Покривни топлоизолации

Покривни топлоизолации – теория, минали и бъдещи практики

Основната цел на сградната обвивка е защита от атмосферните влияния и осигуряване на комфорт на обитателите. Изразът „покрив над главата” се явява синоним на дом, сграда. За изпълнение на тази защитна функция в строителството се разчита на крайното покривно покритие – керемиди, мембрани, обшивки и съответните хидроизолации. За да изпълняват обаче широката си функция по осигуряване на приятна среда на обитаване, в покривните конструкции неизменен елемент с растяща важност е топлоизолацията.

Минималните стойности на топлинните загуби през сградната обвивка са дефинирани в чл. 10 на Наредба 7 за енергийната ефективност, топлосъхранение и икономия на енергия в сгради от 2004 г. Определеният коефициент на топлопреминаване (U-стойност, измервана в W/m2K) важи както за нови сгради, така и при реконструкции. В края на 2009 г. изискуемите минимални стойности бяха завишени, добавиха се и параметри за проследяване на топлинните мостове, което предполага намаляване на разхищението на енергия.

За покривите на отопляеми помещения този показател е 0,28 W/m2K. Това означава, че при сегашните най-масово приложими изолационни материали (коеф. на топлопроводност ? > 0.040 W/mK) дебелината на изолационния слой не трябва да е по-малка от 15 см. Това е най-ниският клас стъклена и каменна минерална вата и експандиран полистирол с ниски плътности при скатните покриви и екструдиран полистирол, тежка каменна вата, а напоследък и експандирани полистирени с якост на натиск над 150 kPa при плоските покриви.  В редките случаи, когато се използват материали с по-добри топлоизолационни свойства (? < 0.035 W/mK), необходимата дебелина може да падне с 2-3 см. Такива материали са стъклените и каменните минерални вати със средна плътност (18-25 кг/м3 за стъклените и 50-80 кг/м3 за каменните), графитните експандирани полистироли и тези с плътност, по-висока от използвания за фасадна изолация материал при скатните покриви. При плоските покриви може да се използват или материали от посочените с по-добри топлоизолационни свойства, или да се комбинират два материала, като единият носи завишена изолация, а вторият е с подходящи якостни характеристики, за да осигури проходимостта – отличен пример за подобна комбинация са каменните вати с двойна плътност. Посочените дебелини за покриване на референтните стойности по Наредба 7 важат, при условие че на фаза проектиране са взети мерки за минимизиране на топлинните мостове.

Спазването на минималните референтни стойности е предпоставка за постигане на икономия на енергия, но само по себе си не може да гарантира висок клас енергийна ефективност на сградата. Това е така, защото върху топлинните загуби през сградната обвивка влияят още фактори - съотношението обем - повърхнина на сградата, делът на външните стени, покривът, остъкленията в цялата сградна обвивка, ориентацията, климатичната зона, функцията на сградата. Къща с голяма площ на остъкленията по фасадата ще има нужда от повече енергия за поддържане на оптимален микроклимат в сравнение с аналогична постройка със същата площ и ориентация, чиито фасади са плътни. И двете сгради се класифицират с клас В от скалата за определяне на класовете енергоефективност, когато са покрили минималните стойности на коефициента на топлопреминаване, но консумацията им на енергия може драматично да се разминава. Затова по-важен показател, който е добре да се специфицира в законодателството, е конкретна гранична стойност на годишния специфичен разход на енергия за функциониране на сградата (отопление, охлаждане, вентилация, гореща вода, осветление и електроуреди), съотнесен към единица площ на сградата.

