W związku z nowelizacją przepisów wyroby stosowane w konstrukcjach, np. łączniki z izolacją cieplną, elementy termoizolacyjne, belki nadprożowe, ścienne i dachowe, płyty balkonowe, powinny być zdolne do przenoszenia odpowiednich obciążeń, a jednocześnie charakteryzować się dobrą izolacyjnością cieplną.
Mostki cieplne stanowią miejsca w obudowie, w których występują większe wartości gęstości strumienia ciepła i niższe wartości temperatury wewnętrznej powierzchni niż w obszarach znajdujących się poza zasięgiem ich oddziaływania. Możliwości w zakresie ich ograniczenia zależą głównie od skomplikowania bryły i rodzaju konstrukcji budynku oraz właściwości zastosowanych materiałów.
Dopuszczalna wielkość mostków cieplnych wynika z wymagań energetycznych oraz ochrony cieplnej, przede wszystkim z potrzeby zabezpieczenia przed kondensacją pary wodnej i rozwojem zagrzybienia na wewnętrznej powierzchni przegród, zwykle występujących w budynkach mieszkalnych przy niedostosowaniu intensywności wentylacji do emisji wilgoci. Od początku 2009 r. obowiązują nowe przepisy budowlane w wyżej wymienionym zakresie.
Rosnące wymagania w zakresie obniżenia strat ciepła w budynkach wymuszają stosowanie przegród o wysokiej izolacyjności cieplnej, jak i energooszczędnych rozwiązań technicznych węzłów, połączeń konstrukcyjnych oraz mocowań. Stąd oprócz izolacji cieplnych stosuje się specjalne termoizolacyjne wyroby konstrukcyjne zdolne do przenoszenia obciążeń węzłowych.
Uwzględnienie mostków cieplnych w aktualnych przepisach budowlanych
Nowelizacja z 6 listopada 2008 r. rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, zmieniła zakres i sposób stawiania wymagań energetycznych i ochrony cieplnej, w tym zasady uwzględnienia wpływu mostków cieplnych. Ich wielkość rzutuje również na charakterystykę energetyczną budynku, lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową, którą oblicza się z zgodnie z metodyką podaną w rozporządzeniu w tej sprawie.
Wymagania energetyczne
W przepisach przyjęto alternatywne sposoby sprawdzenia spełnienia wymagań energetycznych przez:
1) spełnienie cząstkowych wymagań odniesionych do izolacyjności cieplnej przegród budynku (Umax) i cząstkowych wymagań odniesionych do instalacji
lub
2) spełnienie granicznej wartości wskaźnika EP rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, przygotowania ciepłej wody, chłodzenia i − w budynkach niemieszkalnych − oświetlenia wbudowanego.
Wymagania stosuje się również w odniesieniu do budynków przebudowywanych, przy czym dopuszczono zwiększenie o 15% średniego współczynnika przenikania ciepła osłony budynku lub wskaźnika EP w porównaniu z budynkiem nowym o takiej samej geometrii i sposobie użytkowania. Dodatkowo w obu przypadkach uwzględnia się m.in. wymagania ochrony przed przegrzewaniem latem, kondensacją pary wodnej, szczelności na przenikanie powietrza, wymaganie ograniczenia powierzchni okien oraz przegród szklanych i przezroczystych o niższej izolacyjności cieplnej (U > 1,5 W/m2·K).
Posługiwanie się wskaźnikiem EP, czyli uzyskanie dopuszczalnej wartości charakterystyki energetycznej budynku wyrażonej w kWh/m2rok, chociaż bardziej złożone obliczeniowo może okazać się wygodniejsze w praktyce projektowej, gdyż daje większą swobodę spełnienia innych wymagań podstawowych (np. akustycznych). Zgodnie z przepisami charakterystyka energetyczna budynku musi być podana w projekcie.
Z drugiej strony wymagania cząstkowe pozostają w bliższej relacji z właściwościami wyrobów budowlanych, co upraszcza ich dobór. Aktualne wartości dopuszczalne współczynników przenikania ciepła przegród zewnętrznych pomieszczeń o temperaturze projektowej powyżej 16ºC w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej wynoszą w odniesieniu do:
– ścian zewnętrznych Umax = 0,3 W/(m2·K),
– dachów, stropodachów, stropów zewnętrznych Umax = 0,25 W/(m2·K).
Wartość współczynnika przenikania ciepła projektowanej przegrody budynku należy określać zgodnie z PN-EN ISO 6946. Oznacza to, że w obliczeniach uwzględnia się wyłącznie strukturalne mostki cieplne w przegrodach (oznaczenie wg normy Uc), a nie uwzględnia się konstrukcyjnych mostków w połączeniach przegród budynku, tak jak miało to miejsce w przepisach przed nowelizacją (dawny Uk). Uzyskano w ten sposób bardziej jednoznaczny przepis i usunięto lukę powstałą po wycofaniu w 2004 r. załącznika krajowego do ww. normy europejskiej, określającego zasady obliczania współczynnika Uk.
