, (
10 f u1 u2
dry
moist
e
u
gdzie: λmoist – przewodność obliczenio-wa materiału, W/mK
λ10, dry – wartość deklarowana prze-wodności cieplnej, W/mK fu – współczynnik konwersji ze
wzglę-du na wilgotność
u1 – zawartość wagowa wilgoci w pierwszej klasie warunków brzegowych, kg/kg
u2 – zawartość wagowa wilgoci w dru-giej klasie warunków brzegowych, kg/kg
Zmiany wilgotności wpływają również na pojemność cieplną AAC. Badania [4] wskazują, że wartości te zmienia-ją się liniowo od (ρ·c)0% 5,82·10-5 do (ρ·c)20% 12,6·10-5. Zmiany przewod-ności cieplnej i pojemprzewod-ności cieplnej betonu komórkowego wpływają bez-pośrednio na bilans energetyczny bu-dynku. Problem wpływu zawilgocenia ścian z betonu komórkowego szeroko przeanalizowano w [5] i [6], wskazując na istotne znaczenie wszystkich czyn-ników kształtujących zapotrzebowanie budynków na energię.
Praca stanowi inżynierską propozycję szacowania nadwyżki zapotrzebowania na ciepło wynikającej z eksploatacji bu-dynku w stanie wilgoci technologicznej.
Najczęściej stosowane układy materiałowe ścian
zewnętrznych
W budownictwie jednorodzinnym naj-częściej stosowane są ściany
dwu-warstwowe. Warstwa konstrukcyjna wykonana jest zazwyczaj z autokla-wizowanego betonu komórkowego z ociepleniem w postaci wełny mi-neralnej lub styropianu. W związku z tym do analizy przyjęto dwa układy materiałowe ścian (rys. 2).
Bloczki betonu komórkowego opuszcza-ją autoklaw z wilgotnością do ok. 50%
i wbudowywane są często z wilgotno-ścią przekraczającą 40% w stosunku do masy suchych składników. Wykona-na ściaWykona-na charakteryzuje się zawarto-ścią wody na poziomie ok. 15%.
Materiały termoizolacyjne są wbudo-wywane w stanie suchym. W trakcie wznoszenia i eksploatacji budynku ich przewodność cieplna ulega zmianie w zależności od stanu wilgotnościo-wego (rys. 3).
Badania symulacyjne
Analizę cieplno-wilgotnościową przyjętych układów materiałowych
technologie
ścian dwuwarstwowych wykonano przy zastosowaniu programu kom-puterowego WUFI® PRO 5. Do anali-zy pranali-zyjęto dane pogodowe TMY dla Warszawy.
We wszystkich analizowanych mode-lach nie uwzględniono absorpcji pro-mieniowania krótko- i długofalowe-go. Założono współczynnik absorpcji deszczu zgodny z nachyleniem i ty-pem projektowanej przegrody, wyno-szący 0,7.
Główna analiza dotyczy niekorzyst-nego przypadku nałożenia się wilgoci budowlanej z eksploatacyjną.
Rozważono dwa etapy funkcjonowania ściany:
1. Pierwszy – wznoszenie warstwy konstrukcyjnej i ekspozycja na oddziaływanie opadów. Wymodelo-wano warstwę konstrukcyjną, na-rażoną z obu stron na środowisko zewnętrzne. Założono najbardziej niekorzystną wilgotność początko-wą 50% i funkcjonowanie wznoszo-nej ściany bez warstw zabezpie-czających w okresie od marca do sierpnia.
2. Drugi – po zasiedleniu od paździer-nika z okresem eksploatacji 8 lat.
W badaniach uwzględniono dwie klasy wilgotności wewnętrznej po-mieszczeń [7]:
– klasa odpowiadająca świadomemu użytkowaniu pomieszczeń przy uwzględnieniu konieczności inten-sywnej wentylacji i dogrzania;
– klasa odpowiadająca użytkowaniu pomieszczeń z niedostateczną wentylacją.
Dla celów porównawczych rozpatrzo-no przypadek funkcjorozpatrzo-nowania przegród w budynku, w których cykl budowy po-zwolił na usunięcie wilgoci budowla-nej przed zasiedleniem. Wyniki analiz przedstawiono na rys. 5 i 6.
Na etapie wznoszenia i funkcjonowa-nia niezabezpieczonej ściany przez okres marzec–sierpień nastąpił znaczny spadek wilgotności – do 15%
(rys. 4).
W kolejnym etapie założono wykonanie tynków wewnętrznych i ocieplenia w wy-szczególnionych dwóch wariantach.
Przeprowadzona analiza wykazała, że okres wysychania ściany jest zależny zarówno od przyjętego rozwiązania materiałowego ocieplenia, jak i wa-runków wilgotnościowych w budynku (rys. 5, 6).
W przypadku ocieplenia styropianem wbudowane materiały osiągnęły wil-gotność ustabilizowaną:
■ po 3,5 roku dla 3 klasy wilgotności,
■ po 5 latach dla 4 klasy wilgotności.
Wilgotność ściany z ociepleniem wełną mineralną niezależnie od we-wnętrznych warunków wilgotnościo-wych stabilizuje się po 1,5 roku.
