Stan ochrony cieplnej elementów przyziemia w budownictwie jednorodzinnym

Spotyka się projekty, w których izolacja cieplna kończy się równo z powierzchnią terenu. W innych przypadkach termoizolacja jest wpuszczana w grunt na zróżnicowaną głębokość, czasem do poziomu posadowienia budynku.

W większości przypadków ściany przyziemia wykonywane są jako monolityczne żelbetowe. Inne często realizowane rozwiązania związane są z wykonywaniem ścian z bloczków betonowych. Rzadziej spotykanym rozwiązaniem, znajdowanym w materiałach technicznych producentów gazobetonu, jest wykonanie ścian przyziemia z bloczków betonu komórkowego. Takie rozwiązanie jest jednak dyskusyjne, ze względu na właściwości materiałowe bloczków, które wymagają szczególnie dokładnego wykonania hydroizolacji.

Beton komórkowy, cechując się stosunkowo niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła, nie wymaga tak wysokiego oporu cieplnego izolacji termicznej jak ściany z betonu zwykłego. W celu oceny stanu ochrony cieplnej połączenia ścian zewnętrznych z podłogą na gruncie wykonano analizę obliczeniową dla trzech założonych wariantów obliczeniowych.

Przedmiot, cel i zakres opracowania

Przedmiotem opracowania są wybrane detale projektowe budynku jednorodzinnego wykonanego w technologii tradycyjnej murowanej. Budynek niepodpiwniczony, posadowiony na ławach fundamentowych. Ściany zewnętrzne i ściany przyziemia wykonano z bloczków z betonu komórkowego. Podłoga na gruncie izolowana termicznie.

Celem opracowania jest ocena wybranych rozwiązań połączenia ścian przyziemia z podłogą na gruncie w aspekcie zróżnicowanych rozwiązań izolacyjności termicznej ścian.

Jako narzędzie obliczeniowe zostanie wykorzystany program numeryczny Therm 7.4. Zostaną wykonane obliczenia liniowych współczynników przenikania ciepła, temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody w charakterystycznych punktach oraz czynnika temperaturowego

Zakres obejmuje trzy warianty obliczeniowe:

• W1 – Połączenie ściany zewnętrznej z podłogą na gruncie. Ściana przyziemia nieocieplona.
• W2 – Połączenie ściany zewnętrznej z podłogą na gruncie. Ściana przyziemia ocieplona do poziomu ław fundamentowych.
• W3 – Połączenie ściany zewnętrznej z podłogą na gruncie. Ściana przyziemia z pustakiem cokołowym.

Przyjęte założenia

Dla wszystkich założonych wariantów ścian zewnętrznych przyjęto bloczki z betonu komórkowego gr. 30 cm z ociepleniem styropianem w systemie ETICS. Ściany przyziemia (stykające się z gruntem) zróżnicowano pod kątem rozwiązań w zakresie ochrony cieplnej.

• W wariancie W1 założono brak ocieplenia ściany przyziemia,
• Wariant W2 zakłada występowanie izolacji termicznej jak dla ściany nadziemnej.
• W wariancie W3 założono zastosowanie pustaka cokołowego.

Wszystkie przyjęte warianty pokazano na RYS. 1–3.

Do obliczeń przyjęto następujące dane materiałowe oraz charakteryzujące je współczynniki przewodzenia ciepła:

• beton lekki/pustaki 400 kg/m³: λ = 0,11 W/(m·K),
• zaprawa klejąca w systemie ETICS: λ = 1,00 W/(m·K),
• tynk cienkowarstwowy ETICS: λ = 1,00 W/(m·K),
• tynk gipsowy maszynowy: λ = 0,30 W/(m·K),
• styropian EPS: λ = 0,04 W/(m·K),
• beton C 20/25: λ = 2,30 W/(m·K),
• jastrych cementowy: λ = 1,00 W/(m·K),
• deski: λ = 0,18 W/(m·K),
• piasek: λ = 2,00 W/(m·K).

Ocenę ryzyka kondensacji powierzchniowej i temperatury na wewnętrznych powierzchniach ścian wykonano dla obliczeniowej temperatury wewnętrznej t_i= +20°C i obliczeniowej temperatury zewnętrznej t_e = –20°C.

