Stateczność cieplna przegród w aspekcie dociepleń

W ujęciu potocznym komfort cieplny kojarzy się przede wszystkim z wielkością współczynnika przenikania ciepła, który jest zasadniczym kryterium oceny przegrody w wypadku podejmowania decyzji o docieplaniu ścian.

Na komfort cieplny ma jednocześnie wpływ inne zjawisko, które odczuwamy niejako namacalnie podczas użytkowania mieszkania, a które mieści się pod ogólnym pojęciem stateczności cieplnej przegrody.

Stateczność cieplną przegrody możemy określić, jako właściwość tłumienia wahań strumienia ciepła przechodzącego przez przegrodę w zmiennej wewnętrznej temperaturze. Oczywiście zjawisko pełniejszego komfortu cieplnego zachodzi wtedy, gdy w określonych wahaniach temperatury zmiany strumienia cieplnego w ścianie są małe.

Można wyróżnić dwa rodzaje stateczności cieplnej przegród:

stateczność cieplna w zimie,

– stateczność cieplna w lecie.

Stateczność cieplną w zimie określamy wskaźnikiem „fi”, który jest stosunkiem różnicy temperatury obliczeniowej po obu stronach przegrody do różnicy temperatury obliczeniowej powietrza wewnętrznego i najniższej temperatury na wewnętrznej powierzchni ściany. Zalecana wielkość minimalna tego wskaźnika wynosi co najmniej 4,5.

Stateczność cieplna w lecie oceniana jest na podstawie:

– wskaźnika (n) tłumienia wahań fal temperatury powietrza zewnętrznego w porównaniu ze zmianą temperatury przegrody po stronie wewnętrznej (zalecana wielkość n > 15 dla ścian południowych, wschodnich i zachodnich),

– wartości (e) przesunięcia faz fal temperatury, która jest miarą czasu, po jakim impuls temperatury ze strony zewnętrznej przegrody dotrze do jej wewnętrznej powierzchni (zalecana wartość 8-10 h).

Spróbujemy ocenić stateczność w zimie i w lecie dwóch typów przegród:

– otynkowanej ściany z cegły pełnej grubości 38 cm,

– otynkowanej ściany z bloczków gazobetonowych grubości 24 cm,

– ocieplonych następnie metodą lekką mokrą z użyciem styropianu grubości 10 cm.

Wyniki obliczeń Ściana z cegły pełnej Ściana z gazobetonu Ściana z cegły docieplonej Ściana z gazobetonu docieplona
Stateczność
cieplna Ψ
3,9 3,9 16,6 13,9
w zimie n
49,9 15,6 670 148
w lecie e
13,3 7,5 15,1 9,8

Tab.1  Stateczność cieplna przegród zimą i latem

Do obliczeń stateczności cieplnej w zimie załóżmy, że centralne ogrzewanie działa w nocy słabiej, tj. z ośmiogodzinną przerwą w ciągu doby. Odpowiada to sposobowi ogrzewania z użyciem gazu w budownictwie indywidualnym, gdzie nocą programuje się zmniejszenie wydajności cieplnej. W obu wypadkach współczynnik nierównomierności ogrzewania wynosi m = 0,55. Wyniki obliczeń stateczności cieplnej zimą i latem obu typów ścian przedstawiono w tabeli 1.

Otrzymane wyniki wskazują, że dla przyjętego sposobu ogrzewania mieszkania stateczność cieplna w zimie zarówno ściany z cegły, jak i z gazobetonu (bez docieplenia) nie spełnia wymagań. Sytuację można poprawić, zmieniając sposób ogrzewania na całodobowy – bez przerw (a więc ponosząc stałe, dodatkowe koszty ogrzewania) lub też docieplając ściany, np. metodą lekką mokrą (jednorazowy nakład inwestycyjny). Korzystniejszym rozwiązaniem jest docieplenie ścian, w wyniku czego wskaźnik stateczności cieplnej w zimie wzrasta około czterokrotnie i spełnia z nadmiarem zalecane wymagania.

Wystarczającą stateczność cieplną w lecie ma przed ociepleniem tylko ściana z cegły pełnej, pomimo większego współczynnika przenikania ciepła w porównaniu ze ścianą gazobetonową.

Wartość współczynnika tłumienia amplitudy wahań temperatury (n) ściany gazobetonowej ma akurat zalecaną minimalną wartość, lecz już przesunięcie faz fal temperatury (e) jest krótsze niż wymagają tego ściany skierowane na południe i zachód. Ocieplenie tej ściany poprawia stateczność cieplną w lecie do wartości zalecanych.

