Balkony o różnej konstrukcji

Balkon jest integralną częścią każdego budynku. Dzięki licznym możliwościom użytkowania zwiększa walory eksploatacyjne mieszkań, a także uatrakcyjnia bryłę budynku.

Rodzaje konstrukcji balkonów

Ze względu na sposób podparcia i połączenia z budynkiem wyróżnia się balkony:

• wspornikowe (rys. 1) – utwierdzone w ścianach nośnych lub stropach kondygnacji w sposób, który musi zapewnić odpowiednie zakotwienie płyty balkonowej. Ten typ konstrukcji daje dużą swobodę projektowania architektonicznego, gdyż nie wymaga dodatkowego podparcia w postaci słupów lub ścian bocznych;
• podwieszane (rys. na górze) − mocowane do ścian konstrukcyjnych za pośrednictwem cięgien stalowych lub stalowych konstrukcji podpierających z zastrzałami i belkami od spodu płyty. Balkony podwieszane nie wymagają dodatkowych fundamentów, lecz obciążają ściany budynku;
• oparte na konstrukcji dostawionej do budynku i posadowionej na własnym fundamencie (rys. 2) – podparcie balkonu mogą stanowić pełne ściany poprzeczne lub lżejsze słupy stalowe albo żelbetowe. Konstrukcja balkonów dostawianych nie obciąża ścian budynku, są one jednak połączone z nimi punktowo, np. za pomocą kotwi z kształtowników stalowych. Pozwala to na zachowanie stateczności oraz przeniesienie obciążeń poziomych od wiatru.

Balkony dostawiane i podwieszane mogą być wykonane w budynkach istniejących, np. podczas prac modernizacyjnych.

Rozwiązania konstrukcyjne a mostki cieplne

Głównym problemem projektowym związanym z kształtowaniem balkonów jest zachowanie ciągłości ocieplenia ścian zewnętrznych. W artykule przeanalizowana zostanie skuteczność trzech podstawowych rozwiązań zmniejszających mostki cieplne w miejscu połączenia płyty balkonowej z budynkiem.

Pierwszym wariantem jest ocieplenie płyty balkonowej wzdłuż wszystkich krawędzi. Ten sposób docieplenia może być wykonany w budynkach istniejących, chociaż grubość izolacji często jest ograniczona ze względu na poziom progu drzwi balkonowych.

Drugim rozwiązaniem jest zastosowanie izolowanych wkładek zbrojeniowych, wykonywane tylko w budynkach nowo projektowanych. Trzeci przypadek to oddylatowanie płyty balkonu od budynku dzięki zastosowaniu niezależnej konstrukcji wsporczej dostawianej do budynków nowych lub istniejących.

Ocenie poddano wielkość liniowego współczynnika przenikania ciepła w miejscu mostka cieplnego oraz możliwość kondensacji wilgoci na wewnętrznej powierzchni ścian. Parametry te określono przy założeniu konstrukcji ścian zewnętrznych z gazobetonu o gęstości 700 kg/m³, ocieplonej systemem ETICS (BSO) przy użyciu styropianu o grubości 10, 15 i 20 cm. Grubość ocieplenia płyty balkonowej w wariancie pierwszym zmieniano w zakresie od 0 do 10 cm.

Wyniki analiz

Wartości liniowych współczynników przenikania ciepła Ψi obliczono na podstawie wewnętrznego systemu wymiarowania, w odniesieniu do temperatury powietrza zewnętrznego –20ºC i temperatury wewnętrznej +20ºC. Obliczenia przeprowadzono zgodnie z procedurami przedstawionymi w publikacji „Praktyczna fizyka cieplna budowli” [1], na podstawie analizy węzłów metodą elementów skończonych. Rozkład temperatury w przykładowych węzłach konstrukcyjnych przedstawiono na rys. 7–10.

Konstrukcja balkonu ma widoczny wpływ na pole temperatury w analizowanych węzłach. Balkon wspornikowy bez docieplenia (rys. 7) charakteryzuje się najniższymi temperaturami w obrębie połączenia ścian i stropu. Zasięg niskich temperatur z zakresu 0–5ºC (kolor zielony) jest dość znaczny i obejmuje większą część wieńca stropowego. W balkonach z zachowaną ciągłością izolacji (płyta ocieplona, izolacyjne wkładki zbrojeniowe, płyta oddylatowana) rozkład temperatury jest bardziej korzystny – przeważająca część węzła znajduje się w strefie dość wysokich temperatur (12–18ºC – kolor czerwony).

