Ściany zewnętrzne budynków w świetle nowych wymagań cieplnych

Początkowo w projekcie rozporządzenia zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], zaproponowano bardzo ostre wymagania, jednak środowisko branży budowlanej nie zgodziło się z tymi propozycjami.

W ramach konsensusu planuje się stopniowe zaostrzanie wymagań w zakresie wartości granicznych współczynnika U [W/(m²·K)]. I tak np. dla ściany zewnętrznej budynku ustalono, że:

• do końca 2013 r. wartość U_maks. będzie wynosić 0,28 W/(m²·K),
• w latach 2014–2016 U_maks. = 0,25 W/(m²·K),
• w latach 2017–2020 U_maks. = 0,23 W/(m²·K),
• docelowo od 2021 r. U_maks. = 0,20 W/(m²·K).

Nowe wymagania w zakresie ochrony cieplnej budynków dotyczą wszystkich przegród zewnętrznych (stropodachu, podłogi na gruncie, stolarki okiennej i drzwiowej). Artykuł to analiza konstrukcyjno-materiałowa ścian zewnętrznych budynku mieszkalnego w aspekcie kryterium cieplnego według zmian planowanych w rozporządzeniu [1].

Charakterystyka rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych ścian zewnętrznych budynku

Ściana zewnętrzna jest pionową przegrodą budynku, która powinna spełniać wymagania w zakresie nośności, izolacyjności termicznej, izolacyjności akustycznej, bezpieczeństwa użytkowania i pożarowego, zapewnienia odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych oraz ochrony środowiska.

Układy konstrukcyjno-materiałowe ścian zewnętrznych budynku zmieniają się wraz ze zmianą wymagań oraz wprowadzaniem nowych, udoskonalonych materiałów lub technologii. Najczęściej stosowanymi technologiami wznoszenia ścian zewnętrznych budynków mieszkalnych w Polsce są technologia murowana lub drewniana o parametrach:

• warstwa konstrukcyjna: cegła pełna o gr. 25 cm, cegła kratówka o gr. 25 cm, bloczek z betonu komórkowego o gr. 24 cm, bloczek wapienno-piaskowy (silikatowy) o gr. 18 cm, 24 cm lub pustak MAX o gr. 28,8 cm,
• warstwa izolacji cieplnej: styropian, wełna mineralna,
• warstwa elewacyjna: cegła klinkierowa o gr. 12 cm, bloczek wapienno-piaskowy o gr. 12 cm.

Przykładowe rozwiązania ścian zewnętrznych murowanych przedstawiono na rys. 1–2 i 3–5.

Obliczenia własne

W ramach obliczeń własnych określono wartość współczynnika przenikania ciepła Uc [W/(m²·K)] według normy PN-EN ISO 6946:2008 [3] wybranych ścian jednowarstwowych, dwuwarstwowych, trójwarstwowych i szczelinowych budynku mieszkalnego.

Straty ciepła przez pojedyncze elementy budynku, przy przyjęciu pewnych uproszczeń, można określić za pomocą współczynnika przenikania ciepła U [W/(m²·K)]. Współczynnik określa stratę ciepła odniesioną do jednostkowej różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej oraz jednostkowej powierzchni elementu budowlanego:

gdzie:

R_T – całkowity opór cieplny przegrody złożonej z płaskich warstw jednorodnych [(m²·K)/W], obliczony ze wzoru:

gdzie:

R_si – opór przejmowania ciepła na powierzchni wewnętrznej [(m²·K)/W] (tabela 1),

R_n – obliczeniowe wartości oporu cieplnego każdej warstwy [(m²·K)/W]:

gdzie:

d – grubość warstwy [m],

λ – obliczeniowe wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiału [W/(m·K)]; przyjmuje się je na podstawie normy PN-EN 12524:2003 [4], tablic z literatury [5] oraz danych producenta,

R_se – opór przejmowania ciepła na powierzchni zewnętrznej [(m²·K)/W] (tabela 1).

