Jeśli budynek jest źle zaprojektowany i wykonany, to w obudowie występują znaczące mostki cieplne.
Jeśli budynek jest źle zaprojektowany i wykonany, to w obudowie występują znaczące mostki cieplne.
Widocznym efektem występowania mostków cieplnych, na ogół przy niedostosowaniu intensywności wentylacji do emisji wilgoci w pomieszczeniu, jest kondensacja pary wodnej i zagrzybienie na wewnętrznej powierzchni przegród.
Wyniki licznych ekspertyz w budynkach wzniesionych w ostatnich latach potwierdzają, że o ile zwykle stwierdza się zadowalającą izolacyjność cieplną przegród zewnętrznych (ścian, stropów, dachów, stropodachów), o tyle często występują, opisane w dalszej części artykułu, błędy rozwiązań izolacji cieplnej w połączeniach przegród i węzłach konstrukcyjnych. Również w starszych budynkach, w których przez zastosowanie dodatkowej izolacji cieplnej zwiększa się wartość współczynnika przenikania ciepła ścian, z reguły nie eliminuje się znaczących mostków cieplnych, np. we wspornikowych płytach balkonowych. Mostki cieplne można podzielić np. na:
• liniowe lub dwuwymiarowe, np. w połączeniu ramy okna ze ścianą,
• punktowe, mające charakter osiowo symetrycznych mostków trójwymiarowych, np. w miejscach występowania kotwi w ścianie szczelinowej, kołków mocujących izolację cieplną lub łączników mechanicznych,
• trójwymiarowe występujące w węzłach konstrukcyjnych, takich jak pokazany na rys. 1, w narożu ze słupem ścian zewnętrznych i stropu ze wspornikową płytą balkonową.
W porównaniu z obszarem przegród zewnętrznych poza zasięgiem oddziaływania mostków cieplnych, w miejscach ich występowania zachodzi:
1) wzrost gęstości strumienia ciepła,
2) obniżenie temperatury wewnętrznej powierzchni obudowy.
Pierwsze wymaga uwzględnienia w obliczeniach współczynnika strat ciepła przez przenikanie, drugie sprawdzenia spełnienia kryterium zabezpieczenia przed wystąpieniem powierzchniowej kondensacji pary wodnej i zagrzybienia. Obliczenia przeprowadza się zgodnie z normami PN-EN (tablica) według podanego ogólnego opisu.
Współczynnik strat ciepła przez przenikanie
Wartość współczynnika strat ciepła przez przenikanie, HT , niezbędna jest w obliczeniach zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania; określana jest wzorem (wg normy poz. 1 w tablicy):
HT = LD + Ls + Hu (1)
w którym:
LD – współczynnik sprzężenia cieplnego w odniesieniu do przenikania ciepła bezpośrednio ze środowiska wewnętrznego do zewnętrznego, definiowany jako iloraz strumienia cieplnego przez różnicę średniej w czasie temperatury powietrza wewnętrznego i zewnętrznego, W/K;
Hu – współczynnik strat ciepła przez przenikanie do środowiska zewnętrznego, pośrednio, przez przestrzenie nieogrzewane przyległe do przestrzeni ogrzewanej (określany według metody podanej w normie poz. 1 w tablicy),
W/K;
Ls – stacjonarny współczynnik sprzężenia cieplnego przez grunt (według normy poz. 2 w tablicy), W/K.
Wartość współczynnika LD obliczana jest według wzoru:
LD = ∑Ai • Ui + ∑lj • ψj + ∑χk (2)
i j k
w którym:
U – współczynnik przenikania ciepła „i-tego” elementu obudowy budynku: przegrody, np. ściany zewnętrznej lub stropodachu (według normy poz. 3 w tablicy) lub wyrobu budowlanego, np. okna (według normy poz. 4 w tablicy),
W/(m² • K);
A – pole powierzchni, do której ma zastosowanie wartość współczynnika przenikania ciepła U, m²;
ψ – liniowy współczynnik przenikania ciepła „j-tego” liniowego mostka cieplnego (według norm poz. 5 lub 6 w tablicy), W/(m2 • K);
l – długość, do której ma zastosowanie wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła ψ, m2;
χ – punktowy współczynnik przenikania ciepła „k-tego” mostka cieplnego, charakteryzujący trójwymiarowy mostek cieplny w obudowie (według normy poz. 6 w tablicy), W/K.
