Termomodernizacja istniejących izolacji technicznych w instalacjach

Ochrona cieplna budynków dotyczy nie tylko nowo realizowanych inwestycji. Z uwagi m.in. na rosnące koszty utrzymania (w tym ogrzewania) zagadnienia termoizolacji w szczególny sposób dotyczą budynków, które zostały wzniesione w trakcie obowiązywania innych wymagań prawnych [1], jak również innych standardów wykonawczych.

Ocieplenia przegród zewnętrznych, fundamentów i stropów dachowych są szeroko omawiane w fachowej literaturze, zarówno w odniesieniu do nowo budowanych obiektów, jak i już istniejących – w tym obiektów historycznych, zabytkowych lub o znacznych walorach architektonicznych, gdzie ocieplenia ze strony zewnętrznej są niewskazane bądź nawet niedopuszczalne [2]. Znacznie mniej obszernym zagadnieniem, a istotnym ze względu na występujące możliwości ograniczenia strat ciepła, a co za tym idzie i kosztów utrzymania budynków, w szczególności tych wybudowanych kilkadziesiąt lat temu, jest termoizolacja instalacji technicznych w budynkach.

Izolacje techniczne stosowane są w instalacjach i urządzeniach, dla których istnieje konieczność ograniczania strat ciepła, jak również w instalacjach, w których izolacja stosowana jest w celu ochrony przed oddziaływaniem wilgoci lub wody oraz ochrony przed różnego rodzaju uszkodzeniami mechanicznymi.

Z uwagi na fakt, że część instalacji przesyłających i rozprowadzających energię cieplną w budynkach znajduje się przeważnie w miejscach ogólnie dostępnych dla lokatorów (i nie tylko), a izolacje instalacji technicznych przeważnie nie były poddawane konserwacji, ich stan techniczny mógł z biegiem lat ulec pogorszeniu. Na pogorszenie stanu izolacji wpłynąć mogły nie tylko dewastacje czy też „normalne zużycie”, ale również czynniki związane z remontami, awariami, okresowymi zawilgoceniami, podtopieniami itp.

W artykule przedstawiono wyniki obserwacji stanu izolacji instalacji technicznych w kilkunastu kilkudziesięcioletnich budynkach na terenie Śląska (fot. 1 i fot. 2).

Wymagania prawne

Przepisy prawne dotyczące izolacji termicznej instalacji technicznych w budownictwie ogólnym mają zastosowanie również do budynków rewitalizowanych [3]. Z punktu widzenia bezpieczeństwa i ochrony budynków najistotniejszymi wymaganiami stawianymi materiałom wykorzystywanym przy modernizacji są [4]:

• odporność ogniowa – przewody instalacyjne, łącznie z izolacją techniczną, przechodząc pomiędzy wydzielonymi strefami pożarowymi (przepusty instalacyjne), np. przez ściany czy stropy, osłabiają przegrodę, zwiększając potencjalne ryzyko rozprzestrzenienia się pożaru pomiędzy strefami, dlatego same izolacje techniczne (zastosowane w instalacjach wodociągowych, kanalizacyjnych i ogrzewczych) powinny być wykonane w sposób zapewniający nierozprzestrzenianie ognia [3, 5], a przepusty przechodzące przez granice stref pożarowych muszą spełniać określone wymagania odporności ogniowej.
  Zgodnie z rozporządzeniem w sprawie warunków technicznych [3] przepusty powinny mieć klasę odporności ogniowej (EI) wymaganą dla elementów oddzielenia pożarowego, czyli powinny być wykonane z materiałów niepalnych i odpowiadać wymaganiom dotyczącym klasy odporności ogniowej przedstawionej w tabeli w § 232.4 ww. rozporządzenia, a w przypadku przepustów o średnicy powyżej 4 cm w ścianach i stropach, dla których jest wymagana klasa odporności ogniowej co najmniej EI 60 lub REI 60, powinny mieć klasę odporności ogniowej (EI) tych elementów (tab. 1);