При стандарта пасивна сграда се търси именно крайната енергоефективност, фиксирана чрез първичната специфична потребна енергия 120 kWh/m2.a, 15 kWh/m2.a – крайна необходима енергия за отопление, и топлинен товар 10 W/m2. Независимо от това на кой континент, в коя климатична зона, с каква ориентация и функция е една пасивна сграда, тя трябва да покрива посочените показатели. Това може да се случи, когато коефициентът на топлопреминаване на всички елементи от сградната обвивка – под, покрив, стени, е под 0,15 W/m2K, или почти три пъти по-добър от настоящите минимални изисквания за покриви у нас. Когато климатичните условия са по-сурови, показателите за енергийна ефективност ще се достигат при топлинни загуби под 0,08 W/m2K, какъвто е случаят със скандинавските страни, или под 0,20 W/m2K – в средиземноморските държави с топли зими. У нас поради големите температурни амплитуди въпреки голямата слънчева радиация за елементите на сградната обвивка трябва да се залагат U-стойности < 0,10-0,12 W/m2K, което означава и три пъти по-големи дебелини на изолационния слой и/или използването на изолационни материали с подобрени изолационни свойства.

Колкото и стресиращи да изглеждат подобни цифри, не трябва да забравяме, че те са напълно изпълними и все по-честа практика в страните, възприели амбициозните, обосновани цели за намаляване на консумацията на енергия в сградния фонд, дори над дефиницията за пасивна сграда. Това е неизбежен процес и за България. В момента тече процедура по транспониране в националното ни законодателство на редактираната европейска директива за енергийните характеристики на сградите ЕC 2010/31, която бе приета през май 2010 г. Страната ни като членка на ЕС трябва да се ангажира с планове за масово навлизане и задължително строителство и реновация на нетно нулево енергийни сгради след 2020 г., а за сградите публична собственост – две години по-рано.

Дали експертите, ангажирани с редактиране на съществуващата законодателна рамка, ще затегнат референтните стойности сега, дали ще го направят стъпково и равномерно във времето до 2020 г., или ще предложат сериозни икономии на енергия в сградите да започнат да се случват масово едва преди крайния срок на влизане в сила на европейските изисквания, зависи от дългосрочната енергийна стратегия на страната. Факт е обаче, че са налице решения как да изолираме по-добре, по-ефективно и по-дълготрайно. И тъй като животът на една сграда далеч надхвърля визията за въвеждане на нулево енергийни сгради, интелигентните инвеститори могат да пресметнат възвръщаемостта от инвестиция в допълнителна изолация, качествено проектиране и в пасивна сграда и да се възползват от комфорт на обитаване и редуцирани сметки за енергия още днес.

На първо място всички, ангажирани в сградно строителство, инвестиране и ползване, трябва да си дадат сметка, че удвояването на обичайните дебелини изолация в никакъв случай не води до двойно поскъпване на мерките за икономия на енергия. Дали един плосък покрив ще е изолиран с 10-12 или 20-24 см от обичайните изолационни материали, останалите елементи от покривната система – отводняване, пароизолация, материали за лепене или механично укрепване, хидроизолация,  остават същите. Дори при еднослойното полагане на изолация вложеният труд остава константа. Оскъпяването е 20-30% спрямо първоначалните разчети за стойността на покрива и пренебрежимо малко, съотнесено към цялата стойност на нова сграда или обновяването.

На второ място обаче с повишаване на изискуемата дебелина се увеличава необходимостта от допълнителна конструкция, която да я носи, намалява се полезната площ на помещенията, възникват редица технически препятствия, свързани с напасването спрямо другите строителни материали и системи. В нашия пример с плоския покрив, в случаите, когато той се явява тераса на помещения от горния етаж, би се получило едно огромно допълнително стъпало при излизане на вън.

И накрая наред с повишените изисквания към коефициента на топлопреминаване на конструкциите за още по-добри резултати трябва да се вземат допълнителни мерки за икономия на енергия – въздухонепроницаемост на обвивката и елиминиране на топлинните мостове, както и за осигуряване на съоръжения за осигуряване на енергия от възобновяеми източници.

Затова наред с разумното проектиране, което още от самото начало трябва да е фокусирано към минимизиране на енергийното разхищение, погледите на специалистите трябва да се насочат и към материали и технологии, целенасочено произвеждани да решават проблемите на енергоефективността, комбиниращи допълнителни свойства наред с повишените изолационни характеристики. При това не задължително на по-висока цена.