Do obliczonej wartości współczynnika przenikania ciepła U należy stosować poprawki korygujące wpływ:

• nieszczelności w warstwie izolacji,
• łączników mechanicznych przechodzących przez warstwę izolacyjną,
• opadów na dach o odwróconym układzie warstw.

Skorygowany współczynnik przenikania ciepła U_c uzyskuje się przez wprowadzenie trzonu korekcyjnego ΔU:

Człon korekcyjny ΔU wyraża się następującym wzorem:

gdzie:

ΔU_g – poprawka na nieszczelności,

ΔU_r – poprawka na wpływ opadów w odniesieniu do dachów o odwróconym układzie warstw,

ΔUf – poprawka na łączniki mechaniczne.

W przypadku ściany szczelinowej zaprojektowano dobrze wentylowaną warstwę powietrza o gr. 4 cm, co spełnia kryterium pkt. 5.3.4. normy PN-EN ISO 6946:2008 [3]: „całkowity opór cieplny komponentu budowlanego zawierającego dobrze wentylowaną warstwę powietrza należy obliczyć, pomijając opór cieplny warstwy powietrza i wszystkich innych warstw między warstwą powietrza a środowiskiem zewnętrznym oraz dodając zewnętrzny opór przejmowania ciepła, odpowiadający powietrzu nieruchomemu; alternatywnie może być zastosowana wartość R_si z Tablicy 1 normy”.

Do obliczeń wybrano najczęściej stosowane rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe ścian zewnętrznych w budownictwie. W przypadku ścian warstwowych (dwuwarstwowych, trójwarstwowych, szczelinowych) określono wartości współczynnika przenikania ciepła U_c [W/(m²·K)] w odniesieniu do izolacji cieplnej o gr.: 10, 12, 15 i 20 cm.

Wartości współczynnika przewodzenia ciepła przyjęto na podstawie wymagań normy PN-EN ISO 12524:2003 [4] oraz wytycznych zawartych w publikacji „Praktyczna fizyka cieplna budowli. Szkoła projektowania złączy” [5] i udokumentowanych danych producentów.

Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 2. Na ich podstawie dokonano oceny analizowanych rozwiązań pod kątem spełnienia kryterium U_c ≤ U_maks. według planowanych zmian w zakresie wartości granicznej współczynnika U_maks. (tabela 3).

Podsumowanie i wnioski

Obliczenia własne wykazały, iż przy zaostrzających się z biegiem czasu wymaganiach dotyczących U_maks. niektóre rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe ścian zewnętrznych nie spełniają podstawowego kryterium (tabela 3). Szczególnie dotyczy to ścian jednowarstwowych. W przypadku ścian warstwowych minimalna grubość izolacji cieplnej, która spełni kryterium U_c ≤ U_maks. przy podwyższonych wymaganiach, wynosi 15–20 cm.

Ocena cieplna ścian zewnętrznych powinna dotyczyć nie tylko pełnej przegrody, lecz także jej złączy. Niestety projektowane w rozporządzeniu [1] zmiany w zakresie ochrony cieplnej nie precyzują wymagań w zakresie maksymalnych wartości strat ciepła przez mostki cieplne w postaci liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ [W/(m·K)], które występują w miejscu połączenia przegród zewnętrznych (np. połączenia ściany zewnętrznej: z oknem, ze stropem, ze stropodachem, z podłogą na gruncie).

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie
2. K. Józefiak, „Metody projektowania ścian zewnętrznych w aspekcie cieplno-wilgotnościowym”, praca dyplomowa inżynierska napisana pod kierunkiem dr. inż. Krzysztofa Pawłowskiego, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2011.
3. PN-EN ISO 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
4. PN-EN ISO 12524:2003, „Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe”.
5. A. Dylla, „Praktyczna fizyka cieplna budowli. Szkoła projektowania złączy”, Wydawnictwo Uczelniane UTP, Bydgoszcz 2009.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

¹ W momencie przygotowywania artykułu do druku projekt rozporządzenia był po konsultacjach społecznych.