Bilans cieplny domu jednorodzinnego w technologii kompozytu wapienno-konopnego
Thermal balance of a single-family house built with hempcrete technology

FOT. 1. Przykładowa realizacja ściany w rozważanej technologii
Archiwa autorów
Wykonywanie ścian zewnętrznych w drewnianej konstrukcji szkieletowej wypełnionej jedynie materiałami naturalnymi, takimi jak kostki słomy, glina lekka oraz kompozyt wapienno-konopny staje się coraz bardziej popularne. Materiały te bardzo pełnią funkcję termoizolacyjną, a ich zastosowanie pozwala zrezygnować z dodatkowych warstw izolacji cieplnej z materiałów konwencjonalnych.
Zobacz także
prof. dr hab. inż. Leonard Runkiewicz Wykonywanie obiektów budowlanych zgodnie z zasadami rozwoju zrównoważonego

Rozwój gospodarczy przyczynia się do naruszenia równowagi panującej w środowisku. By ten negatywny wpływ rozwoju gospodarki na środowisko ograniczyć, opracowano koncepcję rozwoju zrównoważonego, czyli...
Rozwój gospodarczy przyczynia się do naruszenia równowagi panującej w środowisku. By ten negatywny wpływ rozwoju gospodarki na środowisko ograniczyć, opracowano koncepcję rozwoju zrównoważonego, czyli takiego, który gwarantuje zaspokojenie potrzeb obecnych pokoleń bez ograniczania możliwości przyszłych pokoleń do zaspokojenia ich potrzeb.
Fiberglass Fabrics sp. z o.o. Tynki i farby w dużych inwestycjach budowlanych

Przy projektowaniu i realizacji dużych inwestycji, takich jak osiedla mieszkaniowe, biurowce czy obiekty użyteczności publicznej, kluczowe znaczenie ma wybór odpowiednich materiałów wykończeniowych. Nie...
Przy projektowaniu i realizacji dużych inwestycji, takich jak osiedla mieszkaniowe, biurowce czy obiekty użyteczności publicznej, kluczowe znaczenie ma wybór odpowiednich materiałów wykończeniowych. Nie do przecenienia jest rola tynków i farb, które wpływają na wygląd budynków, a także na ich trwałość i komfort użytkowania.
Connector.pl Nowoczesne piany poliuretanowe – szczelne i trwałe ocieplenie budynku

Firma Connector.pl to największy polski dystrybutor materiałów do produkcji kompozytów, będący liderem na rynku od ponad 30 lat. W swojej ofercie posiadamy szeroką gamę produktów, a wśród nich znakomitej...
Firma Connector.pl to największy polski dystrybutor materiałów do produkcji kompozytów, będący liderem na rynku od ponad 30 lat. W swojej ofercie posiadamy szeroką gamę produktów, a wśród nich znakomitej jakości piany PUR otwarto- i zamkniętokomórkowe.
ABSTRAKT |
W artykule poddano analizie dom jednorodzinny wykonany w technologii wapienno-konopnej. Przyjęto własne rozwiązania przegród zewnętrznych, dla których policzono wartość współczynnika przenikania ciepła, m.in. na podstawie wyników badań własnych współczynnika przewodzenia ciepła kompozytu wapienno-konopnego. Przedstawiono obliczenia zysków i strat ciepła oraz wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania. |
Thermal balance of a single-family house built with hempcrete technologyThe article reviews a single-family house built on the basis of the hempcrete technology. Custom assumptions were made for the external space dividing elements for which the heat transfer coefficient value was determined on the basis of such data as the results of proprietary studies of heat transmission ratios for hempcrete. Calculation of heat gains and losses and of the seasonal heat demand ratios are presented. |
Zrównoważony rozwój w budownictwie zakłada wykorzystanie materiałów budowlanych w jak najmniejszym stopniu przetworzonych, których wpływ środowiskowy jest co najmniej neutralny.
Tradycyjne materiały termoizolacyjne, takie jak styropian, wykazują pozytywny wpływa na środowisko w fazie użytkowania budynku z uwagi na ograniczenie zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania. Jednak faza ich produkcji oraz utylizacji może przyczynić się o uzyskania ostatecznie niekorzystnego bilansu ekologicznego w całym życiu materiału.
