Mostki cieplne w balkonach a izolacyjność zewnętrznej przegrody

Oszczędność energii to jedno z podstawowych wymagań dobrego projektowania. Również przepisy budowlane są pod tym względem coraz ostrzejsze. W Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [5], dalej jako WT, w dziale X „Oszczędność energii i izolacyjność cieplna” określono m.in. wymagania minimalne, które musi spełnić obiekt budowlany.

Mostki cieplne w balkonach a izolacyjność zewnętrznej przegrody

Nieodnawialna energia pierwotna (EP) – wymagania prawne

Wskaźnik rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP [kWh/(m2 ·rok)] musi być mniejszy lub równy wartości maksymalnej określonej w § 329 p. 2. – np. dla budynków mieszkalnych wielorodzinnych maksymalna wartość EP wynosi 85 [kWh/(m2 ·rok)].

Maksymalną wartość wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP oblicza się według przepisów § 328 i 329 [5], wydanych na podstawie art. 15 ustawy z dnia 29 sierpnia 2014 r. o charakterystyce energetycznej budynków [6].

Wyznaczanie współczynnika przenoszenia ciepła ze strefy ogrzewanej (i) bezpośrednio do środowiska zewnętrznego (e) HT,ie [W/K] przeprowadza się według PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach – Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego [3] . Obliczenia tego współczynnika wymagają uwzględnienia wpływu mostków cieplnych.

Uwzględnianie wpływu mostków cieplnych

Norma [3] wskazuje dwie drogi do uzyskania informacji o wielkości mostka (współczynnik Ψ):

  • obliczenia bazujące na wartościach przybliżonych w oparciu o normę PN-EN ISO 14683 [2],
  • obliczenia dokładne w oparciu o normę PN-EN ISO 10211 [1].

Obliczenia dokładne, wymagające sporo nakładu pracy oraz odpowiedniego oprogramowania, są niestety rzadkością. W większości przypadków projektanci korzystają z przybliżonych wartości współczynnika Ψe zawartych w tablicy A.2 normy PN-EN ISO 14683 [2]. Programy wspomagające obliczanie obciążenia cieplnego oraz charakterystyki energetycznej budynku również odwołują się do tablicy A.2 tej normy.

W efekcie do obliczeń wprowadza się często kilkukrotnie zawyżone wartości współczynnika Ψe , co sprawia, że udział mostków cieplnych w stratach ciepła przez przenikanie przez przegrodę zewnętrzną może wynosić kilkanaście, a czasem nawet ponad 20% całkowitych strat. Dane te potwierdza również analiza Krajowej Agencji Poszanowania Energii pt: Raport na temat efektywności energetycznej budynków [4].

W opracowaniu tym zostały określone przedziały średnich strat ciepła przez elementy przegrody zewnętrznej i wskutek wentylacji w budynkach jednorodzinnych i wielorodzinnych. W budynkach wielorodzinnych mostki cieplne generowały 15÷18% całkowitych strat ciepła – to wartości porównywalne ze stratami ciepła przez ściany zewnętrzne (7÷20%) oraz przez okna i drzwi (15÷26%).

Analizując udział poszczególnych rodzajów mostków cieplnych stwierdzono, że dominowały mostki na połączeniach ścian zewnętrznych z oknami (udział 25÷40%), balkonów ze stropem (udział 10÷40%) oraz mostki na połączeniu ściany zewnętrznej z dachem (attyki) (udział 5÷25%). Z powyższych danych wynika, że eliminowanie mostków cieplnych w budynku jest kluczowe, aby budynek stał się rzeczywiście energooszczędny.

Statystyczny bardzo duży udział mostków cieplnych w stratach ciepła przez przegrodę zewnętrzną ma oczywiście swoje przyczyny:

  1. Błędnie zaprojektowany detal (okna, balkonu, attyki itp.).
  2. Brak wymagań w przepisach budowlanych (WT) dla mostków cieplnych.
  3. Niewłaściwe oszacowanie wielkości mostka cieplnego.
Mostki cieplne
Aby sprostać zaostrzonym przepisom oszczędności energii, koniecznością stanie się dokładne obliczanie wpływów mostków cieplnych. 

Niewłaściwe oszacowanie wielkości mostka cieplnego

Norma PN-EN ISO 14683 [2] dla balkonów podaje cztery możliwe przypadki (B1, B2, B3,B4). W każdym z nich płyta balkonu przebija ścianę zewnętrzną bez jakiegokolwiek zabezpieczenia (np. łącznikiem termoizolacyjnym), efektem czego wielkość mostka cieplnego w tym miejscu jest bardzo duża, tj. Ψe = 0,70÷0,95 [W/m·K].

W przypadku zastosowania łączników termoizolacyjnych wartość współczynnika Ψe wynosi poniżej 0,20 [W/m·K]. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku narożnika ściany zewnętrznej, stropodachu i ścianki attykowej/pionowej balustrady. W tym przypadku są trzy schematy ze ścianką attykową (ścianka z materiału o wysokim współczynniku l) – R5,R6,R7.

