Wpływ koloru okładzin płyt warstwowych na warunki eksploatacyjne - polemika

W nr. 2/2012 „IZOLACJI” opublikowany został artykuł K. Kuczyńskiego wprowadzający czytelników w zagadnienia związane z przewidywaniem możliwości występowania odkształceń płyt warstwowych poddanych działaniu podwyższonej temperatury na skutek ogrzewania zewnętrznej okładziny metalowej przez słońce w klimacie Polski (bądź co bądź umiarkowanym) [2].

Tezy zawarte w tym artykule wymagają szczególnej uwagi, ponieważ sformułowane zostały wytyczne dla producentów płyt warstwowych i projektantów. Dane zawarte w tej publikacji należy jednak traktować z ostrożnością. W szczególności nie ma podstaw do traktowania ich jako pewnik czy też wytyczne, jakimi powinni kierować się producenci płyt warstwowych.

Dwie normy?

Publikacja K. Kuczyńskiego [2] zaleca stosowanie dwóch równoważnych norm: PN-EN 14509:2010 [3] oraz PN-B-03230:1984 [4], do obliczeń ugięcia i momentów zginających płyt warstwowych eksploatowanych w szczególnych warunkach.

Takie założenie należy ocenić jako dyskusyjne. Obecnie obowiązują dwie konkurencyjne normy, które w odmienny sposób opisują prowadzenie obliczeń ugięcia i momentów zginających płyt warstwowych. Jest to przyczyną nieporozumień w ustaleniu wytycznych dla producentów płyt warstwowych i projektantów.

Trudno jednak przyjąć za poprawne równoczesne wykorzystywanie odmiennych kryteriów do projektowania, opisanych w dwóch różnych normach. Rozważania należałoby raczej rozpocząć od przyjęcia stanowiska, że skoro norma europejska uzyskała status obowiązującej normy krajowej, to wcześniejsza obowiązująca norma krajowa, sprzeczna z normą europejską, powinna zostać niezwłocznie wycofana.

Uwzględnienie lokalnych warunków klimatycznych

Kolejnym zagadnieniem, które wymaga bliższej analizy, jest przyjęcie w publikacji K. Kuczyńskiego podziału kolorów okładzin na grupy kolorystyczne i związana z tym ocena wpływu grup kolorystycznych na temperaturę nagrzewania się powierzchni okładzin płyt.

Ocena ta wydaje się mieć charakter zbyt formalny, opiera się bowiem na uśrednionych wzorach normy europejskiej stworzonej przecież dla regionów o różnych warunkach klimatycznych. Takie obliczenia powinny się odwoływać (co jest również zgodne z zaleceniami normy europejskiej) do rzeczywistych warunków klimatycznych miejsc zastosowania płyt, tj. do warunków klimatycznych występujących na obszarze Polski.

Z danych przedstawionych w analizowanym artykule wynika także, że jeśli stosuje się w Polsce płyty warstwowe o okładzinach zewnętrznych w kolorach ciemnych o małym współczynniku odbicia promieniowania (nie większym niż 39%), to należy liczyć się z nagrzewaniem się okładziny do temperatury aż 80°C.

W konsekwencji przyjęty został wniosek, że taki stan po nagrzaniu powierzchni może doprowadzić do występowania znacznych odkształceń w ścianach i dachach budowli. Konkluzja ta budzi zastrzeżenia, ponieważ opiera się na uśrednionych wzorach normy europejskiej.

Otwarte więc pozostaje pytanie: czy rzeczywiście uzasadnione jest przyjmowanie za pewnik jedynie wzorów do obliczeń ugięcia i momentów zginających płyt warstwowych ustalonych w normie europejskiej?

Czy rzeczywiście okładziny płyt warstwowych w kolorach bardzo jasnych na budynkach w Irlandii czy Norwegii z jednej strony oraz we Włoszech i w Hiszpanii z drugiej będą nagrzewać się w każdym z tych regionów klimatycznych do temp. 55°C, w kolorach jasnych – do temp. 65°C, a w kolorach ciemnych – do temp. 80°C?