Pozytywne aspekty ekologiczne wykazują materiały budowlane składające się ze składników organicznych.
Prowadzone są badania nad wykorzystaniem materiałów roślinnych w budownictwie jako materiałów termoizolacyjnych:
- kostek słomy [1, 2],
- włókien konopnych i lnianych [3],
- paździerzy konopnych [4, 5]
- i pażdzierzy lnianych [6].
Materiały te w czasie wzrostu pochłaniają duże ilości dwutlenku węgla, ich pozyskanie nie wymaga dużych nakładów energii, a dobre właściwości termoizolacyjne pozwalają na ograniczenie zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania.
Popularne staje się wykonywanie ścian zewnętrznych w drewnianej konstrukcji szkieletowej wypełnionej jedynie materiałami naturalnymi, takimi jak kostki słomy, glina lekka oraz kompozyt wapienno-konopny. Materiały te bardzo pełnią funkcję termoizolacyjną, a ich zastosowanie pozwala zrezygnować z dodatkowych warstw izolacji cieplnej z materiałów konwencjonalnych.
Wymienione materiały nie są w Polsce objęte normami oraz aprobatami technicznymi. Jednak zgodnie z Ustawą o wyrobach budowlanych [7] można je stosować jako wyroby przeznaczone do jednostkowego zastosowania w obiektach budowlanych, w tym w budynkach mieszkalnych jednorodzinnych. Nie są natomiast dopuszczone do zastosowania w budownictwie użyteczności publicznej, gdyż wtedy wymagałyby stosowanych aprobat technicznych, głównie z uwagi na odporność przeciwogniową.
W artykule poddano analizie dom jednorodzinny wykonany w technologii wapienno-konopnej. Przyjęto własne rozwiązania przegród zewnętrznych, dla których policzono wartość współczynnika przenikania ciepła (m.in. na podstawie wyników badań własnych współczynnika przewodności cieplnej kompozytu wapienno-konopnego). Przedstawiono obliczenia zysków i strat ciepła oraz wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania.
Procedura obliczeniowa
Rozważaniom poddano budynek mieszkalny zlokalizowany w pobliżu Lublina, wykonany w technologii szkieletu drewnianego wypełnionego mieszanką wapienno-konopną. Budynek jest domem jednorodzinnym parterowym, bez podpiwniczenia z dachem dwuspadowym o kącie nachylenia 15°.
Rzut parteru i przekrój przedstawiono na RYS. 1-2.
W pracy przyjęto następującą procedurę obliczeniową:
- zdefiniowanie przegród zewnętrznych,
- laboratoryjne wyznaczenie wartości współczynnika przewodzenia ciepła l kompozytu wapienno-konopnego w trzech wariantach (izolacja ściany, dachu i podłogi na gruncie),
- obliczenie wartości współczynnika przenikania ciepła przegród zewnętrznych,
- obliczenie strat ciepła w pomieszczeniach przez przegrody zewnętrzne oraz zysków ciepła,
- obliczenie zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania.
W TAB. 1 przedstawiono dane geometryczne budynku.
Technologia wykonania przegród zewnętrznych
Budynek został zaprojektowany w drewnianej konstrukcji szkieletowej.
Jako materiał wypełniający szkielet (a jednocześnie pełniący funkcję izolacji termicznej) zastosowano kompozyt wapienno-konopny. Jest to materiał ekologiczny, oparty o trzy główne składniki:
- spoiwo, którym jest wapno hydratyzowane modyfikowane dodatkami pucolanowymi,
- wypełniacz, którym są paździerze pozyskane z łodyg konopi włóknistych odmiany Białobrzeskie (konopie przemysłowe o zawartości substancji psychoaktywnej THC < 0,2% suchej masy kwiatostanu),
- woda, której ilość wprowadzona do mieszanki wapienno-konopnej jest znaczna z uwagi na wysoką higroskopijność paździerzy.

RYS 3. Układ warstw w ścianie zewnętrznej: 1 - tynk wapienny gr. 15 mm, 2 - słupek drewniany 60×120 mm, 3 - kompozyt wapienno‑konopny gr. 370 mm, 4 - tynk gliniany gr. 15 mm; rys. archiwa autorów
Lekki, porowaty wypełniacz zapewnia wysoką izolacyjność termiczną materiału, a spoiwo wapienne zabezpiecza przed jego korozją biologiczną. Receptury kompozytu mogą być modyfikowane w zależności od docelowego przeznaczenia materiału.
