The durability of inverted roof insulation kits

• Autorzy: Francke Barbara , Winkler-Skalna Agnieszka , Geryło Robert

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.148910

Warianty tytułu

PL

Trwałość przekryć dachowych o odwróconym układzie warstw

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper analyses the loss mechanism of roof insulation kits’ performance due to dampness increase in the insulation layers. The analyzed structures were used in standard conditions for ten years and had thermal insulation made of expanded polystyrene with a hydrophobized surface. The dampness of the thermal insulation materials was determined after the referenced period for their future fitness as roof insulation, based on laboratory tests of material samples collected from the structures. They were completed with a computer simulation of heat transfer and dampness in the partition for working conditions specified for ten years, assuming the thermal conductivity was determined for the materials collected from the analyzed roofs. It was discovered that simulation-based calculation dampness values are much lower than those observed after ten years of roof utilization. Additionally, the authors attempted to determine the correlations between the period of thermal insulation materials used in real conditions and the selected properties of the products determined in laboratory tests. To that end, the collected material was dried to constant weight and then subjected to accelerated aging through total immersion in water at room temperature, for twenty-eight days, followed by 300 freeze-thaw cycles at –20°C and +20°C. The results helped conclude that the abovementioned laboratory testing cycle does not allow for assessing the fitness for the use of the referenced products for ten years. The directions of future laboratory tests were set, suggesting extending the testing cycle at least twice.

PL

W artykule przeanalizowano mechanizm utraty właściwości użytkowych przekryć dachowych o odwróconym układzie warstw wynikających ze wzrostu wilgotności warstwy termoizolacyjnej. Ocenę przeprowadzono analizując właściwości użytkowe obiektów eksploatowanych w warunkach naturalnych przez okres 10 lat, z izolacją termiczną wykonaną z polistyrenu ekspandowanego hydrofobizowanego powierzchniowo. Po ww. okresie użytkowania określono zawilgocenie materiałów termoizolacyjnych w funkcji ich przydatności użytkowej do dalszego pełnienia funkcji termoizolacyjnej przekrycia dachowego, na podstawie badan laboratoryjnych próbek materiałów pobranych z obiektów. Uzupełniono je o symulację komputerową przewodności cieplnej i zawilgocenia przegrody dla obciążeń użytkowych określonych również dla okresu 10 lat, przyjmując wartości współczynnika przewodzenia ciepła ustalone dla materiałów pobranych z analizowanych przekryć dachowych. Stwierdzono, że w efekcie obliczeń symulacyjnych uzyskiwane są wartości zawilgoceń znacznie niższe niż te notowane po 10 latach eksploatacji przekryć dachowych. Dodatkowo podjęto próbę ustalenia korelacji pomiędzy okresem użytkowania ww. materiałów termoizolacyjnych w warunkach rzeczywistych, a wybranymi właściwościami tych wyrobów określonymi w badaniach laboratoryjnych. W tym celu pobrany materiał wysuszono do stałej masy, a następnie poddano przyspieszonemu starzeniu polegającemu na całkowitym zanurzeniu w wodzie o temperaturze pokojowej, przez okres 28 dni a następnie działaniu 300 cykli zamrażania–rozmrażania, w temperaturach odpowiednio –20°C i +20°C. Uzyskane wyniki pozwoliły na stwierdzenie, że ww. laboratoryjny cykl badawczy również nie umożliwia oceny przydatności użytkowej przedmiotowych wyrobów w okresie 10 lat. Wytyczono kierunki dalszych badan laboratoryjnych, sugerując co najmniej dwukrotne wydłużenie ww. cyklu badawczego. Stwierdzono również, że po wysuszeniu materiałów termoizolacyjnych do stałej masy kolejne wzrost zawilgocenia następuje szybciej niż dla materiałów nie poddanych wcześniej działaniu czynników eksploatacyjnych i przyjmuje, w przybliżeniu kształt funkcji liniowej po około 200 cyklach zamrażania –rozmrażania.