Wartość LD może być wykorzystana, jak podano w „Przewodniku po normach PN-EN”, prof. J.A. Pogorzelskiego (Poradniki ITB, nr 392/2003), do obliczenia wartości współczynnika przenikania ciepła Uk, potrzebnego do sprawdzenia spełnienia aktualnych wymagań krajowych. W tym celu należy obliczyć wartość LD w odniesieniu do wybranej przegrody, np. ściany zewnętrznej z uwzględnieniem występujących w niej liniowych i punktowych mostków cieplnych i podzielić przez jej pole powierzchni.{mospagebreak}
Kryterium zabezpieczenia przed pojawieniem się zagrzybienia i powierzchniowej kondensacji pary wodnej
Zgodnie z normą podaną w poz. 7 w tablicy, jakość cieplna obudowy charakteryzowana jest minimalną, w odniesieniu do jej wewnętrznej powierzchni, wartością czynnika temperaturowego fRsi, obliczaną według wzoru:
fRsi,min = (θsi,min – θe) / (θi – θe) (3)
w którym:
θsi,min – minimalna wartość temperatury powierzchni wewnętrznej obudowy obliczona zgodnie z normą (poz. 6 w tablicy 1) lub jej drugą częścią (przykładowe wyniki obliczeń wartości fRsi przedstawiono na rys. 1), °C,
θi – temperatura środowiska wewnętrznego, °C,
θe – temperatura środowiska zewnętrznego, °C.
Rys. 1. Rozkład izoterm w trójwymiarowym mostku cieplnym w wycinku obudowy z węzłem konstrukcyjnym
Przyjmuje się, że przegrody są zabezpieczone przed występowaniem powierzchniowej kondensacji pary wodnej i pojawieniem się zagrzybienia, jeżeli wartość fR si,min jest wyższa od wartości wymaganej, określonej z uwzględnieniem przewidywanych warunków cieplnych i wilgotnościowych w środowisku wewnętrznym.
fR si,min ≥ fR si,wym (4)
Wartość fR si,wym można określać z uwzględnieniem intensywności wentylacji i emisji wilgoci w pomieszczeniu. W różnych krajach europejskich wymagane wartości czynnika temperaturowego, w odniesieniu do typowych warunków użytkowania i wymiany ciepła w pomieszczeniu, przyjmuje się od 0,65 do 0,75.
Wybrane błędy rozwiązań izolacji cieplnej w obudowie
Mostki cieplne występują w obudowie budynku we wszystkich połączeniach przegród i w węzłach konstrukcyjnych. Zastosowanie w obudowie ciągłej warstwy izolacji cieplnej o stałej grubości znacznie je zmniejsza, tak że nie ma potrzeby wykonywania opisanych obliczeń, ponieważ:
• w odniesieniu do typowych warunków użytkowania i wymiany ciepła w pomieszczeniu spełnione jest kryterium (4),
• człony we wzorze (2) odpowiadające liniowym i punktowym mostkom cieplnym dają niewielki dodatek do wartości sumy iloczynów współczynników przenikania ciepła i pól powierzchni, określonych przy zastosowaniu zewnętrznych wymiarów przegród.
Rys. 2. Błędy polegające na pozostawieniu bez izolacji cieplnej powierzchni elementów budynku, wykonanych z materiału dobrze przewodzącego ciepło
{mospagebreak}
Inaczej jest w przypadku (rys. 2) mostków cieplnych w miejscach, w których występują żelbetowe, dobrze przewodzące ciepło elementy budynku, błędnie przyjęte bez izolacji cieplnej, np. wspornikowa płyta balkonowa, słupy i podciągi w podcieniach, ścianki kolankowe lub attykowe stropodachu wentylowanego lub „płaskiego”, połączenie ściany zewnętrznej i stropu nad nieogrzewanymi pomieszczeniami, np. piwnicami, garażami. Rozwiązania przedstawione na rys. 2 są niepoprawne, niestety często spotykane w budynkach, zwłaszcza mostek cieplny w miejscu wykonania balkonu, który jest projektowany i wykonywany w ten sposób w nowych budynkach, ale również nie jest eliminowany w starszych budynkach poddawanych ociepleniu ścian (fot. 1).
Fot. 1. Wspornikowe płyty balkonowe bez izolacji cieplnej w budynkach: wielkopłytowym, w którym zastosowano ocieplenie ścian systemem BSO, i we wzniesionym w ostatnich latach
W projektach budynków zdarza się, że w ogóle nie zamieszcza się rysunków z przekrojami w miejscu występowania płyt balkonowych. Przypadkowe, nieprawidłowe wykonanie izolacji wodochronnej i warstw wykończeniowych, brak izolacji cieplnej mogą prowadzić do występowania kondensacji pary wodnej, zawilgocenia i zagrzybienia w progu drzwi balkonowych i dolnej części ościeży. Jeżeli nieocieplona wspornikowa płyta balkonowa występuje w węźle konstrukcyjnym, np. w przedstawionym na rys. 1 narożu ścian zewnętrznych ze słupem, nad podcieniem, to obniżenie temperatury powierzchni wewnętrznej przegrody jest bardzo duże. W budynkach nowo wznoszonych mostek cieplny w miejscu wykonania wspornikowej płyty balkonowej może zostać zmniejszony przez zastosowanie łączników zbrojarskich z izolacją cieplną, umożliwiających zastąpienie monolitycznego połączenia płyty stropowej z balkonową (rys. 3).
