Analiza porównawcza otrzymanych wyników obliczeń

Obliczenia cieplno-wilgotnościowe wybranych ścian zewnętrznych wykonywano w takich programach jak Excel i Rockwool. Do obliczeń przyjęto dane ze stacji meteorologicznych we Wrocławiu i w Zakopanym. Ponadto przyjęto temperaturę powietrza wewnętrznego 20˚C i wilgotność względną powietrza wewnętrznego55%.Wyniki obliczeń, tj. opór cieplny R, opór dyfuzyjny rw, współczynnik przenikania ciepła U, bezwymiarowe czynniki temperaturowe

, oraz stosunek temperatury wewnętrznej powierzchni przegrody do temperatury punktu rosy , dla ścian z 15cm grubością izolacji przedstawiono w (tab.2), zaś w (tab.3) zestawiono wyniki obliczeń dla ścian z 5cm grubością izolacji cieplnej. W wariantach, w których grubość izolacji termicznej wynosi 15cm, współczynnik przenikania ciepła U spełnia wymagania [2],a największy opór cieplny uzyskano dla W3-II, najmniejszy zaś dla W2-II. Warunki na kondensację powierzchniową i powstanie pleśni nie zostały spełnione. W żadnym miesiącu w roku nie zachodzi również kondensacja międzywarstwowa. Przegrody są więc prawidłowo zaprojektowane.

Tablica 2. Wyniki symulacji dla ściany usytuowanej we Wrocławiu z 15cm grubością izolacji DWUWARSTWOWA WROCŁAW 15cm izolacji _[m2^R

K/W]

U

[W/m²K]

rw

[m²hPa/g]

W1-II Ściana z cegły ceramicznej pełnej i wełny

mineralnej ^{4,694 0,213 3258 0,513 0,893 0,775}

W2-II Ściana z cegły ceramicznej pełnej i

styropianu ^{4,288 0,233 15699 0,510 0,883 0,775}

W3-II Ściana z betonu komórkowego i wełny

mineralnej ^{4,994 0,200 1722 0,514 0,900 0,775}

W4-II Ściana z betonu komórkowego i styropianu 4,588 0,218 14163 0,512 0,891 0,775

Tablica 3. Wyniki symulacji dla ściany usytuowanej we Wrocławiu z 5cm grubością izolacji DWUWARSTWOWA WROCŁAW 5cm izolacji _[m2^R

K/W]

U

[W/m²K]

rw

[m²hPa/g] W1-II Ściana z cegły ceramicznej pełnej i wełny

mineralnej ^{1,916 0,522 3050 0,503 0,739 0,775}

W2-II Ściana z cegły ceramicznej pełnej i

styropianu ^{1,788 0,559 7365 0,471 0,720 0,775}

W3-II Ściana z betonu komórkowego i wełny

mineralnej ^{2,216 0,451 1612 0,506 0,774 0,775}

W4-II Ściana z betonu komórkowego i styropianu 2,088 0,479 5830 0,503 0,761 0,775 W przypadku, gdzie izolacja termiczna ma grubość 5 cm, graniczne wartości współczynnika przenikania ciepła Unie zostały osiągnięte, przegroda ta nie spełnia wymagań [2] (U ≤ 0,25 kWh/m²rok). Niestety w Polsce istnieje bardzo wiele budynków wybudowanych w latach 1920-1990, w których przegrody charakteryzują się bardzo niskim współczynnikiem przenikania ciepła. W tak zaprojektowanej przegrodzie niespełniony jest dodatkowo warunek na ryzyko powstania pleśni w najbardziej niekorzystnym przypadku, czyli za wysokimi szafami ustawionymi przy ścianach zewnętrznych. W każdym z wariantów przyjmuje on wartości mniejsze od bezwymiarowego czynnika temperaturowego wynoszącego 0,775 (tab.3).

Te same obliczenia wykonane dla przegród zewnętrznych położonych w Zakopanem, gdzie temperatura powietrza zewnętrznego w styczniu spada poniżej-7˚C w 65% czasu trwania tego

miesiąca, a wilgotność względna powietrza zewnętrznego w tym czasie wynosi 87%, wykazały, że dla W3-II warunek na kondensację pary wodnej międzywarstwami został spełniony. Ogólnym warunkiem wystąpienia kondensacji pary wodnej wewnątrz przegrody jest przecinanie się wykresów ciśnień nasyconej ps i cząstkowejpary wodnej p. Wykresy te przecięły się na granicy wełny i tynku zewnętrznego. Należy tutaj zaznaczyć, że zastosowano tynk mineralny z włókna szklanego. Gdyby został zastosowany tynk cementowo-wapienny lub akrylowy nastąpiłaby znacznie większa kondensacja.