Rys. 4 Zmiana stanu wilgot-nościowego warstwy konstrukcyjnej w okresie marzec–
sierpień
Rys. 5 Ι Zmiana stanu wilgotnościowego (3 klasa) ściany dwuwarstwowej ocieplonej styropianem
technologie
W okresie dochodzenia do poziomu wil-gotności ustabilizowanej autoklawizo-wany beton komórkowy wykazywał wyż-szą wilgotność w przypadku ocieplenia styropianem (tabl. 1–2) w porównaniu z wełną mineralną (tab. 3–4). Izolacja termiczna w postaci styropianu cha-rakteryzuje się tendencją rosnącą wil-gotności w pierwszych dwóch latach eksploatacji, po czym maleje. W odróż-nieniu do EPS (polistyrenu
ekspando-Rys. 6 Ι Zmiana stanu wilgotnościowego (4 klasa) ściany dwuwarstwowej ocieplonej wełną mineralną
Rok eksploatacji 1 2 3 4 5
Średnia wilgotność wbudowanych mate-riałów w sezonie grzewczym (%)
ABK600 10,8 5,1 2,8 1,5 1,5
Styropian 33,3 40 40 20 13,3
Przewodność cieplna λ (W/m·K) ABK600 0,196 0,166 0,154 0,148 0,148
Styropian 0,1 0,15 0,15 0,045 0,042
Sezonowe zapotrzebowanie
na ciepło budynku (kWh/rok) 13073 11789 12378 11842 9486
Rok eksploatacji 1 2 3 4 5
Średnia wilgotność wbudowanych mate-riałów w sezonie grzewczym (%)
ABK600 11,3 5,8 3,3 1,5 1,5
Styropian 33,3 40 40 23,3 13,3
Przewodność cieplna λ (W/m·K) ABK600 0,199 0,170 0,157 0,148 0,148
Styropian 0,1 0,15 0,15 0,08 0,042
Sezonowe zapotrzebowanie
na ciepło budynku (kWh/rok) 13073 11820 12450 11864 10575
Tabl. 1 Ι Zmiany wilgotności ściany ocieplonej styropianem w pierwszych pięciu latach eksploatacji przy założonej 3 klasie wilgotności wewnętrznej
Tabl. 2 Ι Zmiany wilgotności ściany ocieplonej styropianem w pierwszych pięciu latach eksploatacji przy założonej 4 klasie wilgotności wewnętrznej wanego) wilgotność wełny mineralnej
uzyskuje maksymalny poziom w pierw-szym roku eksploatacji, po czym w cią-gu kolejnego roku spada do wilgotności ustabilizowanej. W pierwszym okresie przy zwiększonej wilgotności wbudo-wanych materiałów ich przewodność cieplna jest również wyższa (tabl. 1–4).
W konsekwencji rzeczywisty współ-czynnik przenikania ciepła U jest znacz-nie wyższy od założonego w projekcie.
Zawartość wody w AAC w istotny spo-sób zmienia również pojemność ciepl-ną [4]. W celu uwzględnienia wpływu zawilgocenia na wartość sezonowego zapotrzebowania na ciepło budynku wy-konano symulację w programie ArCA-Dia-TERMO. Do analizy przyjęto prosty budynek wolno stojący, z poddaszem użytkowym, niepodpiwniczony, zloka-lizowany w Bydgoszczy. Wyniki zesta-wiono w tabl. 1–4.
technologie
Rok eksploatacji 1 2 3 4 5
Średnia wilgotność wbudowanych mate-riałów w sezonie grzewczym (%)
ABK600 9,2 2,5 1,5 1,5 1,5
Styropian 41,7 12,5 3,3 3,3 3,3
Przewodność cieplna λ (W/m·K) ABK600 0,188 0,153 0,148 0,148 0,148
Styropian 0,17 0,045 0,042 0,042 0,042
Sezonowe zapotrzebowanie
na ciepło budynku (kWh/rok) 13073 9506 9366 9366 9366
Rok eksploatacji 1 2 3 4 5
Średnia wilgotność wbudowanych mate-riałów w sezonie grzewczym (%)
ABK600 10,0 2,5 1,5 1,5 1,5
Styropian 41,7 12,5 3,3 3,3 3,3
Przewodność cieplna λ (W/m·K) ABK600 0,192 0,153 0,148 0,148 0,148
Styropian 0,17 0,045 0,042 0,042 0,042
Sezonowe zapotrzebowanie
na ciepło budynku (kWh/rok) 13144 9506 9366 9366 9366
Tabl. 3 Ι Zmiany wilgotności ściany ocieplonej wełną mineralną w pierwszych pięciu latach eksploatacji przy założonej 3 klasie wilgotności wewnętrznej
Tabl. 4 Ι Zmiany wilgotności ściany ocieplonej wełną mineralną w pierwszych pięciu latach eksploatacji przy założonej 4 klasie wilgotności wewnętrznej
Tabl. 5 Ι Zmiany zapotrzebowania na ciepło w pierwszych pięciu latach eksploatacji wybranego budynku mieszkalnego