Temat: technolgogia Perfekko System
WYBRANE ZAGADNIENIA CIEPLNE, WILGOTNOŚCIOWE I SZCZELNOŚCI PRZEGRÓD ZEWNĘTRZNYCH W TECHNOLOGII PERFEKKO SYSTEM
ZAGADNIENIA CIEPLNE
WSTĘP
Aspekty życia budynku ujęte w tytule, są obok wentylacji czynnikami decydującymi o komforcie życia w domu mieszkalnym. W obliczu zmieniających się warunków pogodowych i obserwowanych zmian klimatycznych oraz szeroko dyskutowanych zagadnień poszanowania energii i zrównoważonego rozwoju, procesy fizyczne pozostają na szczęście niezmienne.
Przedstawione w tym artykule zjawiska zachodzące w przegrodach i podstawowe wymagania prawne, mają za zadanie przekazać czytelnikowi pewną uporządkowaną wiedzę odniesioną do technologii PERFEKKO SYSTEM. Wszelkie szczegóły związane z zastosowaniem rozwiązań systemowych w konkretnym obiekcie, będzie precyzował Projekt Budowlany wymagany przez obowiązujące Prawo Budowlane.
Poznając zjawiska fizyczne mające miejsce w przegrodach zewnętrznych, można z powodzeniem optymalizować ich konstrukcję w celu osiągnięcia jak najlepszego komfortu we wnętrzu.
Umożliwia to także coraz lepsza oferta różnorodnych materiałów dla budownictwa dostępna na naszym rynku.
Nie mniej istotne są obowiązujące przepisy prawne, które obligują projektanta i pozostałych uczestników procesu budowlanego.
Rozwiązania przegród stosowane powszechnie w budownictwie, w połączeniu z kompetentnym i starannym wykonawstwem mogą sprostać aktualnym wymaganiom prawnym.
Zaznaczmy, że wymagania te zmieniały się znacznie od lat powojennych. W 1958 roku maksymalna wymagana wartość współczynnika „k” wynosiła 1,42 W/(m²K) dla ściany i 0,87 W/(m²K) dla stropodachu. Sposoby jej obliczania wraz z kolejnymi normami też ulegały zmianie.
Obecnie proponuje się podejście polegające na obliczaniu sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania w standardowym sezonie grzewczym. Precyzuje się wymagania, których celem jest zmniejszenie zużycia energii nieodnawialnej potrzebnej do ogrzewania. Oszczędność energii jest ujęciem proekologicznym, ekonomicznym.
Rozwiązania systemowe proponowane przez PERFEKKO SYSTEM oferują coś więcej. Są przemyślane, świadome, oparte na doświadczeniach projektowych i realizacyjnych. Technologia wykorzystuje nowatorskie materiały o wysokiej jakości i wbudowując je w system tworzy rozwiązania o wysokim standardzie, przekładającym się w odczuwalny sposób na komfort życia.
TROCHĘ TEORII
Na wstępie chciałbym wymienić kilka podstawowych wielkości fizycznych, które w zasadniczy sposób decydują o własnościach termicznych przegrody.
Jako pierwszy należy wyróżnić współczynnik przenikania ciepła U. Jest to wielkość strumienia cieplnego, który przy różnicy temperatur 1K, przenika przez 1m² powierzchni przegrody budowlanej.
Odwrotnością tego współczynnika jest opór cieplny przegrody RT. Całkowity opór cieplny przegrody lub inaczej komponentu budowlanego jest obliczany jako suma obliczeniowych oporów wszystkich warstw oraz oporów przejmowania ciepła na zewnętrznej i na wewnętrznej powierzchni przegrody. Natomiast opór cieplny każdej warstwy oblicza się jako 1
iloraz projektowanej grubości warstwy przez obliczeniową wartość współczynnika przewodzenia ciepła „λ” danego materiału.
Oczywisty wniosek wynikający z tych zależności jest taki, że wraz ze wzrostem grubości izolacji termicznej wzrasta opór cieplny przegrody, która staje się większą barierą dla przenikania strumienia cieplnego. Podobnie dzieje się, gdy stosujemy materiały o niskim współczynniku przewodzenia ciepła.
