Na pytanie czy budynki szkieletowe są bardziej energooszczędne niż standardowe budynki murowane odpowiedź jest prosta: TAK. Żeby jednak zrozumieć skąd odpowiedź jest taka prosta musimy omówić wszystkie elementy składowe systemu, które mają wpływ na tą tezę.
Rozmowa o energooszczędności domu szkieletowego
Rozmowa o energooszczędności domu szkieletowego prawie zawsze zaczyna się od złego pytania, pytania o samą izolację. Odpowiedź brzmi, to bardzo ważna składowa budynku energooszczędnego, ale bez odpowiedniego montażu całego systemu oraz zrozumienia specyfiki budownictwa szkieletowego możemy nie być zadowoleni z efektu końcowego.
Prezes Stowarzyszenia Domy Drewniane Wojciech Nitka zwykł mawiać, że budynek szkieletowy składa się z izolacji z dodatkiem konstrukcji nośnej i w tym stwierdzeniu jest dużo prawdy.
Ściana szkieletowa z dwudziestoma centymetrami izolacji osiąga współczynnik przenikania ciepła U na poziomie 0,15–0,17 W/(m2·K). Wymóg warunków technicznych WT 2021 to 0,20 W/(m2·K) – spełnia go z zapasem, praktycznie automatycznie.
Przy trzydziestu pięciu i więcej centymetrach (zależności od wybranej izolacji) bez problemu osiąga się poziom 0,10 i standard domu pasywnego.
Mur „tradycyjny”, żeby dojść do tych samych wartości zwykle osiąga całkowitą grubość około 55 cm.
Warto zaznaczyć, iż w mieście, gdzie metr kwadratowy działki jest bardzo drogi dwadzieścia centymetrów oszczędności na obwodzie budynku to duże pieniądze. Szkielet przy okazji wygrywa tę konkurencję bez wysiłku z technologią tradycyjną.
Szczelność ściany zewnętrznej
Prawdziwe pytanie brzmi inaczej: czy ta doskonale zaizolowana ściana będzie szczelna, czy pozwoli uciec wilgoci na zewnątrz, czy dom da się szybko i tanio ogrzać? Dlaczego to tak ważne pytanie, ponieważ dom o znakomitym U, który „przecieka” niekontrolowanym powietrzem, zużyje więcej energii niż dom o gorszym U i szczelnej, systemowej ścianie. I to właśnie tu rozstrzyga się wysokość rachunków o czym często zapominają inwestorzy.
Ściana musi „oddychać” czyli być paroprzepuszczalna, ale z drugiej strony musi być szczelna dla wiatru, który na nią napiera od zewnątrz. To brzmi jak sprzeczność, a jest prostą fizyką. Najprościej wyobrazić sobie dobrą kurtkę turystyczną, nie przepuszcza ona wiatru ani deszczu, ale pot z ciała odparowuje przez kurtkę na zewnątrz. Gdyby była zwykłą folią, po godzinie marszu byłbyś mokry od środka. Dokładnie tego samego oczekujemy od ściany: ma zatrzymać powietrze, ale wypuścić parę wodną. Szczelność powietrzna to parametr mierzalny i jest standardem (lub powinien być) zarówno w przypadku budownictwa tradycyjnego jaki i szkieletowego.
Test blower door wyznacza krotność wymian powietrza n50 – dla budynku pasywnego musi wynieść poniżej 0,6 wymiany na godzinę, dla niskoenergetycznego poniżej 1,5.
Ściana szkieletowa ma dziesiątki metrów bieżących styków i do tego miejscowych przebić technologicznych.
Miejsca szczególnie wymagające uwagi to mocowanie muru z podwaliną, przejścia stropów przez ściany, przejścia instalacji na zewnątrz czy montaż okien.
Konstrukcyjna płyta gipsowo-włóknowa Defentex
Konstrukcyjna płyta Defentex firmy Siniat rozwiązuje problem przewiewania ściany od zewnątrz, posiada najwyższą klasę szczelności powietrznej i stanowiąc poszycie zewnętrzne nośnych ścian budynków szkieletowych oraz modułowych jednocześnie zastępuje wiatroizolację. Defentex jest pierwszą płytą dopuszczoną przez ETA w Kategorii Użytkowania 3 i może być eksponowana na warunki atmosferyczne do 3m-cy. Jednocześnie – i to jest w tym produkcie najciekawsze – Defentex ma bardzo niski opór dyfuzyjny: Sd = 0,13 m przy współczynniku μ = 10,65. Parametr Sd mówi, jakiej grubości warstwie nieruchomego powietrza odpowiada dana warstwa pod względem oporu dla pary wodnej. Trzynaście centymetrów to wartość znikoma – ściana praktycznie nie stawia parze oporu na zewnątrz. Właśnie dlatego płyta jest polecana do ścian otwartych dyfuzyjnie, to jest właśnie kurtka turystyczna: bariera dla wiatru, ale możliwość odparowania wilgoci.
