Buildings with a corner timbered-framework. Thermal performance improvement of external walls and roof

Andrzej Chądzyński, Marek Piróg

doi:10.5277/arc180308

Abstract

The subject of the article is thermal performance improvement of external partitions (roof and walls) of wooden buildings with a corner timbered-framework structure. This problem concerns objects which are several dozen and more years old. The article discusses the need of renovation and adapting partitions to modern requirements in the field of thermal insulation. Based on the analysis of the form of wooden buildings with a timbered structure, methods of thermal insulation of external corrugated walls, timbered walls and roof slopes have been proposed. The article presents the course of action in this process, taking into account in particular the type of material which is wood, the unique character of the buildings with a corner timbered-framework structure and their meaning for the cultural landscape.

Full article view is only available on bigger screens.

2018

3(55)

DOI: 10.5277/arc180308

Andrzej Chądzyński*, Marek Piróg*

Budynki z konstrukcją przysłupową.

Termomodernizacja ścian zewnętrznych i dachu

Buildings with a corner timbered-framework.

Thermal performance improvement of external walls and roof

Wstęp

Na obszarze Dolnego Śląska – głównie w rejonie Su-

detów i Przedgórza Sudeckiego – oraz w niektórych re-

jonach województwa małopolskiego i rzeszowskiego za-

chowało się wiele obiektów drewnianych z konstrukcją

przysłupową. Znaczna ich część powstała przed 1945 r.

[1]. Szczególnym miejscem z dużą liczbą obiektów tego

typu jest Bogatynia i przylegające do niej obszary po stro-

nie polskiej, czeskiej i niemieckiej. Budynki z tego

rodza-

ju konstrukcją powstawały głównie w zabudowie wiejskiej

i małomiasteczkowej. Opisywany sposób budowania jest

wyjątkowym połączeniem dwóch tradycyjnych systemów

stawiania ścian drewnianych (wieńcowych i ryglowych) ze

słupowo-ryglową konstrukcją niosącą dach

w jedną spójną

całość [2]. Przez uwidocznienie na elewacjach wszystkich

charakterystycznych elementów konstrukcji ten sposób bu-

dowania jest bardzo charakterystyczny i rozpoznawalny.

Idea konstrukcji przysłupowej polega na opasaniu sys-

temu ścian wieńcowych przyziemia zdystansowaną od

nich drugą konstrukcją nośną składającą się z rzędu słupów

i połączonego z nimi, mniej lub bardziej rozbudowanego,

systemu belek poziomych i mieczy. Na tym zewnętrznym

systemie słupowo-ryglowym oparty jest dach [2], [3].

Ustrój budowlany rozwiązany w taki sposób, dzięki

jego dużej sztywności podłużnej i poprzecznej, umożli-

wia skuteczne przenoszenie obciążeń od wiatru i na grunt.

Introduction

There are a lot of original wooden structures built with

a corner timbered-framework in Lower Silesia, mainly in

the area of the Sudety Mountains and the Sudety Foothills

as well as some parts of Małopolskie and Rzeszowskie

Provinces. Many of them were built before 1945 [1]. Bo-

gatynia and the area around it, in Poland, Czech Republic,

and Germany, are a special place with a lot of structures of

this type. Such buildings were built primarily in villages

and small towns. This type of construction is a unique

combination of two traditional systems of erecting wood-

en walls (both corner-notched log walls and half-timbered

walls) and post-and-beam construction supporting the

roof to provide one uniform structure [2]. As all charac-

teristic elements of the structure are exposed outside on

the facades, this type of architecture is very unique and

easily recognizable.

The idea of the corner timbered-framework construc-

tion is to embrace the corner-notched log walls at the

ground level with another, somewhat spaced, load bear-

ing structure composed of a row of posts and a system

of more or less complex horizontal logs and angle braces

connected with them. This outer post-and-beam structure

supports the roof [2], [3].

As a result of its great longitudinal and lateral rigid-

ity, this type of construction provides an effective trans-

fer of loads from wind and into the ground. The corner

timbered-framework structures are an important part of

the cultural heritage of the Sudety Mountains and the Su-

dety Foothills. The condition of those buildings varies.

* Wydział Architektury Politechniki Wrocławskiej/Faculty of Ar-

chi tecture, Wrocław University of Science and Technology.

102 Andrzej Chądzyński, Marek Piróg

Budownictwo przysłupowe jest ważną częścią dziedzic-

twa kulturowego Sudetów i Przedgórza Sudeckiego. Stan

zachowania takich budynków jest różny. Wiele obiektów

wymaga podjęcia prac remontowych, które wyeliminują

nawarstwienia będące skutkiem ich wieloletniej eksplo-

atacji oraz pozwolą na dostosowanie ich do współcze-

snych wymagań. Proces taki można już zaobserwować.

Część budynków poddawana jest pracom umożliwiają-

cym przywrócenie im funkcji mieszkalnej lub adaptację

na działalność związaną z turystyką [4]. Jednym z podsta-

wowych problemów wymagających rozwiązania jest od-

niesienie się do zagadnień związanych z ochroną cieplną

obiektów, gdyż przy termomodernizacji należy zwrócić

szczególną uwagę na poszanowanie istniejącej, związanej

z regionem, charakterystycznej konstrukcji.

W tym opracowaniu autorzy koncentrują się na bu-

dynkach drewnianych z konstrukcją przysłupową. Należy

jednak pamiętać, że problemy związane z termomoderni-

zacją dotyczą także innych obiektów historycznych.

Forma budynków z konstrukcją przysłupową

W opracowaniach dotyczących budynków z konstruk-

cją przysłupową wyróżnia się trzy podstawowe ich grupy

[4]. Pierwsza obejmuje budynki o najprostszej formie. Są

to obiekty parterowe ze ścianami wieńcowymi w przyzie-

miu. Strome dachy opierają się bezpośrednio na konstruk-

cji przysłupowej (il. 1, 2).