Modyfikacja składu polega przede wszystkim na zmianie stosunku wapna do konopi w mieszance. Większa zawartość spoiwa powoduje zwiększenie gęstości, wytrzymałości oraz zmniejszenie izolacyjności termicznej. Większa ilość wypełniacza spowoduje odwrotne rezultaty [4, 5].
W analizowanym budynku rama ścienna została umieszczona w środku grubości ściany.
Słupy drewniane o przekroju 60×120 mm zostały rozstawione co 500 mm.
Mieszanka została ułożona oraz zagęszczona ręcznie między płyty deskowania, tworząc warstwę ściany gr. 370 mm.
Ściana została obustronnie otynkowana: od zewnątrz tynkiem wapiennym gr. 15 mm, natomiast od wewnątrz tynkiem glinianym również gr. 15 mm.
Schemat ściany przedstawiono na RYS. 3, natomiast na FOT. na górze zaprezentowano rzeczywistą ścianę wykonaną w tej technologii.
Konstrukcję dachu stanowiły krokwie o przekroju 60×280 mm, które zostały rozmieszczone w rozstawie 500 mm. Przestrzenie między nimi zostały wypełnione mieszanką wapienno-konopną tworzącą grubość warstwy 260 mm.
Mieszanka została ułożona na podbitym od spodu deskowaniu z desek gr. 19 mm.
Celem poprawy izolacyjności termicznej dachu oraz ograniczenia liniowych mostków termicznych w postaci krokwi, od spodu umieszczono wełnę konopną gr. 80 mm pomiędzy drewnianymi listwami.
Sufit wykończono tynkiem glinianym gr. 20 mm, wzmocnionym matą trzcinową. Przekrój przez dach przedstawiono na RYS. 4.
Podłoga na gruncie również została zaprojektowana z wykorzystaniem warstwy kompozytu wapienno-konopnego, która ułożona została na warstwie kruszywa izolacyjnego - keramzytu (RYS. 5).
Okna przyjęto o przeszkleniu podwójnym z powłoką niskoemisyjną o wartości współczynnika przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g = 0,67.

RYS. 4. Układ warstw dachu: 1 - blacha trapezowa, 2 -łata, 3 - kontrłata, 4 - folia wstępnego krycia, 5 - krokiew 60×280 mm, 6 - kompozyt wapienno-konopny gr. 260 mm, 7 - deska gr. 19 mm, 8 - wełna konopna gr. 80 mm, 9 - mata trzcinowa, 10 - tynk gliniany gr. 20 mm; rys. archiwa autorów

RYS. 5. Układ warstw podłogi na gruncie: 1 - parkiet gr. 20 mm, 2 - wylewka wapienno-piaskowa gr. 40 mm, 3 -kompozyt wapienno-konopny gr. 120 mm, 4 -geowłóknina, 5 - keramzyt gr. 180 mm, 6 - zagęszczony piasek gr. 200 mm; rys. archiwa autorów
Rozwiązania ograniczające mostki termiczne
Rozważając ryzyko wystąpienia mostków termicznych, kierowano się normą PN-EN ISO 14683:2008 [8].
Technologia budowy przegród z wykorzystaniem izolacji wapienno-konopnej umożliwia zachowanie szczelnej linii obudowy całego budynku.
Izolacja dachu, ściany, podłogi na gruncie wykonana z wykorzystaniem paździerzy konopnych zachowuje ciągłość i zapobiega tym samym ucieczce ciepła w węzłach łączących te przegrody.
Na fakt ograniczenia strat ciepła na tych połączeniach wpływa też rodzaj konstrukcji. Drewno sosnowe posiada wartość współczynnika przewodzenia ciepła tylko (w przybliżeniu) dwukrotnie większą w porównaniu z dobrze izolującym termicznie kompozytem wapienno-konopnym.
Na RYS. 6–8 przedstawiono przyjęte rozwiązania, mające na celu zminimalizowanie mostków termicznych.