Woda w ścianie
Niestety to nie koniec procesu zarządzania wilgocią w ścianie by była ona doskonała. Trzeba jeszcze zarządzić wilgocią, która będzie się dostawała od wewnątrz ściany, tak by nie było jej zbyt dużo.
Skąd w ścianie bierze się woda. Czteroosobowa rodzina produkuje dziennie kilkanaście litrów pary wodnej – oddychając, gotując, biorąc prysznic, susząc pranie, podlewając kwiaty. Ta para nie znika. Ciepłe powietrze wewnątrz zawiera jej znacznie więcej niż zimne powietrze na zewnątrz, a różnica ciśnień cząstkowych wypycha ją zimą przez przegrodę na zewnątrz. To zjawisko nazywa się dyfuzją i zachodzi nieprzerwanie, przez cały sezon grzewczy.
Problem zaczyna się w momencie, gdy para wędrująca przez ścianę napotka po drodze temperaturę punktu rosy – wtedy skrapla się w postaci wody. Jeśli stanie się to wewnątrz warstwy izolacji lub przy drewnianym słupku, mamy dwa skutki: mokra wełna traci właściwości izolacyjne (a więc rosną rachunki), a wilgotne drewno konstrukcyjne staje się pożywką dla grzybów. Zawilgocona przegroda to zarazem mniejsza energooszczędność i krótsza żywotność budynku – dwa problemy w jednym.
Zatem, jeśli na zewnątrz ściany mamy już Defentex musimy zastosować odpowiednie rozwiązanie od środka.
Paroizolacja
Reguła, która rozstrzyga tę sprawę, jest prosta:
przegroda musi być coraz bardziej otwarta na parę wodną w kierunku od wnętrza na zewnątrz.
Opór dla pary ma być duży od strony pomieszczenia, a mały od strony elewacji.
Wtedy para w ogóle nie wchodzi w ścianę w większej ilości, a ta, która weszła, ma szansę swobodnie uciec, zanim się skropli. Odwrócenie tej zasady – szczelna płyta na zewnątrz, przepuszczalna warstwa wewnątrz – zamienia ścianę w pułapkę wilgoci.
Przy Defentex z Sd = 0,13 m po stronie zewnętrznej niezbędna jest paroizolacja po stronie wewnętrznej – warstwa o oporze dyfuzyjnym kilkadziesiąt razy wyższym. Dodatkową rolę w ścianach pełni sam gips którego naturalną właściwością jest pochłanianie i oddawanie nadmiaru wilgoci. Płyty Nida Cicha i Nida Twarda o gęstości ponad 1000 kg/m3 stosowane po stronie wewnętrznej przegrody oraz w ścianach działowych lub „przed ściankach” – do których wrócimy - działają więc jak bufor – przejmują chwilowe skoki wilgotności po prysznicu czy gotowaniu i oddają ją, gdy powietrze się przesuszy. Dla mieszkańca oznacza to stabilniejszy mikroklimat bez skrajnych wahań.
Brak ścianki instalacyjnej (tzw. przedścianka), czyli gdzie naprawdę psuje się szczelność Tu dochodzimy do miejsca, w którym najwięcej domów szkieletowych traci swoje parametry – i do rozwiązania systemowego, które warto znać przed podpisaniem umowy z wykonawcą.
Paroizolacja jest szczelna tylko wtedy, gdy jest nieprzerwana. Tymczasem w typowej ścianie prowadzi się przez nią instalację elektryczną: każde gniazdko, każdy włącznik, każda puszka to przebicie folii. Kilkadziesiąt dziur w paroizolacji przekłada się na wynik testu blower door, na straty ciepła i na ryzyko, że w tych właśnie punktach para dostanie się w głąb izolacji.
Ścianka instalacyjna
Dobry system zaleca ściankę instalacyjną i zasada jest taka, że paroizolację montuje się bezpośrednio do słupków konstrukcji nośnej, a dopiero po jej wewnętrznej stronie buduje się dodatkową warstwę na profilach systemu.
W tej warstwie – już za paroizolacją, patrząc od strony pomieszczenia – prowadzi się przewody i osadza puszki. Dzięki ściance instalacyjnej membrana jest zabezpieczona przed potencjalnym uszkodzeniem wskutek prowadzenia instalacji czego efektem folia zostaje nietknięta.
Pełny przekrój ściany zewnętrznej wygląda w tym układzie następująco, licząc od pokoju:
- płyta gipsowa Nida 12,5 mm,
- profil systemu Nida,
- izolacja termiczna w ściance instalacyjnej,
- paroizolacja,
- nośna konstrukcja wypełniona izolacją,
- płyta Defentex 12,5 mm,
- taśma klejąca Weather Defence,
- w zależności od wybranej elewacji – łaty i okładzina wentylowana albo wełna elewacyjna i wyprawa tynkarska.
Uwaga: Ta jedna dodatkowa warstwa daje trzy korzyści naraz: nietkniętą paroizolację, dodatkowe kilka centymetrów izolacji maskującej liniowe mostki termiczne na słupkach oraz wygodę późniejszych zmian w instalacji bez ingerencji w warstwę szczelną. Oczywiście płytę Defentex można zastąpić inną płytą konstrukcyjną firmy Siniat, ale wówczas należy na niej zastosować dodatkowo wiatroizolację (podobnie jak w konstrukcji dachu pod dachówką).
Wiatroizolacja
Używając jednak Defentex po stronie zewnętrznej upraszczamy przekrój zamiast go komplikować. Samoprzylepna taśma Weather Defence – służy do spoinowania styków płyt Defentex i wraz z płytą tworzy wiatroizolację w klasie W1 według BS EN 13859-2, osobna membrana wiatroizolacyjna staje się zbędna. Do dokładniejszych uszczelnień służy masa uszczelniająca Weather Defence – elastyczny silikon stosowany w systemach ścian osłonowych z wymaganą odpornością ogniową.
Instrukcja montażu Płyty Defentex
Wentylacja
Wentylacja: w szczelnym domu grawitacja nie wystarczy! Im szczelniejszy budynek, tym mniej można liczyć na przypadek. Wentylacja grawitacyjna działa dzięki różnicy temperatur i nieszczelnościom – potrzebuje powietrza napływającego przez nieszczelne okna i ściany. W domu szkieletowym o wyniku n50 poniżej 1,0 takiego napływu po prostu nie ma. Efekt jest odwrotny do zamierzonego: kominy wentylacyjne przestają działać, wilgotność w pomieszczeniach rośnie, a na ścianach w łazience i przy oknach pojawia się pleśń. Paradoksalnie im lepiej wykonano ścianę tym gorzej będzie działała wentylacja grawitacyjna, ale to dobrze bo wentylacja grawitacyjna to niekontrolowane straty ciepła których chcemy uniknąć w budynku energooszczędnym.
Uwaga: Prawidłowym rozwiązaniem dla budynku szkieletowego jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła. Rekuperator odzyskuje ciepło z powietrza wywiewanego i przekazuje je świeżemu powietrzu nawiewanemu. W praktyce oznacza to, że wymiana powietrza – niezbędna dla zdrowia i dla usunięcia tych kilkunastu litrów pary dziennie – przestaje być stratą energii. W domu murowanym rekuperacja też działa, ale w szkieletowym jest po prostu warunkiem koniecznym: szczelna konstrukcja bez wentylacji mechanicznej to prosta droga do problemów z wilgocią oraz straty ciepła.
Rekuperacja a akustyka
Rekuperacja ma swoją cenę akustyczną: kanały, przepływ powietrza, praca centrali. I tu wraca płyta Nida Cicha (typ DFH1IR, gęstość 1020 kg/m3).
W systemie ściany Nida 155B50 osiąga wskaźnik izolacyjności akustycznej Rw = 69 dB, w systemie 205B75 – 67 dB, a w systemie 255B100 – Rw = 70 dB. Dla porównania: ściana z cegły pełnej grubości 25 cm daje około 50 dB.
W nośnych ścianach zewnętrznych układ Defentex 12,5 mm od zewnątrz plus Nida Cicha 12,5 mm od wewnątrz na słupku 45×120 daje Rw = 48 dB i odporność ogniową REI 30; podwojenie warstwy Nida Cicha podnosi ją do REI 60 przy tym samym Rw.
Jak widać akustyczna izolacja budynku szkieletowego nie jest trudna stosując odpowiedni system i pozwala uzyskać lepsze wyniki niż w budownictwie tradycyjnym,
Ogrzewanie budynku szkieletowego: przewaga, o której się nie mówi.
Niska pojemność cieplna szkieletu jest zwykle przedstawiana jako wada. Dom szybko się nagrzewa i szybko ochładza – to prawda. Niemniej, w połączeniu z nowoczesnym systemem grzewczym ta cecha staje się przewagą. Dom murowany rozgrzewa się kilkanaście godzin i tyle samo wychładza. Sterowanie ogrzewaniem jest w nim z natury bezwładne – jeśli wyjeżdżasz na weekend i obniżysz temperaturę, powrót do komfortu potrwa pół doby.