Druga grupa obejmuje budynki, w których powyżej

kondygnacji parteru, w górnej części konstrukcji przy-

słupowej wykonano ścianki kolankowe. Najczęściej mają

one postać ciesielskiej kratownicy (il. 3, 4).

Trzecia grupa to budynki piętrowe z przysłupowo-

-wieńcową konstrukcją w parterze i szkieletową na pię-

trze. Nad ryglową konstrukcją piętra znajduje się drew-

niana więźba dachowa (il. 4–6).

Many of them should be renovated, which shall eliminate

the layers resulted from many years of use and the build-

ings shall comply with modern standards. Actually, that

process has already begun. The residential function of

some of the buildings has been restored or they have been

converted into guest houses for tourists [4]. One of the

most fundamental problems which needs to be addressed

is their thermal performance improvement and special at-

tention should be paid to preserve their original structure

which is typical of the region.

The authors of this paper focus on wooden buildings

with a corner timbered-framework, however, it should

be kept in mind that the problems connected with ther-

mal performance improvement regard also other historic

structures.

The forms of buildings

with a corner timbered-framework

There are three main groups of buildings with a corner

timbered-framework described in publications regard-

ing them [4]. The rst of them includes buildings with

the most simple form. They are one-oor structures with

corner-notched log walls on the ground oor and steep

roofs directly supported by the corner timbered-frame-

work (Fig. 1, 2).

The second group includes buildings with knee walls

above the ground oor in the upper part of the corner tim-

bered-framework. They usually form a truss (Fig. 3, 4).

The third group includes two-storied buildings with

a corner-notched log and corner timbered-framework on

the ground oor and timber-framed structure on the upper

oor. The half-timbered structure of the upper oor sup-

ports the wooden roof framework (Fig. 4–6).

Two-storied buildings with a corner timbered-frame-

work can be also grouped – on the basis of the distance

Il. 1. Model konstrukcji przysłupowej (pierwszej grupy)

z dachem opartym bezpośrednio na belce oczepowej

(konstrukcja krótkomieczowa z łukowo wyprofilowanymi

mieczami i oczepem) (oprac. A. Chądzyński)

Fig. 1. Model of a corner timbered-framework construction (first group)

with the roof directly supported by a top plate

(short arched angle braces with a top plate) (developed by A. Chądzyński)

Il. 2. Budynek z konstrukcją przysłupową (dach oparty bezpośrednio

na poziomej belce przysłupu) (fot. M. Piróg)

Fig. 2. Building with a corner timbered-framework (its roof is supported

directly by a vertical corner timbered-framework) (photo by M. Piróg)

Termomodernizacja budynków drewnianych/Thermal performance improvement of wooden buildings 103

Budynki piętrowe z konstrukcją przysłupową można

także – stosując kryterium wielkości rozstawienia słupów

w konstrukcji niosącej dach – klasykować na budynki ze

słupami rozstawionymi względem siebie w niewielkiej od-

ległości i te z większymi odległościami pomiędzy słupami.

Przeprowadzona przez autorów analiza porównawcza

typów budynków z konstrukcją przysłupową i występu-

jących w nich ustrojów budowlanych wykazuje, że ter-

morenowacji należy poddać: system ścian wieńcowych

parteru, ścianki kolankowe poddasza, ściany szkieletowe

piętra i połacie dachowe.

Ściany wieńcowe i ryglowe

Zasadniczym elementem omawianej konstrukcji jest

tzw.

wieniec. Tworzą go cztery bierwiona ułożone pozio-

mo i spięte ze sobą w narożach połączeniami ciesiel

skimi.

between posts supporting the roof – into buildings with

posts placed close to each other and those with posts fur-

ther away from each other.

The comparative analysis conducted by the authors of

the types of buildings with a corner timbered-framework

and their construction systems indicates that their follow-

ing elements should undergo thermal performance im-

provement: corner-notched log walls on the ground oor,

knee walls in the attic, half-timbered walls of the upper

oor and the roofs.

Corner-notched log and half-timbered walls

The principal elements of the corner timbered-frame-

work are so called tie-beams. They are composed of four

logs placed horizontally and joined together in notched

corners. The layers of tie-beams placed on one another

Il. 3. Model budynku z konstrukcją przysłupową (drugiej grupy)

z dachem opartym na ściance kolankowej (oprac. A. Chądzyński)

Fig. 3. Model building with a corner timbered-framework (second group)

with the roof supported by a knee wall (developed by A. Chądzyński)

Il. 5. Budynek piętrowy z konstrukcją przysłupową

z dachem opartym na ścianie ryglowej

(fot. A. Chądzyński)

Fig. 5. Two-storied building with a corner timbered-framework

and the roof supported by a half-timbered wall

(photo by A. Chądzyński)

Il. 4. Model piętrowej konstrukcji przysłupowej

z dachem opartym na ścianie ryglowej (oprac. A. Chądzyński)

Fig. 4. Model of a two-storied building with a corner timbered-framework

with the roof supported by a half-timbered wall (developed by A. Chądzyński)

Il. 6. Budynek z konstrukcją przysłupową (z łukowo wyprofilowanymi

mieczami i oczepami) oraz ścianką ryglową piętra

(charakterystyczny dla Bogatyni) (fot. A. Chądzyński)

Fig. 6. Building with a corner timbered-framework (with arched braces

and top plates) and half-timbered wall of the upper floor

(typical of Bogatynia) (photo by A. Chądzyński)

104 Andrzej Chądzyński, Marek Piróg

Kolejne wieńce układane jeden na drugim tworzą tzw.

pakę. Na zamykających ją od góry oczepach układa-

no belki stropowe. W celu ograniczenia niekorzystnego

wpływu przewiewania poziome szczeliny pomiędzy ko-

lejnymi bierwionami uszczelniano „warkoczami” ze sło-

my moczonej w glinie, wrzosem, mchem, zaprawą z gliny

wymieszanej z sieczką bądź trocinami. Tradycyjną, wy-

konaną z bali ścianę wieńcową można uznać za jednowar-

stwową, jednorodną termicznie przegrodę budowlaną.

