Wartości deklarowane i obliczeniowe parametrów izolacyjnych materiałów budowlanych

Do obliczania współczynnika przenikania ciepła U wykorzystuje się znormalizowane wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ lub dane udostępnione przez producentów materiałów budowlanych.

Rozróżnia się następujące wartości:

•  λ_m - średnia wartość współczynnika przewodzenia ciepła uzyskana na podstawie wyników badań odpowiednio licznej serii próbek;
•  λ_D - wartość deklarowana ustalona na podstawie wyników badań i poddana analizie statystycznej przy poziomie ufności 90%; wartość deklarowana powinna służyć kontroli jakości produkcji i określać wartość odpowiadającą warunkom laboratoryjnym;
• λ_ob - wartość służąca projektowaniu, odpowiadająca warunkom stosowania materiału.

Wartości deklarowane określone są w odpowiednich warunkach pracy przegrody, np. w temp. 10°C, warunkach powietrzno-suchych i zaraz po wyprodukowaniu materiału.

W rzeczywistości materiały budowlane pracują w innych warunkach, do których powinny być dostosowane ich parametry (o ile są od nich zależne).

W określaniu wartości U dużym problemem jest mylne stosowanie do obliczeń wartości deklarowanej λ_D zamiast wartości obliczeniowej λ_ob (TABELA).

Na etapie projektowania inżynier powinien przewidzieć warunki pracy materiału i dokonać konwersji współczynnika λD do wartości λob. Przewodność materiału jest funkcją gęstości materiału, zawartości wilgoci, temperatury, czasu od wyprodukowania materiału:

gdzie:

F_T - temperaturowy czynnik konwersji,

F_M - wilgotnościowy czynnik konwersji,

F_a - czynnik konwersji zależny od czasu od wyprodukowania materiału.

Czynniki konwersji wyznacza się na podstawie wzorów:

gdzie:

f_u - współczynnik konwersji ze względu na wilgotność materiału

gdzie:

f_a - współczynnik konwersji ze względu na zmianę parametru λ w czasie (starzenie).

Konwersja ze względu na temperaturę dotyczy przede wszystkim lekkich materiałów izolacyjnych, w których przenoszenie ciepła odbywa się częściowo przez promieniowanie, takich jak styropian czy wełna mineralna.

Konwersja z uwagi na wilgotność dotyczy głównie materiałów sorpcyjnych, takich jak pustaki z gazobetonu, z ceramiki poryzowanej. Nie dotyczy materiałów izolacyjnych o niskiej wilgotności sorbcyjnej.

Konwersję z uwagi na starzenie rozpatruje się w przypadku materiałów spienianych przy użyciu innych gazów niż powietrze.

Zmiana wartości współczynnika przewodzenia ciepła w miarę upływu czasu dotyczy np. pianki ekstrudowanej lub pianki poliuretanowej.

Jeżeli materiały te nie są szczelnie osłonięte, następuje wymiana gazów użytych do spieniania na powietrze, co prowadzi do wzrostu przewodności cieplnej tych materiałów.

Szybkość zmiany współczynnika przewodzenia zależy od grubości materiału (im grubszy, tym proces jest wolniejszy) i temperatury powietrza (im wyższa temperatura, tym szybszy proces). Wpływ wilgotności materiału jest pomijalnie mały.

Niezbędne jest skorygowanie deklarowanej wartości współczynnika przewodzenia ciepła do wartości obliczeniowej.

Izolacyjność termiczna materiałów spienionych

Obliczeniowe właściwości cieplno-wilgotnościowe materiałów zamieszczono w normie PN-EN 12524:2003 [1].

W dokumencie tym w formie tabelarycznej podano wartości obliczeniowe, które można stosować do przenoszenia ciepła i masy w odniesieniu do jednorodnych materiałów i wyrobów budowlanych.

Podane wartości są zazwyczaj mniej korzystne od deklarowanych i obliczeniowych wartości podawanych przez producentów materiałów budowlanych.

Z tego powodu w większości przypadków stosuje się wartości prezentowane w materiałach technicznych deklarowane przez producentów.

Producenci materiałów izolacyjnych zazwyczaj podają deklarowaną wartość współczynnika przewodzenia ciepła - λ_D.

Wyznaczenie wartości obliczeniowej wymaga znajomości warunków, w jakich będzie pracował materiał oraz trwałości projektowanych rozwiązań.

W niektórych przypadkach producent może podać wartość deklarowaną i zarazem obliczeniową. Tak się dzieje, gdy producent może przewidzieć warunki pracy materiałów budowlanych na obiekcie budowlanym.

Dotyczyć to może materiałów izolacyjnych pracujących w przewidywalnych warunkach termicznych. Można wówczas podać w materiałach technicznych λ_ob po konwersji termicznej wykonanej do standardowych warunków pracy przegrody. Dotyczy to ocieplenia ścian lub dachu w standardowych rozwiązaniach konstrukcyjnych przegrody.

Można też przewidzieć standardowe warunki wilgotnościowe pracy materiałów sorpcyjnych i podawać skorygowaną wartość λ_ob w stosunku do wartości deklarowanej do warunków powietrzno-suchych.

W stosunku do materiałów spienianych informacja o wartości λ_D podana jest wraz z innymi parametrami technicznymi materiału wytwarzanego przez danego producenta.