• zapobieganie kondensacji pary wodnej – woda wykraplająca się na powierzchni przewodu np. z zimną wodą, klimatyzacji czy wentylacji może powodować szereg niekorzystnych efektów.
  Przede wszystkim występować może ściekanie nagromadzonej wody, która, w szczególności w budynkach zabytkowych, może spowodować znaczące szkody. Tym bardziej w przypadku, gdy instalacja przebiega w zabudowanym kanale – dłuższe oddziaływanie wilgoci może powodować poważne zniszczenia. Dodatkowo wraz z wilgocią pojawiają się warunki sprzyjające rozwojowi pleśni i grzybów, które nie są pożądane w żadnym budynku, a tym bardziej w obiekcie o znaczeniu zabytkowym. Materiały izolacyjne stosowane w instalacjach, w których istnieje możliwość kondensacji pary wodnej, to przeważnie materiały niepochłaniające wilgoci o strukturze zamkniętokomórkowej i wysokim współczynniku oporu dyfuzji pary wodnej. Utrudniają one przedostanie się wilgoci zawartej w powietrzu pomieszczenia na powierzchnię np. rury transportującej odpowiednio zimne medium, a tym samym kondensację;

• odporność na uszkodzenia mechaniczne – znaczna część instalacji cieplnych, kanalizacyjnych i wentylacyjnych w budynkach wielorodzinnych przebiega przez część wspólną, dostępną dla wszystkich lokatorów. Wiąże się to z problemem tzw. rozmytej odpowiedzialności za utrzymanie odpowiedniego poziomu stanu technicznego budynku, w tym części związanej z izolacją instalacji (dewastacja, uszkodzenia spowodowane zwykłym użytkowaniem). Między innymi dlatego izolacje w piwnicach zabezpieczane były zaprawą cementową lub płaszczem z blachy. Obecnie wyroby stosowane do izolacji technicznej albo posiadają płaszcz ochronny (z aluminium bądź tworzywa sztucznego), albo są na tyle trwałe, że nie jest konieczne dodatkowe zabezpieczanie ich powierzchni (oczywiście przy założeniu braku celowych działań uszkadzających izolację); 
• izolacyjność akustyczna – kolejną własnością izolacji instalacji technicznych jest zdolność do redukcji dźwięków powstających w przewodach oraz przez nie przenoszonych. W przypadku instalacji w części wspólnej budynku wyroby stosowane do izolacji technicznej nie są zwykle rozważane pod tym kątem;
• izolacyjność cieplna – wszystkie budynki, nowe czy poddawane rewitalizacji, podlegają wymaganiom zawartym w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, zatem i wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej, którym podlegają izolacje instalacji technicznych, powinny zostać spełnione – tab. 2 [3].

Zagadnienia związane z doborem odpowiedniej grubości izolacji zgodnej z wymaganiami prawnymi zostały szeroko umówione w publikacji „Grubości termoizolacji w instalacjach technicznych i przemysłowych” [7]. Spełnienie wymagań cieplnych jest o tyle istotne, że w wielu przypadkach obszar instalacji technicznych jest jednym z niewielu, w których termomodernizacja jest możliwa ze względu np. na walory historyczne elewacji budynku.

Stan techniczny izolacji instalacji technicznych

Stan techniczny izolacji instalacji technicznych w istniejących budynkach wybudowanych w XX wieku do okresu budownictwa wielkopłytowego (czyli do ok. lat 70.) został określony na podstawie inspekcji wybranych budynków mieszkalnych na terenie województwa śląskiego (Katowice, Siemianowice Śląskie, Bytom, Gliwice, Tychy, Chorzów). Fragmenty zaizolowane bądź konieczne do izolacji instalacji technicznych znajdowały się zwykle w częściach podziemnych budynków, czyli w pomieszczeniach piwnicznych.

