Artykuł porusza problem mostków cieplnych znajdujących się w obudowie termicznej budynków. W pracy wyszczególniono rodzaje mostków cieplnych wraz ze wskazaniem podstawowych miejsc ich występowania. Opisano różne możliwości identyfikacji mostków termicznych na różnych etapach cyklu życia budynku oraz wskazano najskuteczniejszą metodę ich lokalizacji jaką są badania termowizyjne. Praca opisuje metodykę prowadzenia badań termowizyjnych przy poszukiwaniu mostków cieplnych oraz pokazuje przykłady ich występowania w obiektach rzeczywistych.
1. Wstęp
W dzisiejszych czasach energooszczędność w budownictwie staje się coraz ważniejszym tematem przy projektowaniu i wykonywaniu obiektów budowlanych. Nieodłącznym elementem zagadnienia oszczędności energii na potrzeby ogrzewania budynków jest temat mostków cieplnych, przez które budynek potrafi tracić ponad połowę energii cieplnej potrzebnej do ogrzania jego kubatury. Mostki cieplne są niczym innym jak miejscami w obudowie termicznej budynku, przez które dochodzi do zwiększonego przepływu ciepła w stosunku do sąsiadujących części przegród [1].Polska norma [2] określa mostki termiczne jako część obudowy budynku, w której jednolity opór cieplny jest znacznie zmieniony przez: całkowite lub częściowe przebicie obudowy budynku przez materiały o innej przewodności cieplnej; zmianę grubości warstw materiałów lub różnicę między wewnętrznymi i zewnętrznymi powierzchniami przegród (np. naroża ścian lub połączenia różnych przegród). Identyfikacja miejsc zwiększonych strat ciepła w obrębie obudowy budynku stanowi pierwszy etap radzenia sobie z problemem mostków cieplnych.
2. Rodzaje i miejsca występowania mostków cieplnych
Mostki cieplne możemy podzielić ze względu na kierunek przepływu ciepła, kształt mostka cieplnego, jego pochodzenie (niezależne od wykonawstwa) lub przyczynę, która zależy od
1Doktorant Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, 2
Doktorantka Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej.
wykonawstwa. Szczegółowo, proponowany podział rodzajów mostków cieplnych przedstawiono w tab.1. Najczęściej występującymi są mostki liniowe pochodzenia konstrukcyjnego i geometrycznego. Wynikają one z przyjętej geometrii budynku oraz rozwiązań konstrukcyjnych detali łączących różne elementy budynku.
Tablica 1. Podziały i rodzaje mostków cieplnym
1 2 2 3
Kierunek przepływu
strumienia ciepła Kształt Pochodzenie Przyczyna
a) 1D (mostek 1-go rzędu) b) 2D (mostek 2-go rzędu) c) 3D (mostek 3-go rzędu)
a) punktowe b) liniowe c) przestrzenne a) geometryczne b) konstrukcyjne c) strukturalne d) instalacyjne e) montażowe f) konwekcyjne a) brak ciągłości b) przerwa izolacji
c) zmniejszenie grubości izolacji d) brak izolacji
e) niedbałe wykonawstwo
Rys. 1. Przykładowe miejsca występowania mostków cieplnych w obudowie budynku
Na rys.1 zostały przedstawione możliwe miejsca występowania mostków cieplnych w tradycyjnym budynku mieszkalnym. Każdy z mostków został opisany i przypisany do odpowiedniego rodzaju (ze względu na pochodzenie) w tab.2. Potencjalnymi miejscami występowania mostków cieplnych w budynku, które należy dokładnie sprawdzić są obszary łączące różne płaszczyzny (np. łączenia ścian, stropów, połaci dachowych); miejsca montażu stolarki okienno-drzwiowej (nadproża, ościeża oraz parapety); elementy przebijające warstwę izolacji termicznej (w szczególności płyty balkonowe oraz przebicia instalacyjne i montaż zewnętrznych
elementów budynku tj. maszty, gzymsy itp.) lub miejsca zmieniające strukturę materiałową przegrody (np. wzmocnienia w postaci słupków żelbetowych w ściance kolankowej). Szeroki opis rodzajów mostków cieplnych można również znaleźć w literaturze [1,2,3].
