Szakmai érvek szerint a szerkezetek külső oldali hőszigetelése a helyes, a belső oldalit kerülni kell. Ezzel szemben a piacon egyre több cég kínálja termékeit belső hőszigetelés céljára, sőt egyes reklámok arra biztatnak, hogy akár saját kezűleg végezze el belülről a hőszigetelést, olyan egyszerű. Ennyire megváltoztak volna a „műszaki igazságok"?

Változatlanul az a véleményünk, hogy a külső oldali hőszigetelés az „igazi", azonban vannak esetek, amikor az nem készíthető el. Cikkünkkel arra világítunk rá, hogy a belső oldali hőszigetelés tartós, meghibásodástól mentes működéséhez alapos mérnöki előkészítő munka szükséges. Korántsem egyszerű feladat megoldására vállalkozik, aki a hőszigetelésnek ezt a módját választja.

PROBLÉMAFELVETÉS

A belső oldali hőszigetelések a külső térelhatároló szerkezet épületfizikai működését jelentősen megváltoztatják, aminek egyéb, például tartószerkezeti vonatkozásai is lehetnek. Megváltoznak a hőmérsékleti viszonyok és a nedvességeloszlások a szerkezeten belül, illetve a felületeken. Megnövekszik a hőmérséklet ingadozása a hőszigetelésen kívül lévő szerkezetekben. Bizonyos rétegekben a fagyási-olvadási ciklusok száma emelkedhet meg. Kérdés, nem növekszik-e a belső felületeken a penészképződés kockázata? Nem növekszik-e meg a szerkezeten belül káros mértékben a nedvességtartalom? Nem keletkezik-e fagykár a hőszigetelésen kívül lévő rétegekben? Nem növekszik-e káros mértékben a szerkezet hőmozgása? Ezen kérdések kellően alapos megválaszolása nagy felkészültséget és minden esetben egyedi vizsgálatokat igényel a tervező részéről, nem lehet pusztán ökölszabályokra támaszkodni.

A legtöbb kutatás a témában eddig történeti, legfőképpen a második világháború előtti időszakból származó, jellemzően tömör tégla falazatú és kívülről – az értékes homlokzati architektúra megőrzése miatt – nem hőszigetelhető épületre irányult. Azonban a valóságban más épülettípusoknál, és ennek megfelelően más szerkezettípusoknál, így házgyári panelek esetében is felmerülhet az igény a lakók részéről a hőveszteségek akár saját kezűleg kivitelezhető csökkentésére.

Mivel a piacon számos gyártó ajánlja termékeit ilyen irányú felhasználásra, mindenképpen érdemes alaposabban megvizsgálni, milyen következményekkel járhat egy paneles épület belső oldali hőszigetelése. Jelen cikkünknek nem célja a kérdés teljes körű vizsgálata, csupán egy kiválasztott szerkezeti példán keresztül kívánunk rámutatni a felmerülő problémákra és kérdésekre hőhíd- és higrotermikus szimulációk segítségével.

HÁZGYÁRI PANEL SZERKEZETEK VIZSGÁLATA

Egy 1978-ból származó házgyári panel szerkezet két tipikus csomópontjának vizsgálatán keresztül mutatjuk be a műszaki ellenőrző számításokat. (A gyakorlatban sokszor már az adott épület panelkapcsolatainak felderítése is komoly nehézségekbe ütközik.) A vizsgált panel 7 centiméter vastagságú külső vasbeton kéregből, 8 centiméter polisztirol maghőszigetelésből és 15 centiméteres belső vasbeton kéregből épül fel. A hőszigetelő réteg hővezetési tényezőjét az átkötő acélbetétek, valamint a gyártás közbeni rábetonozás és a panelek hőérlelésének negatív hatásai miatt a szakirodalom alapján (Dr. Várfalvi János) 0,088 W/m2K-es alapértékkel vettük számításba. A hőhidas­ság kérdését 2D hőhíd­prog­ram segítségével végeztük. A higrotermikus szimulációt a felújítatlan falszerkezetre és egy belülről hőszigetelt megoldásra is elvégeztük, ÉNy-i tájolással (maximális csapóeső intenzitás). A belső hőszigetelésre egy szilikátbázisú kapilláraktív rendszert választottunk, ami 8 milliméter teljes felületű ragasztóhabarcsból, 6 centiméter hőszigetelésből és 8 milliméter belső oldali vakolatból állt. A számítási eredmények kiértékeléséhez a drezdai Institut für Bauklimatik (Russinger és Grunewald [5]) módszerét vettük alapul.