Rys. 3. Zdjęcia łączników zbrojarskich z izolacją cieplną różnych typów i szkic ich zastosowania.
Polecanym rozwiązaniem jest także oparcie płyt balkonowych na własnej konstrukcji, które bywa również wykonywane w budynkach poddawanych modernizacji, np. w pokazanych na fot. 2 budynkach zlokalizowanych w Berlinie. Inną grupę mostków cieplnych stanowią połączenia ram okien i drzwi z przegrodami zewnętrznymi. W poprawnym rozwiązaniu należy zapewnić np., aby: izolacja cieplna była wykonana pod zewnętrznym parapetem, izolacja cieplna ściany zachodziła na ościeżnicę „zlicowaną” z zewnętrzną powierzchnią muru, osłaniając styk okna i ściany (rys. 4).
Fot. 2. Budynki w Berlinie, w których modernizacja objęła również wymianę balkonów
Polecanym rozwiązaniem jest także oparcie płyt balkonowych na własnej konstrukcji, które bywa również wykonywane w budynkach poddawanych modernizacji, np. w pokazanych na fot. 2 budynkach zlokalizowanych w Berlinie. Inną grupę mostków cieplnych stanowią połączenia ram okien i drzwi z przegrodami zewnętrznymi. W poprawnym rozwiązaniu należy zapewnić np., aby: izolacja cieplna była wykonana pod zewnętrznym parapetem, izolacja cieplna ściany zachodziła na ościeżnicę „zlicowaną” z zewnętrzną powierzchnią muru, osłaniając styk okna i ściany (rys. 4).
Rys. 4. Rozkład izoterm w przekroju poziomym przez połączenie ściana – okno.
W budynkach z dodatkową izolacją cieplną ścian stosuje się ją również na ościeżach, co zmniejsza „światło” otworu okiennego. Jeżeli przy wymianie okien nie zostaną zastosowane dodatkowe kształtowniki poszerzające ościeżnicę (dostępne np. u producentów okien z ramami z PVC lub z drewna), to grubość izolacji w ościeżu będzie musiała być bardzo mała lub izolacja całkowicie zakryje ościeżnicę okna (fot. 3).
Fot. 3. Ościeżnica okna całkowicie zakryta izolacją ościeża.
{mospagebreak}
Podsumowanie
W budynkach mieszkalnych wzniesionych w ostatnich latach i w starszych budynkach, które zostały poddane modernizacji, często występują żelbetowe, dobrze przewodzące ciepło elementy budynku, bez zastosowania izolacji, np. wspornikowe płyty balkonowe. Przy jednoczesnym niewłaściwym użytkowaniu pomieszczeń mieszkalnych polegającym na niedostosowaniu intensywności wentylacji do emisji wilgoci zwykle prowadzi to do występowania kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni obudowy, a w konsekwencji pojawienia się i rozwoju zagrzybienia. Projektanci i wykonawcy prac budowlanych mogą zapobiegać występowaniu znaczących mostków cieplnych przez zastosowanie w obudowie ciągłej warstwy izolacji cieplnej o stałej grubości. W takim przypadku na ogół nie ma potrzeby wykonywania szczegółowo opisanych obliczeń sprawdzających. Niestety, często stwierdza się, przedstawione w artykule, błędne pod względem ochrony cieplnej rozwiązania węzłów konstrukcyjnych i połączeń przegród. Aby zapobiegać występowaniu znaczących mostków, należy kierować się ww. zasadą stosowania izolacji cieplnej, warto również posiłkować się szczegółowymi wytycznymi podanymi w Instrukcji ITB nr 334/2002, dotyczącej bezspoinowego systemu ocieplania ścian zewnętrznych budynków (autorzy: Z. Rydz, J.A. Pogorzelski, M. Wójtowicz). Do oceny jakości cieplnej połączeń przegród służą także, przygotowane i dostępne w ITB, tzw. katalogi mostków cieplnych.
mgr inż. ROBERT GERYŁO
Instytut Techniki Budowlanej zdjęcia i rysunki Autora
Normy PN-EN przywołane w tekście
Oznaczenie i pełna nazwa normy
PN-EN ISO 13789:2001 Właściwości cieplne budynków. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie. Metoda obliczania
PN-EN ISO 13370:2001 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wymiana ciepła przez grunt. Metoda obliczania
PN-EN ISO 6946:2004 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania
PN-EN ISO 10077-1:2002 Właściwości cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część 1
PN-EN ISO 14683:2001 Mostki cieplne w budynkach. Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne
PN-EN ISO 10211-1:2005 Mostki cieplne w budynkach. Obliczanie strumieni cieplnych i temperatury powierzchni. Część 1: Metody ogólne
PN-EN ISO 13788:2002 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe komponentów budowlanych i elementów budynków. Temperatura powierzchni wewnętrznej umożliwiająca uniknięcie krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metoda obliczani
