Architektura i budownictwo były w przeszłości dziedzinami techniki rozwijającymi się w dużej mierze przy zapatrzeniu się we wzorce z przeszłości.
Architektura i budownictwo były w przeszłości dziedzinami techniki rozwijającymi się w dużej mierze przy zapatrzeniu się we wzorce z przeszłości.
Wynikało to w znacznej mierze z wolno zmieniającej się bazy materiałowej i stosowania wypróbowanych w praktyce rozwiązań przegród. Grube mury ceglane i stosunkowo ciężkie stropy zapewniały zadowalające warunki cieplne i akustyczne w budynkach. W okresie międzywojennym pojawiły się na dużą skalę pustaki ceramiczne, betony lekkie (pianobeton), pierwsze materiały do izolacji cieplnej (płyty wiórkowo-cementowe, płyty pilśniowe). Wywołało to zapotrzebowanie na badania właściwości cieplno-wilgotnościowych i akustycznych nowych materiałów i rozwiązań przegród. Stąd już w okresie międzywojennym zaczęła kształtować się w niektórych krajach (Niemcy, Wielka Brytania) fizyka budowli. W Polsce rozwój fizyki budowli datuje się od końca lat 50. ub. wieku.
Obecnie, zwłaszcza po 1989 r., mamy w Polsce nieograniczone możliwości stosowania nowych materiałów i nowych rozwiązań systemów centralnego ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. Jednocześnie w nowym systemie projektowania, bez dopływu darmowej informacji technicznej i zespołów sprawdzających w biurach, popełniane są często błędy projektowe pogarszające stan użytkowy budynków.
Powstaje zapotrzebowanie na wzrost wiedzy architekta i inżyniera budowlanego w zakresie fizyki budowli.
Co to jest fizyka budowli?
Według definicji europejskiej Standing Conference of Building Physics Professors (Stałej Konferencji Profesorów Fizyki Budowli) na fizykę budowli składają się następujące obszary tematyczne, nazwane skrótowo: ciepło, wilgoć, hałas, pożar, światło, klimat.
Jak widać, zakres fizyki budowli pokrywa znaczną część tematyki Wymagań Podstawowych, które powinny spełniać budynki zgodnie z art. 5 ustawy – Prawo budowlane.
W rzeczywistości w praktyce, poza tematyką bezpieczeństwa konstrukcji i bezpieczeństwa pożarowego (gdzie architekta i inżyniera budowlanego wspiera rzeczoznawca ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych), inne wymagania podstawowe są słabo egzekwowane w projektowaniu. Wynika to z:
braku fizyki budowli w standardach nauczania na kierunku Budownictwo i zbyt małego wymiaru fizyki budowli na kierunku Architektura,
konsekwencji nauczania fizyki budowli tylko na części wydziałów Budownictwa i Architektury i przeważnie w niewystarczającym wymiarze,
słabej dostępności dla studentów norm, katalogów i programów komputerowych, m.in. ze względów finansowych,
zbyt małych wymagań stawianych w zakresie znajomości norm związanych z ochroną cieplną budynków i akustyką podczas egzaminu na uprawnienia budowlane,
faktycznego braku kontroli projektów, co nie dopinguje projektantów do podnoszenia wiedzy.
W procesie inwestycyjnym obserwacje wykazują, że inwestor indywi-dualny z reguły nie jest zainteresowany sprawami przyszłej eksploatacji budynku; stara się natomiast kupić najtańszy projekt, aby tylko uzyskać pozwolenie na budowę, i nie zwraca uwagi na rozwiązania techniczne, grożące np. wysokimi kosztami eksploatacji, lub wady i niedopracowanie projektu.
{mospagebreak}
Z kolei deweloper lub spółdzielnia szuka najtańszych rozwiązań technicznych.
Fot. 1. Budynek z cofniętym parterem i podparciem słupami
Odpowiednio do małych potrzeb inwestorów projekty budowlane z reguły zawierają braki lub błędy w obszarze związanym z ochroną cieplną budynków i ochroną przed hałasem.
Połączone błędy w zakresie braku wentylacji i mostków cieplnych w przegrodach dają spektakularne efekty w postaci rozwoju pleśni w nowych, ładnych budynkach.
Fot. 2. Niezgodne z przepisamii wyloty kanałów wentylacyjnych
Budynki na osiedlu „Odkryta” w Warszawie mają cofnięte partery i wyższe kondygnacje podparte słupami żelbetowymi, wchodzącymi w ściany monolityczne (fot. 1).
Fot.3. Pleśń na ścianach nad słupami żelbetowymi parteru
Wentylacja grawitacyjna, okna szczelne bez nawiewników powietrza, przy czym wyloty kanałów wentylacyjnych na dachu kończą się zbiorczymi komorami (fot. 2) z wylotami na poziomie wierzchu attyk, dodatkowo zasłoniętymi kratkami żaluzjowymi.
