Kontrola jakości izolacyjności cieplnej przeprowadzona na etapie odbioru nowego budynku pozwala na wykrycie wad oraz dostarcza wiarygodnych danych do sporządzenia certyfikatu energetycznego.
Najczęściej stosowanym parametrem ilościowej oceny izolacyjności cieplnej przegród jest współczynnik przenikania ciepła U. Na etapie projektowania oblicza się wartość tego współczynnika, biorąc pod uwagę: materiał przegrody, grubość poszczególnych warstw oraz rodzaj samej przegrody. Przy projektowaniu z reguły nie uwzględnia się wpływu ewentualnych mostków termicznych (nie wymagają tego przepisy), chociaż jeśli mostki występują, wartość współczynnika U wzrasta. Wymagania ochrony cieplnej budynków, określone wartością współczynnika przenikania ciepła, służą do właściwego projektowania przegród budowlanych. Sprawdzenie wartości izolacyjności cieplnej przegród jest łatwe na etapie weryfikacji projektu, natomiast w istniejącym budynku jest bardzo trudne [5].
Ściana budynku ze słupkami osłoniętymi styropianem
Projektowe wartości współczynnika U przegród budowlanych osiągnąć można przy założeniu idealnego wykonawstwa budowlanego. Wady wykonawstwa budowlanego obniżają niekiedy znacznie izolacyjność cieplną. Kontrola jakości izolacyjności cieplnej przeprowadzona na etapie odbioru nowego budynku pozwala na wykrycie wad oraz dostarcza wiarygodnych danych do sporządzenia certyfikatu energetycznego.
Diagnostyka cieplna budynku jest ważna również przy opracowywaniu projektów rewitalizacji budynków [3]. Wymaga ona doświadczalnego określenia niektórych parametrów wykorzystywanych w obliczeniach, takich jak: opór cieplny przegród, ciągłość izolacji, szczelność obudowy, zwłaszcza okien.
W praktyce przepływ ciepła przez element budowlany najczęściej bywa mierzony miernikiem gęstości strumienia ciepła, a temperatura obydwóch powierzchni lub powietrza – w sposób kontaktowy.
Projekt normy [2]zaleca również używać do pomiarów mierników strumienia ciepła oraz czujników temperatury, wskazując równocześnie ograniczenia i błędy metody. Techniką termograficzną zaleca sprawdzenie równomierności rozkładu temperatury w obszarze badanym. Według tej normy pomiar powinien być wykonany w stacjonarnych warunkach przepływu ciepła. Dla takich warunków zakłada się, że strumień ciepła jest stały w czasie i prostopadły do powierzchni, długość i szerokość przegrody są nieskończone, warstwy przegrody są jednorodne i izotropowe, a ciepło jest przejmowane jednakowo na całej powierzchni.
W ostatnich latach za sprawą rosnącej dostępności kamer termograficznych, chęci poznania rzeczywistych właściwości cieplnych przegród budowlanych wykonuje się coraz więcej termograficznych kontroli budynków, szczególnie nowych.
Rozważmy zatem, na przykładach konkretnych budynków mieszkalnych, jakie informacje można uzyskać na podstawie inspekcji termograficznej. Oczywiste jest, że budynek jest zamknięty i ogrzewany, a temperatura powietrza na zewnątrz budynku jest znacznie niższa niż temperatura w jego wnętrzu.
Rys. 1. Słupki ocieplone od zewnątrz warstwą styropianu w ścianie jednowarstwowej
Rys. 2. Mostek cieplny na wieńcu i słupkach widoczny od wewnętrznej strony
Obrazowanie termograficzne nowych budynków
Opisywane obrazowanie przeprowadzone zostało 29 grudnia 2010 r. w godzinach wieczornych, przy temperaturze powietrza minus 9–10oC.
Budynek o dwuwarstwowych ścianach – częściowo ocieplony
Budynek jest parterowy, z mieszkalnym poddaszem. Ściany dwuwarstwowe mają warstwę nośną zbudowaną z bloczków betonu komórkowego o grubości 24 cm, docelowo docieplone będą od zewnętrznej strony 10-centymetrową warstwą wełny mineralnej i pokryte cienkowarstwowym tynkiem. W chwili pomiaru ocieplone były dwie ściany zewnętrzne. Z uwagi na ścianki kolankowe zaprojektowano dwa wieńce w ścianach zewnętrznych – na wysokości stropu nad parterem i pod murłatą – połączone betonowymi słupkami. Dla zmniejszenia mostków cieplnych wieniec nad parterem został osłonięty od zewnętrznej strony warstwą betonu komórkowego, a słupki i wieniec górny – warstwą styropianu (fot.).