Słowa kluczowe

EN

expanded polystyrene; EPS; durability; laboratory tests; field tests; inverted roof; computer simulation of dampness; computer simulation of partition’s heat conductivity

PL

badania laboratoryjne; polistyren ekspandowany; EPS; przekrycia dachowe o odwróconym układzie warstw; trwałość

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 1
• Strony: 261--275
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Francke Barbara

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Institute of Civil Engineering, Nowoursynowska 159, 02-776 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9525-5468

autor

Winkler-Skalna Agnieszka

• Thermal Physics, Acoustics and Environment Department, Building Research Institute, Filtrowa 1, 00-611 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4336-8254

autor

Geryło Robert

• Building Research Institute, Filtrowa 1, 00-611 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5357-9798

Bibliografia

• [1] D. Kalibatas and V. Kovaitis, “Selecting the most effective alternative of waterproofing membranes for multifunctional inverted flat roofs”, Journal of Civil Engineering and Management, vol. 23, no. 5, pp. 650–660, 2017, doi: 10.3846/13923730.2016.1250808.
• [2] Z. Petrakova and M. Grznar, “Methods of multi-criteria decision making in the choice of an alternative solution in the reconstruction process of a flat roof”, Slovak Journal of Civil Engineering, vol. 3, pp. 1–11, 2004.
• [3] K. Firkowicz-Pogorzelska and B. Francke, Design and construction of inverted roofs. Guide.Warsaw: ITB, 2012.
• [4] Etag 031- Guideline for European Technical Approval of Inverted Roof Insulation Kits. Part 1: General. European Organisation for Technical Approvals, 2010.
• [5] Z. Kutnar, “Development of flat roof assemblies – interaction defects and failures”, in Ploché strechy. Praha, 2005, pp. 284–305.
• [6] A. Espinosa-Fernández, V. Echarri-Iribarren, and C. A. Sáez, “Water-Covered Roof Versus Inverted Flat Roof on the Mediterranean Coast: A Comparative Study of Thermal and Energy Behavior”, Applied Sciences, vol. 10, no. 7, art. no. 2288, 2020, doi: 10.3390/app10072288.
• [7] E. Oberndorfer, J. Lundholm, B. Bass, R.R. Coffman, H. Doshi, N. Dunnett, S. Gaffin, M. Kohler, K.K.Y. Liu, and B. Rowe, “Green Roofs as Urban Ecosystems: Ecological Structures, Functions, and Services”, BioScience, vol. 57, no. 10, pp. 823–833, 2007, doi: 10.1641/B571005.
• [8] K.L. Gettera, D.B. Rowea, J.A. Andresenb, and I.S. Wichmanc, “Seasonal heat flux properties of an extensive green roof in a Midwestern U.S. climate”, Energy and Buildings, vol. 43, no. 12, pp. 3548–3557, 2011, doi: 10.1016/j.enbuild.2011.09.018.
• [9] A. Baryła, T. Gnatowski, A. Karczmarczyk, and J. Szatyłowicz, “Changes in temperature and moisture content of an extensive – type green roof”, Sustainability, vol. 11, no. 9, art. no. 2498, 2019, doi: 10.3390/su11092498.
• [10] J.A. Pogorzelski, K. Firkowicz-Pogorzelska, and A. Bobociński, Prace Instytutu Techniki Budowlanej – Quarterly, vol. 35, no. 3, pp. 57–69, 2006.
• [11] EAD 040650-00-1201 Extruded polystyrene foam boards as load bearing layer and/or thermal insulation outside the waterproofings. European Organisation for Technical Approvals, 2017.
• [12] EAD 040773-00-1201 Expanded polystyrene foam boards as load bearing layer and thermal insulation outside the waterproofings. European Organisation for Technical Approvals, 2018.