 

Топлоизолация на покрива с минерална вата

Все по-често се налага таванското помещение, намиращо се непосредствено под покрива, да се превърне в удобно за обитаване, с което използваемата площ в жилището се увеличава. Освен това тези помещения имат особена специфика, бихме казали даже романтика със скосените си тавани, покривни прозорци и капандури. В добавка таванското помещение има по-голяма самостоятелност, отколкото стаите на долните етажи и затова е предпочитано място за устройване на младежка стая.
Всичко това обаче е възможно при едно условие – отлично направена топлоизолация на покривната конструкция. В противен случай зимният студ ще прави крайно некомфортно обитаването на тези помещения, а пък през лятото се превръщат в истинска парна баня. Необходимостта от добра топлоизолация на сградата не отпада и когато таванското помещение не се обитава. При липса на топлоизолация през зимата температурата в него пада близко до външната, а през лятото става и по-висока поради парниковия ефект и липсата на добро проветряване. Това причинява големи топлинни загуби в обитаваните помещения на долния етаж, защото от студеното таванско помещение ги дели само една стоманобетонна плоча, която е отличен проводник на топлината. В допълнение температурата на въздуха в помещенията непосредствено до тавана е най-висока и съответно топлопреминаването през плочата става още по-интензивно. Поради всичко това се приема, че около 20% до 30% от топлинните загуби на едно- или двуфамилна къща се дължат именно на покривната конструкция. Този дял нараства при едноетажните къщи и намалява при наличието на повече етажи, защото се увеличава делът на загубите през външните стени и прозорците. Ако се вземе предвид, че строените десетилетия наред у нас къщи имат покриви, които в най-добрия случай предпазват от проникване на дъждовна вода, но пропускат вятъра с лекота, делът на топлинните загуби навярно ще се окаже и по-голям. Огромната част от тези покриви не само че нямат топлоизолация, но след десетина години експлоатация застланата под керемидите покривна мушама прегаря от топлината на слънцето и започва да се разпада при допир. С две думи, покривът започва „да издиша“ от всякъде, а проникналата от долните етажи топлина излита в околното пространство.
Друга много съществена причина да се захванем с покривната топлоизолация е, че тя се прави по-лесно и евтино от топлоизолацията на външните стени на сградата. Използваните материали тук са по-евтини, полагането им става значително по-бързо и толкова лесно, че не би затруднило и домашния майстор. За разлика от топлоизолационните конструкции при външните стени, тук липсват изискванията те да бъдат самоносещи, липсват закрепванията с дюбели, армираните шпакловки, декоративно-защитните мазилки и т.н. Отпада необходимостта и от изграждане на скеле. Неслучайно преобладаващата част от статиите, посветени на направата на топлоизолация в непрофесионалните печатни издания, описват именно технологията за направа на топлоизолация на покривната конструкция.
Съчетанието между по-евтини топлоизолационни материали, възможността за изпълнение на значително по-дебела топлоизолация и по-евтиния труд води до един много важен извод,а именно, че топлоизолацията на покрива е най-ефективна от гледна точка на реализираната икономия на топлинна енергия спрямо направените разходи. Или иначе казано, с най-малко средства и труд може да се постигне най-голяма икономия на топлинна енергия.
Тук са възможни две решения. Топлоизолация на покривната конструкция, което е за предпочитане, защото прави тавана обитаем, а височината му почти не се намалява. Второто решение е полагане на топлоизолация върху пода на таванското помещение, която пък изпълнява и ролята на звукоизолация срещу проникване на шум. При този вариант цялата дебелина на топлоизолацията е за сметка на намаляване на височината на помещението. Възможни са и варианти на изпълнение на двата начина на изолиране.

