Obliczanie strat ciepła przez przegrody stykające się z gruntem

W rozumieniu rozporządzenia w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku przez kondygnację podziemną rozumie się kondygnację, której więcej niż połowa wysokości w świetle, ze wszystkich stron budynku, znajduje się poniżej poziomu przylegającego, projektowanego lub urządzonego terenu, a także każdą sytuowaną pod nią kondygnację. Według normy PN-EN 12831:2006 podziemie budynku występuje wówczas, jeśli więcej niż 70% powierzchni ścian zewnętrznych danego pomieszczenia styka się z gruntem. Sprawę rozstrzyga dopiero norma PN-EN ISO 13370:2008, która nie stawia ograniczeń co do zagłębienia piwnic. Pozwala również na policzenie budynku częściowo podpiwniczonego, traktując go jak z całkowitym podpiwniczeniem o zagłębieniu równym ½ z.
Od 1974 r. obowiązuje wymaganie stosowania izolacji cieplnej w pasie poziomym podłogi lub w pasie pionowym przyściennym o szerokości 1,0 m , które zostało sformułowane w wyniku badań prowadzonych w latach 1972–73 przez J.A. Pogorzelskiego. Izolacja ta, określana w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (WT), jako izolacja obwodowa, w normach nosi nazwę odpowiednio:

• według PN-EN ISO 13370:2008 [5] – „izolacji krawędziowej” – i jest obliczeniowo włączana do wartości współczynnika przenikania ciepła podłogi, 
• według PN-EN 12831:2006 [4] – „izolacji bocznej” – i nie jest uwzględniana w wartości współczynnika przenikania ciepła podłogi. 

W zależności od dokumentu oznaczenia współczynnika przenikania ciepła oraz procedury jego wyznaczania są rożne (tabela 1). 

Procedury wyznaczania współczynnika przenikania ciepła przegród stykających się z gruntem

Niezależnie od procedury przygotowuje się dane wyjściowe, które zawierają:

• geometrię podłogi,
• układ warstw w podłodze (płyty z betonu zwykłego i cienkie pokrycia podłogi można pominąć; zaleca się również pominięcie chudego betonu poniżej płyty [5] – rys. 1),
• opory przejmowania dla podłogi według PN-EN ISO 6946:2008 [3]: Rsi = 0,17 (m²·K)/W; Rse = 0 (m²·K)/W,
• w przypadku budynku podpiwniczonego – układ warstw w ścianie piwnic oraz opory przejmowania w odniesieniu do ściany według PN-EN ISO 6946:2008 [3]: Rsi = 0,13 (m²·K)/W; Rse = 0 (m²·K)/W.

Na podstawie geometrii podłogi ustala się parametr obliczeniowy B’ (tabela 2) [5, 6, 8]:

 
gdzie:
Ag − powierzchnia rozpatrywanej płyty podłogowej łącznie ze ścianami zewnętrznymi i wewnętrznymi [m2],
P – obwód rozpatrywanej płyty podłogowej [m].

Znając geometrię węzła, należy stworzyć jego model obliczeniowy, uwzględniający tylko warstwy mające istotne znaczenie w transporcie ciepła (rys. 1).
Według normy EN 12831:2006 [4] równoważny wspłczynnik przenikania ciepła Uequiv,bf elementu budynku (ściany i podłogi stykające się z gruntem) odczytuje się z podanych wykresów lub tablic, przy założeniu, że przewodność cieplna gruntu wynosi 2,0 W/(m²·K).

Na rys. 2 przedstawiono sposób określania równoważnego wspłczynnika przenikania ciepła podłogi stykającej się z gruntem U_equiv,bf przy z = 0 m, podłoga na poziomie terenu.

Na podstawie wykresu, znając wartość wspłczynnika przenikania ciepła podłogi oraz wartość charakterystycznego parametru B’, można wyznaczyć wartość U_equiv,bf.

Wartość równoważnego wspłczynnika przenikania ciepła Uequiv,bf rośnie wraz ze wzrostem wartości wspłczynnika przenikania ciepła Upodłogi i jednocześnie rośnie wraz ze zmniejszaniem się wartości parametru B’.
Największa wartość równoważnego współczynnika U_equiv,bf dotyczy podłogi bez izolacji i wynosi 1,30 W/(m²·K), gdy B’=2 m.

Opisane procedury bazują na normie PN-EN ISO 13370:2008 [5], w której zawarte są wzory uwzględniające szczególne przypadki posadowienia budynków. Wprowadzono również dodatkowe parametry obliczeniowe:

• w przypadku budynku niepodpiwniczonego – dane dotyczące izolacji krawędziowej (D – zagłębienie izolacji, dn – grubość warstwy izolacji),
• grubość ekwiwalentna dt [m] w odniesieniu do podłóg:

• dodatkowa grubość ekwiwalentna izolacji krawędziowej d’ [m]:

gdzie:
w – grubość ściany zewnętrznej [m],
λ – wspłczynnik przewodzenia ciepła gruntu; gliny lub iłu – 1,5, piasku lub żwiru – 2,0, litej skały – 3,5 W/(m·K); gruntu nieznanego – 2,0 W/(m·K),
R_si – według normy PN-EN ISO 6946:2008 [3],
R_se – według normy PN-EN ISO 6946:2008 [3],
R_f – opór cieplny podłogi oraz izolacji, z pominięciem oporów płyt betonowych, chudych betonów i cienkich wykładzin podłogowych [(m²·K)/W],
R’ – dodatkowy opór cieplny izolacji krawędziowej (różnica między oporem izolacji i oporem gruntu lub płyty, którą zastępuje izolacja).

Płyta na gruncie nieizolowana lub średnio izolowana, dt < B’:

Płyta na gruncie dobrze izolowana dt ≥ B’:

W rozpatrywanym przypadku rozważa się dwa warianty:

• płyta na gruncie bez izolacji krawędziowej:

• płyta na gruncie z izolacją krawędziową:
  

gdzie:
Ψ_g,e – zmiana strumienia ciepła wywołana przez izolację krawędziową [W/(m·K)];
 – dla poziomej izolacji krawędziowej:

– dla pionowej izolacji krawędziowej:

Jeżeli węzeł styku budynku z gruntem jest zabezpieczony przed przemarzaniem zarówno pionową, jak i poziomą izolacją krawędziową, to do dalszych obliczeń uwzględnia się tę, której wartość U jest niższa.