Konstrukcyjne liniowe mostki cieplne w obudowie mają wpływ na wartość współczynnika strat ciepła przez przenikanie, od którego m.in. zależy wartość wskaźnika EP charakterystyki energetycznej budynku.
Wartość współczynnika strat ciepła przez przenikanie oblicza się wg wzoru:
gdzie:
btr,i − współczynnik redukcyjny obliczeniowej różnicy temperatury w odniesieniu do i-tej przegrody,
Ai− powierzchnia i-tej przegrody, do której ma zastosowanie wartość współczynnika przenikania ciepła tej przegrody,
li − długość i-tego liniowego, konstrukcyjnego mostka cieplnego, do której ma zastosowanie wartość współczynnika przenikania ciepła Ψi.
Wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła przyjmuje się wg PN-EN ISO 14683:2008 lub oblicza zgodnie z PN-EN ISO 10211:2008.
W odniesieniu do wartości Ψi nie stawia się wymagań. Przed nadmiernymi lokalnymi stratami ciepła pośrednio chronią wymagania ochrony przed powierzchniową kondensacją pary wodnej i zagrzybieniem.
W odniesieniu do budynków „pasywnych” energetycznie, gdzie ekstremalnie ogranicza się mostki cieplne, przyjmuje się graniczną wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła, liczoną wg zewnętrznych wymiarów przegród, Ψmax= 0,01 W/(m·K).
Wymagania ochrony przed powierzchniową kondensacją pary wodnej i zagrzybieniem
Zmiana w przepisach krajowych sposobu stawiania wymagań ochrony przed powierzchniową kondensacją pary wodnej i rozwojem zagrzybienia była głównie podyktowana ukazaniem się PN-EN ISO 13788:2003.
Norma ta określa kryteria w odniesieniu do dwóch rodzajów przegród zewnętrznych. Po pierwsze, lekkich przegród, charakteryzujących się małą bezwładnością cieplną i szybko reagujących na zmiany temperatury środowiska, których powierzchnie, wykonane z materiałów niewrażliwych na wilgoć, są zabezpieczone przed kondensacją pary wodnej, jeżeli ich temperatura jest wyższa od punktu rosy powietrza w warunkach obliczeniowych.
Po drugie, przegród masywnych, z materiałów pochłaniających wilgoć z powietrza (np. ceramicznych, wapienno-piaskowych, betonów komórkowych, gipsów i zapraw tynkarskich), w których zachodzi kondensacja kapilarna przy wilgotności względnej powietrza 80%, w odniesieniu do których, z uwagi na bezwładność cieplną, miarodajne są średnie warunki miesięczne.
Obecne przepisy stanowią, że w odniesieniu do przegród zewnętrznych budynków rozwiązania przegród i ich węzłów konstrukcyjnych powinny charakteryzować się współczynnikiem temperaturowym fRsi (bezwymiarowa temperatura o wartości od 0 – temperatura powierzchni równa temperaturze zewnętrznej – do 1 − temperatura powierzchni równa temperaturze wewnętrznej) o wartości nie mniejszej niż wymagana normowa wartość krytyczna.
W pomieszczeniach ogrzewanych do temperatury co najmniej 20°C wymaganą wartość krytyczną określa się zgodnie z przepisami, przy założeniu, że średnia miesięczna wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego jest równa 50%, przy czym dopuszcza się również przyjmowanie wymaganej wartości fRsi równej 0,72.
Z praktyki wynika, że w nowych budynkach ryzyko niespełnienia wymienionego wymagania może dotyczyć narożnych węzłów konstrukcyjnych, jeżeli występują w nich np. wspornikowe płyty balkonowe, ścianki kolankowe lub attykowe, wykusze, podcienie, połączenia ze ścianami niższej kondygnacji nad nieogrzewanymi pomieszczeniami.
Niestety, określenie rozkładu temperatury do sprawdzenia wymienionych węzłów konstrukcyjnych wymaga przeprowadzenia obliczeń trójwymiarowego pola temperatury, do czego jest niezbędny specjalny program komputerowy. Zastosowanie w tych miejscach termoizolacyjnych wyrobów konstrukcyjnych umożliwia uzyskanie zadowalająco wysokich wartości temperatury wewnętrznej powierzchni obudowy.
Fot. 1. Łącznik żelbet–stal; fot. firmy SCHÖCK
Termoizolacyjne wyroby konstrukcyjne
Podstawowym warunkiem uzyskania niskiej energochłonności nowego budynku lub poprawy charakterystyki energetycznej budynku użytkowanego jest znaczne ograniczenie strat ciepła wynikających z jego przenikania przez obudowę. W tym celu w obudowie musi być wykonana nieprzerwana warstwa o dużym oporze cieplnym. W węzłach i połączeniach konstrukcyjnych oraz mocowaniach wymaga to zastosowania specjalnych wyrobów budowlanych − zdolnych do przenoszenia obciążeń, a jednocześnie charakteryzujących się dobrą izolacyjnością cieplną.