W mieszkaniach występuje rozwój pleśni spowodowany kondensacją pary wodnej (fot. 3).
{mospagebreak}
Fot. 4. Oblodzenie słupka ściany osłonowej metalowo-szklanej w jednym z budynków ITB
Nieogrzewane garaże podziemne wentylowane są również grawitacyjnie, przy czym metalowe kanały są zasłonięte od strony mieszkań tylko gipsowymi ściankami PROMONTA, na których występuje kondensacja pary wodnej i rozwój pleśni.
Nawet rozwiązania drogich fasad aluminiowo-szklanych mogą owocować kondensacją pary wodnej, a nawet oblodzeniem (fot. 4).
Trudne w projektowaniu są kryte baseny. W rozpatrywanym obiekcie w Płońsku kondensacja pary wodnej w dachu spowodowała powstanie „balonów” foliowych wypełnionych wodą (fot. 5).
Fot. 5. „Balon” foliowy wypełniony wodą
Mniej spektakularne, ale nie mniej uciążliwe dla użytkowników są błędy w zakresie ochrony przeciwdźwiękowej budynków, dotyczące głównie niewystarczającej izolacyjności akustycznej przegród międzymieszkaniowych i okien budynków przy trasach komunikacyjnych.
Autorzy postanowili przedstawić minimum niezbędnego stanu wiedzy z zakresu ochrony cieplno-wilgotnościowej budynków i akustyki budowlanej na potrzeby architektów i inżynierów budownictwa, zwłaszcza zajmujących się projektowaniem i oceną budynków.
Minimalny zakres przygotowania architektów i inżynierów budowlanych z zakresu ochrony cieplno-wilgotnościowej budynków
1. Znaczenie ochrony cieplnej budynków z uwagi na warunki użytkowania, koszty eksploatacji, bezpieczeństwo energetyczne kraju i ochronę atmosfery
2. Podstawy przenoszenia ciepła.
2.1. Formy i pojęcia podstawowe przenoszenia ciepła
2.2. Przenoszenie ciepła przez przewodzenie
2.3. Przenoszenie ciepła przez konwekcję
2.4. Przenoszenie ciepła przez promieniowanie
2.5. Złożone przenoszenie ciepła
2.6. Przewodność cieplna materiałów budowlanych (wartości deklarowane i obliczeniowe wg PN-EN ISO 10456, stabelaryzowanie wartości obliczeniowe wg PN-EN 12524, wartości obliczeniowe dla materiałów murowych wg PN-EN 1745, wartości obliczeniowe wg badań ITB)
3. Przenikanie ciepła w stanie ustalonym przez przegrody budowlane nieprzezroczyste stykające się z powietrzem zewnętrznym wg PN-EN ISO 6946
3.1. Jednowymiarowe przenikanie ciepła w przegrodach z warstw jednorodnych
3.2. Opór cieplny przegród z warstw jednorodnych i niejednorodnych
3.3. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła (bez uwzględnienia mostków ciepl¬nych)
3.4. Obliczanie rozkładu temperatury w przegrodzie
3.5. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła komponentów z warstwami o zmiennej grubości
3.6. Pojęcie mostków cieplnych w przegrodach, mostki punktowe i liniowe
3.7. Obliczanie skorygowanego współczynnika przenikania ciepła ścian szczelinowych Uc wg
PN-EN ISO 6946
3.8. Uwzględnianie wpływu mostków liniowych w stratach ciepła wg
PN-EN ISO 14683 i wybranych katalogów mostków cieplnych
3.9. Straty ciepła przez grunt wg PN-EN ISO 13370 i innych metod obliczeń
3.10. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie wg PN-EN ISO 13789
{mospagebreak}
4. Podstawowe pojęcia nieustalonego przewodzenia ciepła
5. Zasady modelowania numerycznego przewodzenia ciepła
6. Podstawy przenoszenia ciepła przez przegrody przezroczyste
7. Wymiana powietrza w budynkach (wymagania i metody ich spełniania)
8. Model obliczania sezonowego zapotrzebowania budynków na energię
8.1. Składniki bilansu cieplnego budynków
8.2. Zasada obliczania sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania wg PN-B-02025, PN-EN 832, PN EN 13790
8.3. Uproszczony sposób obliczania zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania
9. Stan wilgotnościowy przegród budowlanych
9.1. Formy występowania wilgoci
w materiałach budowlanych
9.2. Mechanizmy i modele ruchu wilgoci w materiałach budowlanych
9.3. Wysychanie przegród z wilgoci początkowej
9.4. Zawilgocenie eksploatacyjne przegród wg PN EN ISO 13788
9.5. Kondensacja powierzchniowa pary wodnej wg PN EN ISO 13788