Przyjęto pewne uproszenia w modelu detalu architektonicznego polegające m.in. na nieuwzględnianiu warstwy klejącej między styropianem a podłożem oraz spoin pionowych w ścianie z betonu komórkowego. Założono, że dla analogicznego sposobu modelowania wszystkich detali błąd związany z przyjętymi uproszczeniami nie będzie miał istotnego wpływu na końcowe wyniki. Opracowywanie modeli liniowego mostka termicznego w gruncie jest trudniejsze niż w przypadku pozostałych modeli. Istotne jest poprawne rozmieszczenie płaszczyzn przekroju w gruncie.

Do obliczeń dwuwymiarowego przepływu ciepła stosuje się pionową płaszczyznę symetrii po środku podłogi w taki sposób, iż modeluje się jedną połowę budynku.

Szerokość podłogi przyjmuje się równą wymiarowi charakterystycznemu podłogi B’, który oblicza się zgodnie z normą [2]. Dla połączeń typu ściana–podłoga na gruncie norma [3] podaje dwie opcje wyznaczania liniowego współczynnika przenikania ciepła: A i B.

Zgodnie z zaleceniami opcji A liniowy współczynnik przenikania ciepła połączenia ściana–podłoga ψ_g oblicza się dla wymiarów wewnętrznych lub w oparciu o inną formułę dla wymiarów zewnętrznych.

W opcji B konieczne jest opracowanie dodatkowego modelu komputerowego, w którym dokonuje się zamiany wszystkich materiałów poniżej poziomu gruntu z podłożem, zachowując wszystkie izolacje podłogi. Na podstawie przygotowanego modelu uzyskuje się wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła.

Wyniki obliczeń

Wyniki obliczeń dla przyjętych detali o scharakteryzowanych właściwościach fizycznych i geometrycznych przedstawiono w TABELI.

W TABELI pokazano szczegółowe wyniki dla przyjętych trzech wariantów rozwiązania połączenia ścian przyziemia z podłogą na gruncie. Współczynnik przenikania ciepła ścian nadziemia wynosi dla wszystkich przypadków U = 0,22 W/(m²·K).

W zestawieniu podano całkowite wartości liniowych mostków cieplnych ψ_e – dla wymiarowania zewnętrznego oraz ψ_i – dla wymiarowania wewnętrznego.

Dla każdego wariantu obliczeniowego podano temperatury w miejscu krytycznym (pokazano na RYS. 4–5), to jest temperaturę minimalną w miejscu mostka oraz temperaturę powierzchni wewnętrznej przegrody poza mostkiem i wyliczono wartość ƒ_Rsi .

Na RYS. 4–5 przedstawiono przykładowe wyniki graficzne gęstości strumienia ciepła i rozkład temperatury w przekroju w skali barw z programu Therm 7.4. Przeprowadzone obliczenia wykonywano przy ilości iteracji n = 10, uzyskując błąd obliczeń numerycznych < 5%. Pole temperatur dla analizowanych detali projektowych pokazano na RYS. 6–8.

Podsumowanie

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń zróżnicowanych wariantów rozwiązań ścian przyziemia wykonanych z betonu komórkowego w aspekcie stanu ochrony cieplnej należy stwierdzić, że:

• temperatura na powierzchni ścian wewnętrznych w miejscu połączenia z podłogą na gruncie nie zmienia się w istotny sposób w zależności od przyjętych rozwiązań izolacji termicznych. Maksymalna różnica temperatury naroża dla ściany przyziemia bez ocieplenia poniżej poziomu gruntu w stosunku do ściany ocieplonej do poziomu fundamentów wynosi 0,8 K. Ściana zewnętrzna bez ocieplenia poniżej poziomu terenu charakteryzuje się wyższą izolacyjnością cieplną w stosunku do ściany z pustakiem cokołowym,
• najniższymi liniowymi współczynnikami przenikania ciepła i charakteryzuje się rozwiązanie z wariantu 3, natomiast najniższy współczynnik ψ_e występuje dla wariantu 2,
• wartości czynnika temperaturowego na wewnętrznej powierzchni przegrody są zbliżone w każdym z wariantów i spełniają wymagania rozporządzenia [1].

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75, poz. 690) z późniejszymi zmianami.
2. PN-EN ISO 13370:2008, „Cieplne właściwości użytkowe budynków – Przenoszenie ciepła przez grunt – Metody obliczania”.
3. PN-EN ISO 10211:2008, „Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe”.
4. P. Krause, T. Steidl, B. Orlik-Kożdoń, „Cieplno-wilgotnościowe projektowanie ścian z betonu komórkowego, Zeszyt 3 Część 2 Mostki”, SPB, Warszawa 2016.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!