Na termogramach zewnętrznej strony niedocieplonych ścian budynku nie widać typowego dla mostków cieplnych podwyższenia temperatury powierzchni po stronie zimnej. Na powierzchni słupków temperatura jest nawet niższa niż temperatura na ścianie z bloczków – rys. 1. Ale nie oznacza to wcale lepszej izolacyjności cieplnej na powierzchni słupków. To mała pojemność styropianu sprawia, że temperatura na jego powierzchni zmienia się wraz ze zmianą temperatury powietrza i przy wieczornym, nawet małym, spadku temperatury zewnętrzna powierzchnia słupków jest zimniejsza od ściany z bloczków betonu komórkowego. Lokalne podwyższenie temperatury widoczne jest na styku wieńca (stropu) nad parterem i ściany, spowodowane utworzoną tam betonową grubszą spoiną.
Rys. 3. Termogram ściany zewnętrznej po ociepleniu warstwą 10-centymetrowej wełny mineralnej
Rys. 4. Mostek cieplny na wieńcu i słupkach ocieplonej ściany widoczny od wewnętrznej strony
Popatrzmy zatem od wewnętrznej strony na fragment tej samej ściany. Temperatura powietrza wewnątrz pomieszczenia wynosiła około 15oC. Na termogramie (rys. 2) wyraźnie zaznacza się obniżenie temperatury na górnym wieńcu (o około 1,5oC w stosunku do temperatury ściany w sąsiedztwie), a temperatura na słupkach jest najniższa w dolnej strefie.
Dwie zewnętrzne ściany budynku (zachodnia i północna) zostały ocieplone 10-centymetrową warstwą wełny mineralnej i pokryte cienkowarstwowym tynkiem. Rozkład temperatury na zewnętrznej powierzchni fragmentu ściany północnej przedstawiony jest na rys. 3. Widoczne są punktowe mostki cieplne spowodowane kołkami mocującymi warstwę izolacji. Nie widać zróżnicowania temperatury na wieńcu i słupkach. Czy ocieplenie ściany zlikwidowało mostki cieplne?
Na termogramie wewnętrznej powierzchni fragmentu ocieplonej ściany (rys. 4) mostek cieplny na wieńcu i słupku jest nadal zauważalny w postaci lokalnego obniżenia temperatury o około 0,8oC. Temperatura powietrza w tym pomieszczeniu wynosiła również około15oC. Ocieplenie od zewnętrznej strony zmniejszyło „intensywność” mostków cieplnych, jednak nie likwidując ich całkowicie.
Rys. 5. Okno od wewnętrznej strony – nieszczelność między ramą a ościeżnicą po prawej stronie
Rys. 6. Rozkład temperatury na wieńcu i słupkach od strony zewnętrznej
Termografia pozwala na sprawdzenie szczelności okien w aspekcie jakościowym. Obraz cieplny okna z nieszczelnością na styku ramy i ościeżnicy przedstawiono na rys. 5. Zimne powietrze o temperaturze minus 9oC, napływające przez nieszczelność, powoduje lokalne ochłodzenie fragmentu ościeżnicy do minus 3oC.
Rys. 7. Mostki cieplne na słupkach i wieńcu w ścianie jednowarstwowej od strony wewnętrznej
Budynek o jednowarstwowych ścianach z bloczków betonu komórkowego
Budynek jest parterowy, z mieszkalnym poddaszem. Ściany są jednowarstwowe, zbudowane z bloczków betonu komórkowego o grubości 42 cm, pokryte cienkowarstwowym tynkiem od zewnętrznej strony, a tynkiem gipsowym od strony wnętrza. Zaprojektowano dwa wieńce w ścianach zewnętrznych podłużnych – na wysokości stropu nad parterem i pod murłatą – połączone betonowymi słupkami.
Wieniec i słupki wykonano z użyciem elementów docieplenia wieńca Ytong. Są to bloczki Ytong z doklejoną warstwą wełny mineralnej, które jednocześnie stanowią szalunek wieńca. „Dzięki nim wieniec jest prawidłowo docieplony, a lico ściany jednolite” (informacja producenta). Dodatkowo dołożona została 5-centymetrowa warstwa styropianu pomiędzy warstwą zewnętrzną a betonem wieńca/słupka. Nadproża wykonano ze zbrojonego betonu komórkowego.