Producent zobowiązany jest do podania parametrów technicznych w oficjalnych dokumentach.

W przypadku pianki poliuretanowej określenie parametrów izolacyjnych stosowanych m.in. na dachy skośne, dachy płaskie, ściany, sufity i posadzki podane jest w normie produktowej PN-EN 13165:2013-05 [2], jednej z norm należących do rodziny norm CEN i PKN dotyczących specyfikacji wyrobów produkowanych fabrycznie przeznaczonych do izolacji cieplnej w budownictwie.

Normy te obejmują wyroby z MW, EPS, XPS, PUR (w tym także PIR), PF (pianka fenolowa, nazywana również jako rezolowa), CG (szkło komórkowe), WW (wełna drzewna), EPB (perlit ekspandowany), ICB (korek ekspandowany) oraz WB (włókna drzewne).

Wyznaczenie wartości obliczeniowych ma również istotne znacznie dla materiałów stosowanych do ocieplania od wewnątrz.

Zazwyczaj materiał stosowany przy ociepleniu do wewnątrz pracuje w temperaturze wyższej od stosowanej przy ich badaniu.

Wartość temperatur pracy zależy od kilku czynników: od temperatury zewnętrznej, wewnętrznej, grubości i izolacyjności materiału dociepleniowego, od konstrukcji węzła, konstrukcji ściany.

Przykładowo, przy wewnętrznej temperaturze 20°C i średniej zewnętrznej w okresie grzewczym wynoszącej np. 2,0°C oraz przy konstrukcji ściany obustronnie otynkowanej z cegły pełnej gr. 38 cm ocieplonej pianką PIR gr. 6 cm o λ_obl. = 0,021 W/(m·K) obłożonej od zewnątrz płytą g-k, materiał izolacyjny pracuje w przedziale termicznym od około 7,8°C do około 19,2°C.

Średnia wartość pracy materiału izolacyjnego wynosi 13,5°C.

Sytuacja się komplikuje w przypadku węzłów, w których występują istotne zaburzenia rozkładu temperatur (RYS. 1–2).

Skorygowanie parametrów izolacyjnych ze względu na odmienną pracę materiały izolacyjnego, takiego jak styropian, jest niezbędne w takich przypadkach, jak: izolacja termiczna ścian w gruncie, izolacja termiczne podłóg na gruncie, izolacja termiczna ścian wielowarstwowych oraz ścian ocieplonych od wewnątrz.

Wymagania stawiane przez normę PN-EN 13165:2013-05 [2] narzucają określenie współczynnika przewodzenia ciepła λ_D.

Norma nie wspomina o λ_ob, choć częściowo narzuca uwzględnienie procesu starzenia na wartość średnią arytmetyczną współczynnika przewodzenia ciepła λ_m, odchylenie standardowe.

W zależności od liczby pobranych próbek wyznacza się wartość λ_90,90, co oznacza, że przy poziomie 90% ufności 90% próbek będzie charakteryzowało się lepszą izolacyjnością termiczną:

gdzie:

k - współczynnik uzależniony od liczby próbek branych do obliczeń oraz od poziomu ufności.

Przykładowo, wartość k dla poziomu ufności 90% i przy 10 próbkach wynosi 2,07, a przy 20 próbkach 1,77. Metodologia ustalenia wartości λ_D obejmuje badania materiału w temp. 10°C i przy min. 10 próbkach. Na tej podstawie wyznaczana jest wartość przy poziomie ufności min. 90%.

Po badaniu symulującym na starzenie (odbywającym się najczęściej w procedurze przyspieszonej, czyli trwającej 21 dni) określa się przyrosty wartości λ_D i porównuje z maksymalnymi przyrostami podanymi w odpowiedniej normie.

Jeśli przyrosty Δλ są poniżej wartości normowych, to wartość wstępna powiększana jest o przyrosty normowe, zależne od rodzaju okładziny gazoszczelnej lub niegazoszczelnej.

W przypadku okładziny niegazoszczelnej dodatkowo wartość λ i Δλ są zmienne i zależą także od grubości płyty.

Jeżeli przyrosty są większe od przyrostów znormalizowanych, wykonuje się pełne badania (trwające 180 dni) i koryguje λD o wartość rzeczywistą λ wynikającą ze starzenia materiału.

Podsumowanie

Przygotowanie projektów budowlanych w zakresie charakterystyki energetycznej wymaga stosowania obliczeniowych współczynników przewodzenia ciepła. Bardzo często są to wartości deklarowane, o ile praca materiału odpowiada wartościom występującym podczas określania wartości λ_D.

W przypadku materiałów spienionych, takich jak pianki PIR i PUR, wyznaczenie wartości λ_ob niezbędnej do projektowania nie jest konieczne.

Wartość deklarowana λ_D zawiera korektę starzeniową opartą o znormalizowane metody i analizę statystyczną przy poziomie ufności 90%. Do projektowania można zatem przyjmować wartości λ_D jako wartość λ_ob.

Literatura

1. PN-EN 12524:2003, „Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe”.
2. PN-EN 13165:2013-05, „Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Wyroby ze sztywnej pianki poliuretanowej (PUR) produkowane fabrycznie. Specyfikacja”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!