Ochrona cieplna budynków polega między innymi na odpowiednim zaizolowaniu przegród zewnętrznych budynków. Właściwe zaizolowanie przegród zewnętrznych ma na celu umożliwienie ogrzania budynku przy racjonalnych kosztach eksploatacyjnych oraz uniknięcie kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni przegród budowlanych.
Na rynku dostępnych jest wiele materiałów izolacyjnych, różnią się one współczynnikiem przewodności cieplnej, współczynnikiem przepuszczalności pary wodnej, wytrzymałością oraz ceną. W każdym przypadku należy świadomie wybrać rodzaj materiału izolacyjnego oraz jego grubość. Gęstość objętościowa materiałów izolacyjnych wynosi od 12 kg/m3 do około 200 kg/m3. Znaczna część objętości stanowią pory lub szczeliny wypełnione powietrzem. Najczęściej stosowanymi materiałami izolacyjnymi są styropian oraz wełna mineralna.
Styropian ekspandowany (EPS) jest otrzymywany w procesie spieniania granulek polistyrenu (spienianie przez podgrzanie granulek zazwyczaj parą wodną). Stosowany jest najczęściej w formie białych płyt. Występują jednak również płyty z domieszkami obniżającymi jego palność lub np. grafitu, który również obniża współczynnik przewodzenia ciepła (płyty białe w ciemne kropki lub płyty srebrnoszare). Styropian pod wpływem płomieni topi się. Producenci oferują różne rodzaje płyt w zależności od miejsca stosowania np. do izolacji ścian zewnętrznych stosowane są płyty o niskiej wytrzymałości i twardości a do izolacji podłóg o dużej wytrzymałości i twardości. Styropian o obniżonej absorpcji wilgoci może być również stosowany w miejscach gdzie występuje wilgoć.
Styropian ekstrudowany (XPS) powstaje z pianki polistyrenowej. Ma zbliżone właściwości do styropianu EPS, ale ma wyższą wytrzymałość na ściskanie oraz zginanie przy niskim współczynniku przewodzenia ciepła.
Wełna mineralna (skalna i szklana) to materiał izolacyjny pochodzenia mineralnego, stosowana jest w zarówno w formie płyt jak i mat. Wełna szklana powstaje w wyniku topienia szkła w temperaturze około 1000°C. Do produkcji wełny skalnej wykorzystywana jest skałą bazaltowa topiona w temperaturze ponad 1400°C. Wełna mineralna jest niepalna, ognioodporna, ma wysoki stopień paroprzepuszczalności oraz jest nasiąkliwa.
Płyty z wełny mineralnej różnią się izolacyjnością termiczną, ściśliwością oraz wytrzymałością. Miękkie maty stosowane są np. jako izolacja w ścianach trójwarstwowych, ponieważ warstwa izolacji jest nieobciążona. Maty o małej ściśliwości stosowane są do izolowania stropów i podłóg na gruncie.
Poliuretan (PUR) jest to materiał izolacyjny, który występuje zarówno w formie płyt, pianki natryskowej jak i wylewanej. Stosowany jest m.in. do izolacji rurociągów, ścian zewnętrznych i dachów.
Niektóre materiały izolacyjne tj. styropian, wełna mineralna czy celuloza dostępne są w postaci granulek. Umożliwia to ich wdmuchiwanie lub wsypywanie w zamknięte przestrzenie wewnątrz przegród budowlanych.
W Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim odpowiadają budynki i ich usytuowanie podane są maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła U poszczególnych przegród budowlanych dla danego rodzaju budynku. W tabeli poniżej przedstawiono niektóre wymagania odnośnie współczynnika przenikania ciepła U.
| Rodzaj budynku | Rodzaj przegrody zewnętrznej | Najwyższa dopuszczalna wartość U (W/m2·K) |
| Budynek mieszkalny | Ściany zewnętrzne jednowarstwowe | 0.30 |
| Ściany zewnętrzne 2 lub 3-warstwowe | 0,30 | |
| Stropodachy i dachy | 0,25 | |
| Stropy nad piwnicą nieogrzewaną | 0,45 | |
| Budynek użyteczności publicznej |
Ściany zewnętrzne bez okien | 0,30 |
| Ściany zewnętrzne z oknami | 0,30 | |
| Stropodachy i dachy | 0,25 | |
| Stropy nad piwnicą nieogrzewaną | 0,45 |
Izolacje termiczne w budynku energooszczędnym powinny mieć następujące grubości:
Współczynnik przenikania ciepła U a koszty ogrzewania
Jeżeli budynek ma dobrze zaizolowane wszystkie przegrody zewnętrzne to współczynniki przenikania ciepła tych przegród U są relatywnie małe. Powoduje to obniżenie strat energii oraz kosztów ogrzewania. Jednokrotna inwestycja w dobrą izolację ciepła pozwala zaoszczędzić na kosztach ogrzewania w czasie każdej zimy przez cały okres eksploatacji budynku.
Mostki ciepła występują w miejscach, w których występuje zwiększenie przepływu ciepła, a więc straty są większe niż przez daną przegrodę zewnętrzną dobrze zaizolowaną.
Rys. Mostek ciepła
Intensyfikacja przepływu ciepła może następować na skutek zmiany wymiarów geometrycznych przegrody lub zastosowania materiałów o różnej przewodności cieplnej w pewnej części przegrody. Występowania mostków cieplnych tych rodzajów nie sposób uniknąć. Przecież w każdym budynku mieszkalnym muszą być okna. Występują też połączenia ścian, stropów, ale błędnych rozwiązań detali konstrukcyjnych należy koniecznie unikać! Na przykład należy zachować ciągłość izolacji termicznej przy połączeniu ściany zewnętrznej i dachu lub ściany zewnętrznej i stropu. Oprócz mostków ciepła wynikających z błędów projektowych mogą wystąpić także mostki ciepła, których powodem są błędy wykonawcze.
