Docieplanie ścian z ciemną wyprawą elewacyjną (część I)

Jedną z najbardziej popularnych metod docieplania zarówno istniejących jak i nowo budowanych budynków jest system ETICS (złożony system izolacji ścian zewnętrznych budynku), zwany wcześniej bezspoinowym systemem ociepleń (BSO) a jeszcze wcześniej metodą lekką – mokrą.

Istota tej metody sprowadza się do wykonania na odpowiednio przygotowanym podłożu (ścianie) warstw ze współpracujących i kompatybilnych ze sobą materiałów, będących termoizolacją oraz warstwą elewacyjną.

System ten składa się ze składników podstawowych (rys. 1):

• zaprawy klejącej
• termoizolacji
• łączników mechanicznych (kołków)
• warstwy zbrojącej
• warstwy elewacyjnej

oraz uzupełniających:

• materiałów do wykończenia detali: listew cokołowych, kątowników ochronnych, okapników, profili dylatacyjnych, itp.
• materiałów uszczelniających
• innych niezbędnych akcesoriów (np. łączników izotermicznych, itp.).

Rys. 1 - Budowa systemu ociepleń (ETICS) - rys. Atlas 1. ściana 2. klej do mocowania płyt izolacji termicznej 3. izolacja termiczna 4. dodatkowe mocowanie mechaniczne 5. zaprawa do wykonania warstwy zbrojącej 6. siatka zbrojąca z włókna szklanego 7. preparaty gruntujące pod wyprawę tynkarską 8. wyprawa tynkarska 9. preparaty gruntujące pod farbę (opcjonalnie) 10. farba fasadowa (opcjonalnie)

Każdy z materiałów pełni inną funkcję:

• termoizolacja (płyty z polistyrenu ekspandowanego (EPS), polistyrenu ekstrudowanego (XPS), wełny mineralnej, piany fenolowej) zapewnia odpowiednią izolacyjność cieplną,
• zaprawa klejąca oraz łączniki mechaniczne (kołki) zapewniają odpowiednią stateczność konstrukcyjną układu,
• warstwa zbrojąca (warstwa zaprawy z wtopioną siatką np. z włókna szklanego) zapewnia odporność na uszkodzenia (np. na skutek uderzeń) oraz stanowi podłoże pod warstwę elewacyjną,
• warstwa elewacyjna (wyprawa tynkarska, płytki elewacyjne) zabezpiecza warstwy systemu przed oddziaływaniem warunków atmosferycznych oraz starzeniem jak również stanowi warstwę dekoracyjną.
   

Wyprawa tynkarska pełni funkcję ochronno-dekoracyjną. Tynki cienkowarstwowe i farby stanowią barierę dla opadów atmosferycznych - dzięki swoim parametrom nie dopuszczają do zawilgocenia materiału termoizolacyjnego i ograniczają możliwość rozwoju grzybów pleśniowych. To funkcja techniczna. Z estetycznej strony możliwości dekoracyjne ETICS są znacznie szersze. Projektanci oczekują możliwości tworzenia wręcz nieograniczonych aranżacji, łączenia różnych technik i efektów dekoracyjnych oraz dostępności faktur i setek kolorów.

Jednym z nowszych trendów jest wykorzystywanie ciemnych (czy wręcz niemal czarnych) kolorów do kształtowania wyglądu elewacji. Efekty wizualne mogą być rewelacyjne (choć z gustami się podobno nie dyskutuje), jednak zastosowanie takich kolorów generuje znaczną ilość problemów technicznych, które niestety są zupełnie ignorowane zarówno przez architektów (tu zwykle przyczyną jest niewiedza) jak i przez wykonawców (tu przyczyną zwykle jest cena, systemy dedykowane ciemnym kolorom potrafią być o kilkanaście do kilkudziesięciu procent droższe).

Problemy z ciemnymi kolorami ujawniają się w kilku podstawowych obszarach związanych z:

Zacznijmy od analizy p.1.

Wyprawa elewacyjna poddana jest działaniu czynników atmosferycznych, w tym temperatury i wody. Teoretycznie sytuacja wydaje się prosta: minimalna temperatura powietrza w zimie to rząd wielkości -20°C, w lecie to ok. +35°C. Jednak temperatura podłoża będzie zupełnie inna.

Proszę popatrzeć na fot. 1a. Pokazuje ona temperaturę ciemnego (niemal czarnego) tynku strukturalnego na ociepleniu wynoszącą w słońcu ponad 52°C, gdy temperatura w cieniu wynosiła tylko 25°C (fot. 1b). Mamy tu więc do czynienia z ponad dwukrotną różnicą temperatur.