Rys. 1. Rozkład ciśnień pary wodnej dla W3-II, ściana usytuowana w Zakopanem, θe=-7˚C

Obliczenia wykazały, że został spełniony warunek na ilość kondensatu gromadzącego się w zimie,

gdyżW=532g/m2jest mniejsze niż ilość kondensatu, który wysycha w okresie letnim

=7149g/m²[4]oraz zawilgocenie materiału ∆u=0,89% nie przekracza maksymalnej wartości zawilgocenia wełny mineralnej∆umax=6,2% [4], w której zachodzi kondensacja.

Dalsza analiza obejmuje sprawdzenie tych samych warunków dla ścian trójwarstwowych, w których tynk zewnętrzny zastąpiono warstwą licową z cegły klinkierowej o współczynniku dyfuzji pary wodnej δ =135 (tab.1).Otrzymane wyniki zestawiono w (tab.4) oraz na wykresach (rys.3).

Pomimo tego, że do kondensacji międzywarstwowej dochodzi we wszystkich wariantach

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 0 27 206 428 561 694 828 961 1094 1317 1400 1483 1546 1629 1807 1820 C iśni enie pa ry wodne j, p, ps [ P a]

Opór dyfuzyjny przegrody r_w[ m2hPa/g] Ciśnienie nasyconej pary wodnej ps

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej p

(rys.3), tylko tam gdzie została zastosowana wełna mineralna (W1-III i W-III) następuje akumulacja wilgoci(rys.2). Ilość zgromadzonego kondensatu w tych wariantach jest blisko dziesięciokrotnie większa niż w przegrodach ze styropianem.Bilans zgromadzonego kondensatu w ciągu roku jest dodatni, więc z roku na rok będzie się gromadził.

W wariancie W2-III ilość zakumulowanej w zimie wilgoci zaczyna maleć od marca i całkowicie wysycha w czerwcu.

a) c)

b) d)

Rys. 2. Wykres ilości kondensatu a) W1-III b) W2-III. Wykres zakumulowanej ilości wilgoci w przegrodzie c) W1-III, d) W2-III

Tablica 4. Porównanie wyników otrzymanych dla ściany trójwarstwowej w programie Rockwool

W1-III W2-III W3-III W4-III

Ocena pod kątem rozwoju pleśni Zaprojektowana prawidłowo Zaprojektowana prawidłowo Zaprojektowana prawidłowo Zaprojektowana prawidłowo Ocena pod kątem

wystąpienia kondensacji Zaprojektowana nieprawidłowo Zaprojektowana prawidłowo Zaprojektowana nieprawidłowo Zaprojektowana prawidłowo Czy zachodzi kondensacji

międzywarstwowa? ^{TAK TAK TAK TAK}

Największa ilość kondensatu występuje w miesiącu:

W każdym wariancie największa ilość kondensatu wystąpiła w miesiącu styczniu pomiędzy warstwą izolacyjna a cegłą klinkierową Ilość zakumulowanego

kondensatu gc [kg/m²] ^{0,25304 0,02974 0,29048 0,06933}

ps na styku warstw 538,97 545,61 539,13 545,61

4. Podsumowanie

Analiza wpływu zastosowanych konstrukcji przegród na właściwości cieplne i wilgotnościowe wykazała, że:

Standardowa przegroda dwuwarstwowa, która spełnia obecne wymagania techniczne dotyczące współczynnika przenikania ciepła U i posiada poprawny układ warstw (izolacja od strony zewnętrznej) spełnia warunki cieplno-wilgotnościowe.

Przegrody niespełniające wymogów dotyczących współczynnika przenikania ciepła U, niespełniły warunku na ryzyko powstania pleśni w miejscach szczególnych jakimi są powierzchnie za szafami.

Dla ekstremalnych warunków zewnętrznych, jakie występują w V strefie klimatycznej w Polsce, w ścianie dwuwarstwowej(W3-II) dochodzi do kondensacji międzywarstwowej, jednak ilość wilgoci, jaką przegroda gromadzi w miesiącach zimowych jest na tyle mała, że wysycha w okresie letnim. Zawilgocenie wełny mineralnej nie przekracza maksymalnych wartości zawilgocenia dla tego materiału. Przegroda ta spełnia warunki techniczne.

W1-III W2-III

W3-III W4-III

nieprawidłowo, w tym przypadku niezbędne jest zastosowanie szczeliny wentylacyjnej pomiędzy warstwą licową, a wełną mineralną, aby umożliwić odparowanie zgromadzonego kondensatu.

Literatura

[1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 5 lipca 2013r. zmieniające rozporządzenie

w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3] PN-EN ISO 13788:2003 Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych

i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody obliczania

[4] Marszałek K., Nowak H., Śliwowski L.: Materiały do ćwiczeń z fizyki budowli. Wrocław, Politechnika Wrocławska, 1986.

ANALYSIS OF THE HYGROTHERMAL PERFORMANCE IN DIFFERENT TYPES OF