Konstrukcja ryglowa występuje w budynkach piętro-

wych. Ta grupa obiektów uznawana jest za bardzo charak-

terystyczną dla obszaru Dolnego Śląska [4]. Drewniana

konstrukcja ścian szkieletowych wspiera się na poziomych

belkach (tramach) mocowanych do słupów zewnętrznej

kon strukcji szkieletowej (przysłupowej). Two rzy ona wspar -

tą na przysłupach ścianę ryglową. W celu usztywnie nia po-

dłużnego ścian szkieletowych pomiędzy słupami i pozio-

mo sytuowanymi belkami mocowano system długich albo

krótkich mieczy [3]. Ścianę wykonywano z ciosanych lub

przecieranych krawędziaków o przekroju kwadratowym lub

prostokątnym. Pola szachulcowe wypełniano gęsto wzglę-

dem siebie ustawianymi pionowymi szczapami, które na-

stępnie obrzucano zaprawą glinianą lub gliniano-wapien-

ną wymieszaną z sieczką. Wypełnia nie pól szachulcowych

wykonywano także ze szczap owi janych plecionymi ze sło -

my sznurami moczonymi w zaczynie glinianym. Tak przy -

gotowany podkład wyrównywano do lica ściany, zacierano

na gładko i białkowano. W późniejszym okresie pola sza-

chulcowe wypełniano cegłą układaną na zaprawie.

Ściany ryglowe należy uznać za jednowarstwowe, nie-

jednorodne termicznie przegrody budowlane.

Dachy

Nad budynkami z konstrukcją przysłupową wznoszono

drewniane więźby dachowe. Były to więźby z wiązarami

krokwiowymi, krokwiowo-jętkowymi, jętkowymi, także

z pojedynczą lub podwójną ścianą słupową oraz z wią-

zarami storczykowymi. Drewniana konstrukcja więźby

wsparta była bezpośrednio lub pośrednio na poziomych

belkach konstrukcji przysłupowej [5].

Do końca XVIII w. dachy domów kryto powszechnie

słomą, korą drzew, dranicami, przecieranymi deskami

lub gontem. Pruskie przepisy administracyjne dotyczące

przeciwpożarowego zabezpieczenia budynków zaczęły

skutkować wprowadzeniem materiałów pokryciowych

trudnopalnych lub niepalnych. Od końca XVIII w. za-

częto używać coraz częściej dachówki ceramicznej, a od

końca XIX, szczególnie w południowo-zachodniej części

Dolnego Śląska, także łupka. Ten naturalny materiał skal-

ny wykorzystywany był często do osłaniania szczytów

i elewacji budynków. Pokrycia dachowe wykonywano

również z papy i blachy stalowej oraz z eternitu. Pokrycie

drewnianym gontem występowało sporadycznie.

Drewno jako budulec.

Powietrznoszczelność przegród zewnętrznych

Drewno jest znakomitym naturalnym materiałem bu-

dowlanym – lekkim, wytrzymałym i łatwym w obróbce.

create so called “boxes” with top plates on top of them,

supporting oor joists. In order to reduce the adverse

impact of air penetration through the horizontal gaps

between the logs they were lled with “braids” made of

straw soaked in clay, heather, moss, mortar mix of clay

and chaff or wood chips. The traditional corner-notched

log walls can be considered to be single-layer, thermally

uniform space dividers.

Two-storied buildings have half-timbered structure.

This group of buildings is highly characteristic of the area

of Lower Silesia [4]. The timber-framed walls are sup-

ported by horizontal beams xed to the posts of the exter-

nal timber-framed structure (corner timbered-framework).

The half-timbered walls are supported by corner timbered-

framework. Long and short struts were put between the

posts and horizontally placed beams in order to provide

the longitudinal rigidity of the half-timbered walls [3]. The

walls were made of hewn or sawn square or rectangular

timber. The half-timbered inll panels were lled tightly

with wattle daubed with clay mortar or clay-and-lime mix

with chaff. The panels were also lled with wattle wrapped

with straw lines soaked in clay slurry. That substrate was

smoothed ush, closed up of the surface and lime-washed.

Later on, the panels were lled with brick on mortar.

The half-timbered walls should be considered to be

single-layer, thermally non-uniform space dividers.

Roofs

The buildings with a corner timbered-framework were

covered with wooden roof trusswork, including rafter

trusses, rafter and collar trusses, collar trusses as well as

one or two stud walls with king post trusses. The wooden

roof trusswork was directed or indirectly supported by

horizontal beams of the corner timbered-framework [5].

Until the end the 18

century, the roofs of the houses

were covered with straw, tree bark, hand-made shingles

or sawn boards. The Prussian re-protection regulations

resulted in the introduction of re-resistant or re-proof

roong materials. Clay roof tiles were used more and

more often from the end the 18

century and slate from

the end the 19

century, especially in the south-western

part of Lower Silesia. This natural rock material was of-

ten used to cover the gables and facades of the buildings.

The roofs were also covered with roof paper, steel sheets,

and asbestos cement sheets. The roofs were covered with

wooden shingles less and less often.

Wood as a building material.

Air-tightness of outer space dividers

Wood is an excellent natural building material – it’s

light, durable, and easy to convert. The most popular

building material used in the corner timbered-framework

included solid softwood, mainly spruce, pine, and r as

well as larch and less frequently beech.