Dodać należy, że część starego budownictwa na terenie województwa śląskiego nie posiada wspólnych przewodów grzewczych (pochodzących z kotłowni umiejscowionej w budynku czy też sieci ogrzewania miejskiego), ciepło dostarczane jest przez indywidualne kotły (przeważnie opalane węglem) umiejscowione w lokalach mieszkalnych wraz z własnym rozprowadzeniem instalacji w pomieszczeniach.

Na fot. 3, fot. 4, fot. 5, fot. 6, fot. 7, fot. 8, fot. 9, fot. 10, fot. 11, fot. 12, fot. 13, fot. 14, fot. 15, fot. 16, fot. 17 i fot. 18 przedstawiono stan instalacji technicznych w wybranych budynkach. Dużą część z nich wykonano z wełny mineralnej, przeważnie o przekroju owalnym. Grubość tej izolacji wynosiła od 2 do 7 cm.

Pozostała część instalacji zaizolowana była nowym materiałem, przeważnie otuliną z pianki polietylenowej (grubości od 1,5 cm do 2,0 cm), lub nie miala izolacji w ogóle. Stan izolacji był różny (fot. 3, fot. 4 ), często występowały: uszkodzenia powierzchni, wgniecenia (fot. 5), zniszczenia zewnętrznej powierzchni płaszcza izolacji (fot. 6), brak ciągłości izolacji (fot. 7, fot. 8 ).

Bardzo często nieizolowane były wszelkiego rodzaju zawory (fot. 9, fot. 10 ), kolanka i przejścia pomiędzy pomieszczeniami (fot. 11, fot. 12, fot. 13, fot. 14, fot. 15, fot. 16, fot. 17). W przypadku wykorzystywania otulin z pianki polipropylenowej zauważono izolowanie wyrobami o innej średnicy wewnętrznej, niż mają przewody rurowe (prawdopodobnie były to izolacje montowane indywidualnie – fot. 18).

Czytaj też: Izolacje cieplne przewodów >>>

Analizując istniejące izolacje instalacji technicznych, warto wspomnieć o zastosowaniu azbestu [8, 9].

Wyroby termoizolacyjne zawierające azbest stosowane były na szeroką skalę w budownictwie w latach 60. ubiegłego wieku, kiedy rozpoczęto masową produkcję wyrobów azbestowo-cementowych. Wykorzystywano go wszędzie tam, gdzie potrzebna była podwyższona odporność ogniowa i zabezpieczenia ogniochronne elementów narażonych lub potencjalnie narażonych na wysoką temperaturę (klapy przeciwpożarowe, ciągi telekomunikacyjne, tablice rozdzielcze elektryczne, węzły ciepłownicze, obudowa klatki schodowej, przejścia kabli elektrycznych, przewodów ciepłowniczych i wentylacyjnych między stropami, zabezpieczenia elementów stropowych i ściennych strychów, piwnic, dróg ewakuacyjnych, konstrukcji stalowych), a także jako zabezpieczenie termoizolacyjne (np. sznury azbestowe).

Zgodnie z informacjami uzyskanymi od zarządców wspólnot i administracji spółdzielni mieszkaniowych materiałami zawierającymi azbest stosowanymi wewnątrz budynków były rury zsypowe w budynkach wielorodzinnych oraz kanalizacyjne. Nie stosowano wyrobów miękkich do izolowania termicznego rur i przewodów technicznych w budynkach wielorodzinnych. Tego typu zabezpieczenia występowały (w niektórych zakładach wciąż występują) w instalacjach przemysłowych.

Pomiary i parametry cieplne istniejącej izolacji technicznej

Pomiary termowizyjne wykonano za pomocą kamery Flir T440bx.

Wartości parametrów cieplnych badanych istniejących izolacji zostały oszacowane na podstawie pomiarów za pomocą rejestratora ­ALMEMO 2690-8 (typ MA26908AKSU) ­z zainstalowanym przetwornikiem strumienia ciepła typ 120 oraz dwoma czujnikami temperatury (typ FTA3900).

Szacowanie wartości współczynnika ciepła polegało na określeniu strumienia ciepła przez izolację przy określonej temperaturze na powierzchniach izolacji i zmierzonej zewnętrznej i wewnętrznej grubości całej rury wraz z izolacją.

