ich podatności na zmiany tych warunków w czasie.
dr inż. robert geryło Instytut Techniki Budowlanej
C
elem przeprowadzania ocen izo-lacyjności cieplnej przegród ze-wnętrznych w przypadku pro-jektowanych budynków jest sprawdzenie spełnienia wymagań wynikających z prze-pisów techniczno-budowlanych i ewentual- nych wymagań inwestora dotyczących wyższego standardu energetycznego bu-dynku. W przypadku obiektów użytko-wanych oceny przeprowadza się na ogół doraźnie, po stwierdzeniu problemów z zapewnieniem komfortu użytkowania pomieszczeń lub docelowo przed plano-waną termomodernizacją budynku. Do celów projektowych mają zastosowanie metody obliczeniowe, w tym kompu-terowe wyznaczanie pola temperatury w przegrodach budynku, które w pew-nym zakresie mogą być równieżwyko-rzystywane we wspomaganiu diagnostyki i badań obiektów użytkowanych. Sposoby oceny opierają się na metodach znorma-lizowanych, a ich stosowanie wiąże się z koniecznością użycia odpowiednich narzędzi i przestrzegania szczegółowych procedur. Uwzględnienie tych standar-dów zapewnia największą miarodajność i wiarygodność ocen.
Ze względu na rosnące znaczenie energooszczędności i niskoemisyjno-ści stosuje się obecnie znacznie ostrzej-sze niż w przeszłości wymagania zwią-zane z izolacyjnością cieplną przegród zewnętrznych. Od 2021 r. wszystkie nowe budynki powinny spełniać przy-jęte w krajach Unii Europejskiej kry-teria niemal zerowego wykorzystania energii. Uzyskanie takiego standardu
tEchnologiE
rodzaj przegrody maksymalna wartość
współczynnika przenikania ciepła w/(m2·k)
Ściany zewnętrzne 0,20
Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi
poddaszami lub nad przejazdami 0,15
Stropy nad pomieszczeniami nieogrzewanymi
i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi 0,25
Podłogi na gruncie 0,30
Okna (z wyjątkiem połaciowych), drzwi balkonowe
i powierzchnie przezroczyste nieotwieralne 0,9
Okna połaciowe 1,1
Drzwi w przegrodach zewnętrznych 1,3
nie jest praktycznie możliwe bez kom-pleksowego uwzględnienia energo-oszczędnych rozwiązań o charakterze architektonicznym, konstrukcyjno-ma-teriałowym budynku oraz jego systemów technicznych, w tym wykorzystujących odzysk ciepła lub odnawialne źródła energii. W odniesieniu do przegród ze-wnętrznych warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki, określają m.in. maksymalne dopuszczalne warto-ści współczynników przenikania ciepła.
W tabeli zestawiono wybrane wartości wymagane w odniesieniu do głównych rodzajów przegród zewnętrznych i po-mieszczeń o temperaturze nie niższej niż 16°C.
Obliczenia wartości współczynnika przenikania ciepła ścian zewnętrznych, dachów, stropodachów i stropów prze-prowadza się sposobami określonymi w normie [1], a w przypadku przegród, przez które przenoszone jest ciepło do gruntu, według [2]. Współczynniki prze-nikania ciepła okien, drzwi i innych oszklonych przegród ściennych i dacho-wych są określane w deklaracjach wła-ściwości użytkowych przez producentów na podstawie wyników badań lub obli-czeń, wykonanych metodami ustalonymi w normach odnoszących się do takich wyrobów budowlanych.
Szczególnym zagadnieniem związa-nym z izolacyjnością cieplną nieprze-zroczystych przegród zewnętrznych jest wymagana przepisami techniczno-bu-dowlanymi konieczność zapewnienia ochrony ich wewnętrznej powierzchni przed występowaniem kondensacji pary wodnej umożliwiającej rozwój grzybów
KwiecieŃ 2021 (193) 63
TECHNOLOGIE
pleśniowych. Ryzyko może głównie dotyczyć narożnych połączeń prze-gród i miejsc usytuowania balkonów, loggii, tarasów, ścianek attykowych lub kolankowych, połączeń ze ścia-nami fundamentowymi lub ściaścia-nami nieogrzewanych pomieszczeń oraz połączeń z oknami i drzwiami. Ze względu na dwu- lub trójwymiarowy charakter pola temperatury w takich miejscach sposób oceny izolacyjności cieplnej przegród opiera się na symu-lacji komputerowej przeprowadza-nej według PN-EN ISO 10211 [3].