The wood used as a structural material works all the

time; it shrinks as it gets dry and expands as humid-

ity grows. As a result of decreasing size of wood bers

the corner-notched log walls subside and consequently

Termomodernizacja budynków drewnianych/Thermal performance improvement of wooden buildings 105

Podstawowym budulcem stosowanym do wznoszenia

oma wianych konstrukcji było lite drewno pozyskiwane

z drzew iglastych, głównie świerka, sosny i jodły, a także

modrzewia, sporadycznie z liściastego drewna bukowego.

Drewno stanowiące element konstrukcji stale pracu-

je, na skutek wysychania kurczy się, wraz ze wzrostem

wilgotności pęcznieje. W wyniku zmniejszającej się ob-

jętości włókien drewna ściana wieńcowa osiada. W roz-

wiązaniach tradycyjnych ścian wieńcowych pomiędzy

poszczególnymi belkami powstają poziome szczeliny.

Taki stan powoduje niekontrolowany przepływ powietrza

przez ściany zbudowane z jednej warstwy materiału. Ten

niekontrolowany przepływ powietrza intensykują także

głębokie podłużne spękania drewna skierowane ku jego

rdzeniowi. Pęknięcia stanowiące poważną wadę materiału

pogarszają jego właściwości mechaniczne i ciepłochron-

ne, przyspieszają wnikanie wody i zarodników grzybów

do wnętrza drewna.

System elementów budujących przegrody zewnętrzne

(ściany wieńcowe i ryglowe) powinien być mało prze-

puszczalny dla powietrza. Dotyczy to również spoin

i styków. Zbyt intensywna wymiana powietrza przez nie-

szczelności w jednowarstwowych przegrodach wywołuje

nadmierne konwekcyjne straty ciepła. Wzrost zawilgoce-

nia drewna spowalnia proces przepuszczania gazów przez

materiał, intensykuje jednak wymianę ciepła.

Przewodność cieplna i izolacyjność

ścian drewnianych

Wymiana ciepła i pary wodnej przez przegrody ze-

wnętrzne jest procesem złożonym. Przewodność cieplna

materiału opisuje jego zdolność do przewodzenia ciepła.

Jej miarą jest współczynnik przewodzenia ciepła (λ).

Drew no, w porównaniu z takimi materiałami jak beton,

ka mień czy stal, ma względnie małą przewodność. Jej

wielkość zależy od gęstości objętościowej (gatunku drew-

na), wilgotności i temperatury materiału. Przepływ ciepła

wyraźnie intensykuje się wraz ze wzrostem wilgotności,

temperatury i gęstości drewna [6].

Wieńcowe ściany zewnętrzne wykonane z litego drew-

na przy szerokości bali około 25 cm nie spełniają wyma-

gań dotyczących odpowiedniej wartości współczynnika

przenikania ciepła (obliczanego wg PN-EN ISO 6946).

Od 2014 r. systematycznie wzrastają wymagania od-

nośnie do oszczędzania energii i izolacyjności cieplnej

przegród. Obecnie maksymalna wartość wskaźnika EP,

określającego roczne zapotrzebowanie obiektu na nieod-

nawialną energię pierwotną, oraz wartość współczynnika

prze nikania ciepła – U (dla ścian zewnętrznych) dla bu-

dynku jednorodzinnego wynosi odpowiednio 95 kWh m

× rok oraz 0,23 W/m

× K, a od 2021 r. będzie wynosić

70 kWh/m

× rok oraz 0,20 W/m

× K.

Przeprowadzone badania terenowe wykazały, że ogólny

stan techniczny budynków o konstrukcji drewnianej, przy-

słupowej, liczących kilkadziesiąt, a nawet więcej lat jest

w większości niezadowalający. Mimo że ściany wykona-

ne z litego drewna mają dużą pojemność cieplną (dzię-

czemu domy te zużywają mniejszą ilość energii, niż wy-

nikałoby to tylko z szerokości przegród drewnianych [7]),

horizontal gaps between the logs appear in the traditional

corner-notched log walls. This, in turn, results in uncon-

trolled air penetration through single layer walls. This

uncontrolled air penetration is further increased by deep,

longitudinal cracks in the wood going toward its core. The

cracks which constitute serious material defects decrease

its mechanical and thermal properties and they increase

the penetration of water and fungal spores inside the wood.

The system of elements composing the outer space di-

viders (corner-notched log walls and half-timbered walls)

should provide for poor air penetration. This also applies

to joints and contact places. Too intensive air exchange

through the gaps in single-layer space dividers causes ex-

cessive convective losses of heat. An increase in moisture

in wood slows the process of gas penetration through the

material and at the same time intensies the heat exchange.

Thermal conductivity and thermal performance

of wooden walls

The exchange of heat and water vapor through outer

space dividers is a complex process. The thermal conduc-

tivity of material denes its ability to transfer heat. That

conductivity is measured by the heat transfer coefcient

(λ). Compared with the material, such as concrete, stone

or steel, wood demonstrates a relatively low conductivity.

Its rate depends on the density (wood type), moisture and

temperature of the material. The heat transfer evidently

grows along with the increase of wood moisture, tempera-

ture, and its density [6].

External corner-notched log walls made of solid tim-

ber where the logs are about 25 cm wide do not meet the

requirements regarding adequate level of the heat transfer

coefcient (per PN-EN ISO 6946).

The requirements regarding energy efciency and

thermal performance of space dividers have been stead-

ily growing since 2014. Currently, the maximum value

of EP coefcient, which denes the annual demand for

non-renewable sources of primary energy and the value of

heat permeability coefcient – U (for external walls) for

a single-family building, is respectively 95 kWh/m

× year

and 0.23 W/m

× K, and from 2021 it shall be 70 kWh/m

× year and 0.20 W/m

× K.