• Każdorazowo wykonywano kilka (w miarę możliwości) pomiarów wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla różnych miejsc i różnych grubości izolacji instalacji technicznych.
• Pomiaru grubości izolacji dokonywano za pomocą szpikulca poprzez wbicie go w warstwę termoizolacji albo suwmiarki.
• Pomiary średnicy rury medialnej wykonywano za pomocą suwmiarki w miejscach nieosłoniętych izolacją.

Współczynnik przewodzenia ciepła istniejących izolacji technicznych oszacowano, bazując na uproszczonej zależności przedstawionej w PN-B-20105:2014-09, zakładającej występowanie przenoszenia ciepła w stanie ustalonym, tzn. gdy temperatura ma stałą wartość w czasie, w każdym punkcie rozpatrywanego czynnika [10]:

  (1)

gdzie:

q_l– liniowy strumień ciepła, W/m;

t_medium – temperatura medium gorącego, °C;

t_zewn. – temperatura płaszcza zewnętrznego rury, °C;

D_zewn. – średnica zewnętrzna, m;

D_wewn. – średnica wewnętrzna rury, m;

λ_izolacja – współczynnik przewodzenia ciepła izolacji w szacowanej średniej temperaturze, t_średnia = t_zewn. – t_medium, W/(m · K).

Wyniki szacowania współczynnika przewodzenia ciepła uzyskane na podstawie średniej z pomiarów izolacji na instalacjach przedstawiono w tab. 3.

Przedstawione wyniki oszacowanego współczynnika przewodzenia ciepła dla różnych materiałów izolacyjnych, w różnych warunkach zewnętrznych (różne zawilgocenie, przepływ powietrza, temperatura otoczenia) i różnych układach miały na celu wyłącznie pokazanie różnicy w istniejących izolacjach technicznych. Celowo nie zostały uwzględnione w powyższym wzorze opory przejmowania ciepła spowodowane np. konwekcją czy promieniowaniem.

Czytaj też: Błędy wykonawcze w instalacjach ogrzewania podłogowego (cz. 1.)

Mimo tak uproszczonego podejścia do badanych izolacji można zauważyć znaczną różnicę w uzyskiwanych wynikach współczynnika przewodzenia ciepła. Wartości, które przedstawiono jako pierwsze, to wyniki pochodzące z pomiarów izolacji wyglądających na niedawno wykonane (poz. 1–3: izolacje polipropylenowe). Pozostałe wyniki uzyskano w odniesieniu do izolacji wyglądających na zamontowane więcej niż 10–20 lat temu, a niektóre z nich zakładane były prawdopodobnie ponad 40 lat temu.

Sposoby naprawy izolacji technicznych

Współczynnik przewodzenia ciepła izolacji zamontowanych na instalacjach w budynkach wielorodzinnych zostało szacowany w celu pokazania stanu tych izolacji.

Oczywiście izolacje mające relatywnie wysoki współczynnik przewodzenia ciepła, ale znaczną grubość, w dalszym ciągu spełniają swoją funkcję. Jeżeli ocena wyglądu zewnętrznego (brak ubytków i nieciągłości) jest pozytywna, wówczas izolacja taka, np. grubości 71 mm, może stanowić dobrą ochronę cieplną przewodów instalacyjnych.

Opisany stan izolacji cieplnej przewodów rurowych w budynkach o długim okresie użytkowania lub jej brak pozwala na stwierdzenie, że tego typu miejsca stanowią potencjalną szansę ograniczenia kosztów zużycia energii cieplnej przez dany budynek.

Przykładowo jeżeli dany budynek ma źle zaizolowane 100 m instalacji, wówczas półroczne (okres grzewczy) straty ciepła wynoszą: 182 dni×100 m×25 W/m = 455 kW/rok. Czyli przyjmując cenę 0,6 zł/kW, koszty strat ciepła wewnątrz budynku wynoszą ponad 270 zł.