Sformułowane wyżej zastrzeżenia znajdują potwierdzenie w treści normy europejskiej PN-EN 14509:2010 [3], w której dopuszcza się odstępstwa od narzuconych maksymalnych temperatur przyjmowanych do obliczeń stanu granicznego użytkowania. Norma ta wskazuje, że: „jeśli nie ma krajowych wymagań dotyczących temperatur zewnętrznych, możliwe jest stosowanie następujących [powyższych – przyp. autora] wartości temperatur dla okładziny zewnętrznej (…)”.

Oczywisty jest więc wniosek, że skoro norma europejska dopuszcza występowanie innych, niższych temperatur okładzin zewnętrznych w zależności od szerokości geograficznej obszaru stosowania płyt warstwowych, a z drugiej strony nie ma krajowych wymagań dotyczących temperatur zewnętrznych, to niepoprawne wydaje się formułowanie sztywnych wytycznych dla producentów płyt warstwowych oraz projektantów wyłącznie na podstawie postanowień normy europejskiej bez jednoczes­nego podkreślenia, że opiera się na uśrednionych wartościach dla różnych stref klimatycznych.

Dodatkowo zwraca się uwagę na konieczność uwzględniania w takich obliczeniach wymiernego aspektu promieniowania, tj. wielkości opisujących zasoby energii słonecznej na danym obszarze (w danym regionie klimatycznym), czyli:

• natężenia promieniowania słonecznego – chwilowej wartości gęstości mocy promieniowania słonecznego padającego w jednostce czasu na powierzchnię 1 m², prostopadłą do kierunku promieniowania [kW/m²];
• nasłonecznienia – sumy natężenia promieniowania słonecznego w danym czasie i na danej powierzchni; jest to wielkość opisująca zasoby energii słonecznej w danym miejscu i czasie [kWh/(m²·rok)];
• usłonecznienia – liczby godzin słonecznych, podczas których padają bezpośrednio promienie słoneczne.

Jak wynika z mapy przedstawionej na rys., wielkości charakteryzujące zasoby słoneczne są bardzo zróżnicowane na obszarze całej Europy. Norma europejska PN-EN 14509:2010 [3] musiała więc uwzględniać maksymalne warunki termiczne eksploatacji budowli, chociaż jednocześnie otwarty zapis pozwalający na uwzględnienie lokalnych warunków klimatycznych dał podstawę do opracowania wytycznych krajowych.

Wydaje się, że do opracowania możliwie precyzyjnych wytycznych dla producentów płyt warstwowych oraz projektantów niezbędne jest stworzenie wytycznych krajowych. Opieranie się wyłącznie na ogólnych wzorach z normy europejskiej musi prowadzić do konkluzji o dużym stopniu ogólności takich zaleceń i faktycznym ich niedostosowaniu do warunków klimatycznych miejsca zastosowania płyt warstwowych.

Na podstawie publikacji D. Chwieduk dotyczącej energii słonecznej budynków [5] należy przyjąć, że najczęściej notowane wartości bezpośredniego natężenia promieniowania zawierają się w przedziale 600–800 W/m². Wartości te występują między godz. 9.00 a 15.00 przy bezchmurnym niebie na powierzchniach prostopadłych do kierunku promieni słonecznych.

Jako regułę zaś przyjęto wartość napromieniowania całkowitego w ciągu roku w wysokości 1000 kWh/m². Około 80% tej wartości przypada na okres od kwietnia do września. Usłonecznienie wynosi średnio 1580 godz. w skali roku.

Podobnymi wartościami nasłonecznienia cechują się tereny Niemiec, natomiast obszary Hiszpanii charakteryzują się aż dwukrotnie wyższymi zasobami energii słonecznej. Jest to kolejny argument świadczący o tym, że stosowanie samych tylko wzorów normy europejskiej (tj. bez uwzględnienia krajowych wymagań dotyczących temperatur zewnętrznych) musi prowadzić do zbyt ogólnych wniosków co do możliwego zachowania się płyt warstwowych na terenie Polski, które mogą nie pokrywać się z rzeczywistymi warunkami klimatycznymi i jako takie nie powinny być traktowane jako wytyczne dla producentów i projektantów.

