budowę docierały prefabrykaty o niedostatecznej dla prawidłowego i dokładnego montażu jakości.

Ponadto w trakcie transportu i składowania powstawały uszkodzenia mechaniczne – pęknięcia, obicia i wyszczerbienia krawędzi.

Niestaranny montaż elementów na budowie nie spełniał kryteriów osiowego usytuowania, przez co płyty ścian wystawały z płaszczyzny całej elewacji budynku, tworząc raczej powierzchnię łamaną niż jednolicie płaską. Powstawały obiekty, które już na początku swego życia technicznego znajdowały się w stanie przynajmniej nieodpowiednim (Fot. 3).

Warunki techniczne i wymagania, jakie stawiano wówczas budynkom, a zwłaszcza normatywy izolacyjności termicznej ścian, były wielokrotnie niższe niż dzisiaj. Warstwa izolacji termicznej z wełny mineralnej lub styropianu grubości najwyżej 6 cm, spełniała wprawdzie takie kryteria, ale w rzeczywistości nie była skuteczną ochroną cieplną. Obowiązujący system gospodarczy nie liczył się z kosztami dostarczanego do mieszkań ciepła.

Docieplanie elewacji z wielkiej płyty

Na przełomie lat 80. i 90. ubiegłego wieku, po znacznym i systematycznym wzroście cen energii (trwającym zresztą nieustannie do dziś), koniecznością stało się docieplanie wielkiej płyty, które nie tylko miało uwzględnić ostrzejsze wymagania termoizolacyjności ścian zewnętrznych, lecz także powinno brać pod uwagę uwarunkowania konstrukcyjne i stan techniczny istniejących elewacji. Rozpoczęto projektowanie i wdrażanie różnego rodzaju rozwiązań dociepleń budynków wzniesionych z prefabrykatów. Szybko upowszechnił się najbardziej popularny system określany potocznie jako metoda „lekka-mokra” (dziś udoskonalony i znany jako ETICS).

W początkowej fazie bumu na docieplenia bloków z wielkiej płyty nie przywiązywano większej uwagi do stanu technicznego warstwowych elementów osłonowych. W większości przypadków projektanci i wykonawcy uznawali bezkrytycznie, że warstwa betonu fasadowego, zazwyczaj grubego na 6 cm (Rys. 1–2), jest dostatecznie nośna dla zamontowania dodatkowego, lecz lekkiego systemu ocieplenia opartego na wełnie lub styropianie. Celem takich działań miało być przede wszystkim poprawienie termoizolacyjności ścian zewnętrznych, ale również lepsza ochrona konstrukcji przed wpływem warunków atmosferycznych.

Nie bez znaczenia była także poprawa estetyki elewacji przez dodanie bardziej nowoczesnych faktur i zmianę kolorystyki tynków. Blokowiska wprawdzie zmieniły się z szarych na wielobarwne, ale nadal pozostały w swej monotonnej strukturze prostokątnych brył. Wielokrotnie docieplenia ścian nie przyniosły jednak zamierzonych efektów wystarczającej oszczędności energii, a w niektórych przypadkach stały się nawet powodem wzrostu problemów eksploatacyjnych.

Błędy w stosowaniu metody lekkiej mokrej

Realizacja docieplenia metodą lekką – mokrą również nie była pozbawiona błędów. Do najbardziej powszechnych należy zaliczyć nagminne nieprzestrzeganie dopuszczalnej grubości (1 cm) warstwy kleju mocującego termoizolację, co wynikało bezpośrednio z wad geometrycznych prefabrykatów i ich niestarannego montażu. Oprócz tego klej nakładano wyłącznie w postaci placków, z pominięciem warstwy obwodowej (Fot. 4). Tak wykonane ocieplenia nie spełniają co najmniej jednego z wymagań podstawowych, którym jest bezpieczeństwo pożarowe, i powinny zostać zdemontowane. Należy stanowczo podkreślić, że pierwotnie zamontowane ocieplenie wyłącznie na placki bezwzględnie dyskwalifikuje je jako podłoże, na którym można realizować system kolejnego docieplenia. W trakcie pożaru pod warstwą ocieplenia powstają ciągi kominowe rozprzestrzeniające ogień w bardzo szybkim tempie na cały obiekt.

Dodatkowo, wykonanie wtórnego ocieplenia prefabrykatów wielkowymiarowych płyt osłonowych powoduje trwałe ukrycie od zewnątrz pierwotnej konstrukcji budynku. W trakcie obowiązkowych kontroli technicznych obiektów (przeglądów jednorocznych i pięcioletnich) nie ma możliwości dokonania obserwacji i oceny prefabrykatów metodami nieinwazyjnymi (bez wykonania odkrywek).