Przykład takich obliczeń pokazano na rys. 1.
Warunkiem koniecznym do roz-woju zagrzybienia jest kondensa-cja kapilarna w wierzchniej warstwie przegrody. W przypadku masywnych przegród, charakteryzujących się dużą bezwładnością cieplną i zastosowa-niem materiału o budowie kapilar-no-porowatej, ryzyko jest niewielkie, jeżeli średnia miesięczna wilgotność względna powietrza przy powierzchni przegrody pozostaje niższa od 80%.
Sprawdzenie polega na porównaniu minimalnych wartości temperatury wewnętrznej powierzchni przegrody w stanie ustalonym (w warunkach średnich miesięcznych) z warto-ściami krytycznymi, które uwzględ-niają przewidywane warunki cieplne i wilgotnościowe w pomieszcze-niu oraz odpowiednią intensywność wentylacji.
Podczas oceny ryzyka występowa-nia kondensacji pary wodnej na we-wnętrznej powierzchni przegród o niż-szej bezwładności cieplnej w praktyce mogą być również zastosowane obli-czenia dynamiczne, uwzględniające zmienne w czasie warunki cieplne.
Przykład obliczeń pola temperatury w wycinku takiej przegrody pokazano na rys. 2.
Biorąc pod uwagę przepisy tech-niczno-budowlane, istotne jest też spełnienie wymogu zabezpieczenia przed wystąpieniem narastającego
rys. 1. Przykład zastosowania obliczeń trójwymiarowego pola temperatury w obudowie budynku o konstrukcji żelbetowej, wykonanych w zakładzie Fizyki cieplnej, akustyki i Środowiska itb
rys. 2. Przykład zastosowania obliczeń trójwymiarowego pola temperatury w ścianie osłonowej, wykonanych w zakładzie Fizyki cieplnej, akustyki i Środowiska itb
rys. 3. Przykład zastosowania obliczeń dwuwymiarowego pola temperatury w połączeniu przegród z dociepleniem od wewnątrz, wykonanych w zakładzie Fizyki cieplnej, akustyki i Środowiska itb
TECHNOLOGIE
w kolejnych latach zawilgocenia spo-wodowanego kondensacją pary wod-nej we wnętrzu przegrody. W prak-tyce dotyczy to np. specyficznych rozwiązań termomodernizacyj-nych, które mogą mieć zastosowanie w obiektach zabytkowych, polegają-cych na wykonaniu docieplenia od strony wewnętrznej przegród. Przy-kład obliczeń rozPrzy-kładu temperatury pokazano na rys. 3.
Do oceny izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych obiektów użytkowanych najczęściej stosuje się metodę termowizyjną, a w szczegól-nych przypadkach również badania gęstości strumienia ciepła. Przepro-wadzanie wstępnych ocen jest czę-sto możliwe na podstawie spraw-dzenia budowy przegród: grubości warstw oraz rodzaju zastosowanych materiałów. W praktyce często można wystarczająco dokładnie zidentyfiko-wać opory cieplne ocenianych prze-gród budynków na podstawie zwery-fikowanych przez obmiary, oględziny i ewentualne odkrywki grubości warstw materiałowych oraz założo-nych wartości współczynników
prze-wodzenia ciepła zastosowanych ma-teriałów (np. na podstawie danych normowych lub informacji o wyro-bach dostępnych na rynku).
Gdy nie jest możliwe zadowa-lająco dokładne ustalenie budowy przegród, stosuje się diagnostykę termowizyjną, czyli detekcję w pod-czerwieni przy użyciu kamer reje-strujących rozkłady temperatur pro-mieniowania w zakresie długości fali od kilku do kilkunastu µm. Do badań trudno dostępnych miejsc obiektów budowlanych, np. dachów, stosuje się również aparaty umieszczone na bez-załogowych statkach lotniczych, czyli dronach.