Спряхме се на материалите на концерна Saint-Gobain Isover не случайно. Той е най-големият производител в света на материали от минерална вата, а този вид материали са най-подходящи за изолация на покриви. При описание на конструкциите сме посочили препоръчваните от самия производител материали, с които се постигат и най-добри резултати. Нещо, което не може да се постигне, когато се работи с произволно подбрани оттук-оттам материали от различни производители. При топлоизолационните системи е много важно да се използват комплексни решения, защото те включват пълен набор от подбрани, отлично съчетаващи се един с друг топлоизолационни, паро- и хидроизолационни и други материали. Така се гарантира постигане на максимално качество и ефективност на изолацията.
При разглеждане на описаните тук конструкции е важно да се знае, че полагането само на слой от топлоизолационен материал не е достатъчно. Топлоизолацията трябва да бъде сигурно защитена срещу проникване на водни пари откъм обитаваните помещения. Това се дължи на по-високата температура и съответно на по-високата относителна влажност на въздуха в тях. Поради по-ниските температури в топлоизолационния пласт проникналите в него водни пари е възможно при определени условия да кондензират и да го овлажняват, а влагата може и да замръзне. Това причинява силно влошаване на топлоизолационните свойства на материалите. За успокоение все пак ще добавим, че даже това и да се случи, през лятото тази влага ще се изпари и топлоизолацията ще изсъхне. Най-добрата двустранна преграда срещу проникване на водните пари е алуминиевото фолио. Поради това част от топлоизолационните материали се предлагат едностранно каширани с такова фолио. Друг материал, който се използва за същата цел е полиетиленово фолио с дебелина поне 0,2 mm. Най-добре е обаче да се използват съвременни фолиа с едностранна паропропускливост, наричани често климатични мембрани.
Тук само ще маркираме, че много важно изискване при монтажа на топлоизолацията е местата на съединяване на пароизолационното фолио да бъдат сигурно уплътнени, като за целта върху снадката се поставя самозалепваща се лента. За доброто уплътняване на пароизолацията откъм ограждащите стени се използват силиконови пасти.
В случай, че въпреки взетите мерки в топлоизолацията проникне влага, конструкцията трябва да бъде така изпълнена, че да осигурява оптимални условия за нейното бързо изпарение. За тази цел под керемидите се поставя специално хидроизолационно платно, което е сигурна преграда срещу преминаване на дъждовна вода и същевременно свободно пропуска водните пари. От друга страна, конструкцията, върху която лежат керемидите, трябва да бъде така изпълнена, че да позволява свободната циркулация на въздушния поток, който влиза откъм улуците и излиза на билото на покрива. Това силно активизира изпаряването на проникналата влага. Има и конструкции, при които се оставя вентилационна кухина над самата топлоизолация.
Ключовият въпрос и тук е дебелината на топлоизолацията. Сега отново ще потърсим препоръката на водещите в света производители на материали за топлоизолационни системи. Съгласно съвременните изисквания за намаляване на топлинните загуби, за „много добра“ се приема покривна топлоизолация с дебелина 30 cm (изпълнена с материали от минерална вата). При добре изпълнена изолация с тази дебелина коефициентът на топлопреминаване (k) ще бъде равен или по-малък от 0,15 W/m²K. Това покрива изискванията за „ниско енергийна сграда“. Допуска се и по-малка дебелина на топлоизолацията – 24 cm, при което коефициентът на топлопреминаване се увеличава на 0,20 W/m²K. За отбелязване е, че поставянето на рулонна минерална вата с дебелина 4–5 cm между ребрата на покрива, което допреди няколко години се смяташе у нас за сериозно постижение, от позицията на съвременните норми се оценява като „много лоша“ и „лоша“ изолация. За успокоение на тези, на които 30 cm дебелина ще се види прекомерна, ще посочим, че по-дългосрочната цел би трябвало да бъде постигане на коефициент на топлопреминаване на ограждащата конструкция 0,1 W/m²K. А това означава дебелината на покривната топлоизолация с минерална вата да набъбне до цели 50 cm. Така изолираната къща вече покрива понятието „пасивна“, защото на практика не се нуждае от отоплителни прибори, а отоплението става за сметка на слънчевата енергия и на естествено отделяната от различни уреди и от обитателите топлина.
Да се върнем обаче към реалната действителност. Според сега действащите норми за енергийна ефективност у нас коефициентът на топлопреминаване на покривната конструкция трябва да бъде 0,30 W/m²K. Това изискване се изпълнява от пласт топлоизолация с дебелина 12–16 cm, поставен между ребрата на покрива. По европейските стандарти такава изолация се оценява като „задоволителна“, което отговаря на ученическата тройка. Очевидно и в тази област отново сме на опашката. Не виждаме никаква пречка да работим по европейските, а не по нашенските си стандарти. Българинът вече разполага със същите материали, с които работят и немци, и австрийци. Топлоизолацията се прави за десетилетия, да не кажем за поколения напред и трябва да се мисли с перспектива. Според усреднени данни добре изпълнена топлоизолация оскъпява покривната конструкция с 3–5%, който допълнителен разход се изплаща в рамките на няколко години поради намаляване на разходите за отопление.
При дебелина на изолацията 30 cm мястото между ребрата, носещи покривната конструкция, очевидно не е достатъчно. Затова тя се изпълнява на два пласта. Единият има дебелина, колкото е широчината на ребрата, и влиза плътно между тях, а вторият пласт се полага напречно на първия. За него се изгражда допълнителна конструкция от летви или метални профили, към която се закрепва обшивката – най-често от плочи гипсокартон. За предпочитане е да се използват специални пожарозащитни плочи (GKF). Друга възможност е цялата топлоизолация да се постави върху дъсчената обшивка на покрива, което има предимството, че топлоизолацията е непрекъсната и в нея няма топлинни мостове. Същевременно обаче този подход налага основен ремонт на покрива и затова по-често се прилага при ново строителство. При ремонт на съществуваща сграда се препоръчва изпълнение на топлоизолацията от вътрешната страна, което всеки сам може да направи и няма риск от падане от покрива.

