Fasada wentylowana jako nowoczesna elewacja budynków niskoenergetycznych
Przykład szkieletu ściany wentylowanej. Do konstrukcji nośnej ściany (bloczki, cegły, beton itd.) zamocowano szkielet metalowy, 2-warstwowe ocieplenie, zachowano szczelinę wentylacyjną; wykończenie zewnętrzne (kasety stalowe, płyty włókno-cementowe, itp.)
Paroc/archiwum redakcji
Fasady wentylowane mogą spełniać kryterium rozwiązania energooszczędnego, zarówno przy realizacji nowych budynków, jak i przy termorenowacji budynków już istniejących. Stosowanie tych technologii nie ma też praktycznie ograniczeń temperaturowych dotyczących procesu technologicznego, ponieważ nie wykonuje się prac mokrych na budowie.
Zobacz także
PU Polska – Związek Producentów Płyt Warstwowych i Izolacji Płyty warstwowe i odnawialne źródła energii jako duet energooszczędności
Płyty warstwowe od wielu lat cieszą się niesłabnącą popularnością wśród projektantów i wykonawców skupionych wokół budownictwa przemysłowego. Coraz częściej jednak biura projektowe sięgają po ten produkt...
Płyty warstwowe od wielu lat cieszą się niesłabnącą popularnością wśród projektantów i wykonawców skupionych wokół budownictwa przemysłowego. Coraz częściej jednak biura projektowe sięgają po ten produkt w kontekście domów jedno- lub wielorodzinnych. W zestawieniu z pozyskiwaniem energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (OZE) stanowią gotowy przepis na sprawnie zaizolowany termicznie budynek z osiągniętą niezależnością energetyczną.
fischer Polska sp. z o.o. Zalecenia dotyczące renowacji istniejącego systemu ETICS
Przed podjęciem decyzji o wykonaniu dodatkowego docieplenia konieczna jest szczegółowa inwentaryzacja istniejącego układu/systemu ocieplenia oraz podłoża. Ocenę taką należy wykonać etapowo.
Przed podjęciem decyzji o wykonaniu dodatkowego docieplenia konieczna jest szczegółowa inwentaryzacja istniejącego układu/systemu ocieplenia oraz podłoża. Ocenę taką należy wykonać etapowo.
RAXY Sp. z o.o. Nowoczesne technologie w ciepłych i zdrowych budynkach
Poznaj innowacyjne, specjalistyczne produkty nadające przegrodom budowlanym odpowiednią trwałość, izolacyjność cieplną i szczelność. Jakie rozwiązania pozwolą nowe oraz remontowane chronić budynki i konstrukcje?
Poznaj innowacyjne, specjalistyczne produkty nadające przegrodom budowlanym odpowiednią trwałość, izolacyjność cieplną i szczelność. Jakie rozwiązania pozwolą nowe oraz remontowane chronić budynki i konstrukcje?
Krajowy plan wsparcia [1] zawiera rekomendowaną do stosowania w praktyce krajową definicję, zgodnie z którą "budynek o niskim zużyciu energii" to taki budynek, który spełnia wymogi związane z oszczędnością energii i izolacyjnością, zawarte w przepisach techniczno-użytkowych, o których mowa w art. 7 ust. 1 pkt 1 ustawy - Prawo budowlane [2], tj. w szczególności dział X oraz załącznik 2 do rozporządzenia [3], obowiązujące od 1 stycznia 2021 r. (w przypadku budynków zajmowanych przez władze publiczne oraz będących ich własnością - od 1 stycznia 2019 r.).
13 sierpnia 2013 r. opublikowano w Dzienniku Ustaw rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3].
W tym akcie prawnym określono m.in. niższe wartości maksymalne współczynnika przenikania ciepła UC(max) [W/(m2·K)] dotyczące przegród zewnętrznych budynków oraz niższe wartości graniczne wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP(max) [kWh/(m2·rok)], zmieniające się w okresie 2014-2016, 2017-2020 i po 2021 r.
Według przepisów prawnych od 1 stycznia 2017 r. obowiązują m.in. nowe (niższe) wartości graniczne UC(max) [W/(m2·K)] dla pojedynczych przegród. Zasadniczą zmianą rozporządzenia w zakresie ochrony cieplnej budynków [3] jest obniżenie wartości maksymalnych współczynnika przenikania ciepła UC(max). Zaostrzeniu uległy wymagania cząstkowe w zakresie izolacyjności cieplnej ścian zewnętrznych, dachów, podłóg oraz okien i drzwi. Ponadto nie ma już znaczenia typ przegrody (wielo- czy jednowarstwowa) oraz przeznaczenie obiektu (mieszkalny, użyteczności publicznej, magazynowy, gospodarczy itp.).
Abstrakt |
W artykule przedstawiono charakterystykę materiałową przykładowych fasad wentylowanych w aspekcie spełnienia wymagań standardu niskoenergetycznego budynków. Podano obowiązujące wymagania w zakresie izolacyjności. Przytoczono metody obliczania strat ciepła przez przegrody wentylowane. Ventilated façade as an advanced façade solutions for low-energy housesThe article presents the characteristics of materials in sample ventilated facades in the aspect of compliance with low-energy standard for buildings. The applicable insulation performance requirements are quoted. There is a discussion of methods of calculating heat losses through ventilated building envelope. |
Wartości maksymalne współczynnika przenikania ciepła ścian zestawiono w TAB. 1. W związku z tym istnieje potrzeba przeprowadzenia analiz i ocen proponowanych rozwiązań materiałowych przegród zewnętrznych z uwzględnieniem fasad wentylowanych.
Analiza rozwiązań materiałowych fasad wentylowanych
Współczesne konstrukcje ścian zewnętrznych, w tym fasady wentylowane, mają wewnątrz szczeliny powietrzne, które odprowadzają nadmierną wilgoć poza przegrodę.
Fasady wentylowane mogą być wykonane w dwóch technologiach:
- technologia lekka-sucha (montaż elewacji z sidingu, płyt włókno-cementowych, płyt cementowych, laminatów, elementów drewnianych, blachy aluminiowej itp.) - RYS. 1-3,
- technologia ciężka-sucha (ciężkie płyty kamienne lub płyty z kruszywa kamiennego spojonego żywicą) - RYS. 4-6.
Obie technologie mogą spełniać kryterium rozwiązania energooszczędnego, zarówno przy realizacji nowych budynków, jak i przy termorenowacji budynków już istniejących. Stosowanie tych technologii nie ma praktycznie ograniczeń temperaturowych dotyczących procesu technologicznego, ponieważ na budowie nie wykonuje się prac mokrych.
Do podłoży pełnych typu A, B (cegła, beton itp.) zaleca się stosowanie łączników z trzpieniem wbijanym lub wkręcanym.
Do podłoży otworowych/poryzowanych typu C, D, E (np. cegła dziurawka, gazobeton itp.) zaleca się stosowanie łączników z trzpieniem wkręcanym.
Jako łączników używa się tworzywowych kołków mechanicznych z trzpieniem stalowym z obtryskiem poliamidem z włóknem szklanym i kołnierzem z tworzywa sztucznego o średnicy min. Ø6 cm. Długość łącznika powinna być sumą grubości płyty izolacyjnej, głębokości zakotwienia i uwzględniać ewentualne nierówności powierzchni podłoża.
Welon szklany, pełniący rolę wiatroizolacji, układa się od strony zewnętrznej, w celu eliminowania penetracji izolacji przez wiatr oraz minimalizacji ewentualnego przenikania wilgoci atmosferycznej do termoizolacji. Płyty można układać w 1 lub 2 warstwach.
Ułożenie płyt w 2 warstwach minimalizuje wpływ mostków termicznych, jednak w obydwu przypadkach należy:
- układać płyty ściśle przy sobie tak, aby na styku płyt nie powstały liniowe mostki termiczne;
- druga warstwa płyt powinna być przesunięta o połowę długości i ewentualnie obrócona o 90° tak, aby na łączeniach płyt warstwy pierwszej znajdowały się pełne płyty warstwy drugiej.
Należy unikać zbyt mocnego dociskania wełny kołkami, w efekcie którego może nastąpić tzw. efekt poduszkowania - odginania rogów płyty i tworzenia się mostków termicznych. Na narożach budynku płyty z wełny ułożone z przesunięciem powinny zachodzić na siebie [4].
W procesie projektowania cieplnego fasad wentylowanych istotne znaczenie ma dobór odpowiedniego materiału termoizolacyjnego o określonej grubości i spełnienie podstawowego kryterium: UC ≤ UC(max).
Materiały do warstwy izolacji cieplnej, zalecane do tego typu przegród, powinny charakteryzować się niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] i dużą porowatością. Inne parametry techniczne są zależne od ich pochodzenia.
Do grupy materiałów warstwy izolacji cieplnej można zaliczyć takie materiały, jak:
- wełna mineralna - materiał nieorganiczny, włóknisty, produkowany z mieszaniny surowców naturalnych (bazalty, margle) i odpadowych (żużel wielkopiecowy);
- płyty z poliuretanu (PUR) i płyty z poliizocyjanuratu (PIR) - twarde płyty piankowe, które są odporne termicznie i niepalne, o niższych wartościach współczynnika przewodzenia ciepła niż np. wełna mineralna i styropian;
- płyty celulozowe - włókna celulozowe są produktem przyjaznym naturze, ponieważ powstają z surowców wtórnych, a konkretnie z makulatury; powstające w efekcie mielenia papierowych resztek, impregnowane są preparatami solnymi (dzięki temu zyskują wysoką odporność na mikroorganizmy, owady, a także na ogień, włóknoceluloza to materiał trudnozapalny); włóknoceluloza potrafi również pochłaniać dźwięki i zwiększa komfort akustyczny w izolowanych nią budynkach;
- płyty fenolowe i płyty rezolowe - płyty izolacyjne o zamkniętej strukturze komórkowej z rdzeniem uzyskiwanym z żywicy fenolowo-formaldehydowej; płyty pokryte są po obu stronach welonem szklanym spojonym z rdzeniem w procesie produkcji; charakteryzują się m.in. niską absorpcją wilgoci, dużą wytrzymałością mechaniczną.
Przed wyborem odpowiedniego materiału do izolacji cieplnej należy zwrócić uwagę na następujące właściwości:
- współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)],
- gęstość objętościowa,
- izolacyjność akustyczna,
- przepuszczalność pary wodnej,
- współczynnik oporu dyfuzyjnego μ [-],
- wrażliwość na czynniki biologiczne i chemiczne.
Metody obliczeniowe strat ciepła przez fasady wentylowane
Straty ciepła przez pojedyncze elementy budynku, przy przyjęciu pewnych uproszczeń, można określić za pomocą współczynnika przenikania ciepła U [W/(m2·K)] (RYS. 7).
Współczynnik przenikania ciepła U [W/(m2·K)] określa stratę ciepła odniesioną do jednostkowej różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej oraz jednostkowej powierzchni elementu budowlanego:
gdzie:
RT - całkowity opór cieplny przegrody złożonej z płaskich warstw jednorodnych [(m2·K)/W], obliczony ze wzoru:
gdzie:
Rsi - opór przejmowania ciepła na powierzchni wewnętrznej [(m2·K)/W],
Rn - obliczeniowe opory cieplne każdej warstwy [(m2·K)/W],
d - grubość warstwy [m],
λ - obliczeniowy współczynnik przewodzenia ciepła materiału [W/(m·K)] przyjmuje się na podstawie PN-EN 12524:2003 [5], tablice z literatury, dane producenta,
Rse - opór przejmowania ciepła na powierzchni zewnętrznej [(m2·K)/W].
Zgodnie z normą PN-EN ISO 6946:2008 [6] ze względów obliczeniowych szczeliny dzieli się na trzy grupy:
- szczeliny z niewentylowaną warstwą powietrza, niepołączone lub połączone z powietrzem atmosferycznym otworami o polu powierzchni nieprzekraczającym 500 mm2 na 1 m szczeliny pionowej i na 1 m2 powierzchni szczeliny poziomej,
- szczeliny ze słabo wentylowaną warstwą powietrza, połączone z powietrzem atmosferycznym otworami o polu powierzchni > 500 mm2 i nieprzekraczającym 1500 mm2 na 1 m szczeliny pionowej i na 1 m2 powierzchni szczeliny poziomej,
- szczeliny z dobrze wentylowaną warstwą powietrza, połączone z powietrzem atmosferycznym otworami o polu powierzchni > 1500 mm2 na 1 m szczeliny pionowej i na 1 m2 powierzchni szczeliny poziomej.
Pole powierzchni otworów dotyczy zarówno otworów wlotowych, jak i wylotowych.
Do obliczonej wartości współczynnika przenikania ciepła U [W/(m2·K)] w przypadku fasad wentylowanych należy dodać wartości poprawek korygujących wpływ:
- nieszczelności w warstwie izolacji,
- łączników mechanicznych przechodzących przez warstwę izolacyjną,
- opadów na dach o odwróconym układzie warstw.
Skorygowany współczynnik przenikania ciepła UC [W/(m2·K)] uzyskuje się, wprowadzając trzon korekcyjny ΔU:
Człon korekcyjny ΔU [W/(m2·K)] wyraża następującym wzorem:
gdzie:
ΔUg - poprawka na nieszczelności,
ΔUf - poprawka na łączniki mechaniczne.
Istotne znaczenie przy określaniu strat ciepła przez płaską ścianę zewnętrzną z fasadą wentylowaną ma uwzględnienie wpływu łączników mechanicznych.
Poprawka na łączniki mechaniczne ΔUf [W/(m2·K)] ma zastosowanie, gdy warstwę termoizolacji przebijają metalowe łączniki mechanicznej. Wyznacza się ją w sposób uproszczony na podstawie zależności:
[W/(m2·K)]
gdzie:
α = 0,8·d1/d0
λf - współczynnik przewodności cieplnej łącznika mechanicznego; np. dla stali λf = 50 W/(m×K), dla stali nierdzewnej λf = 17 W/(m×K),
nf - liczba łączników na 1 m2,
Af - pole przekroju poprzecznego jednego łącznika [m2],
d0, d1 - grubość odpowiednio: termoizolacji oraz części metalowej łącznika zanurzonej w warstwie termoizolacyjnej [m],
R1, RT,h - opór cieplny odpowiedni: termoizolacji oraz całej przegrody (z pominięciem mostków cieplnych) [(m2·K)/W].
Poprawki ΔUf nie uwzględnia się (nie stosuje się) w następujących sytuacjach:
- łącznik przechodzi przez pustą szczelinę,
- końce łącznika stykają się obustronnie z metalem,
- współczynnik przewodności cieplnej łącznika jest mniejszy od 1 W/(m·K).
Istnieje także możliwość uwzględnienia łączników mechanicznych, określając wartość punktowego współczynnika przenikania ciepła χ [W/K] przy zastosowaniu programu komputerowego.
Podsumowanie
Istotny wpływ na wartość współczynnika przenikania ciepła ściany zewnętrznej U [W/(m2·K)] ma wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] materiału izolacyjnego. W odniesieniu do jednego rodzaju izolacji może się ona wahać w znacznym przedziale w zależności od produktu, co wynika z szybkiego rozwoju rynku materiałów termoizolacyjnych oraz coraz bardziej zaawansowanych technologii produkcyjnych.
Obliczenia i analizy w tym zakresie przedstawiono w pracach:
- "Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle aktualnych warunków technicznych dotyczących budynków. Obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych i ich złączy" [7]
- "Zasady projektowania budynków energooszczędnych" [8].
Istnieje potrzeba opracowania kart katalogowych dotyczących łączników mechanicznych z określeniem dodatkowych straty ciepła w postaci punktowego współczynnika przenikania ciepła χ [W/K] oraz rozkładu temperatur z określeniem temperatur minimalnych oraz czynnika temperaturowego fRsi [-].
Należy także podkreślić, że przy kształtowaniu układu warstw materiałowych przegród zewnętrznych i ich złączy trzeba uwzględniać kryteria w zakresie:
- izolacyjności cieplnej,
- kondensacji powierzchniowej i międzywarstwowej,
- izolacyjności akustycznej,
- ochrony przeciwpożarowej
- oraz nośności i trwałości konstrukcji.
Niektóre układy warstw materiałowych spełniają wymagania w zakresie izolacyjności cieplnej (UC ≤ UC(max)), należy jednak przeprowadzić jeszcze analizy w zakresie wymagań wilgotnościowych, akustycznych lub przeciwpożarowych.
W procesie projektowym i wykonawczym istotne jest także opracowanie kart katalogowych złączy budowlanych z poprawnymi rozwiązaniami konstrukcyjno-materiałowymi fasad wentylowanych.
Literatura
1. Uchwała Rady Ministrów z dnia 22 czerwca 2015 r. w sprawie przyjęcia "Krajowego planu mającego na celu zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu energii".
2. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane (DzU z 2013 r. poz. 1409, z późn.zm.).
3. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowania (DzU z 2013 r., poz. 926). (Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lipca 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. DzU z 2015 r., poz. 1422).
4. http://www.knaufinsulation.pl/doradztwo/izolacja-scian‑zewnetrznych/fasady-wnetylowane).
5. PN-EN 12524:2003, "Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe".
6. PN-EN ISO 6946:2008, "Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania".
7. K. Pawłowski, "Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle aktualnych warunków technicznych dotyczących budynków. Obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych i ich złączy", GW Medium, Warszawa 2016.
8. K. Pawłowski, "Zasady projektowania budynków energooszczędnych", GW Medium, Warszawa 2017.