RYS. 6-8. Rozwiązania ograniczające mostki termiczne: podłoga na gruncie - ściana (6), dach - ściana (7), osadzenie ramy okiennej (8); rys. archiwum autorów
W obliczeniach przyjęto brak występowania mostków termicznych.
Badanie współczynnika przewodzenia ciepła
Badanie przewodności cieplnej kompozytu przeprowadzono na próbkach o wymiarach 300×300×50 mm, po 28 dniach dojrzewania, przy pomocy aparatu płytowego Fox300 w oparciu o standardy PN ISO 8302:1999 [9]. Przed badaniem próbki zostały wysuszone do stałej masy.
Wilgotność względna materiałów budowlanych znacząco wpływa na ich przewodność cieplną, dlatego ważne jest, aby badane próbki posiadały jednakowy poziom wilgotności.
Zbadano temperaturę na płycie grzejnej w wysokości 25°C, natomiast chłodzącej 0°C. Uzyskano średnią temperaturę 12,5°C.

RYS. 10. Współczynnik przewodzenia ciepła kompozytu wapienno-konopnego w zależności od miejsca zastosowania; rys. archiwa autorów
Wynikiem testu był średnia wartość współczynnika przewodzenia ciepła materiału.
Badanie polega na przepuszczeniu przez próbkę określonego strumienia ciepła oraz zmierzeniu wartości temperatury powstałych przy ustalonym przepływie ciepła na powierzchniach doprowadzenia i odprowadzenia ciepła.
Mając na uwadze głównie zastosowanie badanego kompozytu jako monolityczne wypełnienie konstrukcji drewnianej szkieletowej, aplikowane i zagęszczane w kierunku pionowym, próbki do badania przewodności cieplnej formowano w sposób pokazany na RYS. 9.
Wykres na RYS. 10 przedstawia uzyskane na drodze badawczej wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla kompozytów wapienno-konopnych.
Badane kompozyty uzyskały różne wartości współczynnika przewodzenia ciepła w zależności od receptury, która została odpowiednio dobrana, aby uzyskać gęstości kompozytów odpowiednie dla docelowego miejsca zastosowania.
Kompozyt stosowany jako izolacja dachu uzyskał średnią wartość λ = 0,065 W/(m·K), przy gęstości objętościowej ok. 250 kg/m3.
Receptura stosowana w ścianach charakteryzowała się średnim przewodnictwem cieplnym ok. 0,076 W/(m·K), przy gęstości objętościowej ok. 350 kg/m3.
Najcięższa mieszanka (gęstość około 600 kg/m3), zastosowana jako warstwa posadzki na gruncie, osiągnęła średnią wartość λ = 0,120 W/(m·K). Zróżnicowanie to uzyskano, stosując różne proporcje spoiwa do paździerzy.
![TABELA 2. Wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów zastosowanych w przegrodach materiałów (badania własne oraz [12, 13]) TABELA 2. Wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów zastosowanych w przegrodach materiałów (badania własne oraz [12, 13])](https://www.izolacje.com.pl/media/cache/typical_view/data/202101/b-bilans-cieplny-tab2.jpg)
TABELA 2. Wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów zastosowanych w przegrodach materiałów (badania własne oraz [12, 13])
Współczynnik przenikania ciepła przegród zewnętrznych
Analizowane przegrody składają się z warstw niejednorodnych (szkieletowa konstrukcja ścian wypełniona kompozytem wapienno-konopnym oraz dach, w którym przestrzenie między krokwiami zostały wypełnione również tym materiałem).
W celu obliczenia wartości współczynnika przenikania ciepła tych przegród posłużono się metodą opisaną w punkcie 6.2 normy PN-EN ISO 6946:2008 [10].
Z kolei współczynnik U dla podłogi na gruncie obliczono w oparciu o normę PN–EN ISO 13370:2001 [11].
W TAB. 2 przedstawiono wartości współczynników przewodzenia ciepła materiałów wykorzystanych w przegrodach zewnętrznych, a w TAB. 3 obliczone wartości współczynnika przenikania ciepła tych przegród.
Przyjęte rozwiązania przegród zewnętrznych pozwoliły spełnić obecne wymagania cieple podyktowane przez Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. [14].
Bilans cieplny budynku
Straty ciepła w pomieszczeniach przez przegrody zewnętrzne wyznaczono według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 06.11.2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej [15].