Na uzyskiwane obrazy termalne obiektów mają istotny wpływ nie tylko rzeczywiste temperatury ich po-wierzchni, ale również:
właściwości radiacyjne obiektu (emi-syjność),
rozkłady temperatury w otoczeniu (tzw. scena termograficzna),
ustawienie osi optycznych aparatów względem badanych powierzchni.
Po obu stronach badanych prze-gród powinny panować warunki, które
można uznać za ustalone (niewielkie zmiany w czasie temperatury i ciśnie-nia w środowisku zewnętrznym i we-wnętrznym), a różnice temperatur po-winny być wystarczająco duże (nie mniej niż 20 K). W takich warunkach na podstawie obrazów rozkładów tem-peratur powierzchni przegród można wykrywać niejednorodności właściwo-ści cieplnych badanych przegród mogą-cych wynikać z:
lokalnych braków izolacji cieplnej lub występowania materiałów dobrze prze-wodzących ciepło,
pogorszenia właściwości cieplnych materiałów spowodowanych ich zawil-goceniem,
nieszczelności, przez które odbywają się przepływy powietrza.
Prawidłowe oceny obrazów ciepl-nych zależą w dużym stopniu od do-świadczenia osób prowadzących badania. Szczegółowe wytyczne prowa-dzenia jakościowych badań wad ciepl-nych w przegrodach zewnętrzciepl-nych budynków metodami termowizyjnymi określa norma [4].
W przypadkach przegród zbu-dowanych z jednorodnych cieplnie
rys. 4. Przykładowe badanie termowizyjne z jednoczesnym badaniem oporu cieplnego zrealizowane w zakładzie Fizyki cieplnej, akustyki i Środowiska itb: a) badanie drzwi, b) obraz termowizyjny
KwiecieŃ 2021 (193) 65
TECHNOLOGIE
warstw materiałowych mogą być sto-sowane metody polegające na po-miarach gęstości strumienia ciepła na powierzchniach przegród i tempe-ratur wewnętrznych oraz zewnętrz-nych powierzchni tych przegród.
Wytyczne prowadzenia badań okre-śla norma [5]. Metoda ta może być np. używana do sprawdzania izola-cyjności cieplnej szyb zespolonych w oknach i innych przegrodach prze-szklonych. Duży udział powierzchni szyb w przegrodach przezroczystych, zwykle powyżej 70%, powoduje, że współczynnik przenikania ciepła szyb ma na ogół decydujący wpływ na ocenę izolacyjności cieplnej ta-kiej przegrody. Ze względu na małą bezwładność cieplną szyb badania można przeprowadzać w godzinach nocnych po ustabilizowaniu się wa-runków cieplnych, przy czym zaleca się kilkukrotne powtórzenie w kolej-nych dobach.
W warunkach ustalonego jed-nowymiarowego przepływu ciepła opór cieplny przegrody oblicza się wg wzoru:
w którym: ∆θ – zmierzona różnica tem-peratury powierzchni przegrody [K];
q – zmierzona gęstość strumienia cieplnego [W/m2]; Rhfm – opór cieplny przetwornika gęstości strumienia cie-pła [m2∙K/W].
Przydatne dość często może być zastosowanie obu metod badaw-czych. Na rys. 4 pokazano przykład zastosowania badań drzwi metodą termowizyjną z jednoczesnym ba-daniem oporu cieplnego panelu nie-przezroczystego.
Przewidywania kierunku dalszego rozwoju metod i zakresu ocen prze-gród zewnętrznych w zakresie ich właściwości cieplnych można wiązać z faktem, że przegrody budynków należy oceniać nie tylko pod wzglę-dem współczynników przenikania ciepła, które odnoszą się do stałych warunków temperaturowych, lecz również pod względem ich podatności na zmiany tych warunków w czasie.
Stateczność cieplną przegród budyn-ków lub pomieszczeń można zdefi-niować jako zdolność utrzymywania w dopuszczalnych granicach tempe-ratury powierzchni wewnętrznych przegród lub temperatury odczuwal-nej w pomieszczeniach, w warunkach zmiennych w czasie zjawisk cieplnych oddziałujących na przegrody, takich jak zmiany warunków klimatycznych w zakresie temperatury powietrza i promieniowania słonecznego oraz dynamika działania ogrzewania lub chłodzenia pomieszczeń.
Przegrody mogą również stanowić