9.8. Projektowanie przegród z uwagi na ich stan wilgotnościowy
10. Klimat zewnętrzny w aspekcie ochrony cieplnej budynków
10.1. Wprowadzenie
10.2. Promieniowanie słoneczne
10.3. Temperatura powietrza
10.4. Temperatura gruntu pod budynkiem
10.5. Prędkość wiatru
10.6. Wilgotność powietrza
10.7. Zagregowane dane klimatyczne
11. Wymagania ochrony cieplnej budynków
11.1. Wprowadzenie
11.2. Rozwój wymagań ochrony cieplnej budynków w Polsce
11.3. Cel przyszłościowy – budynki niskoenergetyczne i pasywne
12. Normalizacja właściwości cieplno–wilgotnościowych przegród budowlanych
12.1. Wprowadzenie
12.2. Normalizacja ochrony cieplnej budynków
12.3. Normalizacja wyrobów izolacji cieplnej
13. Zasady projektowania systemów izolacji cieplnej przegród
13.1. Wprowadzenie
13.2. Wyroby do izolacji cieplnej i ich dobór do określonego zastosowania
13.3. Systemy izolacji cieplnej przegród
13.4. Izolacje ścian masywnych
13.5. Izolacje ścian ze szkieletem drewnianym
13.6. Izolacje ścian osłonowych
13.7. Izolacje stropów
13.8. Izolacje dachów stromych
13.9. Izolacje stropodachów odwróconych
13.10. Izolacje gruntu od przemarzania i izolacje krawędziowe
Minimalny zakres przygotowania architektów i inżynierów budowlanych z zakresu akustyki
1. Podstawowe pojęcia i określenia – dźwięk (powietrzny i materiałowy), hałas, ciśnienie akustyczne, poziom ciśnienia akustycznego, izolacyjność akustyczna (od dźwięków powietrznych i uderzeniowych) pochłanianie dźwięku, odbicie i rozproszenie fali akustycznej, zmniejszenie poziomu dźwięku w funkcji odległości od źródła dźwięku
2. Ogólna charakterystyka zjawisk akustycznych występujących w budynku i jego otoczeniu
a) Hałas
parametry oceny hałasu uwzględniające zmienność hałasu w funkcji czasu i częstotliwości (w tym pojęcie poziomu dźwięku ważonego krzywą korekcji)
sumowanie poziomów hałasu
rozprzestrzenianie się dźwięku w przestrzeni otwartej (przy uwzględnieniu rodzaju źródła dźwięku – źródło punktowe, liniowe, powierzchniowe), tłumienie dźwięku przez powietrze, tłumienie dźwięku przez podłoże, elementy ekranujące, zieleń
rozprzestrzenianie się dźwięku w pomieszczeniach zamkniętych – dźwięk bezpośredni i odbity, pojęcie czasu pogłosu i chłonności akustycznej pomieszczenia, wpływ chłonności akustycznej na poziom dźwięku w pomieszczeniu
b) Źródła hałasu występujące w budynkach i ich otoczeniu – ogólna charakterystyka, pojęcie mocy akustycznej
c) Izolacyjność akustyczna przegród budowlanych
izolacyjność od dźwięków powietrznych – zależność od częstotliwości, wskaźniki jednoliczbowe, w tym widmowe wskaźniki adaptacyjne
izolacyjność od dźwięków uderzeniowych – zależność od częstotliwości
różnica między izolacyjnością akustyczną przegród budowlanych jako wyrobu a izolacyjnością akustyczną przegród w budynku (wprowadzenie pojęcia pośredniego i bocznego przenoszenia dźwięku)
d) Właściwości dźwiękochłonne wyrobów budowlanych
rodzaje współczynnikowa pochłaniania dźwięku
wskaźniki i klasy pochłaniania dźwięku (w tym wskaźniki kształtu L, M i H)
3. Wymagania akustyczne stawiane budynkom
a) podstawy prawne wymagań akustycznych i podstawowe normy
b) dokumenty prawne, zakres wymagań ujęty w tych dokumentach
c) normy określające wymagania
d) normy związane z wymaganiami – normy projektowe (obliczeniowe), normy pomiarowe
4. Właściwości akustyczne wyrobów budowlanych traktowanych jako wyrób budowlany)
a) Przegrody ścienne (izolacyjność od dźwiękowa powietrznych)
masywne – pojedyncze, podwójne (betonowe różnych odmian, ceramiczne silikatowe)
lekkie – szkieletowe (na konstrukcji drewnianej i metalowej stalowej i z kształtowników aluminiowych), warstwowe
dodatkowe ustroje izolacyjne
b) Stropy (izolacyjność od dźwięków powietrznych i uderzeniowych)
płyty stropowe masywne
stropy lekkie drewniane
podłogi izolacyjne – podłogi pływające, lekkie konstrukcje podłogowe, wykładziny podłogowe
podwieszone sufity izolacyjne
c) Okna (w tym izolacyjność akustyczna szyb)