Tablica 2. Opis mostka termicznego i jego rodzaj wraz z oznaczeniem z rys.1
3. Sposoby wykrywania
Lokalizacja i likwidacja mostków termicznych jest istotnym elementem przy zmniejszaniu zapotrzebowania przez budynek na energię cieplną. Analizę wykrywania i eliminacji mostków
1 2 3 4
LP Miejsce występowania mostka cieplnego Symbol z Rys.1 Rodzaj mostka
1 Połączenie ścian zewnętrznych (naroże wypukłe) N1 geometryczny (L) 2 Połączenie ścian zewnętrznych (naroże wklęsłe) N2 geometryczny (L) 3 Połączenie ściany zewnętrznej ze ścianą wewnętrzną ŚW geometryczny (L) 4 Połączenie ściany zewnętrznej ze stropodachem (wieniec
żelbetowy) SD geometryczny (L)
5 Węzły konstrukcyjne łączące pomieszczenia ogrzewane z nieogrzewanymi (wewnątrz budynku i przy ścianie zewn.)
O-NW
O-NZ konstrukcyjny (L) 6 Połączenie ściany zewnętrznej z dachem (krokwie, belki,
wieniec) ŚZ-D konstrukcyjny (L)
7 Kalenica, kosze w połaci dachowej KD konstrukcyjny (L)
8 Połączenie dachu ze ścianą szczytową D-ŚS konstrukcyjny (L)
9 Gzymsy ścienne, pilastry (elementy bezpośrednio łączone z
warstwą nośną ściany) G konstrukcyjny (L)
10 Attyki, dachowe murki ognioochronne A konstrukcyjny (L)
11 Połączenie ściany zewnętrznej ze stropem (wieniec
żelbetowy) ŚZ-S geometryczny (L)
12 Połączenie ściany zewnętrznej z podłogą na gruncie PG geometryczny (L) 13 Przebicie izolacji cieplnej podłogi na gruncie przez ściany nośne (ściany fundamentowe) ŚF konstrukcyjny (L) 14 Wzmocnienia konstrukcji ścian w postaci słupów stalowych
lub żelbetowych SŻ strukturalny (L)
15 Wspornikowa płyta balkonowa B konstrukcyjny (L)
16 Nadproża / Ościeże / Parapety stolarki okienno-drzwiowej NS/OS/PS konstrukcyjny (L)
17 Połączenia kominów z połacią dachową K konstrukcyjny (L)
18 Przebicia instalacyjne (rury kanalizacyjne, wentylacyjne, wodociągowe, inst. elektrycznych) INS instalacyjny (L/P) 19 Mocowanie elementów dodatkowego wyposażenia do ściany
cieplnych należy wdrożyć już na etapie koncepcji i projektowania obiektu budowlanego. Jest to najszybszy i najtańszy sposób w zapobieganiu wystąpieniu potencjalnych miejsc ucieczki ciepła z budynku. Pomocne jest również wykonanie modelu budynku w programie komputerowym pozwalającym zasymulować przepływ ciepła przez przegrody z obliczeniem temperatury na ich powierzchniach, dzięki czemu szybko i czytelnie można wskazać miejsca mostków termicznych. Ważnym etapem jest również proces budowy obiektu, podczas którego osoby odpowiedzialne za wykonawstwo bezpośrednio mogą wskazywać miejsca ucieczki ciepła, które wynikają z niedbałości wykonanych prac izolacyjnych. W obiektach użytkowanych, lokalizację mostków termicznych można przeprowadzić za pomocą wizji lokalnej z równoczesną analizą dokumentacji powykonawczej. Jednakże najczęściej stosowaną i najlepszą metodą wykrywania miejsc ucieczki ciepła są badania termowizyjne.
Od niedawna do wykrywania konwekcyjnych mostków cieplnych (wynikających z nieszczelności i swobodnego przepływu powietrza między środowiskiem ogrzewanym a nieogrzewanym – spękania, niedokładny montaż stolarki itp.) stosuje się badanie blowerdoor, które polega na wymuszeniu różnicy ciśnień między wnętrzem budynku, a środowiskiem zewnętrznym, zabarwieniu powietrza uciekającego z budynku i obserwowaniu jego drogi ucieczki, która wskazuje wszelkie nieszczelności w budynku.
Opis możliwych metod lokalizacji mostków termicznych na etapie projektowania i użytkowania obiektów budowlanych przedstawiono na rys. 2. Najskuteczniejszą z nich jest badanie termowizyjne, które szerzej opisano w kolejnym punkcie.
4. Metodyka pomiaru termowizyjnego przy detekcji mostków cieplnych
Badania termowizyjne przeprowadza się specjalną kamerą, która rejestruje promieniowanie cieplne emitowane przez powierzchnię zewnętrzną obiektu i pokazuje rozkład pola temperatury na powierzchni badanej przegrody. Prawidłowe przeprowadzenie badań termowizyjnych, składa się z czterech etapów: przygotowania do badania (określenia rodzaju badanego elementu i obiektu oraz sprawdzenie warunków pogodowych przed badaniem), badania kamerą termowizyjną, analizy otrzymanych termogramów orazanalizy wyników. Najważniejszymielementamisą przygotowanie do badań oraz analiza termogramów. Szczegółowy zakres poszczególnych etapów metody badawczej przedstawiono na rys.3.