Warto dodać, że w budynkach wielorodzinnych długość instalacji potrafi być znacznie większa, a dodatkowo nie wspomina się tu o najbardziej newralgicznych elementach związanych ze stratami ciepła, jakimi są zawory i kolanka, które przeważnie nie są zaizolowane. Oczywiście w porównaniu ze stratami ciepła związanymi z brakiem ocieplenia fasad nie są to może znaczące kwoty, jednak i koszt termomodernizacji instalacji technicznych jest nieporównywalnie niższy (materiały izolacyjne to wydatek rzędu 300 zł), prace są mniej uciążliwe i nie ma ryzyka obniżenia walorów architektonicznych budynku.

Jednak i w tym przypadku należy przeprowadzić choćby pobieżną analizę opłacalności inwestycji. Do tego celu można zastosować najprostszą metodę opartą na porównaniu nakładów poniesionych na wykonanie izolacji termicznej oraz efektów, jakie ta termomodernizacja może przynieść przy uwzględnieniu zależności dotyczącej ekonomicznej grubości izolacji cieplnej (rys. 1) [11].

W powyższym przykładzie koszty inwestycji zwróciłyby się po ok. 2 latach.

Z szacunków tych wynika, że warto pochylić się nad wadliwie zaizolowanymi, zniszczonymi bądź niezaizolowanymi instalacjami cieplnymi. Oczywiście rozważyć należy, czy wymieniać dobrze wyglądającą, starą termoizolację, której opór cieplny jest zadowalający (z uwagi na grubość izolacji i/lub szacowane parametry cieplne), czy też skupić się na miejscach, w których tej izolacji brak (zawory, kolanka) lub jest ona zniszczona czy nieciągła (mostki termiczne).

W literaturze fachowej łatwo znaleźć opisy odpowiednich wyrobów do izolacji instalacji technicznych. Poniżej przedstawiono materiały, z których tego typu wyroby mogą zostać wykonane [4]:

• pianka polietylenowa – materiał o bardzo wysokiej elastyczności i bardzo dobrej ochronie przeciw kondensacji pary wodnej, czyli z bardzo wysokim współczynnikiem oporu dyfuzyjnego pary wodnej. Często tego typu wyroby powleczone są płaszczem – ze względu na bezpieczeństwo pożarowe zaleca się, aby były to płaszcze bezhalogenowe. Współczynnik przewodzenia ciepła l₄₀ w zależności od gęstości wyrobu wynosi od ok. 0,037 do 0,045 W/(m · K),
• elastyczna pianka elastomerowa – materiał o zamkniętych porach, ma wysoki współczynnik oporu dyfuzyjnego pary wodnej, co skutecznie zapobiega kondensacji pary wodnej. Materiał o bardzo dobrych własnościach elastycznych i akustycznych. Współczynnik przewodzenia ciepła l₄₀ wynosi od ok. 0,036 do 0,045 W/(m · K),
• pianka poliuretanowa/polizocyjanuranowa (PUR/PIR) – materiał odporny chemicznie i biologicznie. Powierzchnia pianki przeważnie chroniona za pomocą płaszcza (płaszcz metalowy, folia aluminiowa lub bezhalogenowy płaszcz tworzywowy). Materiał lekki i sztywny o niskich własnościach akustycznych. Współczynnik przewodzenia ciepła l₄₀ dla pianki PUR wynosi od ok. 0,026 do 0,030 W/(m · K), dla pianki PIR – od ok. 0,021 do 0,028 W/(m · K),
• wełna mineralna – materiał otwarty dyfuzyjnie, co powoduje, że w zależności od warunków nagromadzona woda może dyfundować przez warstwę wełny na zewnątrz bądź powodować zawilgocenie materiału, obniżając jego własności cieplne oraz stanowić potencjalne zagrożenie korozją biologiczną (grzyby, pleśń). Przeważnie stosowany z płaszczem szczelnym dyfuzyjnie (np. folia aluminiowa). Z drugiej strony stanowi bardzo dobre zabezpieczenie przeciwpożarowe, ma najwyższą klasę reakcji na ogień (przeważnie klasa A) ze wszystkich wcześniej zaprezentowanych materiałów. Współczynnik przewodzenia ciepła l₄₀ wynosi od ok. 0,036 do 0,045 W/(m · K). Wyrób sprężysty, stanowi bardzo dobrą ochronę przed hałasem i dźwiękami pochodzącymi z wibracjami,
• aerożel – materiał otwarty dyfuzyjnie o dobrych parametrach tłumiących drgania. Podobnie jak wełna mineralna może mieć wysoką klasę reakcji na ogień (klasa A). Współczynnik przewodzenia ciepła λ₄₀ wynosi od ok. 0,014 do 0,020 W/(m · K).