Field tests have demonstrated that the general tech-

nical condition of most wooden buildings with a corner

timbered-framework which are several dozen years old or

even older is unsatisfactory. Although the heat capacity of

their walls, which are made of solid wood, is high (which

is why the houses use less energy than it would seem,

judging only by the thickness of the wooden space divid-

ers [7]), in the face of constantly growing requirements,

in the opinion of the authors, the thermal performance im-

provement of outer space dividers is fully justied.

The directions

of thermal performance improvement

If they are supposed to be used further on, the wooden

enclosed structures with a corner timbered-framework

should undergo a thorough renovation. In regards to the

106 Andrzej Chądzyński, Marek Piróg

w obliczu stale rosnących wymagań dotyczących izo-

lacyjności cieplnej termorenowacja przegród zewnętrz-

nych, zdaniem autorów, jest w pełni uzasadniona.

Kierunki termorenowacji

Drewniane obiekty kubaturowe z konstrukcją przy-

słupową, jeżeli przewiduje się ich dalsze użytkowanie,

wymagać będą gruntownych remontów. Dla budynków,

które podlegają przebudowie i modernizacji, zgodnie

z obowiązującymi przepisami, spełnienie wymagań w za-

kresie oszczędności energii sprowadza się praktycznie do

zapewnienia odpowiedniej izolacyjności termicznej prze-

gród. Zdaniem autorów konieczne jest również uwzględ-

nienie zjawisk związanych z wymianą pary wodnej przez

strukturę przegrody budowlanej. Prowadzi to do ko-

nieczności przekształcenia przegród jednowarstwowych

w wielowarstwowe.

Ważnym zagadnieniem jest określenie sposobu wy-

konania prac związanych z termomodernizacją. Problem

dotyczy przede wszystkim ustalenia właściwej zykalnie

kolejności warstw przegrody, doboru materiałów i me-

tod ocieplania systemu zewnętrznych drewnianych ścian

wieńcowych, ścian ryglowych oraz połaci dachu.

Termorenowacja ścian

Uzupełniająca izolacja ciepłochronna istniejącej prze-

grody, w postaci dodatkowej warstwy materiału termo-

izolacyjnego, może być mocowana od strony zewnętrznej

albo od wewnątrz. W budynkach z konstrukcją przysłu-

pową po zewnętrznej stronie ściany wieńcowej znajduje

się ustrój słupowo-ryglowy niosący dach. Stolce tej kon-

strukcji ustawiano w niewielkiej odległości od lica zrębu.

Z obserwacji autorów opracowania wynika, iż często

stosowanym rozwiązaniem jest docieplanie drewnianych

ścian przyziemia od strony zewnętrznej. Warstwa cie-

płochronna układana pomiędzy słupami jest nieciągła.

Jest rozdzielona elementami drewnianymi przysłupu.

Takie rozwiązanie powoduje zakrycie ściany wieńcowej

warstwą izolacji termicznej zrównaną z licem słupów

zewnętrznych (il. 7). To zasadniczo zmienia wygląd ele-

wacji. Zanika w ten sposób obraz tej specycznej, histo-

rycznej konstrukcji drewnianej.

Zdaniem autorów zachowanie historycznego charak-

teru elewacji w stanie możliwie niezmienionym wymaga

zastosowania rozwiązania, w którym dodatkowa warstwa

izolacji termicznej wykonana będzie po wewnętrznej stro-

nie ściany drewnianej (wieńcowej lub ryglowej). Wpro-

wadzenie dodatkowych warstw izolujących od strony we-

wnętrznej skutkuje jednak pomniejszeniem powierzchni

użytkowej pomieszczeń. Schemat ideowy jednego ze

sposobów rozwiązania izolacji ściany wieńcowej przed-

stawiono na ilustracji 8.

W przypadku ścian drewnianych warstwa docieplają-

ca powinna być wykonana z materiału, przez który swo-

bodnie może dyfundować para wodna. Warstwa izolacji

termicznej osłaniana jest paroszczelną przeponą umiesz-

czoną po „cieplejszej” stronie termoizolacji. Od strony

zewnętrznej warstwę izolacji osłaniać powinna przepona

buildings which are remodeled and modernized, accord-

ing to applicable regulations, their compliance with the

requirements in the scope of energy efciency practically

comes down to providing proper thermal performance of

space dividers. In the opinion of the authors it is also nec-

essary to take into account the exchange of water vapor

through the structure of the space divider, which makes it

necessary to convert the single-layer space dividers into

multi-layer ones.

It is important to determine the way in which the work

connected with thermal performance improvement should

be conducted. The problem regards rst of all the deter-

mination of the physically appropriate order of layers in

a space divider, selection of materials and the method

of insulation of the external wooden corner-notched log

walls and half-timbered walls as well as roofs.

Thermal performance improvement of the walls

The supplementary thermal insulation of the existing

space divider, in the form of an additional layer of thermal

insulation, can be xed from the outside or from the in-

side. In the buildings with a corner timbered-framework,

on the outside of the corner-notched log wall there is

a post-and-beam structure supporting the roof. The posts

of that structure are placed close to that wall.

The observation of the authors indicates that the solu-

tion which is often applied consists in adding thermal in-

sulation to the wooden walls on the ground oor from the

outside. The layer of thermal insulation placed between

the posts is not continuous, with the wooden framework

elements dividing it. When such a solution is applied, the

corner-notched log wall is covered with a layer of ther-

mal insulation placed ush with the outer face of the posts

(Fig. 7). This dramatically changes the appearance of the

facade and this original and unique wooden structure is no

longer visible.

