Projektowanie podłóg, stropów i ich złączy w aspekcie nowych wymagań cieplnych

Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1] (WT 2013), wprowadziło nowe, niższe wartości maksymalne współczynnika przenikania ciepła U_C(maks.) [W/(m2·K)] przegród zewnętrznych budynków oraz niższe wartości graniczne w zakresie wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP [kWh/(m2·rok)].

W następstwie zaostrzenia wymagań dotyczących izolacyjności termicznej pojawiają się nowe rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe przegród zewnętrznych i ich złączy, umożliwiające spełnienie standardu budynku niskoenergetycznego.

Ochrona cieplna

W TABELI 1 przedstawiono wartości maksymalne (graniczne) współczynnika przenikania ciepła U_C(maks.) [W/(m2·K)] analizowanych w artykule przegród według WT 2013 [1].

Wymagania cieplne i energetyczne dotyczące budynków niskoenergetycznych, które będą podlegały dofinansowaniu z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej [2], są bardziej zaostrzone. Ich spełnienie wiąże się z dodatkowymi kosztami w zakresie projektów wykonawczych, weryfikacji dokumentacji i budowy oraz próby szczelności.

W TABELI 2 zestawiono wybrane wymagania dotyczące ochrony cieplnej według WT 2013 [1], WT 2008 [3] oraz wytycznych NFOŚiGW [2].

W odniesieniu do budynków produkcyjnych, magazynowych i gospodarczych WT 2013 [1] dopuszcza wyższe wartości współczynnika U niż U_C(maks.) oraz U_(maks.) określone w TABELACH 1–2, jeśli jest to uzasadnione rachunkiem efektywności ekonomicznej inwestycji, obejmującym koszt budowy i eksploatacji budynku.

Ponadto w budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej, produkcyjnym, magazynowym i gospodarczym podłoga na gruncie w ogrzewanym pomieszczeniu powinna mieć izolację cieplną obwodową z materiału izolacyjnego w postaci warstwy o oporze cieplnym co najmniej 2,0 (m2·K)/W, przy czym opór cieplny warstw podłogowych oblicza się zgodnie z normami PN-EN ISO 6946:2008 [4] i PN-EN ISO 13370:2008 [5].

Ochrona wilgotnościowa

Sprawdzenie warunku ochrony wilgotnościowej - ryzyka występowania kondensacji na wewnętrznej powierzchni przegrody oraz kondensacji międzywarstwowej wynika z §321.1 WT 2008 [3] oraz zapisów WT 2013 [1]:

„Na wewnętrznej powierzchni nieprzezroczystej przegrody zewnętrznej nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych.

2. We wnętrzu przegrody, o której mowa w ust. 1, nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie spowodowane kondensacją pary wodnej.

3. Warunki określone w ust. 1 i 2 uważa się za spełnione, jeśli przegrody odpowiadają wymaganiom określonym w pkt 2.2. załącznika nr 2 do rozporządzenia” [3].

Warunki spełnienia wymagań dotyczących powierzchniowej kondensacji pary wodnej przedstawiono w załączniku do WT 2013 [1]:

„2.2.1. W celu zachowania warunku, o którym mowa w §321 ust. 1. rozporządzenia, w odniesieniu do przegród zewnętrznych budynków mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej i produkcyjnych, magazynowych i gospodarczych rozwiązania przegród zewnętrznych i ich węzłów konstrukcyjnych powinny charakteryzować się współczynnikiem temperaturowym f_Rsi o wartości nie mniejszej niż wymagana wartość krytyczna, obliczona zgodnie z Polską Normą dotyczącą obliczania temperatury powierzchni wewnętrznej koniecznej do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej.

2.2.2. Wymaganą wartość krytyczną współczynnika temperaturowego f_Rsi w pomieszczeniach ogrzewanych do temperatury co najmniej 20°C w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej należy określać według rozdziału 5 Polskiej Normy, o której mowa w pkt 2.2.1., przy założeniu, że średnia miesięczna wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego jest równa j = 50%, przy czym dopuszcza się przyjmowanie wymaganej wartości tego współczynnika równej 0,72.