Proszę jednak popatrzeć na fot. 2a. Temperatura w słońcu wynosi prawie +43°C. Natomiast fot. 2b oraz fot. 2c pokazują temperaturę tej samej ściany przy czym jej jedna część znajduje się w cieniu a druga, odległa o kilkanaście centymetrów, w pełnym słońcu. Różnica temperatur na odcinku kilkunastu centymetrów wynosi ponad 15°C.

Doświadczenie pokazuje, że elewacja w ciemnym kolorze potrafi nagrzać się do temperatury przewyższającej 70°C. Z kolei gwałtowna burza potrafi schłodzić powierzchnię tynku o 40-50°C w ciągu kilku minut. Mamy więc do czynienia z szokową zmianą temperatury. I to różną w różnych strefach tej samej ściany. To w lecie. W zimie sytuacja wygląda dużo gorzej. Ujemna temperatura zewnętrzna w nocy skutkuje ujemną temperaturą wyprawy tynkarskiej. Jednak w przypadku ciemnego koloru promienie słońca (w zależności od intensywności oraz samego koloru) potrafią podnieść temperaturę powierzchni tynku o kilkanaście do nawet kilkudziesięciu stopni w ciągu kilkunastu minut (rys. 2), nawet w zimie. Mamy więc do czynienia z kolejną szokową zmianą temperatury, tym razem o tyle groźniejszą, że dochodzi przejście przez zero.

Za opisane powyżej zjawisko odpowiedzialny jest tzw. współczynnik odbicia światła rozproszonego (HBW). Upraszczając sytuację, jest to informacja, jaka część (w %) światła padającego na powierzchnię jest odbijana. Dla koloru idealnie czarnego wartość HBW wynosi 0% (pełne pochłanianie), natomiast dla idealnej bieli 100% (całkowite odbicie światła). I tu dochodzimy do sedna pierwszego problemu. Proszę popatrzeć na rozkład temperatury w typowej przegrodzie ocieplonej styropianem. Układ warstw ściany podano w poniższej tabeli.

Układ warstw przykładowej ocieplonej ściany

gdzie:

Natomiast na rys. 3 widać rozkład temperatur wykonany dla tzw. stanu stacjonarnego, przy założeniu, że temperatura na zewnątrz wynosi +25°C.

Rys. 3 - Obliczeniowy rozkład temperatury dla stanu stacjonarnego w przegrodzie podanej w powyższej tabeli dla zewnętrznej temperatury +25°C. Temperaturę powierzchni tynku w słońcu pokazano na fot. 1a.

W rzeczywistości temperatura tynku będzie inna (co pokazują fot. 1-2). Ale tynk ten jest położony na cienkiej (rzędu kilku mm) warstwie zbrojącej. Poniżej jest termoizolacja. Zatem silnemu rozgrzaniu ulegają warstwy tynku i zbrojąca, bez możliwości przekazywania ciepła w głębiej położone warstwy przegrody. Rezultatem są nie tylko cykliczne, ale znacznie bardziej niebezpieczne szokowe naprężenia i odkształcenia, prowadzące najpierw do powstania mikropęknięć a w dalszej konsekwencji rys i uszkodzeń warstw systemu ETICS (fot. 3), którego składnikiem jest przecież warstwa zbrojąca na bazie zaprawy cementowej, czyli element sztywny. Problem ten dotyczy szczególnie elewacji narażonych na intensywne nasłonecznienie (w żaden sposób nie osłoniętych, południowych, itp.).

Z powyżej opisanym problemem związany jest drugi. Już same naprężenia termiczne mogą doprowadzić do odspojeń wyprawy tynkarskiej. Jeżeli pojawią się mikrospękania i rysy, to dodatkowo otwierają one wilgoci (wodzie) drogę w głąb warstw systemu. Zawilgacanie warstwy zbrojącej (początkowo w bezpośrednim sąsiedztwie spękania/rysy, a w miarę upływu czasu w szerszym obszarze) ma dwojakie konsekwencje. W zimie zawilgocona warstwa zbrojąca ulega korozji mrozowej, a w lecie prężność pary wodnej (temperatura warstwy zbrojącej jest porównywalna z temperaturą tynku) jest bezpośrednią przyczyną do odspajania się tynku.
 

Proszę popatrzeć na fot.4. Widać tu odspojenia i destrukcję tynku w strefie przy balkonach. Tynki w ciemnych kolorach są z ww. powodów bardzo wrażliwe na wnikanie wody w warstwy ocieplenia. Obojętnie, czy będzie to woda z przecieków przez balkony czy przez bonie albo inne elementy dylatacyjne (fot. 5).

Katalizatorem procesów destrukcyjnych może być także kondensacja międzywarstwowa lub wykonywanie prac w nieodpowiednich warunkach cieplno-wilgotnościowych. Więcej na ten temat – w drugiej części artykułu.

^[1] Bożena Serwatka-Berbeć - Techniczne aspekty stosowania ciemnych kolorów w systemach ETICS, Izolacje 5/2019