Oprócz wymienionych powyżej materiałów do izolowania instalacji technicznych istnieje możliwość wykorzystania ewentualnej równoległej inwestycji termomodernizacyjnej polegającej na ocieplaniu stropów piwnic.

Z uwagi na fakt, że instalacje, w tym grzewcze, biegną dość blisko stropów, podczas układania warstwy termoizolacji na strop można nią przykryć przewody instalacyjne, bez konieczności specjalnego, osobnego izolowania rur. Dzięki temu wszelkie problematyczne miejsca typu kolanka lub fragmenty, gdzie trudno zaizolować przewód rurowy, mogą zostać zabezpieczone przy założeniu, że podczas izolowania zaworów i zasuw ich wrzeciona muszą pozostać odsłonięte, podobnie jak ewentualne zawory bezpieczeństwa.

Przykładowymi wyrobami do termoizolacji stropów są przeznaczone do tych celów płyty z wełny mineralnej (w metodzie lekkiej–mokrej lub suchej zabudowie) albo termoizolacje natryskowe, na bazie np. wełny mineralnej i spoiwa mineralnego bądź wełny mineralnej i spoiwa organicznego.

Podsumowanie

Izolacje instalacji technicznych w budynkach o długim okresie użytkowania (a w zasadzie w każdym budynku) to zagadnienie warte zainteresowania. Tym bardziej że koszty inwestycyjne są stosunkowo niskie, a zyski, w szczególności w razie braku izolacji technicznej i w dłuższym czasie eksploatacji, przewyższają koszty i są stosunkowo łatwe do uzyskania.

Dodatkową zaletą w starych, ale ważnych historycznie budynkach jest obniżenie kosztów eksploatacyjnych przy utrzymaniu pierwotnych walorów architektonicznych.

Artykuł ukazał się wcześniej w miesięczniku „Izolacje”.

Literatura

1. Miros A., Wyzwania stawiane systemom dociepleń wynikające ze zmian w Warunkach Technicznych, „Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych” nr 19, 2014, s. 58–70.
2. Troi A., Bastian Z., Energy Efficiency Solution for Historic Buildings.
3. A Handook, Birkhauser Verlag GmbH, Basel 2015.
4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
5. Miros A., Izolacje techniczne w obiektach zabytkowych, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2016, s. 36–38.
6. Joniec W., Piony i przepusty instalacyjne, „Izolacje” nr 9/2013.
7. Miros A., Izolacje techniczne – określanie minimalnej grubości izolacji oraz charakterystyka współczesnych materiałów izolacyjnych, „Izolacje” nr 3/2013, s. 72–76.
8. Miros A., Grubości termoizolacji w instalacjach technicznych i przemysłowych, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2015, s. 24–29.
9. www.bazaazbestowa.gov.pl.
10. Azbest w otoczeniu – czym jest i dlaczego należy go usunąć?, www.mr.gov.pl.
11. PN-EN 14314+A1:2013-07 Wyroby do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wyroby z pianki fenolowej (PF) produkowane fabrycznie. Specyfikacja
12. PN-B-20105:2014-09 Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wymagania dotyczące projektowania, wykonania i odbioru robót
13. PN-EN ISO 12241:2010, Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Zasady obliczania.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!