Obliczenia zysków ciepła oraz zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania wykonano zgodnie z procedurą opisaną w normie PN-EN 13790:2009 [11].
Budynek zlokalizowany jest niedaleko miasta Lublin, strefa klimatyczna III.
- Zewnętrzna temperatura projektowa dla wyżej wymienionej strefy wynosi –20°C.
- Średnia roczna temperatura zewnętrzna wynosi 7,6°C.
- Dane meteorologiczne oraz aktynometryczne przyjęto dla stacji Lublin-Radawiec (12,8°C - wrzesień; 8,5°C - październik; 1,3°C - listopad; –2,1°C -grudzień; –2,6°C - styczeń; –1,9°C - luty; 3,2°C - marzec; 9,2°C - kwiecień; 14,4°C - maj).
- Bilans cieplny rozpatrywanego domu jednorodzinnego w technologii wapienno-konopnej obliczono dla sezonu grzewczego trwającego 9 miesięcy - od września do maja.
- W budynku założono temperaturę wewnętrzną obliczoną jako średnią ważoną, równą Θint,H = 20,29°C.
- Przyjęto wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła o wydajności odzysku 50%.
Straty ciepła przez przenikanie lub wentylację obliczono według wzoru:
gdzie:
Hi - współczynnik strat ciepła - przez przenikanie (tr) lub przez wentylację (ve) [W/K],
Θint,H - temperatura wewnętrzna w pomieszczeniu (średnia ważona) [°C],
Θe - średnia temperatura zewnętrzna [°C],
tM - liczba godzin w miesiącu [h].
Zyski wewnętrzne zostały obliczone metodą uproszczoną.
Przyjęto wartość strumienia cieplnego odpowiednią dla domów jednorodzinnych równą 6,8 W/m2 według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 06.11.2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej [15].
Uwzględniono zyski od użytkowników i urządzeń. Nie uwzględniono zysków od ciepłej wody użytkowej. Poniżej przedstawiono wzór na wewnętrzne zyski ciepła:
gdzie:
Af - powierzchnia użytkowa mieszkania [m2],
qint - obciążenie cieplne zyskami wewnętrznymi [W/m2].
Zyski ciepła od promieniowania słonecznego przenikającego przez przegrody przezroczyste do przestrzeni ogrzewanej budynku obliczono z uwzględnieniem kierunków świata, związaną z nimi energią promieniowania słonecznego oraz parametrów okien zastosowanych w budynku.
Wzór na zyski ciepła od słońca jest następujący:
gdzie:
Asol - efektywne pole powierzchni zbierającej (uzależnione od powierzchni szyby, współczynnika przepuszczania energii słonecznej przez oszklenie oraz współczynnika zacienienia budynku) [m2],
Isol - średnia energia promieniowania słonecznego w rozpatrywanym miesiącu na 1 m2 płaszczyzny, w której usytuowane jest okno (na podstawie danych ze stacji aktynometrycznej Lublin-Radawiec).
Zapotrzebowanie na ciepło zostało wyliczone ze wzoru:
gdzie:
QH,ht - całkowite straty ciepła przez przenikanie i wentylację w okresie miesięcznym [kWh/m-c],
QH,gn - całkowite zyski ciepła wewnętrzne oraz od promieniowania słonecznego w okresie miesięcznym [kWh/m-c],
ηH,gn - współczynnik efektywności wykorzystania zysków ciepła, wyznaczony ze wzoru:
gdzie:
γH - stosunek zysków i strat ciepła [-],
aH - współczynnik referencyjny [-],
τ - stała czasowa [h].
gdzie:
aH,0 = 1,
τH,0 = 15 h.
gdzie:
Cm,A - wewnętrzna jednostkowa pojemność cieplna budynku odniesiona do powierzchni użytkowej (ogrzewanej) zgodnie z PN-EN ISO 13790:2009 [16], przyjęta dla lekkiego typu konstrukcji, równa 110 000×Af [J/K].
Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na energię do ogrzewania odniesiono po ogrzewanej powierzchni użytkowej w budynku i obliczono ze wzoru:
gdzie:
Af - użytkowa powierzchnia ogrzewana w budynku [m2].