Wyróżnić można wyroby stosowane w konstrukcjach:
– żelbetowych (łączniki zbrojenia z izolacją cieplną),
– metalowych (łączniki mechaniczne stal–stal lub stal–żelbet z izolacją cieplną),
– murowych, np. elementy termoizolacyjne do oparcia muru na ścianach piwnicy lub fundamentowych, wsporniki stalowe do oparcia muru zewnętrznego ściany szczelinowej, belki nadprożowe oraz ścienne, dachowe, balkonowe płyty ze zbrojonego betonu komórkowego.
Do grupy wymienionych wyrobów zaliczyć można również tworzywowo-metalowe łączniki mechaniczne do mocowania izolacji cieplnej w systemach ETICS (BSO), np. tzw. termodyble.
Konstrukcje żelbetowe
Łączniki zbrojenia z izolacją cieplną mogą być stosowane w większości połączeń elementów żelbetowych, takich jak: płyty, ściany, belki, przy czym w praktyce z uwagi na zakres wymiarowy dostępnego asortymentu mogą występować ograniczenia stosowania w szczególnych indywidualnych rozwiązaniach technicznych. Asortyment konstrukcyjny jest zwykle szeroki i obejmuje połączenia płyt stropowych, stropodachowych, balkonowych ze ścianami i ściankami kolankowymi lub attykowymi, w tym wyroby do węzłów narożnych.
Stosuje się pojedyncze elementy lub prefabrykowane układy zbrojenia o długości np. 1 m.b., przewidziane do danego rodzaju połączenia, wymiarów łączonych elementów i wymaganej nośności. Z uwagi na brak europejskich specyfikacji technicznych zakres przydatności do stosowania określają w Polsce aprobaty techniczne ITB.
Wyroby te zapewniają dobrą izolacyjność cieplną połączeń gdyż:
– łączone elementy są rozdzielone warstwą izolacji termicznej,
– przez izolację przechodzi zbrojenie ze stali nierdzewnej, która charakteryzuje się najniższą przewodnością cieplną spośród metali wykorzystywanych w budownictwie, lub stosuje się w strefie ściskanej drobnowymiarowe elementy betonowe.
Najbardziej znanym przykładem ich zastosowania jest wspornik balkonowy. Rozwiązanie techniczne z łącznikiem stanowi alternatywę dla wykonania izolacji cieplnej na powierzchniach płyty. Główną korzyść z zastosowania tego rozwiązania stanowi możliwość poprowadzenia izolacji cieplnej najkrótszą drogą po powierzchni obudowy, przez co zmniejsza się straty ciepła i uzyskuje wysoką temperaturę wewnętrznej powierzchni obudowy (fRsi równe około 0,8). Spełnienie wymagania odnoszącego się do temperatury wewnętrznej powierzchni obudowy w narożnych węzłach konstrukcyjnych jest szczególnie istotne, ponieważ może być nie do uzyskania za pomocą ocieplenia powierzchni elementów żelbetowych.
Wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ w odniesieniu do najbardziej niekorzystnego przekroju przez próg drzwi balkonowych, w zależności od stopnia zbrojenia łącznika, są niższe o około 30% od wartości tego współczynnika w odniesieniu do wspornika balkonowego z ociepleniem powierzchni płyty.
Fot. 2. Energooszczędne połączenia konstrukcyjne w konstrukcji metalowej; fot. firmy SCHÖCK
Konstrukcje metalowe
W budynkach z konstrukcją metalową oraz w budynkach z lekkimi ścianami osłonowymi metalowo-szklanymi potrzeba zastosowania termoizolacyjnych wyrobów konstrukcyjnych pojawia się w miejscach zamocowania zewnętrznych elementów, np. w podwójnych elewacjach, lub elementów architektonicznych, np. zacieniających.
Wykonanie nośnych połączeń stal–stal o dobrej izolacyjności cieplnej wykonuje się za pomocą odpowiednich łączników mechanicznych ze stali nierdzewnej przechodzących przez znajdującą się między łączonymi elementami izolację termiczną – fot. 2.
Konstrukcje murowe
Szczególny mostek cieplny w obudowie występuje w miejscu oparcia ścian nośnych budynku na ścianach piwnicy lub fundamentowych, gdzie nie ma połączenia między izolacją cieplną ściany zewnętrznej i stropu lub podłogi na gruncie. Pomimo zastosowania izolacji wymienionych przegród zachodzi przepływ ciepła wzdłuż ścian i w zależności od przewodności cieplnej materiałów, z których są wykonane, występują zwiększone straty ciepła oraz obniżenie temperatury wewnętrznej powierzchni.
Znaczną poprawę izolacyjności cieplnej można uzyskać dzięki zastosowaniu „przekładki” termicznej między wymienionymi ścianami, łączącej najkrótszą drogą warstwy izolacji ścian i stropu pod najniższą kondygnacją ogrzewaną lub podłogi na gruncie. Do jej wykonania stosuje się specjalne wyroby składające się z izolacji cieplnej i drobnowymiarowych elementów nośnych przenoszących obciążenia.
dr inż. Robert Geryło
Instytut Techniki Budowlanej
