Pionowa izolacja obwodowa budynków ze ścianami jednowarstwowymi

"Krajowy plan mający na celu zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu energii" [1] zawiera rekomendowaną do stosowania w praktyce krajową definicję "budynku o niskim zużyciu energii". Jest to budynek spełniający wymogi związane z oszczędnością energii i izolacyjnością cieplną zawarte w Rozporządzeniu z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2], obowiązujące od 1 stycznia 2021 r., a dla budynków zajmowanych przez władze publiczne oraz będących ich własnością - od 1 stycznia 2019 r.

Szczegółowe wymagania, jakie ma spełniać tego rodzaju budynek zawarto w załączniku 1. Jednym z parametrów jest wartość współczynnika przenikania ciepła U (TAB. 1).

Najpopularniejszym dziś rozwiązaniem ścian zewnętrznych spełniających aktualne wymagania izolacyjności cieplnej jest ściana warstwowa z wydzieloną zewnętrzną warstwą izolacji termicznej. Jednak także przegrody jednowarstwowe osiągają wartości współczynnika przenikania ciepła na poziomie nawet budynków pasywnych (TAB. 2).

O charakterystyce energetycznej i zapotrzebowaniu na energię użytkową [7] całego budynku decyduje nie tlyko izolacyjność termiczna przegrody pełnej, lecz także dodatkowe straty ciepła spowodowane występowaniem mostków termicznych w węzłach konstrukcyjnych. Ich wielkość jest wyrażona liniowym współczynnikiem przenikania ciepła Ψ.

Drugim, indywidualnym dla danego rozwiązania parametrem, jest współczynnik temperaturowy f_Rsi wyrażający ryzyko rozwoju grzybów pleśniowych.

W przypadku zastosowania zewnętrznej warstwy wydzielonego izolatora termicznego (ściany dwuwarstwowe, szczelinowe) węzły można tak ukształtować, aby wyeliminować mostki konstrukcyjne. Połączenie ściany jednowarstwowej zewnętrznej z materiałami o innej przewodności cieplnej oraz wszelkie zmiany jej geometrii powodują nieciągłość izolacji termicznej.

Detal połączenia budynku z gruntem

W celu poprawienia izolacyjności termicznej tego węzła w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2], wymaga się, aby w budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej, produkcyjnym, magazynowym i gospodarczym podłoga na gruncie w ogrzewanym pomieszczeniu miała izolację cieplną obwodową z materiału izolacyjnego w postaci warstwy o oporze cieplnym co najmniej 2,0 (m2·K)/W.

Dla typowych stosowanych dziś materiałów termoizolacyjnych o przewodności cieplnej równej λ = 0,04 W/(m·K) grubość tej warstwy wynosi 0,08 m. Izolacja obwodowa (krawędziowa) może być ułożona pionowo na ścianie fundamentowej lub poziomo w podłodze.

Za warstwę izolacji krawędziowej według normy PN-EN ISO 13370:2008 [8] można również uznać materiał ściany fundamentowej o współczynniku przewodzenia ciepła mniejszym niż grunt. Rozwiązania na RYS. 1-3 przedstawiają proponowane przez producentów systemów ścian jednowarstwowych sposoby wypełnienia wymagań poprzez zastosowanie izolacji krawędziowej pionowej [4], [5], [6]. Grubość tej izolacji jest przyjmowana na poziomie 5,0 cm lub nie jest podawana w ogóle. Uwzględnione w analizie rozwiązanie RYS. 4, tj. ułożenie izolacji krawędziowej od strony wewnętrznej, zaczerpnięto z normy PN-EN ISO 13370:2008 [8].

Dane i założenia do obliczeń

Rozwiązania izolacji cokołu (RYS. 1-4) przeanalizowano pod kątem ryzyka rozwoju grzybów pleśniowych oraz wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła ψ z zastosowaniem opcji A procedury zawartej w PN-EN 10211:2008 [9] i wymiarowania zewnętrznego.

W TAB. 3 i na RYS. 5 przedstawiono geometrię modelu obliczeniowego na przykładzie dwuwarstwowej ściany cokołu oraz charakterystykę wszystkich przyjętych do poszczególnych wariantów obliczeń materiałów.