W TAB. 4 zestawiono wyniki obliczeń miesięcznego zapotrzebowania na energię do ogrzewania i wentylacji.
Na podstawie wyników można stwierdzić, że zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania występuje przez cały sezon grzewczy od IX do V.
We wrześniu, kwietniu oraz maju występują duże zyski ciepła od promieniowania słonecznego, które w bilansie w znacznej mierze pokryły występujące straty cieplne. Miarą wykorzystania zysków ciepła w danym miesiącu jest współczynnik ηH,gn.

RYS. 12. Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania w poszczególnych miesiącach sezonu grzewczego; rys. archiwa autorów
Na RYS. 11 przedstawiono w formie wykresu wartości strat i zysków ciepła w okresie rocznym oraz roczne zapotrzebowanie na energię użytkową dla ogrzewania i wentylacji w analizowanym budynku.
Na RYS. 12 przedstawiono w formie graficznej zmiany zapotrzebowania na energię do ogrzewania w ciągu sezonu grzewczego.
Największy udział strat ciepła generują przegrody zewnętrzne.
Straty przez przenikanie wynoszą 5379.4 kWh/rok, z czego największy udział mają ściany zewnętrzne (36%) - z uwagi na ich największą powierzchnię, a także konieczność zastosowania kompozytu o słabszych właściwościach termoizolacyjnych niż w dachu (ze względów wytrzymałościowych).
Pomimo zastosowania kompozytu o największej wartości współczynnika przewodzenia ciepła w podłodze na gruncie i uzyskaniu najwyższego współczynnika przenikania ciepła spośród przegród pełnych, z uwagi na małą powierzchnię oraz charakter przepływu ciepła przez podłogę na gruncie (wynikający z procedury podanej w [11]), straty ciepła przez tą przegrodę są najmniejsze i stanowią 18% strat przez przenikanie).
Straty przez wentylację wynoszą 2340,4 kWh/rok, co stanowi 30% wszystkich strat w budynku (RYS. 13-14). Na fakt ten wpływa zastosowanie mechanicznej wentylacji z odzyskiem ciepła. Możliwe jest zminimalizowanie strat poprzez zastosowanie wentylacji z rekuperatorem o większej sprawczości odzysku, rzędu np. 80%.
Udział poszczególnych zysków ciepła w całościowym zestawieniu jest niemalże jednakowy (RYS. 13-14).
Największe zyski ciepła od promieniowania słonecznego występują od strony południowej elewacji i stanowią 71% całkowitych zysków ciepła od słońca (powierzchnia przeszklenia na elewacji południowej stanowi 66% całkowitej powierzchni przegród przeszkolonych).
Stosowanie największej powierzchni przeszklenia na elewacji południowej i minimalizowanie jej na elewacji północnej jest celowym zabiegiem w celu uzyskania jak najwyższej efektywności energetycznej budynku. Ma to związek z najwyższą energią promieniowania słonecznego na powierzchnię elewacji od strony południowej.
Szyby ciepłochronne, które ograniczają straty ciepła, mają również mniejszą przepuszczalność niż zwykła szyba bez powłok niskoemisyjnych. Im lepiej oszklenie ogranicza straty ciepła, tym słabiej pozyskuje ciepło od promieniowania słonecznego.
Największe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania przypada na grudzień i styczeń i stanowi 45% całkowitego zapotrzebowania.
Aby utrzymać projektową temperaturę wewnątrz pomieszczeń, obliczenia wykazały zapotrzebowanie na ciepło przez cały sezon grzewczy, jednak w sumaryczna ilość potrzebnego ciepła we wrześniu i maju stanowi jedynie 1,5% całościowego zestawienia.
Budynek osiągnął wskaźnik zapotrzebowania na energię do ogrzewania równy 58,9 kWh/m2·rok.
W budynkach o klasie niskoenergetycznej NF40 możliwe byłoby skrócenie sezonu grzewczego do np. 6 miesięcy [17].
Podsumowanie
Analiza miała na celu przedstawienie możliwości spełnienia obecnych wymagań cieplnych przy zastosowaniu ekologicznego materiału opartego na paździerzach konopnych i wapnie oraz zestawienie bilansu cieplnego budynku jednorodzinnego wykonanego przy zastosowaniu tego materiału.