Nie mniej istotnym parametrem wpływającym na komfort we wnętrzu, dodajmy że powiązanym z poprzednimi wielkościami, jest temperatura wewnętrznej powierzchni przegrody √i, zależna od temperatur obliczeniowych: zewnętrznej i wewnętrznej, współczynnika przenikania ciepła przegrody oraz oporu przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody.
Przy założonej różnicy temperatur w zimie: na zewnątrz i wewnątrz pomieszczenia, wynoszącej 40ºC korzystniejszy współczynnik przenikania ciepła przegrody wpływa na odczuwalną w dotyku wewnętrzną temperaturę na jej powierzchni.
Dla przykładu, w pewnym uproszeniu obliczeniowym pokazującym zasadę:
dla U=0,5 W/(m²K) √i=ca16,7ºC, natomiast
dla U=0,15 W/(m²K) √i=ca19,0ºC.
Należy w tym miejscu dodać, że dokładna analiza zjawisk związanych z termiką, wymaga dokładnych obliczeń uwzględniających strukturę przegrody, mostki cieplne, warstwy powietrza, występowanie łączników mechanicznych i inne aspekty ujęte w normach. Trzeba także pamiętać, że normy są pewnym modelem, matematycznym ujęciem rzeczywistości, która czasem wymyka się naszym schematom.
Obecnie proponuje się nowe podejście nazwijmy je „laboratoryjne”, polegające na wykonywaniu pomiarów na próbkach pobieranych z obiektu, które umożliwią określenie rzeczywistej izolacyjności termicznej obiektu w jego aktualnym stanie technicznym.
PROBLEMY I ICH ROZWIĄZANIA W TECHNOLOGII PERFEKKO SYSTEM
Problemy i wymagania
„Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” określają dzisiaj wymagane prawem współczynniki Umax dla przegród. Jednak coraz większe wymagania inwestorów poszukujących rozwiązań energetycznie oszczędnych, przewyższające wymagania prawne, motywują producentów materiałów i projektantów do poszukiwania nowatorskich rozwiązań zapewniających lepszy komfort życia, nie koniecznie wynikający z nominalnej wartości współczynników.
Zasadniczo, zadaniem przegród budowlanych jest zatrzymanie ciepła wewnątrz w zimie, a na zewnątrz w okresie letnim. Szczególnie narażone są pomieszczenia na poddaszu. Nagrzewają się w lecie i szybciej wyziębiają w zimie, ze względu na brak masywnego elementu konstrukcji zdolnego zakumulować ciepło. Temperatura pod pokryciem dachowym często dochodzi w lecie do +80ºC. Należy zauważyć, że nakłady energetyczne na chłodzenie budynku związane z klimatyzacją w lecie są wyższe niż przeznaczone na ogrzewanie w okresie zimowym. Dlatego uzasadnione staje się dziś zwrócenie uwagi na utrzymanie komfortu cieplnego latem, a nie tylko zimą.
Rozwiązania
W technologii PERFEKKO SYSTEM przy izolacji termicznej zewnętrznej ścian o grubości 10cm współczynniki U dla przegród zewnętrznych wynoszą w zależności od materiału izolacyjnego od 0,175 do 0,183 W/(m²K).
Natomiast U dla stropodachu wynosi w zależności od rodzaju i grubości użytej izolacji oraz od rodzaju stropodachu od 0,116 do 0,203 W/(m²K).
2
Przy izolacji termicznej zewnętrznej ścian wynoszącej 15cm współczynniki U wynoszą od 0,145 do 0,149 W/(m²K).
Współczynniki te powinny być każdorazowo obliczane i dobierane w procesie projektowania budynku.
Zastosowanie ciężkiego, ceramicznego wypełnienia ściany zewnętrznej sprzyja akumulacji ciepła w okresie zimowym, a latem stanowi barierę dla strumienia ciepła dzięki potencjałowi zawartemu w masie samego materiału.
Parametrami istotnymi w określaniu własności materiałów izolacyjnych są: gęstość materiału, właściwa pojemność cieplna oraz współczynnik przewodnictwa temperaturowego.
Poniżej porównanie wyżej wymienionych wielkości dla rozwiązań tradycyjnych i PERFEKKO SYSTEM w optymalnym wariancie zastosowania izolacji termicznych:
•gęstość: tradycyjny = 30, PERFEKKO SYSTEM = 250
•właściwa pojemność cieplna: tradycyjny = 800, PERFEKKO SYSTEM = 2100
•wsp. przewodnictwa temperaturowego: tradycyjny = 52, PERFEKKO SYSTEM = 3
Jak różnice widoczne w liczbach przenoszą się na korzyści?
Otóż, parametry wymienione powyżej wpływają na dwie cechy decydujące o komforcie we wnętrzu. Są to: Tłumienie amplitudy wahań temperatury oraz Przesunięcie fazowe.
Tłumienie amplitudy wahań temperatury – jest to różnica wahań temperatur zewnętrznych podzielona przez różnicę wahań temperatur we wnętrzu. Im ten iloraz będzie większy, tym lepiej. Oznacza to wówczas, że spadek lub wzrost temperatury na zewnątrz wolniej dociera do wnętrza. W przypadku tradycyjnych materiałów izolacyjnych tłumienie amplitudowe wynosi 6, a w technologii PERFEKKO SYSTEM w optymalnym wariancie = 12.
Przesunięcie fazowe – jest to czas wyrażany w godzinach, pomiędzy wystąpieniem najwyższej temperatury na zewnątrz i najwyższej temperatury wewnątrz. Przy wysokich temperaturach na zewnątrz, ciepło w przegrodzie gromadzi się w ciągu dnia. Jeśli przesunięcie fazowe materiału izolacyjnego wynosi 6-7 godzin wnętrze nagrzewa się. Przy przesunięciu fazowym większym od 10 godzin, ciepło zakumulowane w przegrodzie jest oddawane nie do wnętrza ale na zewnątrz, ponieważ w godzinach nocnych, kiedy właśnie mija te 10 godzin od maksymalnej temperatury otoczenia, powietrze zewnętrzne jest schłodzone, co umożliwia ruch konwekcyjny i odpływ ciepła z przegrody na zewnątrz.
Ten parametr jest szczególnie ważny w przypadku stropodachu i poddasza, a materiał izolacyjny – dodajmy o wysokiej gęstości i pojemności cieplnej - jest tutaj zasadniczym materiałem zdolnym ochronić wnętrze. W przypadku tradycyjnych materiałów izolacyjnych przesunięcie fazowe wynosi 7 godzin, a w technologii PERFEKKO SYSTEM w optymalnym wariancie od 11 do 14 godzin.
WNIOSKI
W technologii PERFEKKO SYSTEM można uzyskać bardzo korzystne współczynniki U dla przegród zewnętrznych. Materiały izolacyjne użyte w tej technologii w optymalnym rozwiązaniu są w stanie zakumulować ponad 2,5 raza więcej ciepła zanim będą oddawać je do otoczenia. Ponadto ciepło „przechodzi” przez izolację znacznie wolniej niż w technologiach tradycyjnych. Pomieszczenia nie nagrzewają się, gdy na zewnątrz jest bardzo ciepło. Okres odczuwania wyższych temperatur we wnętrzu możemy skrócić w sezonie 2 a nawet 3 – krotnie w porównaniu z powszechnie stosowanymi rozwiązaniami. Odczuwalny komfort życia znacznie się podnosi.
3
ZAGADNIENIA WILGOTNOŚCIOWE I SZCZELNOŚCI PRZEGRODY
WSTĘP
Na temat dyfuzji pary wodnej, dyfuzyjnej otwartości przegród, problemów związanych z wilgocią w przegrodach oraz stosowania paroizolacji zdania są podzielone i nieustannie trwają ożywione dyskusje.
Spójrzmy na te problemy przez pryzmat zjawisk fizycznych, aby uzyskać rzeczywisty i bezstronny obraz sytuacji. Pozwoli nam to na merytoryczne ujęcie tematu i przełoży się na prawidłowe rozwiązania techniczne.
W Instytucie Techniki Budowlanej wykonano analizy i obliczenia dotyczące pomieszczeń mieszkalnych przeznaczonych dla czteroosobowej rodziny. W założeniach przyjęto różne izolacje termiczne, parametry wilgotności, temperatury i wentylacji, aby ocenić zjawiska dyfuzji w różnych warunkach.
Najważniejszy wniosek z tych badań jest taki, że na wielkość przepływu pary wodnej przez przegrody zewnętrzne wpływa przede wszystkim krotność i efektywność wymiany powietrza przez wentylację. Konstrukcja przegrody,
i zastosowany materiał izolacyjny mają mniejsze znaczenie.
Przy krotności wymiany powietrza wynoszącej o najmniej 0,3h-1 różnica w wilgotności względnej powietrza między ścianami nieocieplonymi a ocieplonymi nie przekracza 2%, co jest bez znaczenia praktycznego. Nawet przy dużej produkcji wilgoci strumień pary wodnej dyfundującej przez przegrodę nie przekracza 15g/h. Jest to mniej niż emisja wilgoci pochodząca od jednego człowieka przebywającego w mieszkaniu. Strumień pary wodnej dyfundującej przez przegrody stanowi od 0,5 do 3% całego strumienia pary wodnej usuwanej z pomieszczeń. Tak więc otwartość dyfuzyjna ścian nie jest sposobem na odprowadzenie nadmiaru pary wodnej z pomieszczeń. To zadanie musi wykonać wentylacja.
Ponieważ pewna ilość pary wodnej przedostaje się do przegród, powinna mieć możliwość odparowania. Jeśli następuje to w sposób kontrolowany, jeśli para ma możliwość opuszczenia przegrody, to nie będzie żadnych negatywnych konsekwencji tych zjawisk.
Ponownie z pomocą przychodzą nam współczesne materiały, które umiejętnie wbudowane w technologię PERFEKKO SYSYTEM mogą sprostać problemom jakie stawia nam fizyka.
TROCHĘ TEORII
„Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” określają warunki dla spełnienia wymagań dotyczących powierzchniowej kondensacji pary wodnej i szczelności powietrznej.
§322 formułuje ogólne wymaganie: „Rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne zewnętrznych przegród budynku, warunki cieplno-wilgotnościowe, a także intensywność wymiany powietrza w pomieszczeniach, powinny uniemożliwiać powstanie zagrzybienia”.
W tym miejscu, chciałbym przypomnieć o wentylacji powietrza w pomieszczeniach. Wymagania w tym zakresie określa między innymi przywołane wyżej rozporządzenie, precyzując że strumień powietrza wywiewanego nie powinien być mniejszy niż 20m3/h na osobę przewidywaną w pomieszczeniu na pobyt stały. Aby powstał wywiew powietrza musi być także nawiew. Dobrym rozwiązaniem jest stosowanie nawiewników, najlepiej higrosterowanych, czyli reagujących na zmiany wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu.
§321 precyzuje: „Na wewnętrznej powierzchni przegrody nieprzezroczystej nie może występować kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych. We wnętrzu przegrody, o której mowa w ust. 1, nie może występować narastające w kolejnych latach zawilgocenie spowodowane kondensacją 4
pary wodnej. Warunki określone w ust. 1 i 2 uważa się za spełnione, jeśli przegrody odpowiadają wymaganiom określonym w pkt 2.2.4. załącznika nr 2 do rozporządzenia”.
Przywołany punkt załącznika odsyła nas do obliczeń zawartych w Polskiej Normie.
Generalnie rozwiązania przegród zewnętrznych i ich węzłów konstrukcyjnych muszą charakteryzować się współczynnikiem temperaturowym nazywanym fRsi o wartości nie mniejszej niż wymagana wartość krytyczna. Ta wymagana wartość krytyczna w pomieszczeniach ogrzewanych do temperatury co najmniej 20ºC w budynkach mieszkalnych jest określana przy pewnych założeniach średniej miesięcznej wartości wilgotności względnej powietrza wewnętrznego = 50%. Warunki dopuszczają przyjmowanie wymaganej wartości współczynnika fRsi równej 0,72.
Istotny jest także punkt 2.2.5 załącznika, który dopuszcza kondensację pary wodnej wewnątrz przegrody w okresie zimowym pod warunkiem, że struktura przegrody umożliwi wyparowanie kondensatu w okresie letnim i nie nastąpi przy tym degradacja materiałów budowlanych przegrody na skutek tej kondensacji.
Jeśli chodzi o szczelność na przenikanie powietrza pkt 2.3.1 załącznika nr 2 do rozporządzenia narzuca warunek, aby w budynku mieszkalnym złącza między przegrodami i częściami przegród oraz połączenia okien z ościeżami projektować i wykonywać pod kątem osiągnięcia ich całkowitej szczelności na przenikanie powietrza. Sprawdzenie szczelności powietrznej budynku to osobna procedura techniczna, którą stosuje się zazwyczaj w przypadku domów pasywnych.
PROBLEMY I ICH ROZWIĄZANIA W TECHNOLOGII PERFEKKO SYSTEM
Problemy i wymagania
Pierwszym zjawiskiem fizycznym z którym mamy do czynienia przy rozważaniu zagadnień wilgotnościowych jest dyfuzja pary wodnej. Różnica ciśnień pomiędzy ciepłym powietrzem we wnętrzu o większej wilgotności i ciśnieniu oraz zimnym powietrzem zewnętrznym prowadzi do molekularnego przepływu dyfuzyjnego pary wodnej przez przegrodę zewnętrzną. Strumień przepływającej pary napotyka coraz zimniejsze warstwy przegrody i w momencie kiedy osiągnie punkt rosy, może dojść do kondensacji pary wodnej.
Punkt rosy następuje, gdy para wodna przechodzi w stan nasycenia przy określonej temperaturze i ciśnieniu.
Aby dowiedzieć się jakie właściwości dyfuzyjne ma projektowana przegroda można wyliczyć opór dyfuzyjny poszczególnych warstw materiałowych i całej przegrody. Oblicza się go jako iloraz grubości warstwy przez współczynnik przepuszczalności pary wodnej dla danego materiału. Dla przegrody opory dyfuzyjne warstw sumuje się. Opór dyfuzyjny powietrza przyjmuje się = 0. Tak więc im mniejsza wartość oporu tym przegroda jest bardziej otwarta dyfuzyjnie.
Zadaniem przegrody jest również zapewnienie szczelności powietrznej. Ciepłe powietrze z pomieszczenia będzie wnikało poprzez niezabezpieczone szczeliny w głąb przegrody i tam skraplało się.
Przegroda powinna także zapewniać szczelność wiatrową. Nieszczelności przegrody od strony zewnętrznej, szczególnie w okolicach stolarki okiennej, pęknięcia tynku itp. umożliwiają przenikanie zimnego powietrza poruszanego wiatrem, do wewnątrz przegrody i wychładzanie pomieszczeń. 5
Jeszcze jedna niezwykle ważna zasada dotycząca wykonawstwa. Nie można wbudowywać materiałów z wstępną wilgotnością początkową. Jeśli tak się stanie, wówczas nadmierna wilgoć zawarta w materiale nie mogąc odparować może uszkodzić izolację termiczną lub konstrukcję przegrody.
Trochę inaczej wygląda sprawa stropodachu. W tym przypadku stosowanie paroizolacji jest zasadne. Wiąże się to z tym, że po pierwsze para wodna cyrkuluje przede wszystkim z dołu do góry. Ponadto pokrycia dachowe nie zapewniają otwartości dyfuzyjnej i uniemożliwiają tym samym odparowanie wilgoci. Dla przykładu papa asfaltowa ma opór dyfuzyjny = 120, natomiast pokrycie z dwóch warstw papy sklejonych podwójnie lepikiem 460.
Kiedy mamy do czynienia z dachem spadzistym na poddaszu, stosujemy dodatkowo szczelinę powietrzną wentylacyjną nad izolacją termiczną, która jest połączona z otworami w podbitce i kalenicy. Ten przepływ powietrza pozwala na odprowadzenie nagrzanego powietrza spod pokrycia dachowego. Należy jednak pamiętać o ułożeniu wiatroizolacji zabezpieczającej materiał izolacyjny przed owiewaniem izolacji i jej wychładzaniem.
Rozwiązania
Struktura ściany w technologii PERFEKKO SYSTEM jest tak pomyślana, aby ewentualna kondensacja pary wodnej nastąpiła w wewnętrznej izolacji od strony pomieszczenia, a nie w elementach konstrukcyjnych. Dlatego paroizolacja stosowana w tradycyjnych systemach takich jak dom szkieletowy, jest tu zbędna. Skondensowana para wodna odparuje znacznie szybciej będąc po „ciepłej” stronie przegrody.
W technologii PERFEKKO SYSTEM przy temperaturze wewnętrznej +20ºC i wilgotności względnej powietrza = 55% punkt rosy wystąpi przy temperaturze +10,7ºC, natomiast przy temperaturze wewnętrznej +25ºC i wilgotności względnej powietrza = 55% punkt rosy wystąpi przy temperaturze +15,3ºC. Będzie to zawsze w warstwie wewnętrznej izolacji od strony pomieszczenia. Dodajmy, że izolacja ta nie niszczy się pod wpływem obecności kondensatu i jest w stanie bezpiecznie go zakumulować.
Jeśli temperatura we wnętrzu spadnie poniżej +15ºC, punkt rosy może mieć miejsce w warstwie keramzytu. Jest to temperatura, przy której praktycznie nie użytkuje się pomieszczeń, a więc ilość kondensatu powstającego w przegrodzie będzie znikoma, biorąc pod uwagę to że przy normalnym użytkowaniu i sprawnej wentylacji ilość pary dyfundującej przez ścianę jest i tak niewielka. Niezmiennym pozostaje fakt, że kondensat ten zostanie z łatwością wchłonięty przez keramzyt i w sprzyjających warunkach odparuje z przegrody dyfuzyjnie otwartej.
W technologii PERFEKKO SYSTEM opór dyfuzyjny ściany wynosi 2,93 m2hhPa/g. Gdyby zastosować membranę paroizolacyjną z folii polietylenowej wynosiłby 68,93 m2hhPa/g. W technologii tradycyjnej murowanej z cegły kratówki ocieplonej styropianem opór dyfuzyjny jest równy 12,13 m2hhPa/g.
WNIOSKI
Materiały stosowane w technologii PERFEKKO SYSTEM mają zdolność buforowania wilgoci. Magazynują one wilgoć na pewien czas, a następnie oddają ją w kontrolowany sposób do otoczenia poprzez odparowanie. Dzieje się to bez pogorszenia właściwości izolacyjnych materiału.
Dzięki szczelności połączeń poprzez zastosowanie uszczelnień i taśm na stykach elementów oraz płyt poszyciowych impregnowanych do stopnia wchłaniania H1 o dużej gęstości, uzyskujemy szczelność powietrzną i wiatrową.
Membrany stosowane dla poddaszy w technologii PERFEKKO SYSTEM są „aktywne”, 6
co oznacza że ich otwartość zmienia się w zależności od wilgotności względnej w pomieszczeniu. Po prostu reagują one na zmiany wilgotności.
Autor: architekt Grzegorz Byzia
BIBLIOGRAFIA:
•Aktualne Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
•Polska Norma PN-EN ISO 6946:2008.
•Polska Norma PN-91 B-02020.
•Opracowania Instytutu Budownictwa Modułowego.
•Opracowania Instytutu Techniki Budowlanej.
•Opracowania firmy STEICO.
•Opracowania firmy KNAUF.
•Opracowania firmy WEBER.
Warszawa, 29 lipca 2013
пропозиції роботи