Saint-Gobain Isover е най-големият в света производител на минерална (стъклена и каменна) вата, като държи около 30% от световното производство. Особено силно е присъствието му на европейския пазар, където около 40% от тази продукция носи марката ISOVER. Концернът Saint-Gobain има над 1200 консолидирани предприятия в 45 държави с над 173 000 служители. През 2001 г. е имал оборот над 30 млрд. Евро. Историята на Saint-Gobain води към далечната 1665 г., когато на 23 октомври лично Кралят слънце Луи XIV подписва указ, с който се създава „Кралска стъкларска работилница“. Именно от нея тръгва развитието на днешния световен концерн.

Същинското промишлено производство на стъклена вата започва през 1937 г., когато Saint-Gobain закупува френска фирма, специализирала се в производството на стъклени влакна и я преименува на ISOVER. Така се създава марката, която бързо се налага в цял свят. Само за няколко години концернът основава или закупува предприятия в Белгия, Италия, Германия.

След Втората световна война производството на стъклена вата се развива изключително бързо. В Европа за периода 1950–1969 г. от 15 000 тона то достига 300 000 тона. Saint-Gobain продължава процеса на закупуване на нови компании и така изнася производството си предимно извън Франция. През този период френското производство достига едва 20% от цялата продукция на концерна. Той създава големи производствени предприятия в Германия, Италия, Белгия, Швейцария, Испания, Бразилия, САЩ, а в началото но 90-те години концернът придобива и водещата фабрика за стъклена вата в Австрия.

За начало на съвременното производство на минерална вата се приема 1956 г., когато Saint-Gobain разработва технологията за производство на стъклени влакна и вата, наречена TEL – абревиатура от името на лабораторията (Laboratoire pour les Etudes Thermique), в която е създадена. Чрез нея се получават дълги минерални влакна с диаметър 4–5 µm. По тази технология днес се произвежда над 50% от световната продукция на минерална вата.

Под търговската марка ISOVER концернът Saint-Gobain обединява всички свои предприятия за стъклена минерална вата от подотрасъла „изолации и строителни материали“.