2.2.3. Wartość współczynnika temperaturowego charakteryzującego zastosowane rozwiązanie konstrukcyjno-materiałowe należy obliczać:

1) dla przegrody - według Polskiej Normy (PN-EN ISO 13788:2003 [6]);

2) dla mostków cieplnych przy zastosowaniu przestrzennego modelu przegrody – według Polskiej Normy dotyczącej obliczania strumieni cieplnych i temperatury powierzchni (PN-EN ISO 10211:2008 [7]).

2.2.4. Sprawdzenie warunku, o którym mowa w §321 ust. 1 i 2 rozporządzenia, należy przeprowadzić według rozdziału 5 i 6 Polskiej Normy (PN-EN ISO 13788:2003 [6]).

2.2.5. Dopuszcza się kondensację pary wodnej, o której mowa w §321 ust. 2 rozporządzenia, wewnątrz przegrody w okresie zimowym, o ile struktura przegrody umożliwi wyparowanie kondensatu w okresie letnim i nie nastąpi przy tym degradacja materiałów budowlanych przegrody na skutek tej kondensacji” [1].

Straty ciepła przez przegrody stykające się z gruntem

Określanie strat ciepła przez przenikanie w odniesieniu do przegród stykających się z gruntem jest jednym z trudniejszych do obliczenia. Strumienie cieplne wypływające z ogrzewanego wnętrza mają udział w kształtowaniu rozkładu temperatur w gruncie pod budynkiem i jego otoczeniu.

Zmiany w temperaturze gruntu obserwowane są na dość znacznym obszarze, rozciągającym się pod budynkiem i w jego sąsiedztwie. Na granicach tego obszaru pojawiają się płaszczyzny adiabatyczne świadczące o ustaniu przepływów ciepła w kierunkach prostopadłych do ich przebiegu [8].

Metody numeryczne (przy zastosowaniu programu komputerowego) są dokładną procedurą zapisu strat ciepła z budynku przez grunt do atmosfery w wyniku przenikania. Uzyskanie dokładnych wyników jest możliwe tylko w warunkach symulacji przestrzennych i wydzielonych pionowymi płaszczyznami adiabatycznymi fragmentów budynku z gruntem, składających się w strukturę całościową [8].

Szczegółową analizę numeryczną złącza przegród stykających się z gruntem przedstawiono w pracach „Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle nowych warunków technicznych dotyczących budynków WT2013” [9], „Analiza parametrów fizykalnych przegród budowlanych stykających się z gruntem” [10], „Kształtowanie przegród stykających się z gruntem w aspekcie cieplno-wilgotnościowym” [11] oraz „Studium projektowe przegród stykających się z gruntem w aspekcie cieplno-wilgotnościowym” [12].

Metody przybliżone opierają się na zbliżonych i numerycznych procedurach obliczeniowych według norm PN-EN ISO 13370:2008 [5], PN-EN 12831:2006 [13] oraz Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej [14]. W obliczeniach wykorzystuje się opracowane algorytmy z zastosowaniem wzorów empirycznych, co pozwala na uniknięcie symulacji numerycznych.

Należy też zwrócić uwagę na rozbieżność w nazewnictwie izolacji cieplnej występującej w złączu przegród stykających się z gruntem. Izolacja termiczna na ścianach fundamentowych w budynkach niepodpiwniczonych, określana w WT 2013 [1] jako izolacja obwodowa, w normach określona jest jako:

• izolacja krawędziowa (według normy PN-EN ISO 13370:2008 [5]) - obliczeniowo włączana do wartości współczynnika przenikania ciepła podłogi (RYS. 1–2); może być umieszczona poziomo, pionowo lub występować jako fundament o małej gęstości;
• izolacja boczna (według normy PN-EN 12831:2006 [13]) - nieuwzględniana w wartości współczynnika przenikania ciepła podłogi.

Efekt izolacji krawędziowej jest traktowany jako liniowy współczynnik przenikania ciepła Yg,e [W/(m·K)]. Jeżeli złącze przegród stykających się z gruntem ma więcej niż jedną część izolacji krawędziowej (pionowej lub poziomej, wewnętrznej lub zewnętrznej), należy do dalszych obliczeń uwzględnić tę, która daje większą redukcję straty ciepła.