Dodatkową zmienną, która może wpłynąć na otrzymane wyniki jest zasięg izolacji krawędziowej w gruncie. Wymiar ten jest bezpośrednio związany z głębokością posadowienia budynku i wysokością ławy. Nie jest dziś w przepisach narzucony. Za wytycznymi producentów, warstwę izolacji termicznej w podłodze usytuowano na wysokości ściany nadziemia, a nie ściany fundamentowej.

Parametry charakteryzujące węzeł cieplny

W TAB. 4 zestawiono otrzymane wartości parametrów Ψ i f_Rsi. Wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła dla wszystkich rozwiązań jest ujemna. W zakresie ryzyka rozwoju grzybów pleśniowych wszystkie rozwiązania są poprawne, w tym także przypadek bez izolacji obwodowej cokołu. Dla wartości wymiaru charakterystycznego B’=4,0 m najniższą wartość Ψ uzyskano dla cokołu ze ścianą dwuwarstwową, natomiast dla B’=8,0 m - dla ściany szczelinowej.

Przy zwiększaniu wymiaru charakterystycznego połogi B’ i przy tej samej wartości jej współczynnika przenikania ciepła U, wartość liniowego współczynnika się zmniejsza. Zmniejszenie grubości izolacji w tym drugim przypadku powoduje obniżenie wartości współczynnika temperaturowego f_Rsi.

Na RYS. 6-9 przedstawiono rozkład izoterm dla poszczególnych rozwiązań ściany cokołu.

Podsumowanie

Jednym z istotnych elementów projektowania budynków o niskim zapotrzebowaniu na energię użytkową jest ukształtowanie obudowy strefy ogrzewanej (klimatyzowanej). Poza wyborem układu materiałowego o niskiej wartości współczynnika przenikania ciepła ważne jest właściwe ukształtowanie węzłów konstrukcyjnych.

W literaturze można znaleźć rozwiązania przeznaczone do najczęściej stosowanych w przypadku budynków energooszczędnych ścian zewnętrznych warstwowych [10]. Naturalnym tu wydaje się stosowanie pionowej izolacji obwodowej, która jest przedłużeniem w gruncie, warstwy izolacyjnej ściany kondygnacji. Do przegród spełniających surowe wymagania izolacyjności termicznej (TAB. 1) należą również ściany jednowarstwowe. Sposób ułożenia izolacji obwodowej nie jest tak oczywisty, jak w przypadku ścian warstwowych.

Dla przedstawionych rozwiązań wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła są korzystniejsze od podanej w normie PN-EN ISO 14683:2008 [11] orientacyjnej Ψ_e = 0,05 W/(m·K), nawet w przypadku braku izolacji na ścianie fundamentowej.

Drugi parametr, decydujący o prawidłowości rozwiązania węzła konstrukcyjnego - f_Rsi - również osiąga wartości wyższe niż wartość krytyczna dla pomieszczeń ogrzewanych do temperatury co najmniej 20°C w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej.

Literatura

1. Uchwała nr 91 Rady Ministrów z dnia 22 czerwca 2015 r. w sprawie przyjęcia "Krajowego planu mającego na celu zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu energii" (MP poz. 614 z 2015 r.).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690, z póź. zm.).
3. Program Priorytetowy NFOŚIGW "Poprawa efektywności energetycznej".
4. W. Chruściel, P. Sulik, "Wytyczne do projektowania konstrukcji murowych w systemie Porotherm Dryfix", 2012.
5. "Zeszyt techniczny. Projektowanie architektoniczne i konstrukcyjne budynków w systemie Ytong", wyd. IV, Warszawa, 2015.
6. www.termalica.pl.
7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 27 lutego 2015 roku w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (DzU poz. 376 z 2015 r.).
8. PN-EN ISO 13370:2008, "Cieplne właściwości użytkowe budynków. Przenoszenie ciepła przez grunt. Metody obliczania".
9. PN-EN ISO 10211:2008, "Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe".
10. A. Sedlakova, P. Majdeln, L. Tazky, "Energy efficient buildings - lower structure", "Czasopismo techniczne. Budownictwo", 3-B (8)/2014, Wyd. Pol. Krak., Kraków 2014, s. 425-432.
11. PN-EN ISO 14683:2008, "Mostki cieplne w budynkach. Metody uproszczone i wartości orientacyjne".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!