In the opinion of the authors the preservation of the

original character of the facade possibly unchanged re-

quires the application of an additional layer of thermal in-

sulation made on the inside of the wooden (corner-notched

log or half-timbered) wall. However, the introduction of

additional insulation layers from the inside decreases the

oor area of the rooms. Figure 8 shows one of the meth-

ods of insulation of the corner-notched log wall.

In case of wooden walls the insulation layer should be

made of the material through which water vapor can eas-

ily diffuse. The insulation layer is covered with a vapor-

proof membrane placed on the “warmer” side of thermal

insulation. On the outside, the insulation layer should be

covered with a vapor-permeable membrane of high wa-

ter vapor permeability. It is important to apply solutions

where the wood in the corner-notched log wall is not

tightly covered with the vapor-proof and vapor-permeable

membranes (the membranes should not touch the wood

directly). There denitely should be air gaps between the

membranes and the wood connected with the system of

air supply and exhaust openings. Water vapor, water con-

densed from water vapor, and small amount of rain wa-

ter which gets inside can escape through those air gaps.

Termomodernizacja budynków drewnianych/Thermal performance improvement of wooden buildings 107

wiatroizolacyjna o dobrej paroprzepuszczalności. Ważne

jest, aby w przyjętych rozwiązaniach drewno ściany wień-

cowej nie było szczelnie obudowane paro- i wiatroizola-

cją (przepony nie powinny przylegać bezpośrednio do lica

drewna). Pomiędzy przeponami a warstwą drewna należy

bezwzględnie pozostawić pustki powietrzne połączone

z systemem otworów nawiewnych i wywiewnych. Dzięki

tym szczelinom powietrznym możliwe jest wyprowadze-

nie z wnętrza przegrody pary wodnej, wody kondensacyj-

nej powstającej ze skraplania się pary wodnej i niewiel-

kiej ilości dostającej się do wnętrza wody opadowej. Przy

takim rozwiązaniu należy również zwrócić uwagę na ko-

nieczność zapewnienia w budynku skutecznie działającej

wentylacji.

Poprawa izolacyjności cieplnej ściany ryglowej w hi-

storycznych budynkach drewnianych z przysłupem, zda-

niem autorów, powinna polegać na wypełnieniu pól

szachulcowych nowym materiałem o dobrych właściwo-

ściach termoizolacyjnych, zabezpieczonym od zewnątrz

warstwą wyprawy elewacyjnej. Dodatkowo należy wy-

konać jeszcze jedną, ciągłą warstwę docieplenia, tak jak

w przypadku ściany wieńcowej – od strony wewnętrznej.

Zbudować ją można z bloków lub płyt mineralnych cha-

rakteryzujących się dużą izolacyjnością termiczną, dzięki

czemu możliwe jest zminimalizowanie jej grubości. Do-

datkowa warstwa wykonana np. z termoizolacyjnych płyt

mineralnych poprawia także stateczność cieplną przegro-

dy i stabilizuje przyjazny mikroklimat wnętrza. Schemat

ideowy jednego ze sposobów rozwiązania izolacji ściany

ryglowej przedstawiono na ilustracji 9.

Termorenowacja dachu

Rozwiązania ocieplenia połaci dachowych, w których

materiał termoizolacyjny układany jest pomiędzy kro-

kwiami, należy uzupełnić dodatkową warstwą izolacji

termicznej, układanej pod- lub nakrokwiowo. Izolacja

termiczna zakładana wyłącznie pomiędzy krokwiami jest

nieciągła. Skutkuje to pojawieniem się intensywniejszej

When this solution is applied, the necessity of providing

into account

effective ventilation in the building should

be also taken.

In the opinion of the authors the thermal performance

improvement of half-timbered walls in original wooden

buildings with corner timbered-framework should consist

in lling the panels in the half-timbered walls with new ma-

terial of high thermal insulation parameters covered with

an outside wall coating. Additionally, one more continuous

layer of insulation should be added just like in the case of

the corner-notched log wall – on the inside. It can be made

of blocks or mineral boards of high thermal insulation to

make it as thin as possible. Furthermore, this additional

layer made of e.g. thermal insulation mineral boards im-

proves the thermal efciency of the space divider and sta-

bilizes the friendly internal microclimate. Figure 9 shows

one of the methods of insulation of the half-timbered wall.

Thermal performance improvement of the roof

In case of roofs with thermal insulation placed between

rafters, an additional layer of thermal insulation should be

used over or under them. It is insufcient to use thermal

Il. 7. Termomodernizacja części ścian parteru wykonana od zewnątrz

(fot. M. Piróg)

Fig. 7. Thermal performance improvement of part of the wall

on the ground floor made on the outside (photo by M. Piróg)

Il. 8. Proponowany układ warstw w docieplanej po stronie wewnętrznej

ścianie wieńcowej: a) okładzina z desek, b) pustka wentylacyjna

z łatami dystansowymi, c) przepona wiatro izolacyjna, d) dwie warstwy

materiału termoizolacyjnego mocowane do drewnianego rusztu,

e) przepona paroizolacyjna, f) pustka wentyla cyjna z łatami

dystansowymi, g) ściana wieńcowa (rys. M. Piróg, A. Chądzyński)

Fig. 8. Suggested layers of insulation on the inside of the internal

corner-notched log wall: a) timber cladding, b) air gap ventilation

system with batten spacing, c) vapor-permeable membrane,

d) two layers of thermal insulation fixed to timber framework,

e) vapor-proof membrane, f) air gap ventilation system with batten spacing,

g) corner-notched log wall (drawing by M. Piróg, A. Chądzyński)

108 Andrzej Chądzyński, Marek Piróg

wymiany ciepła w miejscach, gdzie w przekroju poprzecz-

nym połaci znalazły się krokwie [8].