Do oceny mostków cieplnych posłużono się klasyfikacją zaproponowaną przez ITB w instrukcji „Cieplno-wilgotnościowa ocena mostków cieplnych” [2]. Wyróżnione klasy wpływu mostków na straty ciepła przedstawiono w tabeli 1. Liniowe współczynniki przenikania ciepła zestawiono w tabeli 2 i na rys. 5.

Zarówno zwiększenie grubości ocieplenia ściany, jak i bezpośrednie zabezpieczenie płyty balkonu przyczynia się do zmniejszenia strumienia ciepła przepływającego przez węzły. Na podstawie wyników obliczeń można stwierdzić, że bezpośrednia ingerencja w konstrukcję balkonu pozwalająca na zachowanie ciągłości izolacji jest jednak bardziej skuteczna.

Wpływ nieocieplonej wspornikowej płyty balkonowej na straty ciepła przez przegrodę można ocenić jako bardzo duży. Zastosowanie ocieplenia płyty pozwala zmniejszyć liniowy współczynnik przenikania ciepła, jednak najkorzystniejsze parametry uzyskuje się w przypadku izolacyjnych wkładek zbrojeniowych i płyty oddylatowanej od budynku. Wpływ tych rozwiązań na straty ciepła można ocenić jako mały lub pomijalnie mały w przypadku większych grubości ociepleń ścian. Klasyfikacja ta nie uwzględnia długości mostków, a więc może być stosowana jedynie do porównania balkonów o podobnej długości.

Drugim czynnikiem branym pod uwagę przy ocenie mostków termicznych jest możliwość kondesacji wilgoci na wewnętrznej powierzchni węzła. Zjawisko to wiąże się z lokalnym obniżeniem temperatury (najczęściej w narożach wklęsłych) i może skutkować rozwojem grzybów lub pleśni oraz pogorszeniem komfortu użytkowania pomieszczeń. Możliwość kondensacji wilgoci w narożu połączenia balkonu i ściany sprawdzono w styczniu – jest to miesiąc o najniższej temperaturze powietrza zewnętrznego w Lublinie wynoszącej –2,6ºC. W tabeli 3 zestawiono minimalne temperatury na powierzchni węzłów odnotowane w narożu pod stropem.

Temperatura początku kondensacji wynosi 14,5ºC, a odpowiadający jej czynnik temperaturowy wyznaczony zgodnie z normą PN-EN ISO 13788:2003 [3] fRsi, min. = 0,757. Czynnik temperaturowy dla temperatur w narożach wynosi od 0,827 do 0,969, można więc uznać, że w każdym z przedstawionych przypadków węzeł zabezpieczony jest przed powierzchniową kondensacją wilgoci. Okresowe obniżenie temperatury zewnętrznej lub zwiększenie wilgotności powietrza np. na skutek niesprawnej wentylacji może jednak spowodować wykraplanie pary wodnej, szczególnie w przypadku wspornikowych płyt nieocieplonych, dla których różnica temperatur minimalnej i początku kondensacji jest niewielka i wynosi od 1,6 do 2,4ºC.

Wnioski

Różnorodna konstrukcja balkonów powoduje bardzo zróżnicowane wielkości strumieni ciepła w węzłach konstrukcyjnych. Najmniej korzystne ze względu na straty ciepła są balkony wspornikowe. Konieczność ich kotwienia w ścianach skutkuje przerwaniem ciągłości izolacji cieplnej i powstaniem mostków termicznych o dość znacznym zasięgu. Niekorzystne oddziaływania można zmniejszać dzięki ociepleniu płyty balkonowej lub zastosowaniu izolowanych wkładek zbrojeniowych w miejscu połączenia balkonu ze stropem. Zalecane jest wykonywanie płyt balkonowych oddylatowanych od budynku, gdyż pozwala na utrzymanie ciągłości ocieplenia i ograniczenie mostków termicznych do minimum – występują one tylko punktowo w miejscu kotwienia do budynku konstrukcji wsporczej balkonu.

Prezentowane przykłady mostków cieplnych uzyskały klasyfikację od bardzo dużego do pomijalnie małego wpływu na straty ciepła. Wskazuje to na istotne znaczenie dokładnej analizy cieplno-wilgotnościowej węzłów podczas projektowania konstrukcji budynku, szczególnie wobec coraz bardziej powszechnego dążenia do zminimalizowania zużycia energii.

Literatura

1. A. Dylla, „Praktyczna fizyka cieplna budowli”, Wydawnictwa Uczelniane UTP, Bydgoszcz 2009.
2. Instruckja ITB nr 402/2004, „Cieplno-wilgotnościowa ocena mostków cieplnych”, Instrukcje, Wytyczne, Poradniki, ITB, Warszawa 2004.
3. PN-EN ISO 13788:2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metoda obliczania”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!