Przewidywanie trwałości płyt warstwowych

Praktycznym sposobem zweryfikowania możliwości stosowania płyt warstwowych na danym obszarze z okładzinami w poszczególnych grupach kolorów wydają się wyniki badań laboratoryjnych oraz poligonowych. Zalecaną metodą oceny trwałości płyt według normy PN-EN 14509:2010 [3] są starzeniowe badania laboratoryjne, po których następuje sprawdzenie wytrzymałości na rozrywanie.

W wypadku płyt warstwowych (np. z rdzeniem styropianowym) krytyczne badanie trwałości polega na ogrzewaniu próbek przez ok. 6 tyg. w temp. 90°C, a następnie sprawdzeniu wytrzymałości na rozrywanie i porównaniu wyników z wytrzymałością próbek wzorcowych. Dopuszcza się obniżenie wytrzymałości do poziomu 50% wytrzymałości początkowej.

W tym miejscu warto wspomnieć, iż taki scenariusz nagrzewania jest zbyt ekstremalny do oceny płyt warstwowych z rdzeniem styropianowym stosowanych na terenie Polski.

Drugim ważnym sposobem przewidywania trwałości płyt warstwowych według normy PN-EN 14509:2010 [3] jest odporność na szok termiczny. Test ten wydaje się mało popularny w Polsce. Polega on na ogrzewaniu w sześciu etapach pionowej powierzchni zbudowanej z płyt warstwowych o wielkości ok. 20 m² aż do uzyskania różnicy temp. 60°C między okładzinami. Następnie należy szybko ochłodzić nagrzaną powierzchnię wodą.

Płyty warstwowe spełniają wymagania normy i równocześnie są przydatne do stosowania w danych warunkach, jeśli po zakończeniu testu nie wykazują uszkodzenia, czyli jeśli okładziny metalowe nie ulegną ścinaniu, spęcherzeniu lub rozwarstwieniu.

Podsumowanie

Przedstawiona analiza wpływu warunków nasłonecznienia na właściwości użytkowe płyt warstwowych w budownictwie oraz wytyczne normy europejskiej PN-EN 14509:2010 [3] dają podstawę do przyjęcia następujących wniosków:

• istnieją podstawy do przyjęcia założenia, że płyty warstwowe ze stalową okładziną zewnętrzną i powłoką organiczną w ciemnej grupie kolorów o stopniu odbicia promieniowania RG nie większym niż 39% można zastosować na obszarze Polski bez ograniczeń;
• w budynkach wykonanych z płyt warstwowych mających okładziny w kolorach ciemnych może występować wzrost kosztów klimatyzowania obiektów w miesiącach letnich, w budynkach wykonanych zaś z płyt warstwowych z okładzinami w kolorach bardzo jasnych może występować wzrost kosztów ogrzewania w miesiącach zimowych;
• powierzchnie metalowe okładzin płyt warstwowych powlekane lakierami ochronnymi ulegają niszczącemu działaniu czynników atmosferycznych, co może spowodować zmniejszenie stopnia odbicia promieniowania słonecznego; okoliczność ta powinna być wzięta pod uwagę przy formułowaniu wniosków dotyczących trwałości płyt warstwowych oraz obliczeń wymiernego aspektu promieniowania w dłuższej perspektywie czasu.

Literatura

1. W.A. Miller, D.S. Parker, H. Akbari, „Painted Metal Roofs are Energy Efficient, Durable and Sustainable”, www.coolmetalroofing.org.
2. K. Kuczyński, „Wpływ koloru okładzin na obciążenia termiczne płyt warstwowych”, „IZOLACJE”, nr 2/2012, s. 30–34.
3. PN-EN 14509:2010, „Samonośne izolacyjno-konstrukcyjne płyty warstwowe z dwustronną okładziną metalową. Wyroby fabryczne. Specyfikacja”.
4. PN-B-03230:1984, „Lekkie ściany osłonowe i przekrycia dachowe z płyt warstwowych i żebrowych. Obliczenia statyczne i projektowanie”.
5. D. Chwieduk, „Energia słoneczna budynku”, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2011.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!