• [13] P. Nowak and M. Skłodkowski, “Muliticriteria analysis of selected thermal insulation solutions”, Archives of Civil Engineering, vol. 62, no. 3, pp. 137–148, 2016, doi: 10.1515/ace-2015-0088.
• [14] A. Żaczyńska and T. Cholewa, “The profitability analysis of enhancement of parameters of the thermal insulation of building partions”, Archives of Civil Engineering, vol. 60, no. 3, pp. 335–347, 2014, doi: 10.2478/ace-2014-0023.
• [15] M.Z.T. Anuar, N.N. Sarbini, I.S. Ibrahim, S.H. Othman, and M.N. Reba, “Building condition ratings using infrared thermography: a preliminary study”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 4, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.143046.
• [16] B. Francke, “Selected operational problems of inverted flat roofs layers”, Builder, vol. 2, pp. 14–17, 2020.
• [17] J. Potter and H. Evans, “A review of recent guidance on inverted roof construction”, Technical Paper, vol. 11, no. 1, 2001.
• [18] I. Misar and M. Novotný, “Defects and behaviour of inverted flat roof from the point of building physics”, MATEC Web of Conferences, vol. 93, art. no. 02002, pp. 1–7, 2017, doi: 10.1051/matecconf/20179302002.
• [19] D. Zirkelbach, B. Schafaczek, and H. Künzel, “Thermal Performance Degradation of Foam Insulation in Inverted Roofs Due to Moisture Accumulation”, presented at XII DBMC International Conference on Durability of building Materials and Components, Porto, Portugal, 2011.
• [20] H. Künzel and K. Kiebl, “Moisture Behaviour of Protected Membrane Roofs with Greenery”, CIB W40 Proceedings Kyoto, vol. 1, 1997.
• [21] H. Künzel, “Bieten begrunte Umkehrdacher einen dauerhaften Warmeschutz”, IBP-Mitteilung, no. 271, 1995.
• [22] H. Künzel, “Feuchteverhalten von Umkehrdachern mit massiven Deckschichten”, IBP-Mitteilung, no. 295, 1996.
• [23] B. Francke, “Testing and assessment of the serviceability and durability of roof coverings”, in Diagnostics of Building Objects. Testing and Assessment of Building Elements and Objects, 1st ed. Warsaw: PWN Publishing House, 2021, pp. 277-307.
• [24] B. Francke and R. Geryło, “Inverted roof insulation kits and their durability”, MATEC Web of Conferences, vol. 163, art. no. 08005, pp. 1-8, 2018, doi: 10.1051/matecconf/201816308005.
• [25] PN-EN 13163+A2:2016-12 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Wyroby ze styropianu (EPS) produkowane fabrycznie – Specyfikacja. PKN, 2016.
• [26] PN-EN 12667:2002 Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych – Określanie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego –Wyroby o dużym i średnim oporze cieplnym. PKN, 2002.
• [27] PN-EN ISO 16535:2019-08 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Określanie nasiąkliwości wodą przy długotrwałym zanurzeniu. PKN, 2019.
• [28] PN-EN 12091:2013-07 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Określanie odporności na zamrażanie-odmrażanie. PKN, 2013.
• [29] “Software Fraunhofer IBP WUFI Home Page”, Fraunhofer Institute for Building Physics, 2020. [Online]. Available: https://wufi.de/en/.
• [30] “Charakterystyka wybranych elementów klimatu w Polsce w styczniu 2022 roku”, IMGW-PIB. [Online]. Available: https://imgw.pl/wydarzenia/imgw-pib-charakterystyka-wybranych-elementow-klimatu-w-polsce-wstyczniu-2022-roku. [Accessed 02.03.2023].
• [31] “Charakterystyka wybranych elementów klimatu w Polsce w sierpniu 2022 roku. Podsumowanie sezonu letniego”, IMGW-PIB. [Online]. Available: https://imgw.pl/wydarzenia/charakterystyka-wybranych-elementowklimatu-w-polsce-w-sierpniu-2022-roku-podsumowanie. [Accessed 02.03.2023].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).