Ujawnienie ewentualnych uszkodzeń wieszaków stalowych (np. w płytach ZWS i ZWO w systemach typu W-70) (Rys. 1–2) mocujących warstwę fakturową do części nośnej elementu osłonowego w bardzo zaawansowanej fazie ich awarii może okazać się spóźnione. Z tego powodu, ale dopiero instrukcją ITB 447/2009 [2], wprowadzono obowiązkową ocenę stanu technicznego osłonowych elementów wielkopłytowych przed wykonaniem ponownego docieplenia. Instrukcja zaleca również wykonywanie dodatkowych wzmocnień przez wtórne, niezależne kotwienie warstwy fakturowej trzpieniami stalowymi. Wcześniej jednak bardzo dużo obiektów było poddawanych renowacji bez przestrzegania powyższych zasad.

Warunki prawidłowego funkcjonowania systemu ETICS

Docieplenie ścian osłonowych przez zamocowanie systemu ETICS, zrealizowane nawet przy sprawnym technicznie (lub wtórnie wzmocnionym) prefabrykacie warstwowym, nie jest warunkiem wystarczającym dla prawidłowego funkcjonowania nowego układu. Ważnym kryterium jest eliminacja mostków termicznych i dobranie odpowiedniej grubości termoizolacji dla spełnienia wymagań wynikających z warunków technicznych [3] izolacyjności ścian. Analiza projektowanej termomodernizacji nie powinna jednak na tym się kończyć. Błędem jest pomijanie sprawdzenia zagadnień wilgotnościowych związanych z migracją i ewentualnym wykraplaniem się pary wodnej wewnątrz zmodyfikowanego układu warstw. Niewłaściwie dobrany materiał termoizolacyjny i wyprawa tynkarska docieplenia wtórnego, przy jednoczesnym ignorowaniu właściwości materiałów warstw pierwotnej ściany osłonowej, może stać się przyczyną bardzo istotnych problemów.

Przykładowo, zastosowanie na prefabrykatach osłonowych, w których termoizolację stanowi wełna mineralna, systemu ETICS ze styropianem i akrylową wyprawą tynkarską może doprowadzić do kondensacji wody wewnątrz ściany.

Wyniki obliczeń dla przykładowego współczynnika przenikania ciepła przez przegrodę

Przykładowym pomieszczeniem wykorzystanym do obliczeń jest pomieszczenie wewnętrzne – łazienka przy ścianie szczytowej. Uwzględniono następujące parametry:

temperatura obliczeniowa powietrza w pomieszczeniu Ti = 25,0°C, wilgotność ji = 75%,

temperatura obliczeniowa powietrza na zewnętrz Te = –20,0°C, wilgotność je = 87%.

Współczynnik przenikania ciepła przez przegrodę obliczamy według wzoru:

U = 0,195 W/(m²·K)  <  Ucmax = 0,20 W/(m²·K) (WT 2021) [3]

Wykres rozkładu ciśnień na grubości przegrody przedstawia Rys. 3. Opór cieplny przegrody spełnia obliczeniowe wymagania Umax dla WT 2021 [3]. W przegrodzie występuje jednak kondensacja pary wodnej między innymi w warstwie wełny mineralnej ocieplenia pierwotnego płyty prefabrykowanej. Obliczenia wykonano programem Arkadia-Thermo 6.

Wyniki obliczeń teoretycznie wykazują, że takie docieplenie prowadzi do oczekiwanego polepszenia oporu cieplnego ściany. Jednak zawilgocenie występujące w wełnie mineralnej degraduje jej izolacyjność, a także wpływa na przyspieszenie korozji wieszaków mocujących warstwę betonu fakturowego wielkiej płyty.

Nieuchronna potrzeba termomodernizacji

Potrzeba kolejnych modernizacji ociepleń bloków mieszkalnych jest nieuchronna. Koszty energii rosną i pewnie nadal będą rosnąć, co wymusza na użytkownikach budynków działania związane z ich lepszym izolowaniem przed stratami ciepła. Docieplenia potrzebuje wielka płyta, którą ocieplono już systemami metody lekkiej – mokrej. Zastosowanie każdego typu docieplenia na ocieplenie wymaga tym bardziej szczegółowej analizy i oceny istniejącego stanu technicznego obiektu.

Przy nowo projektowanych termomodernizacjach warto wyeliminować poprzednie i unikać kolejnych błędów. Wymienione powyżej zagrożenia są przykładowe i nie obejmują wszystkich problemów termomodernizacji ścian. Warto jednak zwrócić uwagę także na niebezpieczeństwa zasygnalizowane w tym artykule. Czy tego rodzaju zagrożeń można uniknąć, stosując uproszczoną procedurę zezwoleń na wykonanie termoizolacji ścian? Z pewnością powinni się nad tym zastanowić wszyscy uczestnicy procesów inwestycyjnych realizujących takie przedsięwzięcia. 

Literatura

1. Prawo budowlane z dnia 7 lipca 1994 r. (DzU Nr 89, poz. 414 późn. zm.)
2. „Złożone systemy izolacji cieplnej ścian zewnętrznych budynków ETICS. Zasady projektowania i wykonywania”, Instrukcja ITB 447/2009, Warszawa
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (DzU Nr 75, poz. 690 późn. zm.)