Szczególnie ważnym aspektem jest występowanie różnicy temperatur po obu stronach badanej przegrody na poziomie co najmniej 15oC,co w rzeczywistości wymaga, aby temperatura środowiska zewnętrznegowynosiła poniżej 5o
C (przy prowadzeniu standardowych badań w obiektach mieszkalnych, gdzie pomieszczenia ogrzewane są do stałej temperatury około 20oC). Etap przygotowawczy dotyczy również obserwowania pogody na kilka dni przed badaniem. Małe wahania temperatury i duże zachmurzenie pozwala na wyeliminowanie dynamicznych zjawisk wymiany ciepła i wpływu ogrzewania słonecznego na dokonywane pomiary. Przy badaniu jak i analizie termogramów pomocne mogą być również opracowania budowlane dotyczące obiektu (dokumentacja projektowa, powykonawcza, ekspertyzy budowlane, zdjęcia z placu budowy), które pozwalają poznać strukturę geometryczno-materiałową badanego obiektu, co w konsekwencji przekłada się na dokładniejszą analizę termogramów i lokalizację występowania mostków cieplnych w badanym obiekcie.Oczywiście wymieniona dokumentacja nie jest niezbędna do przeprowadzenia badań termowizyjnych.Dokładną metodykę przeprowadzenia pomiaru termowizyjnego znaleźć można w literaturze[1].
5. Przykłady identyfikacji
Badania termowizyjne w przejrzysty sposób przedstawiają lokalizację mostków cieplnych na wykonanych termogramach. Niejednokrotnie na jednym zdjęciu w podczerwieni można dostrzec wiele różnorodnych mostków cieplnych.
Rys. 4. Zdjęcie termowizyjne punktowych i liniowych mostków cieplnych [4]
Rys.5. Zdjęcie termowizyjne liniowych mostków cieplnych (elementy żelbetowe) [5]
Na rys.4dostrzec można miejsca występowania punktowych mostków cieplnych oraz liniowe mostki termiczne parapetowe. Standardowymi i często lokalizowanymi mostkami cieplnymi są również miejsca występowania wzmacniających elementów żelbetowych w ścianach
murowanych(wieńce, nadproża oraz słupki w ścianie kolankowej), które przedstawiono na rys.5. Ciekawe termogramy z badań termowizyjnych przedstawiono na rys.6. Po lewej stronie na termogramie widać mostki cieplne w miejscu występowania kamiennych elementów konstrukcyjnych
w murowanej ścianie zabytkowej kamienicy. Natomiast po prawej stronie rys.6 można dostrzec nie tylko identyfikację mostków cieplnych, ale również ukrytą technologię wznoszenia budynku, który został wzniesiony jako obiekt o konstrukcji szachulcowej, a podczas remontu całość zabytkowej przegrody została ukryta pod warstwą tynku.
Rys. 6. Mostki cieplne w miejscu występowania kamiennych elementów w murowanej ścianie kamienicy (po lewej) [6]oraz przykład identyfikacjiukrytej technologii wznoszenia obiektu (po prawej) [7]
6. Podsumowanie i wnioski
Lokalizacja mostków cieplnych w obiektach budowlanych jest bardzo ważnym zagadnieniem z uwagi na energooszczędność w budownictwie oraz zapewnienie optymalnych warunków środowiska wewnętrznego dla mieszkańców. Poprawna identyfikacja i lokalizacja mostków termicznych już na etapie projektowym umożliwi szybkie i efektywnie ich usunięcie jeszcze przed wybudowaniem obiektu. W przypadku użytkowanych obiektów budowlanych najszybszą i najczęściej stosowaną metodą do detekcji mostków cieplnych są badania termowizyjne. W przejrzysty i prosty sposób przedstawiają one miejsca występowania mostków cieplnych. Należy pamiętać jednak o podstawowych zasadach wykonywania takich badań i przeprowadzać je wg podanej metodyki badawczej. W dzisiejszych czasach, doświadczony inżynier musi potrafić
lokalizować potencjalne miejsca ucieczki ciepła z budynku, projektować detale i połączenia konstrukcyjne poprawnie, również pod względem energetycznym oraz posiadać podstawowe wiadomości z zakresu wykonywania badań termowizyjnych.
Literatura
[1] Nowak H.: Zastosowanie badań termowizyjnych w budownictwie. Wrocław, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2012.
[2] Polska Norma: PN-EN ISO 14683 Mostki cieplne w budynkach, liniowy współczynnik przenikania ciepła, metody uproszczone i wartości orientacyjne. Warszawa, PKN, 2008.
[3] Dylla A.: Praktyczna fizyka cieplna budowli. Bydgoszcz, Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, 2009.
[4] Źródło internetowe: www.swiadectwa-warszawa.pl [5] Źródło internetowe: www.badaniatermowizyjne.info
[6] Vaclacik R.: Termovize jako nedestruktivni metoda stavebnehistorickehopruzkumu.Svornik. 4/2006, s. 195-202
[7] Materiały szkoleniowo-informacyjne firmy Termocert.