Hőhídszimuláció

A 2D hőhídszimulációs számítás azt mutatja, hogy a pozitív falsarokban a belső felületi hőmérséklet jelentősen emelkedik a hőszigetelés eredményeként, ugyanakkor a födém alsó síkján a legalacsonyabb felületi hőmérséklet csökkent. A stacionér állapotot modellező számítás azt mutatja, hogy összességében (a két vizsgált csomópont vonatkozásában) csökkent a penészedés kialakulásának lehetősége. Ugyanakkor megfigyelhető az is, hogy a hőszigetelés következtében megváltozott a leghidegebb felület helye. A szigetelés előtt a falsarok volt, a szigetelést követően a fal-födém csatlakozás vált a leghidegebb felületté.

Nedvességtechnikai méretezés

A külső térelhatároló szerkezetek nedvességtechnikai méretezésére a mai napig is gyakran kizárólag az ún. páradiffúziós vizsgálatot, az úgynevezett Glaser módszert alkalmazzák [1, 2, 3]. Ez az eljárás a kézi számíthatóság érdekében nagymértékben leegyszerűsített matematikai és fizikai modellen alapul: feltételezi a konstans anyagtulajdonságokat, az állandó külső és belső klimatikus viszonyokat, továbbá azt, hogy nedvességterhelés csak páradiffúzió útján éri a szerkezetet. Ezek a feltételezések utólagos belső oldali hőszigeteléseknél – ahol például a csapóeső és a kapilláris nedvességvezetés nagy szerepet kap –, nem vezetnek megbízható eredményekhez illetve, nem sokat árulnak el a szerkezet valós működéséről.

Higrotermikus épületrész-szimulációs program

Az ebben a cikkben bemutatott számításokat egy úgynevezett higrotermikus épületrész-szimulációs program (WUFI 2D 3.3) segítségével végeztük el. Ezt a programot a Fraunhofer Institut für Bauphysik (Fraunhofer Épületfizikai Kutatóintézet) porózus külső térelhatároló szerkezetek számítására fejlesztette ki. Az épületfizikai modell, amelyen a program alapszik [4] figyelembe veszi a páradiffúzió mellett a kapilláris nedvességvezetés jelenségét, az egyes anyagtulajdonságok hőmérséklet és nedvességtartalom függését és az építőanyagok részletes nedvességfelvétel görbéit mind a szorpciós, mind a kapilláris nedvességfelvétel tartományában. A szerkezetet érő külső és belső hatásokat óránkénti adatokat tartalmazó klímafájlokkal lehet megadni. Ezek a fájlok a külső oldalon a léghőmérséklet, relatív páratartalom, direkt és diffúz sugárzás, felhőtakaró, valamint a csapóeső terhelés számítására a csapadék- és a szélsebesség, valamint -irány adatait tartalmazzák; a belső térben pedig a hőmérséklet és relatív nedvességtartalom értékeket. A program hosszantartó fejlesztés eredményeként született meg, és számos mérési eredmény felhasználásával tesztelték és verifikálták. Nyugat-Európában és Észak-Amerikában ez és ehhez hasonló programok már évek óta nyújtanak segítséget a tervezőknek mind új épületek, mind pedig rekonstrukciók tervezésénél, ahol a higrotermikus problémák szerepe meghatározó.

A falszerkezet hőtechnikai viselkedése

Az egyik fontos kérdés, amit meg kell vizsgálnunk, az a falszerkezet hőtechnikai viselkedése. A hőátbocsátási tényezőn és a kikerülhetetlen hőhídproblémákon túl a szerkezet hőmozgása okozhat károkat. A 3. ábra mutatja be a vizsgált fal hőfokesési görbéit a szimuláció alapján. A hőszigetelés hatására a hőingás megnő a szerkezetben. A vasbeton szendvicspanelek külső kérgében a hőtágulás szabadon lejátszódhat azonban a belső teherhordó kéregben már nem, ami többletigénybevételeket eredményez, amelyek főként a panelkapcsolatokat terhelik, így sokkal nagyobb veszélyt jelenthet mint hagyományos téglafalazatok esetében, ahol a számtalan habarcshézag között oszlik el a többletigénybevétel. További negatív hatásokkal jár, hogy egy esetleges belső oldali hőszigetelés lakásonként történhet meg, így nagyobb hőmozgásbeli különbségek alakulnak ki az egyes panelek között. A házgyári panelok, mint szendvicsszerkezet belsejében meglévő hőszigetelés pozitív hatása, hogy nem hagyja annyira kihűlni a belső kérget mint egy homogén falszerkezet esetében. Azonban a 3. ábráról így is leolvasható, hogy a belső kéregben a hőfokkülönbség a nyári maximum és a téli minimum között így 10–15 °C-kal megnő, ami jelentősnek mondható. A hatás számszerű megítéléséhez statikai számításokra is szükség lenne.