Dom szkieletowy reaguje w godzinę, a to otwiera możliwości, które w technologii murowanej są iluzoryczne: realne nocne obniżenie temperatury, sterowanie strefowe (sypialnie chłodniejsze, salon cieplejszy, pokoje gościnne wyłączone), harmonogram dopasowany do godzin pracy, wygrzewanie domu w godzinach najtańszej taryfy albo w szczycie produkcji własnej fotowoltaiki. Każdy z tych scenariuszy to realne oszczędności i w lekkiej konstrukcji da się je wdrożyć naprawdę dużo prościej niż w technologii murowanej.
Pompa ciepła współpracuje w tym układzie znakomicie, choć wymaga przemyślenia. Klasyczne ogrzewanie podłogowe to system bezwładny – wylewka betonowa niweluje część zysku z szybkiej reakcji budynku więc warto przemyśleć czy ten sposób oddawania ciepła jest nam bliższy czy wolimy ogrzewanie ciepłym powietrzem.
Suchy jastrych
Jeśli jednak chcemy trochę masy i bezwładności – żeby dom nie stygł zbyt gwałtownie można zastosować suchy jastrych z płyt Nida Twarda (typ DEFH1IR, gęstość ponad 1000 kg/m3). Podłoga z płytą Nida Twarda zamiast cienkiej wylewki wnosi masę tam, gdzie ma pracować – wewnątrz.
System suchego jastrychu Nida Podłoga – Więcej informacji
Jeszcze więcej masy w budynku wnosi konstrukcyjna płyta cementowo-wiórowa Duripanel (PN-EN 634-2, gęstość minimum 1200 kg/m3, grubości od 8 do 40 mm). W stropach pełni funkcję nośną – usztywnia układ konstrukcyjny i przenosi obciążenia na belki. Wariant Duripanel Floor z krawędzią pióro-wpust to gotowe rozwiązanie podłogowe.
Okna i strony świata: gdzie lekkość wymaga uwagi
Okno jest najsłabszym termicznie elementem obudowy – nawet dobre trzyszybowe pakiety mają U około 0,8 W/(m2·K), czyli cztery–pięć razy gorsze niż ściana, ale jest też jedynym elementem, który energię dostarcza. Bilans dużego okna południowego w polskim klimacie potrafi być zimą dodatni: przez sezon grzewczy zyskuje więcej ciepła ze słońca, niż traci przez przenikanie. Okno północne jest zawsze na minusie i powinno być ograniczone do niezbędnego minimum, stąd klasyczna zasada projektowania: strefa dzienna i największe przeszklenia na południe, sypialnie na wschód, pomieszczenia techniczne, garderoby i garaż jako bufor termiczny od północy. To reguła uniwersalna – ale w domu szkieletowym ma większą wagę i to w obie strony.
Zimą lekka konstrukcja szybko zamienia zyski słoneczne w odczuwalne ciepło – dom nagrzewa się w godzinę zamiast pół dnia, a inteligentny sterownik może wcześniej przygasić pompę ciepła. To realny zysk. Latem ta sama cecha działa przeciwko nam.
Budynek bez masy latem nie ma czym zbuforować nadmiaru energii i przegrzewa się szybciej niż murowany. Dlatego w szkielecie ochrona przeciwsłoneczna nie jest dodatkiem, tylko elementem projektu: rolety zewnętrzne (nie wewnętrzne – te zatrzymują ciepło już w pomieszczeniu), markizy, okap dachowy o wyliczonym wysięgu, który latem przy wysokim słońcu zacienia okno, a zimą przy niskim wpuszcza promienie do wnętrza. Do tego dochodzi masa wprowadzona świadomie – suchy jastrych z Nida Twarda, stropy z Duripanel – oraz nocne przewietrzanie przez rekuperator w trybie bypass.
Przy oknach bardzo ważna rzecz to szczelność montażu. Otwór okienny w ścianie szkieletowej to przerwanie ciągłości paroizolacji i warstwy wiatroszczelnej. Montaż okna z odpowiednimi taśmami jest tu obowiązkowy – kilkanaście okien źle osadzonych potrafi zniweczyć wynik całej ściany.
Ciekawostka
W Bielsku Podlaskim od roku 2018 stoi duży budynek zero energetyczny wyprodukowany przez Unihouse. Jest to projekt badawczo-rozwojowy który ma sprawdzić, czy rozwiązania opracowane na papierze działają w rzeczywistości. Budynek poddano między innymi badaniom akustycznym i szczelności, a we wszystkich przegrodach zewnętrznych umieszczono czujniki temperatury i wilgotności by obserwować zachowanie ścian pod względem hydrotermicznym w warunkach rzeczywistych – czyli dokładnie to zjawisko, o którym mowa była przy dyfuzji i punkcie rosy.