d) Drzwi progowe i bezprogowe (w tym zależność izolacyjności od sposobu uszczelnienia przymyku dolnego)
e) Właściwości dźwiękochłonne wyrobów budowlanych
klasyfikacja ze względu na właściwości dźwiękochłonne
podwieszone sufity dźwiękochłonne
ustroje naścienne
f) Ustroje przeciwdrganiowe
{mospagebreak}
5. Podstawy projektowania budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej z uwzględnieniem wymagań akustycznych
a) usytuowanie budynku i pomieszczeń w budynku
b) projektowanie izolacyjności akustycznej między pomieszczeniami (w tym metody obliczeniowego wyznaczania bocznego i pośredniego przenoszenia dźwięku)
budynki o konstrukcji masywnej
budynki z przegrodami wewnętrznymi lekkimi, w tym z podwieszonymi sufitami i podniesionymi podłogami
c) projektowanie ochrony budynku przed hałasem zewnętrznym
d) zabezpieczenia akustyczne w instalacjach (podstawowe zasady)
e) podstawy kształtowania warunków akustycznych w wybranych pomieszczeniach w budynkach użyteczności publicznej (w tym pomieszczenia typu „open space”)
6. Podstawowe błędy projektowe i wykonawcze mające wpływ na jakość akustyczną budynków
7. Metody pomiarowej kontroli właściwości akustycznych wyrobów budowlanych
a) właściwości dźwiękoizolacyjne
b) właściwości dźwiękochłonne
8. Metody pomiarowej kontroli właściwości akustycznych budynków
a) Hałas
b) Izolacyjność między pomieszczeniami
c) Izolacyjności akustyczna ścian zewnętrznych
d) Czas pogłosu
e) Drgania (ocena ze względu na odbiór drgań przez ludzi znajdujących się w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej)
prof. Jerzy A. Pogorzelski
Politechnika Białostocka, ITB
prof. Barbara Szudrowicz
ITB
Wykaz literatury i norm
1. B. Szudrowicz, Akustyka budowlana, Rozdział 8 w pracy zbiorowej „Budownictwo ogólne”, t. 2, Arkady 2006.
2. J.A. Pogorzelski, Zagadnienia cieplno–wilgotnościowe przegród budowlanych. Rozdział 4 w pracy zbiorowej „Budownictwo ogólne”, t. 2, Arkady 2006.
3. J.A. Pogorzelski, Termomodernizacja budynków. Rozdział 5 w pracy zbiorowej „Budownictwo ogólne”, t. 2, Arkady 2006.
4. J.A. Pogorzelsk., Przewodnik po PN-EN ochrony cieplnej budynków (wydanie II, ITB, 2007).
5. PN-EN ISO 10456:2004 Materiały i wyroby budowlane. Procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych.
6. PN-EN 12524:2002 Właściwości cieplno-wilgotnościowe materiałów. Stabelaryzowane wartości obliczeniowe.
7. PN-EN 1745:2004 Mury i wyroby murowe. Metody określania obliczeniowych wartości cieplnych.
8. PN EN ISO 6946: 2004 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
9. PN EN ISO 10211 1: 2005 Mostki cieplne w budynkach. Obliczanie strumieni cieplnych i temperatury powierzchni. Część 1: Metody ogólne.
10. PN EN ISO 10211 2: 2002 Mostki cieplne w budynkach. Obliczanie strumieni cieplnych i temperatury powierzchni. Część 2: Liniowe mostki cieplne.
11. PN-EN ISO 14683:2000 Mostki cieplne w budynkach. Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne.
12. PN EN ISO 13370:2001 Właściwości cieplne budynków. Wymiana ciepła przez grunt. Metody obliczania
13. PN EN ISO 13789:2001 Właściwości cieplne budynków. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie. Metoda obliczania.
14. PN EN ISO 13786:2001 Właściwości cieplne komponentów budowlanych. Dynamiczne charakterystyki cieplne. Metody obliczania.
15. PN-B-02025:2001 Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego.
16. PN-EN 832:2001 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zapotrzebowania na energię do ogrzewania. Budynki mieszkalne.
17. PN EN 13790:2005 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii do ogrzewania.
18. PN EN ISO 13788:2003 Cieplno wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa.
19. EUROKOBRA (program komputerowy PHYSIBEL c. V.).
20. WUFI (program komputerowy Franhofer Institut für Bauphysik).
21. Kalkulator termiczno-wilgotnościowy – strona internetowa firmy URSA.
ZAMÓW PRENUMERATĘ
Artykuł zamieszczony
w „Inżynierze budownictwa”,
marzec 2007.