A falszerkezet nedvességtechnikai viselkedése

A falszerkezet nedvességtechnikai viselkedéséről először a 4. ábra segítségével alkothatunk képet. Ezen a relatív nedvességtartalom maximális, átlag és minimum értékeit láthatjuk az egyes rétegekben. Első látásra szembeötlő, hogy a tömör vasbeton szerkezeteken keresztül kialakuló kis páraáram sűrűségeknek köszönhetően a szerkezet belsejében a valóságban nem alakul ki kondenzáció, a kapilláraktív belső oldali hőszigetelés a belülről jövő nedvességet hatékonyan ki tudja szárítani. A viszonylag kedvező eredmények itt is a panel maghőszigetelésének köszönhetőek. A belső hőszigetelés nedvességtechnikai megfelelőségéről természeten csak a konkrét alkalmazandó rendszer és a körülmények ismeretében lehetne nyilatkozni.

A fagyási-olvadási ciklus görbéje megmutatja, hogy a szerkezet egyes rétegeiben évente hányszor lépi át a hőmérséklet a fagypontot. Ebből a görbéből, illetve az eredeti és a hőszigetelt állapotra jellemző görbe különbségekről az esetleges fagykárokra tudunk következtetni. A 4. ábrán jól látható módon a külső vasbeton kéregben, amely amúgy is sokkal kevésbé érzékeny mint egy vakolt külső bevonat, jelentősen nem nő a ciklusok száma, a maghőszigetelésnek köszönhetően a belső kéregben még a belső oldali hőszigetelés után sem fordul elő fagypont alatti hőmérséklet. Látható azonban, hogy a belső oldali hőszigetelés hővezetési ellenállásának további növelésével a belső vasbeton rétegben is fagypont alá csökken a hőmérséklet, amit mindenképpen ajánlott elkerülni. Logikus a következtetés: a belső oldali hőszigetelés mértékét nem épületenergetikai megfontolások és előírások alapján kell meghatározni, hanem állagvédelmi szempontok szerint korlátozni kell. Más megfogalmazásban: minél gyengébben hőszigetelt az eredeti falszerkezet, annál kevésbé lehet javítani épületenergetikai minőségét belső oldali hőszigeteléssel.

ÖSSZEGZÉS

• A belső oldali hőszigetelést minden egyes esetben alapos épületdiagnosztikai, és nedvességdiagnosztikai vizsgálatnak kell megelőzni. Fel kell deríteni a fal és a csatlakozó szerkezetek rétegfelépítését, a rétegek pontos nedvességtartalmát, vastagságát és hővezető képességét.
• Rendellenes nedvességtartalmak ismeretében intézkedéseket kell hozni a meghibásodások megszüntetése érdekében (pl. bádogos munkák javítása, vízszigetelések pótlása, panelhézagok tömítése, stb.).
• A diagnosztikai vizsgálatok alapján kell elkészíteni az esetleges belső oldali hőszigetelés épületfizikai ellenőrzését (rétegfelépítés, hő- és nedvességtechnikai szimulációk stb.), az esetleg szükséges statikai ellenőrzéseket (pl. megnövekvő hőmozgások vagy hőfeszültségek).
• Az elektromos és épületgépészeti rendszereket ajánlott a belső oldalról szigetelt falakból átszerelni később is hozzáférhető belső falakba. Ez szakági tervezői munkát kíván.
• A szakági (épületfizika, statika, épületgépész, elektromos stb.) számítások, illetve tervek eredményei alapján el kell készíteni a belső oldali hőszigetelés építészeti, épületszerkezeti kiviteli terveit.

Bakonyi Dániel 
okleveles építészmérnök
doktorandusz
BME Épületszerkezettani Tanszék

Dr. Kakasy László 
okleveles építészmérnök
egyetemi adjunktus
BME Épületszerkezettani Tanszék

Irodalom:

[1] Glaser, H.: Vereinfachte Berechnung der Dampfdiffusion durch gesichtete Wände bei Ausscheidung von Wasser und Eis, Kältetechnik 10:358-386 (1958)
[2] Glaser, H.: Graphisches Verfahren zur Untersuchung von Diffusionsvorgänge, Kaltetechnik 11:345–349. (1959) 
[3] MSZ-04-140-2: Épületek és épülethatároló szerkezetek hőtechnikai számításai. Hőtechnikai méretezés, M.3.5. 40–43. (1991) 
[4] Künzel, H. M.: Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten, doktori disszertáció, Universität Stuttgart (1994) 
[5] Russinger, U.; Grunewald, J.: Feuchteatlas zur vermeidung planungsbedingter Feuchteschäden, Abschlussbericht, Institut für Bauklimatik Dresden, 38–81. (2009)

A cikk szakmai tartalma kapcsolódik a „Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen" című projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az Új Széchenyi Terv TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja.