Analiza rozwiązań materiałowych podłóg na stropach w budynkach - studium przypadku

Podłoga jest elementem wykończeniowym nadającym podłożu wymagane cechy użytkowe, estetyczne oraz właściwości izolacyjne (akustyczne, termiczne, przeciwwilgociowe). Składa się zasadniczo z kilku warstw ze zróżnicowanych materiałów. Układa się je na stropach międzykondygnacyjnych oraz na gruncie w przypadku pomieszczeń najniższej kondygnacji.

Rodzaje podłóg można podzielić w zależności od następujących czynników:

• przeznaczenie (budynki mieszkalne, przemysłowe, użyteczności publicznej o zróżnicowanym przeznaczeniu),
• materiał posadzki (drewno, tworzywa sztuczne, materiały mineralne i bitumiczne),
• wymagania techniczno-użytkowe (izolacyjność termiczna, dźwiękochłonność, chemoodporność, wodoszczelność),
• usytuowanie w budynku (na gruncie, międzykondygnacyjna, nad piwnicami, nad przejazdami) [1].

Przykładowe rozwiązania materiałowe podłogi na stropie międzykondygnacyjnym

Rozwiązania materiałowe podłóg na stropie międzykondygnacyjnym są zróżnicowane w zależności od wielu czynników. Jednak można wyodrębnić kilka podstawowych warstw: sufit, warstwa konstrukcyjna - strop, izolacja przeciwwilgociowa, izolacja (termiczna lub akustyczna), listew dylatacyjna oddzielająca warstwy podłogi od ściany, podkład pod posadzkę, posadzka.

Sufit wykonany jest w postaci tynku wewnętrznego, płyt gipsowo-kartonowych, płyt drewnopochodnych lub w postaci sufitu podwieszanego.

Strop kondygnacyjny może występować w różnej postaci materiałowej i konstrukcyjnej: strop drewniany, żelbetowy, ceramiczny, na belkach stalowych, płytowy czy też gęstożebrowy. Pełni funkcję nośną związaną z przenoszeniem obciążeń własnych i zewnętrznych, ale także ma istotne znaczenie w zakresie izolacyjności akustycznej.

Warstwy izolacyjne układane są często bezpośrednio na stropie jako: izolacja przeciwwilgociowa w postaci foli budowlanej, papy na lepisku lub masy bitumicznej, izolacja wodoszczelna w tzw. pomieszczeniach mokrych - sanitarnych oraz gospodarczych (a także na gruncie przy wysokim poziomie wody gruntowej), izolacja paroszczelna nad pomieszczeniami o bardzo dużej wilgotności (nad pralnią, suszarnią, kotłownią, sauną), izolacja termiczna (nad nieogrzewanymi piwnicami, nad ostatnią kondygnacją użytkową (ogrzewaną) oraz nad przejazdami wykonana m.in. z płyt z wełny mineralnej twardej, płyt styropianowych lub płyt z pianki poliuretanowej PIR, izolacja akustyczna pomiędzy pomieszczeniami lub w szczególnych przypadkach, gdy wymagane jest wyciszenie pomieszczenia ze względu na specyfikę sposobu użytkowania w postaci m.in. płyt z wełny mineralnej twardej, płyt pilśniowych twardych lub ekologicznych materiałów izolacyjnych.

Podkład pod posadzkę stanowi warstwę wyrównawczą (w odniesieniu do izolacji) oraz przejmującą obciążenia i przekazującą je na warstwy konstrukcyjne podłoża. Powinien być równo ułożony i dobrze wypoziomowany oraz mieć odpowiednią wytrzymałość. Od dokładności jego wykonania zależy trwałość i estetyka posadzki. Na podkłady stosuje się specjalne zaprawy cementowe lub gipsowe albo jastrychy. W przypadku stosowania ogrzewania podłogowego podkład musi umożliwić prawidłowe ułożenie przewodów instalacji, aby chronić je przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Posadzka stanowi wierzchnią warstwę podłogi jako wykończenie. Musi spełniać odpowiednie cechy fizyczne i mechaniczne - wytrzymałość na ścieranie, odporność na wodę i inne substancje chemiczne, mrozoodporność, walory antypoślizgowe.

Na RYS. 1-3 przedstawiono przykładowe rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe podłóg na stropach międzykondygnacyjnych.

Najbardziej popularna i skuteczna metoda izolacji akustycznej stropów polega na wykonaniu tzw. podłogi pływającej, czyli wylewki cementowej na podkładzie z płyt z hydrofobizowanej wełny skalnej lub styropianu.

W celu zwiększenia izolacyjności od dźwięków uderzeniowych można zastosować płyty z wełny skalnej. Charakteryzują się one dobrą sprężystością, dzięki czemu podłoga pływająca wykonana z płyt izolacyjnych grubości 40 mm charakteryzuje się wskaźnikiem ważonego zmniejszenia poziomu uderzeniowego stropu wzorcowego Δ_lw = 27 dB i może być zakwalifikowana do klasy akustycznej II.

Badania wykazały, że zwiększenie grubości płyt izolacyjnych nie wpływa w znaczący sposób na polepszenie izolacyjności akustycznej.

Innym sposobem poprawy izolacyjności akustycznej staje się wykonanie sufitu podwieszanego z płyt gipsowo-kartonowych na konstrukcji niezależnej od konstrukcji stropu, z izolacją akustyczną z wełny szklanej lub skalnej. Natomiast w stropach na belkach drewnianych poprawę izolacyjności akustycznej można uzyskać poprzez zastosowanie przekładek z filcu, gumy lub pianki poliuretanowej zakładanych między belkami a poszyciem [2].

Należy podkreślić, że aby podłoga pływająca miała stanowić skuteczną izolację akustyczną między kondygnacjami wylewka betonowa na materiale izolacyjnym nie może mieć bezpośredniego styku ze stropem i ścianami otaczającymi. Dlatego wzdłuż całego obwodu ścian powinien być zakładany pas dylatacji obwodowej o wysokości sięgającej do górnego poziomu wylewki betonowej.

Szczegółowe wymagania izolacyjności akustycznej przegród wewnętrznych w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych podano w PN­‑B-02151-03:1999 [3]. Natomiast dopuszczalne wartości poziomu dźwięków uderzeniowych przenikających do pomieszczeń chronionych w budynkach mieszkalnych zestawiono w PN-B­‑02151-3:2015-10 [4].

Rozwiązania materiałowe podłogi na stropie międzykondygnacyjnym w aspekcie wymagań cieplno-wilgotnościowym

Osiągnięcie niskiego obliczeniowego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP [kWh/(m2·rok)] dla "budynku o niskim zużyciu energii" jest możliwe m.in. poprzez poprawne zaprojektowanie przegród zewnętrznych i ich złączy.

Zgodnie z rozporządzeniem [5] maksymalna wartość współczynnika przenikania ciepła dla ściany zewnętrznej od 31.12.2020 roku U_cmax = 0,20 W/(m2·K), natomiast dla stropów nad przejazdami U_cmax= 0,15 W/(m2·K).

Należy także zwrócić uwagę na wymagania w zakresie kryterium wilgotnościowego:

• kondensacji powierzchniowej (ryzyko występowania pleśni i grzybów pleśniowych),
• kondensacji międzywarstwowej.

W związku z powyższym w artykule przedstawiono wyniki obliczeń parametrów fizykalnych kilku wariantów rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych połączenia ściany zewnętrznej ze stropem z warstwami podłogi pływającej.

W pierwszym etapie obliczeń wytypowano połączenie ściany zewnętrznej dwuwarstwowej ze stropem międzykondygnacyjnym. Przyjęto następujące rozwiązania materiałowe:

• podłoga pływająca:
  tynk gipsowy gr. 1 cm, λ = 0,40 W/(m·K),
  strop żelbetowy gr. 14 cm, λ = 1,70 W/(m·K),
  folia budowlana,
  wełna mineralna twarda gr. 5 cm, λ = 0,04 W/(m·K),
  folia budowlana,
  pas dylatacji obwodowej,
  wylewka cementowa gr. 3 cm, λ = 1,00 W/(m·K),
  parkiet drewniany gr. 1 cm, λ = 0,18 W/(m·K),
• ściana zewnętrzna:
  tynk gipsowy gr. 1 cm, λ = 0,40 W/(m·K),
  bloczki z betonu komórkowego gr. 24 cm, λ = 0,21 W/(m·K),
  styropian gr. 10, 12, 15, 20 cm, λ = 0,04 W/(m·K),
  tynk cienkowarstwowy gr. 0,5 cm, λl = 0,76 W/(m·K).

Obliczenia parametrów fizykalnych wykonano przy zastosowaniu programu komputerowego TRISCO, przyjmując następujące założenia:

• modelowanie złączy wykonano zgodnie z zasadami przedstawionymi w PN-EN ISO 10211 [6] oraz w pracach [7] i [8],
• opory przejmowania ciepła (Rsi, Rse) przyjęto zgodnie z PN-EN ISO 6946 [9] przy obliczeniach strumieni cieplnych oraz według PN-EN ISO 13788[10] przy obliczeniach rozkładu temperatur i czynnika temperaturowego ƒ_Rsi(2D),
• temperatura powietrza wewnętrznego ti = 20°C (pokój dzienny), temperatura powietrza zewnętrznego te = –20°C (III strefa),
• wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów budowlanych λ [W/(m·K)] przyjęto na podstawie tabel w pracy [8].

Ocena poprawności rozwiązania konstrukcyjno-materiałowego przegrody zewnętrznej i złącza budowlanego w aspekcie cieplno-wilgotnościowym powinna opierać na podstawie analizy następujących parametrów fizykalnych:

• strumień cieplny Φ [W],
• współczynnik przenikania ciepła pełnej przegrody U (U_1D) [W/(m²·K)],
• liniowy współczynnik sprzężenia cieplnego L^2D[W/(m·K)],
• liniowy współczynnik przenikania ciepła (określający dodatkowe straty ciepła wynikające z występowania liniowych mostków cieplnych) ψ [W/(m·K)],
• temperatura minimalna na wewnętrznej powierzchni przegrody w miejscu mostka cieplnego t_min. [°C],
• czynnik temperaturowy, określony na podstawie temperatury minimalnej na wewnętrznej powierzchni przegrody w miejscu mostka cieplnego ƒ_Rsi(2D) [-].

Szczegółowe procedury obliczeniowe w zakresie określania parametrów fizykalnych podłóg przedstawiono także w pracach [11] i [12].

Na RYS. 4-6 przedstawiono graficzne wyniki symulacji komputerowej analizowanego złącza przy zastosowaniu programu komputerowego TRISCO, a w TAB. 1 zestawiono wyniki przeprowadzonych obliczeń.

Następnie określono parametry fizykalne złącza przy założeniu, że pod stropem znajduje się pomieszczenie nieogrzewane o temperaturze obliczeniowej t = 5°C (RYS. 7-9). Wyniki obliczeń zestawiono w TAB. 2.

W wielu sytuacjach warstwy podłogi pływającej projektuje się nad przejazdami (narażone na oddziaływanie parametrów powietrza zewnętrznego) -RYS. 10-12.

Należy zauważyć, że w takiej sytuacji (czyli bez dodatkowej warstwy izolacji cieplnej stropu) następuje znaczne obniżenie temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody na styku ściany zewnętrznej i warstw podłogi pływającej (TAB. 3). W związku z tym zaproponowano docieplenie dolnej powierzchni stropu płytami z pianki poliuretanowej gr. 10 cm o współczynniku λ = 0,022 W/(m·K) (RYS. 13-15).

Uzyskano wartość współczynnika przenikania ciepła dla poziomej przegrody na poziomie U = 0,141 W/(m2·K), co daje możliwość spełnienia kryterium cieplnego U ≤ U_max. = 0,15 W/(m2·K) według rozporządzenia [5].

Wyniki parametrów fizykalnych przy uwzględnieniu docieplenia dolnej powierzchni stropu zestawiono w TAB. 4.

Wprowadzenie dodatkowej warstwy w postaci płyt z pianki poliuretanowej w dolnej powierzchni stropu pozwala na obniżenie strat ciepła przez strop nad przejazdami oraz minimalizację strat ciepła wynikające z połączenia ściany zewnętrznej ze stropem w postaci liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ_i (TAB. 3 i TAB. 4).

Należy także zauważyć podwyższenie temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody na styku dwóch przegród w porównaniu z analizowanym złączem bez docieplenia (TAB. 3 i TAB. 4), co prowadzi do wyeliminowania ryzyka kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody w miejscu mostka cieplnego.

Przedstawione warianty obliczeniowe nie wyczerpują wszystkich przypadków, dlatego istnieje potrzeba prowadzenia dalszych obliczeń i analiz oraz opracowania katalogu rozwiązań materiałowych podłóg na stropach i ich złączy.

Literatura

1. W.M. Francuz, A. Kusina, M. Machnik, "Technologia budownictwa" cz. 2, Wydawnictwo REA, Warszawa 2012.
2. P. Markiewicz, "Budownictwo ogólne dla architektów", Wydawnictwo ARCHI-PLUS, Kraków 2011.
3. PN-B-02151-03:1999, "Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania".
4. PN-B-02151-3:2015-10, "Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych".
5. 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 2015 poz. 1422).
6. PN-EN ISO 10211:2008, "Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe".
7. A. Dylla, "Fizyka cieplna budowli w praktyce. Obliczenia cieplno­‑wilgotnościowe", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.
8. K. Pawłowski, "Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle aktualnych warunków technicznych dotyczących budynków. Obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych i ich złączy", Grupa MEDIUM, Warszawa 2016.
9. PN-EN ISO 6946:2008, "Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania".
10. PN-EN ISO 13788: 2003, "Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej umożliwiająca uniknięcie krytycznej wilgotności powierzchni wewnętrznej kondensacji. Metody obliczania".
11. K. Pawłowski, "Projektowanie podłóg, stropów i ich złączy w aspekcie nowych wymagań cieplnych. Wymagania i metody obliczeniowe", "IZOLACJE" 2/2015, s. 18-22.
12. K. Pawłowski, "Projektowanie podłóg, stropów i ich złączy w aspekcie nowych wymagań cieplnych. Obliczenia parametrów fizykalnych", "IZOLACJE" 3/2015, s. 56-66.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!