Ustalmy teraz, jak mieszkaniec będzie odczuwał wpływ poszczególnych wielkości związanych ze statecznością cieplną w wypadku ściany z gazobetonu. Tak więc, jeśli zimą średnia temperatura powietrza zewnętrznego wynosi -20°C, to minimalna temperatura powierzchni wewnętrznej ściany niedocieplonej może spaść do 9,7°C (zakładając nocną przerwę w ogrzewaniu).

W wypadku ogrzewania ciągłego temperatura wewnętrznej części ściany wyniosłaby 13°C. Po ociepleniu natomiast temperatura na powierzchni ściany nie będzie mniejsza niż 17,1°C (zakładając taki sam sposób ogrzewania – z przerwą nocną). Różnica pomiędzy tymi dwoma wypadkami jest bardzo odczuwalna przez lokatora i przemawia jednoznacznie za koniecznością ocieplenia ścian.

Stateczność cieplną w lecie możemy ocenić następująco: jeśli dobowe wahania temperatury zewnętrznej powierzchni ściany w słonecznym dniu wynoszą średnio 50°C, to wahania temperatury na wewnętrznej powierzchni nie docieplonej ściany ok. 3,2°C. Po ociepleniu wahania temperatury nie przekroczą 0,33°C.

Najwyższa temperatura na zewnętrznej powierzchni ściany (ok. godz. 1300) dotrze po 7,5 h do powierzchni wewnętrznej w wypadku ściany nie ocieplonej i po 9,8 h (a więc dopiero ok. godz. 2300) w przypadku ściany docieplonej. Wynika z tego, że ocieplenie ścian (szczególnie lekkich, o małym ciężarze objętościowym) wpływa korzystnie na komfort cieplny również latem.

Przykłady wyraźnie wskazują na to, iż ocieplenie ścian zewnętrznych przynosi korzyści nie tylko w postaci zmniejszenia kosztów ogrzewania, ale jednocześnie powoduje zdecydowaną poprawę gospodarki cieplnej człowieka oraz uczucia fizjologicznego chłodu w zimie i przegrzania w lecie. Ulega więc poprawie komfort cieplny w pomieszczeniu i jest to dodatkowy argument przemawiający za ociepleniem ścian.

 

Ocena płyt warstwowych zewnętrznych w ścianach budynków wielkopłytowych

W celu zapewnienia bezpieczeństwa użytkowania budynków wielkopłytowych z zewnętrznymi ścianami warstwowymi niezbędne jest okresowe dokonywanie kontroli stanu tych płyt. Konieczność dokonywania kontroli wynika z:

– wymagań ustawy Prawo budowlane,

– konieczności oceny stanu technicznego płyt warstwowych przed przystąpieniem do termorenowacji budynku,

– ustalenia zakresu remontu ścian.

Usterki zaistniałe w trakcie realizacji, jak również okresowe niedobory materiałów występujące w kraju przez wiele lat, a także mała skuteczność nadzoru spowodowały, że sposób zamocowań płyt elewacyjnych często różni się od projektowanego. O trwałości i bezpieczeństwie płyt warstwowych decydują łączniki warstw, spinające poszczególne warstwy i zapewniające ich współpracę. Wady nie zawsze powodują występowanie uszkodzeń widocznych na powierzchni elementów. Poprawność wykonania połączeń oraz występowanie korozji łączników można stwierdzić dopiero po wykonaniu odkrywek i po przeprowadzeniu odpowiednich badań. Szczególne znaczenie kontroli żelbetowych elementów warstwowych jest związane z dociążaniem warstw zewnętrznych ścian budynków w czasie termorenowacji. Po wykonaniu docieplenia ścian ustalenie stanu technicznego zamocowań będzie bardzo utrudnione.

W zależności od zakresu i terminów wykonania można rozróżnić dwa rodzaje kontroli warstw elewacyjnych.

 

Kontrola okresowa zgodnie z ustawą Prawo budowlane jest obowiązkiem właściciela lub nadzorcy budynku i w przypadku elewacji budynków podlegających oddziaływaniu czynników atmosferycznych powinna być przeprowadzona co 12 miesięcy. Przeglądy mogą być prowadzone przez odpowiednie służby techniczne użytkownika lub przez rzeczoznawców budowlanych odpowiedniej specjalności. Kontrola polega na sprawdzeniu sprawności technicznej elementów elewacji oraz innych części budynku, wpływających na sposób oddziaływania czynników zewnętrznych na płyty elewacyjne. Powinna ona obejmować również system odwodnienia dachów i ścian oraz uszczelnienia połączeń między elementami. Zalecenia pokontrolne powinny umożliwiać likwidację wad wpływających na przyspieszenie degradacji. Szczególne znaczenie ma zmniejszenie zawilgocenia warstw elewacji, ponieważ w ten sposób zostają ograniczone procesy destrukcji spowodowane postępującą korozją. Wyniki kontroli okresowych powinny zawierać informacje o wyglądzie zewnętrznym płyt i mogą być sygnałem do przeprowadzenia badań pełnych.