Występują one w miejscach gdzie „zapomniano” o izolacji termicznej, zastosowano izolację termiczną o zbyt małej grubości lub zaizolowano dany element w nieprawidłowy sposób. Im budynek ma bardziej skomplikowaną bryłę tym występuje w nim więcej mostków termicznych np. wszelkiego rodzaju załamania, naroża itd. W budynkach o prostej i zwartej bryle jest znacznie mniej miejsc narażonych na powstanie mostków termicznych.
Występowanie mostków ciepła powoduje zwiększenie zużycia ciepłą na ogrzewanie budynku a tym samym zwiększenie kosztów eksploatacyjnych. W miejscach, w których wewnętrzna powierzchnia przegrody ma niższą temperaturę niż pozostała część tej przegrody i nie wyższą niż temperatura punktu rosy, może wykraplać się para wodna, mogą występować plamy, rozwijać się grzyby pleśniowe.
Jest oczywiste, że w budynkach energooszczędnych należy stosować rozwiązania konstrukcyjne zmniejszające lub eliminujące mostki ciepła.
Mostki ciepła występują najczęściej:
Coraz częściej do sprawdzenia poprawności wykonania izolacji przegród zewnętrznych stosuje się zdjęcia termowizyjne (termogramy). Wykonywane są one kamerą termowizyjną i umożliwiają wykrycie miejsc, w których następuje intensywniejszy przepływ ciepła, czyli wykrywane są słabe punkty w izolacji termicznej budynku np. miejsca, w których nie ma zachowanej ciągłości izolacji lub grubość izolacji termicznej jest niewystarczająca.
W budynkach energooszczędnych niezwykle istotne jest racjonalne ograniczenie ilości przepływającego powietrza tak, aby doprowadzić tylko jego wymaganą ze względów fizjologicznych i higienicznych ilość, równocześnie ograniczając ilość ciepła niezbędnego do podgrzania do wymaganej temperatury. Nie da się tego osiągnąć bez zastosowania wentylacji mechanicznej oraz zachowania odpowiedniej szczelności budynku. Dodatkową zaletą jest uniezależnienie od warunków zewnętrznych. Wentylacja mechaniczna umożliwia przepływ powietrza wentylacyjnego w pożądany sposób i pożądanej ilości, a także, przy odpowiednim zaprojektowaniu, pozwala na odzyskiwanie ciepła z powietrza usuwanego z pomieszczeń.
Świeże powietrze doprowadzane jest do pomieszczeń poprzez nawiewniki lub kratki nawiewne o regulowanym przepływie. Powietrze usuwane jest przez kratki wyciągowe. Przepływ powietrza przez nieszczelności okien i drzwi powinien być ograniczony do minimum.
W celu zapewnienia szczelności budynku należy odpowiednio zaprojektować elementy konstrukcyjne narażone na nieszczelności. Konieczne jest również ich wykonanie zgodnie z projektem.
Miejsca narażone na nieszczelności:
Ze względu na mogące wystąpić nieszczelności lekkie ściany osłonowe na całej ich powierzchni pokrywa się materiałami szczelnymi tj. folie lub płyty.
Przed wykonaniem prac wykończeniowych, aby możliwe było wykonanie ewentualnych poprawek należy wykonać próbę szczelności. W wybudowanych budynkach wykonuję się to badanie metodą ciśnieniową. Próba szczelności polega na zmierzeniu ilości powietrza przepływającego przez budynek przy różnicy ciśnienia wewnątrz i na zewnątrz budynku wynoszącej 50 Pascali. Do wytworzenia wymaganej różnicy ciśnienia stosuje się odpowiednio zamontowany w otworze wejściowym (tzn. tam gdzie zamontowane będą drzwi wejściowe) wentylator. Otwory zewnętrzne (okna, inne drzwi) powinny być zamknięte, a otwory wentylacyjne powinny być zaślepione, kominki otwarte powinny być oczyszczone z popiołu, syfony wodne w instalacji kanalizacyjnej powinny być napełnione lub zaślepione, itp.
W budynku energooszczędnym z wentylacją mechaniczną nawiwno-wywiewną przepływ powietrza nie powinien być większy niż 1,5 wymiany powietrza na godzinę (1,5 h-1) a w budynku pasywnym 0,6 wymiany powietrza na godzinę (0,6 h-1).
Ważne jest sprawdzenie poprawności zaprojektowanej przegrody zewnętrznej nie tylko pod względem jakości cieplnej ale również uniknięcia wystąpienia zbyt wysokiej wilgotności względnej na powierzchni konstrukcji. W Polska poprzednie wymagania dotyczące oceny ryzyka kondensacji oparte były na obliczaniach temperatury rosy na wewnętrznej powierzchni przegrody. Dobrze zaprojektowana konstrukcja musiała spełnić wymóg, aby temperatura na wewnętrznej powierzchni przegrody w pomieszczeniach o wilgotności względnej 55% była zawsze wyższa od temperatury rosy powiększonej o jeden stopień. Obecne wymagania dotyczące oceny ryzyka kondensacji pary wodnej są oparte o europejską normę EN ISO 13788 „Cieplno wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody obliczania.” Nowe wymogi są bardziej restrykcyjne niż poprzednie, ponieważ obliczenia odnoszą się do ryzyka wystąpienia warunków sprzyjających rozwojowi pleśni, a nie do temperatury punktu rosy.
Procedura obliczeniowa obejmuje następujące czynności:
