Łączniki termoizolacyjne IZORABA

 

1. Pojęcie mostka cieplnego

Aby zapewnić jak najlepszą ochronę cieplną budynku, izolacja termiczna występująca w przegrodach zewnętrznych powinna być ciągła i mieć stałą, wymaganą grubość. W rzeczywistości, rozwiązania konstrukcyjne budynku wymagają przebicia warstw izolacji różnego rodzaju łącznikami, kotwami, materiałami o gorszych właściwościach cieplnych oraz miejscowego zmniejszenia jej grubości. Będzie to powodować, że w miejscach tych następować będzie większy odpływ ciepła z pomieszczenia w sezonie grzewczym, niż w pozostałej części przegród zewnętrznych, skutkiem czego nastąpi obniżenie temperatury na powierzchni przegrody od strony pomieszczenia. Miejsca takie, w których występuje zmiana strumienia cieplnego i temperatury powierzchni, w stosunku do pozostałej części przegrody nazywane są mostkami cieplnymi. Występują mostki cieplne liniowe i punktowe.

Liniowy mostek cieplny – to mostek o jednakowym przekroju poprzecznym w jednym kierunku np. połączenie żelbetowych płyt balkonów z płytami stropowymi.

Punktowy mostek cieplny – to mostek bez jednakowego przekroju poprzecznego w żadnym kierunku np. kotew metalowa przebijająca warstwę izolacji.

Wpływ mostków cieplnych na przepływ ciepła przez przegrodę najlepiej obrazuje rozkład izoterm, czyli linii łączących punkty o tej samej temperaturze. Na rys.1 przedstawiono rozkład izoterm oraz temperatury w miejscu mostka punktowego, którym jest metalowa kotew przebijająca warstwę izolacji.


Rys.1 Rozkład izoterm i temperatury w miejscu mostka punktowego.


2. Wielkości określające mostki cieplne

Liniowy mostek cieplny jest określany poprzez liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψ, wyrażany w [W/(m×K)], a punktowy - poprzez punktowy współczynnik przenikania ciepła χ , wyrażany również w [W/K].

Liniowe Ψ i punktowe χ współczynniki ciepła można określić korzystając z gotowych katalogów lub poprzez wykonanie obliczeń metodami komputerowymi lub uproszczonymi. Przy wyborze metody ważne jest, aby jej dokładność odpowiadała dokładności wymaganej w danych obliczeniach.

Obliczenia uproszczone zostały określone w normie, gdzie mostki cieplne uwzględnia się jako dodatki do wartości współczynników przenikania ciepła. Norma ta nie ma jednak zastosowania w przypadkach mostków liniowych, w których występują materiały znacząco się różniące wartościami współczynników przewodzenia ciepła λ tak jak np. stal i styropian. Z tego też powodu metod tych nie można stosować do obliczeń łączników balkonowych Izoraba, gdzie mamy do czynienia z tymi materiałami.

Określanie wartości Ψ na podstawie katalogów zawartych w normie lub katalogów producentów wiąże się z możliwością wprowadzenia pewnej niedokładności. Ponieważ na wartości współczynników Ψ i χ wpływ mają wymiary i właściwości cieplne wszystkich warstw przegród występujących w miejscu mostka, a przykłady podane w katalogach mają ustalone parametry, dlatego można je zastosować pod warunkiem, że zarówno wymiary, jak i właściwości cieplne detalu z katalogu są zbliżone do rozważanego detalu lub są od nich mniej korzystne.

Obliczenia współczynników Ψ metodami dokładnymi - numerycznymi wymagane jest min. do zakwalifikowania projektowanego budynku do grupy budynków energooszczędnych, dla których można ubiegać się o dofinansowanie z NFOŚiGW.

3. Porównanie wartości współczynników Ψ dla mostków liniowych przy różnych rozwiązaniach połączenia płyty balkonowej z płytą stropową

Aby określić, jak zastosowanie łączników zbrojeniowych Izoraba wpływa na uzyskiwane wartości współczynników Ψ dla mostków liniowych w miejscu połączenia balkonu ze ścianą i stropem, wykonano obliczenia porównawcze dla trzech przykładów, w których budowa przegród jest taka sama, natomiast zmianie ulega sposób połączenia płyty balkonowej z płytą stropową. We wszystkich przypadkach współczynnik przenikania ciepła dla ściany zewnętrznej wynosi U= 0,284 W/(m2×K), grubość płyty żelbetowej balkonowej i stropowej wynosi 16 cm. Obliczenia wykonano metodą modelowania trójwymiarowego, przy użyciu programu. Dodatkowo przedstawiono jak dane rozwiązanie wpływa na rozkład temperatury w przegrodzie.

Przykład 1 - Płyta balkonowa bez izolacji (rys.2)

Ψ = 0,728 W/K - w miejscu połączenia balkonu ze ścianą i stropem.

Płyta balkonowa bez izolacji była powszechnie stosowana w starszych budynkach. W obecnie projektowanych budynkach rzadko występuje. Jak wynika z rys.2, w miejscu połączenia płyty balkonowej z przegrodami budynku, czyli w miejscu mostka liniowego, następuje wychłodzenie spowodowane większym odpływem ciepła na zewnątrz przegrody przez mostek. Efektem tego jest obniżona temperatura powierzchni w narożniku od strony wewnętrznej (jaśniejszy kolor), co może sprzyjać powstawaniu w tych miejscach pleśni.


Rys.2. Przekrój i rozkład temperatury dla przegrody z nieizolowaną płytą balkonową. Widoczne obniżenie temperatury w narożniku od wewnętrznej strony.


Przykład 2 - Płyta balkonowa zaizolowana (rys.3)

Ψ = 0,353 W/K - w miejscu połączenia balkonu ze ścianą i stropem.

Aby ograniczyć odpływ ciepła, płyta zostaje obłożona ze wszystkich stron materiałem izolacyjnym. Do obliczeń przyjęto styropian o grubości 5cm. Jest to powszechnie stosowane rozwiązanie w obecnie projektowanych budynkach. W miejscu połączenia płyty z przegrodami występuje wychłodzenie (rys.3), ale jest ono mniejsze, niż w przypadku płyty bez izolacji. Temperatura powierzchni w narożnikach pomieszczeń jest obniżona, ale w niewielkim stopniu. Wadą tego rozwiązania jest to, że zwiększona grubość płyty balkonowej w skutek zaizolowania, może mieć niekorzystny wpływ na wygląd budynku. Z czasem na jej powierzchni mogą pojawić się uszkodzenia np. zarysowania.


Rys. 3. Przekrój i rozkład temperatury dla przegrody z zaizolowaną płytą balkonową.


Przykład 3 - Płyta balkonowa z łącznikiem termoizolacyjnym Izoraba (rys.4)

Ψ = 0,055 W/K - w miejscu połączenia balkonu ze ścianą i stropem.

Uzyskano najmniejszą, a tym samym najlepszą wartość współczynnika Ψ, spośród trzech obliczanych przykładów. W miejscu połączenia płyty balkonowej z przegrodami zastosowano łącznik balkonowy Izoraba o wartości λr = 0,07 W/(m×K), który nie powoduje wychłodzenia przegród wokół połączenia. Ciepło tylko w bardzo niewielkim stopniu odpływa przez łącznik. W porównaniu do poprzedniego przykładu, rozwiązanie jest lepsze także dlatego, że płyty balkonowe pozostają cienkie. Przy zastosowaniu łączników zbrojeniowych Izoraba istnieje możliwość redukcji mostków cieplnych do minimalnych wartości, ze względu na budowę łącznika. Składa się on z części izolacyjnej wykonanej ze styropianu oraz części statycznej składającej się z prętów i płytek. Na grubości łącznika pręty i płytki są wykonane ze stali nierdzewnej, której współczynnik przewodzenia ciepła λ jest ok. 3- tnie mniejszy, niż stali zwykłej. Rozwiązanie takie skutecznie eliminuje problemy związane z korozją oraz redukuje do minimum przepływ ciepła przez pręty i płytki łącznika.


Rys. 4. Przekrój i rozkład temperatury dla przegrody z łącznikiem balkonowym Izoraba.


4. Wpływ mostków cieplnych na straty ciepła przez przenikanie

Ponieważ w miejscach mostków cieplnych występuje zwiększony odpływ ciepła, w porównaniu do pozostałej części przegrody, występowanie mostków cieplnych będzie powodować zwiększenie zużycia energii do ogrzewania pomieszczeń.

W obliczeniach strat ciepła, mostki liniowe mają wpływ na wartości związane z przenikaniem ciepła przez przegrody, którą oblicza się wg wzorów podanych poniżej.

Projektowa strata ciepła Ф przez przenikanie z ogrzewanej przestrzeni budynku do otoczenia obliczana jest ze wzoru:

Ф = Htr × (θi – θe) [W]

Wartość Ф służy min. do określania wielkości grzejników dla ogrzewanego pomieszczenia.

Dla 3 przykładów przegród budowlanych przedstawionych na rys.2, 3 i 4 wykonano obliczenia porównawcze, związane ze stratami ciepła.

Przyjęto następujące dane do obliczeń:

  • temperatura powietrza w pomieszczeniu θi = 20 °C
  • temperatura powietrza zewnętrznego θe = - 20 °C
  • współczynnik przenikania ciepła ściany zewnętrznej U = 0,284 W/(m2×K)

Jak wynika z przeprowadzonych obliczeń zamieszczonych w (tab.1), najmniejsze zapotrzebowanie na energię do ogrzewania potrzebnej na pokrycie strat przez przenikanie uzyskano, gdy przy połączeniu płyty stropowej z płytą balkonową zastosowano łącznik zbrojeniowy Izoraba.

5. Wpływ mostków cieplnych na powierzchniową kondensację pary wodnej

W miejscach mostków cieplnych występuje obniżenie temperatury powierzchniowej. Zbyt niska temperatura powierzchni może spowodować powierzchniową kondensację pary wodnej, która przy dłuższej obecności może sprzyjać rozwojowi pleśni. Wystąpienie tego zjawiska zależeć będzie min. od temperatury powietrza w pomieszczeniu θi i jego wilgotności względnej φ, która określa w jakim stopniu powietrze jest nasycone parą wodną. Definicja wilgotności względnej φ mówi, że jest to stosunek rzeczywistej zawartości pary wodnej w danej objętości powietrza do ilości pary wodnej, jaką ta objętość mogłaby przyjąć w tej samej temperaturze i ciśnieniu. Osiągnięcie wartości równej φ =100% oznacza, że powietrze jest całkowicie nasycone parą wodną i dalsze jego nasycanie jest niemożliwe, gdyż nadmiar wilgoci będzie się wykraplał w postaci mgły, rosy. Stan ten nazywa się punktem rosy.

Każdej temperaturze powietrza θi i wilgotności względnej φi odpowiada określona temperatura punktu rosy. Przykładowo, dla powietrza o temperaturze 20°C i wilgotności względnej φi =50 % temperatura punktu rosy wynosi 9,3 °C. Oznacza to, że jeśli powietrze z pomieszczenia zetknie się z powierzchnią, która będzie miała temperaturę niższą od jego temperatury punktu rosy, czyli od temperatury 9,3 °C, wówczas powietrze osiągnie stan nasycenia i na tej powierzchni nastąpi wykraplanie się pary wodnej, czyli pojawi się zawilgocenie. Jest to niekorzystne zjawisko, ponieważ utrzymujące się zawilgocenie będzie sprzyjało rozwojowi pleśni.

Ponieważ zgodnie z przepisami, na wewnętrznej powierzchni nieprzeźroczystej przegrody zewnętrznej nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych, dlatego też w celu spełnienia tego wymagania, rozwiązania przegród zewnętrznych i połączeń w obudowie powinny charakteryzować się współczynnikiem temperaturowym f Rsi,min nie mniejszym niż wartość dopuszczalna fRsi,min.dop określona zgodnie z normą. Wymaganą wartość fRsi,min.dop w pomieszczeniach ogrzewanych do temperatury co najmniej 20 °C w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej należy określać zakładając, że średnia miesięczna wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego jest równa φi = 50%, przy czym dopuszcza się przyjmowanie wymaganej wartości tego współczynnika równej fRsi,min.dop = 0,72.

Wg normy, aby uniknąć rozwoju pleśni, wilgotność względna powietrza na powierzchni nie powinna przekraczać wartości φsi =80% przez kilka dni. Maksymalną, dopuszczalną wilgotność względną powietrza w pomieszczeniu, z uwagi na ochronę przed kondensacją powierzchniową umożliwiającą rozwój pleśni.

Przykładowo, jeśli temperatura w pomieszczeniu wynosi θi = 20°C, wilgotność powietrza w pomieszczeniu φi = 50 %, temperatura zewnętrzna θe = -5 °C, fRsi,min.dop = 0,72, wówczas krytyczna temperatura przy której może nastąpić kondensacja pary wodnej (wzór 8), wynosi θsi,min = 13°C. Natomiast rozwój pleśni może nastąpić przy tych temperaturach, jeśli wilgotność powietrza (wzór 9), wzrośnie w pomieszczeniu i przez kilka dni będzie wyższa niż φi,dop = 54 % .

Z wystąpieniem kondensacji na wewnętrznej powierzchni mostków mamy do czynienia najczęściej w budynkach mieszkalnych ze zbyt szczelnymi oknami i bez urządzeń do napływu powietrza wentylacyjnego.

Jak wynika z przeprowadzonych obliczeń, we wszystkich przypadkach temperatury na powierzchniach wewnętrznych przegród, w najbardziej narażonych na skraplanie pary wodnej miejscach, jakimi są narożniki, są wyższe od krytycznej temperatury, przy której może nastąpić kondensacja pary wodnej. Również dopuszczalne wilgotności względne, przy których może nastąpić wykraplanie pary wodnej, są wyższe od tych występujących zazwyczaj w budynkach. Najlepsze wyniki uzyskano w przypadku, gdy do połączenia płyty stropowej z płytą balkonową zastosowano łącznik zbrojeniowy Izoraba.

6. Budynki energooszczędne z łącznikami balkonowymi Izoraba

Wg wymogów - budynki energooszczędne powinny się charakteryzować obniżonymi wartościami współczynników przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych, jak również liniowe współczynniki przenikania ciepła Ψ dla mostków dla płyt balkonowych, nie powinny przekraczać określonych wartości, które wynoszą:

  • dla budynków energooszczędnych NF40: Ψ = 0,2 W/(m×K)
  • dla budynków energooszczędnych NF15: Ψ = 0,01 W/(m×K)

Ponieważ osiągnięcie standardów budynków NF15 jest możliwe jedynie dla balkonów stanowiących odrębną konstrukcję względem ścian budynku, dlatego też w dalszej części opracowania wzięto pod uwagę tylko budynki energooszczędne NF40.

Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że otrzymane wartości współczynników Ψ dla mostków dla balkonów spełniają wymagania dla budynków NF40.

Zastosowanie łączników termoizolacyjnych Izoraba pozwala uzyskać współczynniki Ψ dla mostków dla płyt balkonowych, zgodne z wymaganiami dla budynków energooszczędnych NF40.