Dobrym rozwiązaniem umożliwiającym wyekspo-

nowanie więźby dachowej jest wykonanie docieplenia

układanego na poszyciu nad konstrukcją nośną dachu (na

krokwiach) [9]. Takie rozwiązanie ułatwi w przyszłości

kon serwację konstrukcji drewnianej. Ponadto drewno

kon strukcyjne zamknięte w chronionym termicznie wnę-

trzu ze względnie stałym poziomem wilgotności mniej

będzie narażone na skurcz i pęcznienie. Schemat ideowy

jednego ze sposobów rozwiązania izolacji – układanej na

krokwiach – przedstawiono na ilustracji 10.

Podsumowanie

Konstrukcję nośną budynków z przysłupem należy

uz nać za miejscową modykację tradycyjnego sposobu

budowania obiektu drewnianego złożonego z systemu

blokowego i słupowo-ryglowego. System blokowy to ścia-

wień cowe parteru, a system słupowo-ryglowy to ścia ny

pięt ra i konstrukcja niosąca dach. Charakterystyczne dla

obszaru Sudetów i Przedgórza Sudeckiego budynki z kon-

strukcją przysłupową uznawane są za architektoniczny

symbol tych ziem i trwale wpisują się w krajobraz kul-

turowy regionu. Większość tych drewnianych bu dynków

ma za sobą co najmniej kilkudziesięcioletnią histo rię,

a ich stan techniczny jest wynikiem długoletniej eksplo-

atacji. Często także prace budowlane wykonywane w tych

obiektach nie uwzględniały specyki ich drewnianej kon-

strukcji i w efekcie wpływały na pogorszenie warunków

eksploatacyjnych. Wiele obiektów o tej unikatowej kon-

strukcji zostało trwale zniszczonych, również w wyniku

insulation only between rafters as it does not provide con-

tinuity and it results in more intensive heat exchange in

the places where there are rafters [8].

It is a good solution, which provides for the display

of the roof trusswork, to place thermal insulation on roof

sheathing over the load-bearing roof structure (on rafters)

[9]. Such a solution would facilitate the conservation of

the timber structure in the future. Furthermore, the timber

structure in a thermally enclosed interior with a relatively

constant humidity shall shrink or expand to a smaller de-

gree. Figure 10 shows one of the methods of placing ther-

mal insulation on rafters.

Summary

The load bearing construction of the buildings with

an independent roof load support system should be con-

sidered a local modication of the traditional method of

building wooden houses, combining the log system and

half-timbered constructions. The ground oor is built

with the corner-notched log walls and the upper oor as

well as the roof bearing structure are built in the post-and-

beam construction system. The buildings with a corner

timbered-framework which are popular in the Sudety

Mountains and the Sudety Foothills are considered to be

an architectural symbol of this area and highly character-

Il. 9. Ściana ryglowa z wypełnieniem z cegły ceramicznej docieplona

od wewnątrz mineralnymi płytami termoizolacyjnymi:

1) mineralna płyta izolacyjna, 2) zaprawa klejąca,

3) siatka z włókna szklanego, 4) zatarta zaprawa klejąca,

5) tynk mineralny, 6) farba elewacyjna, 7) zaprawa klejąca,

8) drewniany szkielet, 9) cegła wypełniająca szachulce ściany

(oprac. A. Chądzyński)

Fig. 9. Half-timbered wall filled with clay bricks insulated with

thermal insulation mineral boards on the inside: 1) thermal insulation

mineral board, 2) adhesive mortar, 3) fiberglass mesh, 4) floated

adhesive mortar, 5) mineral plaster, 6) facade paint, 7) adhesive mortar,

8) timber framework, 9) half-timbered wall filled with clay bricks

(developed by A. Chądzyński)

Il. 10. Schemat docieplenia dachu w systemie nakrokwiowym:

a) płaskie pokrycie wodochronne, b) membrana wstępnego krycia

stosowana pod pokrycia płaskie, c) gotowy, systemowy element

termoizolacyjny, d) przepona paroizolacyjna, e) poszycie z desek,

f) krokwie (rys. M. Piróg, A. Chądzyński)

Fig. 10. Thermal insulation of the roof on rafters: a) flat water-resistant

roofing material, b) underlay membrane applied on flat roofs,

c) thermal insulation system, d) vapor-proof membrane,

e) roof sheathing made of boards, f) rafters

(drawing by M. Piróg, A. Chądzyński)

Termomodernizacja budynków drewnianych/Thermal performance improvement of wooden buildings 109

istic of the cultural landscape of that region. Most of those

wooden buildings are at least several dozen years old and

their technical condition is the result of long use. The con-

struction work conducted in those structures often did not

take into account their specic wooden structure and con-

sequently they resulted in worse living conditions. A lot of

the structures built in that unique style have been damaged

beyond repair, also as a result of natural disasters. Such

a situation took place in August 2010 when in the area

of Bogatynia was ooded and a lot of priceless buildings

were lost forever.

Most of those buildings need to be renovated and mod-

ernized. The use of those which are preserved and whose

good technical condition is restored could continue. The

renovation and modernization of wooden, historic build-

ings should be conducted diligently and in a thoughtful

way, taking into account the specic materials to be used

so that their wooden structure would be properly dis-

played at the same time. The growing requirements re-

garding energy efciency, which apply also to remodeled

buildings, necessitate taking steps in the scope of thermal

performance improvement of outer space dividers. Those

steps affect the improvement of the usability of the build-

ings.

The renovation work should not result in the attrition

and disappearance of the characteristic features of local

architecture. The modication of original outer space di-

viders requires the use of solutions appropriate for form-

ing multi-layer space dividers.