Obliczenia dowiodły, że możliwe jest skonstruowanie przegród zewnętrznych z kompozytu wapienno-konopnego o porównywalnych grubościach z technologiami tradycyjnymi, tak aby spełnione zostały obecne wymagania cieplne (w przypadku ścian - bez dodatkowej izolacji). Technologia ta zapewnia zachowanie ciągłości izolacji i redukuje mostki termiczne w węzłach konstrukcyjnych.
Największe straty ciepła powstały przez przenikanie przez przegrody zewnętrzne, pośród których największy udział w stratach miały ściany zewnętrzne, a w drugiej kolejności otwory okienne i drzwiowe. Zyski ciepła wewnętrzne i od promieniowania słonecznego uzyskano na podobnym poziomie. Wskaźnik zapotrzebowania na energię do ogrzewania wyniósł 58,9 kWh/m2·rok.
Zaprezentowane wyniki dotyczą jedynie przykładowych kompozytów o różnych wartościach współczynnika przewodzenia ciepła. Możliwe jest wykonanie kompozytów konopno-wapiennych o lepszych parametrach niż te zaprezentowane w artykule, co przyczyniłoby się do zredukowania grubości ściany lub możliwości uzyskania standardu budynku niskoenergetycznego.
W pracy skupiono się na współczynniku przewodzenia ciepła jako jedynym parametrze cieplnym kompozytu wapienno-konopnego. Kompozyt posiada dodatkowo wysoką pojemność cieplną, która wpływa na zwiększenie poczucia komfortu cieplnego. Zasadne jest zatem kontynuowanie analiz z uwzględnieniem złożonego stanu przepływu ciepła, gdyż okazać się może, że przy uzyskanym w niniejszych obliczeniach współczynnikiem U dla przegród zewnętrznych, przy zachowaniu danej grubości przegrody, możliwe będzie uzyskanie lepszych parametrów niż dla przegrody o standardzie niskoenergetycznym wykonanej z tradycyjnych materiałów (np. bloczek + wełna mineralna).
Literatura
- G. Minke, F. Mahlke, "Building with Straw, Birkhäuser Architecture", Germany 2005.
- O. Douzane, G. Promis, J.M. Roucoult, A.D. Tran Le, T. Langlet, "Hygrothermal performance of a straw bale building: In situ and laboratory investigations", "Journal of Building Engineering", nr 8/2016, s. 91-98.
- H.R. Kymalainen, A.M. Sjoberg, "Flax and hemp fibres as raw materials for thermal insulations", "Building and Environment", nr 43(7)/2008, s. 1261-1269.
- D. Barnat-Hunek, P. Smarzewski, S. Fic, "Mechanical and thermal properties of hemp-lime composites", "Composites Theory and Practice", vol, 15/1, 2015, s. 21-27.
- D. Barnat-Hunek, P. Smarzewski, P. Brzyski, "Properties of Hemp--Flax Composites for Use in the Building Industry", "Journal of Natural Fibers".
- S. Fic, P. Brzyski, "Badanie kompozytu opartego na lekkich wypełniaczach (len i perlit) do zastosowań w budownictwie jako materiał ścienny”, „Przegląd Budowlany", nr 2/2015.
- Ustawa z dnia 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych (DzU 2004 nr 92, poz. 881).
- PN-EN ISO 14683:2008, "Mostki cieplne w budynkach - Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne".
- PN ISO 8302:1999, "Izolacja cieplna. Określanie oporu cieplnego i właściwości z nim związanych w stanie ustalonym. Aparat płytowy z osłoniętą płytą grzejną".
- PN-EN ISO 6946:2008, "Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania".
- PN-EN 13790:2009, "Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia".
- PN-EN ISO 10456:2009, "Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe".
- Strona internetowa: www.steico.com.
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U. Nr 75, poz. 690) ze zmianą z dnia 1 stycznia 2014 r. (Dz.U., poz.926).
- Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 06 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej.
- PN-EN ISO 13790:2009, "Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia”.
- P. Brzyski, "Bilans cieplny budynku na przykładzie jednorodzinnego domu niskoenergetycznego", rozdział w monografii pt. "Wybrane zagadnienia budownictwa energooszczędnego", Politechnika Warszawska, Płock 2014.