W normie PN-EN ISO 13370:2008 [5] przedstawiono procedury obliczeniowe w zakresie następujących przypadków występujących w praktyce (RYS. 3–5):

• podłoga typu płyta na gruncie,
• podłoga podniesiona,
• budynek z podziemiem ogrzewanym.

Straty ciepła przez stropy nad pomieszczeniami nieogrzewanymi i przejazdami

Stropy są przegrodami dzielącymi poszczególne kondygnacje budynku. Składają się z konstrukcji nośnej, podłogi i sufitu. W zależności od przeznaczenia funkcjonalnego stropy można podzielić na:

• międzykondygnacyjne (międzypiętrowe),
• nad nieogrzewanymi przestrzeniami,
• nad przejazdami.

Stropy muszą zapewniać odpowiednią izolacyjność cieplną w przypadkach, gdy oddzielają pomieszczenia ogrzewane od pomieszczeń nieogrzewanych (strop nad pomieszczeniem nieogrzewanym) lub powietrza zewnętrznego (strop nad przejazdami). Tego typu przegrody muszą spełniać wymagania rozporządzenia WT 2013 [1] zestawione w TABELACH 1–2.

Dobór izolacji cieplnej do stropów międzykondygnacyjnych (oddzielających pomieszczenia o tych samych temperaturach) jest drugorzędny. Określenie grubości izolacji cieplnej ma natomiast szczególne znaczenie m.in. w przypadku stropów nad piwnicami, garażami i przejazdami, tak by spełnione zostały wymagania w zakresie wartości współczynnika przenikania ciepła:

U_C ≤ U_{C (maks.)}

gdzie:

U_C - współczynnik przenikania ciepła [W/(m2·K)], obliczany według procedury normy PN-EN ISO 6946:2008 [4],

U_C(maks.) - maksymalna (graniczna) wartość współczynnika przenikania ciepła [W/(m2·K)], określona w rozporządzeniu WT 2013 [1] (TABELA 1–2).

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2013 r. poz. 926).
2. Wymagania określające podstawowe wymogi niezbędne do osiągnięcia oczekiwanych standardów energetycznych dla budynków mieszkalnych oraz sposób weryfikacji projektów i sprawdzania wykonywanych domów energooszczędnych, strona internetowa: www.nfosigw.gov.pl.
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2008 r. nr 201, poz. 1238).
4. PN-EN ISO 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
5. PN-EN ISO 13370:2008, „Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wymiana ciepła przez grunt. Metoda obliczania”.
6. PN-EN ISO 13788: 2003, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej umożliwiająca uniknięcie krytycznej wilgotności powierzchni wewnętrznej kondensacji. Metody obliczania”.
7. PN-EN ISO 10211:2008, „Mostki cieplne w budynkach. Strumienie ciepła i temperatury powierzchni. Obliczenia szczegółowe”.
8. A. Dylla, „Praktyczna fizyka cieplna budowli. Szkoła projektowania złączy budowlanych”, Wydawnictwo Uczelniane UTP w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2009.
9. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle nowych warunków technicznych dotyczących budynków WT2013”, DW Medium, Warszawa 2013.
10. K. Pawłowski, P. Olszar, „Analiza parametrów fizykalnych przegród budowlanych stykających się z gruntem”, „IZOLACJE”, nr 5/2011, s. 20–24.
11. K. Pawłowski, „Kształtowanie przegród stykających się z gruntem w aspekcie cieplno-wilgotnościowym”, „Czasopismo Techniczne”, nr 9/2012, s. 323–330.
12. M. Block, „Studium projektowe przegród stykających się z gruntem w aspekcie cieplno-wilgotnościowym”, [praca dyplomowa] Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, UTP Bydgoszcz 2011.
13. PN-EN 12831:2006, „Instalacje grzewcze w budynkach. Metoda obliczania obciążenia cieplnego”
14. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej (DzU z 2014 r., poz. 888).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!