The special approach to thermal performance improve-

ment of outer space dividers in general regards not only

the wooden corner timbered-framework discussed in this

paper but also all other historic buildings which undergo

any kind of renovation. While complying with ever grow-

ing usability standards, it is important to apply the techni-

cal solutions which would not affect the historic structures

which determine the identity of the area where they are

located.

Translated by

Tadeusz Szałamacha

destrukcyjnej działalności żywiołów. Taka sytuacja miała

miejsce w sierpniu 2010, kiedy to w okolicach Bogatyni

w wyniku powodzi bezpowrotnie zniszczonych zostało

wiele bezcennych obiektów.

Większość istniejących jeszcze budynków wymaga re -

montów i modernizacji. Zachowanie i przywrócenie do

dobrego stanu technicznego tych obiektów umożliwi ich

dalsze użytkowanie. Remonty i prace modernizacyjne

prze prowadzane w historycznych budynkach drewnia-

nych powinny być wykonywane ze starannością, w sposób

przemyślany, który uwzględnia specykę materiału, a jed-

nocześnie właściwie wyeksponuje drewnianą konstruk-

cję. Rosnące wymagania dotyczące energooszczędności,

również dla budynków przebudowywanych, wymuszają

podjęcie możliwych działań w zakresie termomoderniza-

cji przegród zewnętrznych. Działania te wpłyną na popra-

wę parametrów użytkowych obiektów.

Wykonywane remonty nie mogą skutkować zaciera-

niem i zanikaniem cech architektury miejscowej. Mo-

dykacja zabytkowych przegród zewnętrznych wymaga

zastosowania rozwiązań właściwych do kształtowania

przegród wielowarstwowych.

Szczególne podejście do termomodernizacji przegród

zewnętrznych w szerokim ujęciu dotyczy nie tylko oma-

wianej drewnianej konstrukcji przysłupowej, ale także

każdego obiektu historycznego poddawanego wszelkiego

rodzaju pracom budowlanym. Ważne jest, aby wraz ze

wzrostem wymagań użytkowych wobec obiektów stoso-

wać takie rozwiązania techniczne, które uszanują histo-

ryczne konstrukcje będące elementem stanowiącym o toż-

samości obszaru, na którym się znajdują.

Bibliografia /References

[1] Bachmiński J., Drewniane budownictwo ludowe na Ziemi Śląskiej,

rozprawa doktorska, Raport IHASzT PWr, nr P-43/80, Wrocław

1979.

[2] Trocka-Leszczyńska E., Wiejska zabudowa mieszkaniowa w regio-

nie sudeckim, Ocyna Wydawnicza PWr, Wrocław 1995.

[3] Franke H., Ostgermanische Holtzbaukultur und ihre Bedeutung Fur

das deutsche Siedlungswerk, W.G. Korn Verlag, Breslau 1936.

[4] Suchodolski J., Regionalna architektura zajazdów i schronisk na

Ziemi Wałbrzyskiej, Ocyna Wydawnicza PWr, Wrocław 2011.

[5] Chądzyński A., Drewniane dachy budynków z konstrukcją przysłu-

pową, „Czasopismo Techniczne. Architektura” 2011, R. 108, z. 2-A,

231–238.

[6] Lis Z., Rapp P., Drewno i materiały drewnopochodne, [w:] B. Ste-

fańczyk (red.), Budownictwo ogólne, t. 1: Materiały i wyroby bu-

dowlane, Arkady, Warszawa 2007, 589–596.

[7] Nitka W., Izolacyjność termiczna domów z bali, „Inżynier Budow-

nictwa” 2014, 10, http://www.inzynierbudownictwa.pl/technika-

,materialy_i_technologie,artykul,izolacyjnosc_cieplna_domow_z_

bali,7728 [accessed: 16.08.2018].

[8] Chądzyński A., The hydrothermal aspects of forming the intermal

structure of the roof slope, „Czasopismo Techniczne. Architektura”

2014, R. 111, z. 8-A, 121–128.

[9] Chądzyński A., Piróg M., Połać dachowa dachu skośnego kryta bla-

chami płaskimi lub łupkiem, „Przegląd Budowlany” 2013, nr 5, 30–34.

110 Andrzej Chądzyński, Marek Piróg

Streszczenie

Tematem artykułu jest termomodernizacja przegród zewnętrznych (dachu i ścian) budynków drewnianych o konstrukcji przysłupowej. Zagadnienie

to dotyczy obiektów liczących w większości kilkadziesiąt i więcej lat. W artykule poruszono kwestię konieczności ich remontów i dostosowania

przegród do współczesnych wymagań w zakresie izolacyjności termicznej. Na podstawie analizy formy budynków drewnianych z konstrukcją

przysłupową zaproponowano sposoby wykonania docieplenia zewnętrznych ścian wieńcowych, ryglowych i połaci dachu. Przedstawiono kierunek

postępowania w tym procesie, biorąc szczególnie pod uwagę rodzaj materiału, jakim jest drewno, wyjątkowy charakter budynków o konstrukcji

przysłupowej oraz ich znaczenie dla krajobrazu kulturowego.

Słowa kluczowe: konstrukcja przysłupowa, termomodernizacja

Abstract

The subject of the article is thermal performance improvement of external partitions (roof and walls) of wooden buildings with a corner timbered-

-framework structure. This problem concerns objects which are several dozen and more years old. The article discusses the need of renovation and

adapting partitions to modern requirements in the eld of thermal insulation. Based on the analysis of the form of wooden buildings with a timbered

structure, methods of thermal insulation of external corrugated walls, timbered walls and roof slopes have been proposed. The article presents the

course of action in this process, taking into account in particular the type of material which is wood, the unique character of the buildings with a corner

timbered-framework structure and their meaning for the cultural landscape.

Key words: corner timbered-framework construction, thermal performance improvement