W chwili pomiaru budynek był niezamieszkany, ale od września ogrzewany, utrzymywano temperaturę wewnątrz około 20oC.
Rozkład temperatury na zewnętrznej powierzchni tak zbudowanej ściany jednowarstwowej przedstawia rys. 6. Staranne zaizolowanie wieńca i słupków sprawiły, że na ich powierzchni nie ma lokalnego podwyższenia temperatury, ale dwuwymiarowy przepływ ciepła przez wieniec i słupki spowodował podwyższenie temperatury w ich otoczeniu, na ścianie z bloczków.
Rozkład temperatury na wewnętrznej powierzchni ściany zewnętrznej przedstawiony jest na rys. 8. Mimo starannego zaizolowania od zewnątrz mostki cieplne na powierzchni wieńca i słupków pozostały. Temperatura na ich powierzchni jest niższa około 1,5–2,0oC niż temperatura na ścianie z bloczków. Obraz termograficzny pozwala na ilościowe określenie udziału powierzchni mostków cieplnych w całkowitej powierzchni ściany. W przypadku ścianki kolankowej przedstawionej na rys. 7 konstrukcyjne mostki cieplne (wieniec i słupki) zajmują 30% powierzchni ściany – bez uwzględnienia geometrycznych mostków cieplnych w narożach ścian i połaci dachu.
Rys. 8. Klatka schodowa – widoczny wieniec na ścianie szczytowej i słupek obok okna, a wieniec dolny pod słupkiem
Rys. 9. Rozkład temperatury na powierzchni wewnętrznej ściany z przewodami kominowymi
Fakt występowania mostków cieplnych na wieńcu i słupkach i widoczności ich na termogramach wykonanych od wewnętrznej strony pozwala na ich inwentaryzację.Nie zawsze przebieg wieńca i słupków jest szczegółowo pokazany w projekcie technicznym, szczególnie gdy na poziomie wieńca nad parterem znajdzie się okno klatki schodowej. Patrząc na obraz termograficzny wnętrza klatki schodowej (rys. 8), zadajemy pytania: w jaki sposób połączony jest wieniec parteru (widoczny w prawej dolnej części rysunku) z wieńcem pod murłatą, z czym łączy się dolna część słupka widocznego po lewej stronie okna?
Ściany wewnętrzne również nie są wolne od mostków cieplnych. Tworzą się one na powierzchni kominów wentylacyjnych przy napływie nimi zimnego powietrza, co widoczne jest na rys. 9 po lewej stronie. Na tym termogramie po prawej stronie widoczny jest mostek cieplny, którego przyczyną jest systemowy komin odprowadzający spaliny i równocześnie doprowadzający powietrze do pieca c.o. z zamkniętą komorą spalania.
dr inż. Alina Wróbel,
dr inż. Andrzej Wróbel
Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska
Opracowanie wykonano w ramach badań statutowych AGH nr 11.11.150.005 i 11.11.150.949.
Literatura
1. T. Kisilewicz, A. Wróbel, Diagnostyka termowizyjna przegród w niestacjonarnych warunkach brzegowych, Fizyka budowli w teorii i praktyce, Czasopismo Naukowe, tom IV, Politechnika Łódzka, Łódź 2009.
2. Norma prEN 12494: Building components and elements – In-situ measurement of the surface-to-surface thermal resistance – projekt normy europejskiej.
3. A. Ostańska, Problemy rewitalizacji zespołów prefabrykowanej zabudowy mieszkaniowej na przykładzie osiedla im. Stanisława Moniuszki w Lublinie, „Budownictwo i Architektura” nr 4/2009.
4. PN-EN ISO 6946 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
5. J. Pogorzelski, K. Kasperkiewicz, Aktualne wymagania ochrony cieplnej budynków i związane z nimi normy, konferencja „Energooszczędne budownictwo mieszkaniowe”, ITB, Warszawa 2001.
6. Praca zbiorowa pod kierunkiem Aliny Wróbel, Ilościowe określanie właściwości cieplnych przegród budowlanych z wykorzystaniem techniki termowizyjnej, sprawozdanie z projektu badawczego finansowanego w latach 2007–2010 przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2011.
7. A. Wróbel, Termografia w pomiarach inwentaryzacyjnych obiektów budowlanych, Rozprawy. Monografie, Wydawnictwa AGH, Kraków 2010.