 

Kontrola pełna elementów żelbetowych warstwowych jest przeprowadzana w przypadkach, gdy potrzebna jest znajomość stanu technicznego elementów. Zachodzi tu konieczność wykonania obliczeń wytrzymałościowych w celu potwierdzenia, czy są spełnione wymagania bezpieczeństwa eksploatacji elewacji. Badania i ocena techniczna powinny być przeprowadzone przez rzeczoznawców budowlanych mających odpowiednie kompetencje i doświadczenie.

Analiza bezpieczeństwa żelbetowych elementów warstwowych wynika z analiz cząstkowych, stanu technicznego wszystkich badanych części elementów. W trakcie badań uzyskuje się dane o właściwościach kontrolowanych części i wyrobów, a przez porównanie z wymaganiami określa się zgodność stanu z projektem i dokumentacją. Następnie interpretuje się wyniki badań i na podstawie odpowiednich norm i instrukcji formułuje się konkretne wnioski dotyczące stanu technicznego.

Przy analizach należy uwzględnić wzajemną współpracę i wzajemny wpływ poszczególnych części i wyrobów. Na przykład, wilgotność wełny mineralnej nie ma dużego znaczenia dla trwałości ocieplenia, powoduje natomiast zagrożenie korozyjne łączników.

Na trwałość żelbetowych elementów warstwowych mogą mieć wpływ procesy korozji łączników warstw, tzn. wieszaków, oraz zbrojenia warstwy fakturowej. Przy analizie zagrożenia korozyjnego należy uwzględniać czynniki stwarzające zagrożenie korozyjne i stymulujące procesy korozji.

Badania wymagają dużego nakładu pracy i są kosztowne. Wpływa na to również koszt wykonania rusztowań, które są niezbędne do prowadzenia badań.

W pewnych przypadkach można podjąć decyzję o konieczności wzmacniania płyt bez badań. Zależy to od systemu. Na przykład w systemie Wk70, gdzie na powierzchni elementu są 3 lub 2 wieszaki, można podjąć decyzję o wzmacnianiu bez prowadzenia kosztownych badań. Natomiast nie ma takiej potrzeby w przypadku ścian zewnętrznych systemu WWP, ponieważ były one wykonywane z betonowym mostkiem termicznym.

Zasady wykonywania badań i oceny betonowych płyt warstwowych w budynkach mieszkalnych zostały przedstawione w Instrukcji ITB nr 360/99 oraz w Instrukcji ITB nr 374/2002. Ponadto, w zeszycie 4 Instrukcji ITB nr 374/2002 zostały przedstawione zasady projektowania i wykonania dodatkowych połączeń warstwy fakturowej z warstwą konstrukcyjną wielkopłytowych ścian zewnętrznych.

W ostatnich latach wprowadzono w Polsce kilkanaście norm zgodnych z normami europejskimi EN oraz ISO, dotyczących badania, projektowania i wykonywania zewnętrznych przegród budowlanych pod względem cieplno – wilgotnościowym.

Nowe Instrukcje ITR i Polskie Normy:

– Instrukcja ITB nr 334/96. Ocieplanie ścian zewnętrznych metodą „lekką mokrą”.

– Instrukcja ITB nr 360/99. Badania i ocena betonowych płyt warstwowych w budynkach mieszkalnych.

– Instrukcja ITB nr 374/2002. Budynki wielkopłytowe – wymagania podstawowe.

– Instrukcja ITB nr 389/ 20003. Katalog mostków cieplnych. Budownictwo tradycyjne.

– PN-EN ISO 6946:1999. Komponenty budowlane i elementy budowlane.

– PN-EN 1946-5:2002. Właściwości cieplne wyrobów i komponentów budowlanych. Pomiary metodami aparatu rurowego.

– PN-EN ISO 10077-1:2002. Właściwości cieplne drzwi, okien i żaluzji.

– PN-EN10211-2:2002 Mostki cieplne w budynkach. Liniowe mostki cieplne.

– PN-EN 12570: 2002. Cieplno – wilgotnościowe właściwości materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie wilgotności przez suszenie.

– PN-EN 12524:2002 U. Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno – wilgotnościowe. Stabelaryzowane wartości obliczeniowe.

– PN-EN 12572:2002 U. Cieplno – wilgotnościowe właściwości materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie właściwości transportu pary wodnej.

– PN-EN ISO 13788:2002 U. Cieplno – wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej umożliwiająca uniknięcie krytycznej wilgotności powierzchni i wewnętrznej kondensacji.

– PN-EN ISO 10456:2002 U. Materiały i wyroby budowlane. Procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych.

Źródło:
Izolacje nr 11/12 2003