Jednak żaden nie uwzględnia rozwiązań, które są stosowane w praktyce! W rezultacie projektant, który do oceny i obliczeń przyjmuje wartości z normy, tj. Ψe =0,50÷0,65 [W/m·K], otrzymuje wynik zupełnie nie odzwierciedlający rzeczywistej sytuacji. W nieodległej przyszłości przepisy dotyczące oszczędności energii zostaną jeszcze bardziej zaostrzone. Aby temu sprostać, dokładne obliczenie wpływów mostków cieplnych stanie się koniecznością.

Przykład obliczeniowy – powtarzalny moduł zewnętrznej przegrody budynku z płytą balkonu

Przykład ten pokaże, jak dużo energii można zaoszczędzić poprzez prawidłowe zaprojektowanie połączenia balkonu ze stropem.

Moduł przegrody zewnętrznej przyjętej do analizy.
Moduł przegrody zewnętrznej przyjętej do analizy. 

Zostanie przeanalizowany powtarzalny moduł zewnętrznej ściany budynku wielorodzinnego 8,5 × 3,0 m (Rys.1), która składa się z:

  • ściany wykonanej w systemie EPS o współczynniku U=0,193 [W/m2 ·K];
  • okien (1,5 × 1,5 – 2 szt. ; 1,5 × 1,2 m 1 szt.) i drzwi balkonowych (2,3 × 0,9 m 1 szt.) o współczynniku U=0,90 [W/m2 ·K];
  • balkonu:o współczynniku Ψe [W/m·K], zmiennym w zależności od sposobu połączenia płyty balkonu ze stropem oraz zmiennej długości łączącej balkon ze stropem: l=2, 3, 4 i 5 m (przyjęto pięć wariantów obliczeniowych i jeden wariant według normy).

Liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψe [W/m·K] dla wariantów 1–5 obliczono za pomocą specjalistycznego programu AnTherm.

Wykres pokazujący wpływ połączenia balkonu ze stropem
Wykres pokazujący wpływ połączenia balkonu ze stropem (długość, wartość współczynnika PSI) na wzrost straty ciepła przez
przegrodę zewnętrzną budynku.

Dla zobrazowania wpływu mostków w balkonach przyjęto, że wartość współczynnika Ψe =0 [W/m·K] w połączeniach okien i drzwi balkonowych ze ścianą (montaż w grubości izolacji).

Węzeł łączący płytę balkonową ze stropem
Węzeł łączący płytę balkonową ze stropem – warianty rozwiązań 1, 2, 3, 5.

Dla balkonów przyjęto następujące warianty połączenia (Rys.3):

  1. za pomocą łącznika termoizolacyjnego gr. d=12 cm, o współczynniku l eq=0,10 [W/m·K], oporze cieplnym Req=1,2 [m2 ·K/W] – wyliczony współczynnik Ψe =0,103 [W/m·K]
  2. za pomocą łącznika termoizolacyjnego gr. d=8 cm, o współczynniku l eq=0,10 [W/m·K], oporze cieplnym Req=0,8 [m2 ·K/W] – wyliczony współczynnik Ψe =0,164 [W/m·K]
  3. za pomocą łącznika termoizolacyjnego gr. d=12 cm, o współczynniku l eq=0,30 [W/m·K], oporze cieplnym Req=0,4 [m2 ·K/W] – wyliczony współczynnik Ψe =0,297 [W/m·K]
  4. płyta balkonu zaizolowana od góry i od dołu styropianem (λ=0,035 W/m·K) gr. 5 cm – wyliczony współczynnik Ψe =0,415 [W/m·K]
  5. płyta balkonu bez jakiejkolwiek izolacji monolitycznie połączona ze stropem – wyliczony współczynnik Ψe =0,855 [W/m·K]
  6. płyta balkonu – wg schematu B1 (załącznik A normy PN EN 14683 – wartości orientacyjne liniowego współczynnika przenikania ciepła) – współczynnik Ψe =0,95 [W/m·K].

Podsumowanie analizy 

Wprowadzenie w Warunkach Technicznych [5] wymagań ograniczających wpływ mostka cieplnego Ψe [W/m·K] wydaje się jak najbardziej zasadne – podobnie jak to się ma w przypadku współczynników U (m.in. dla ścian i okien). Dopiero wtedy będzie możliwe energooszczędne podejście do projektowania.

Wyniki analizy pokazują, że o wielkości dodatkowych strat ciepła przez przegrodę zewnętrzną budynku (liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψe [W/m·K]) decydują w równym stopniu grubość łącznika oraz jego ekwiwalentny współczynnik przenikania ciepła λeq [W/(m·K)].

Nawet duża grubość łącznika będzie niewystarczająca, kiedy parametry izolacyjne łącznika będą słabe (najlepiej tego dowodzi przykład wariantu 3 – zastąpienie ww. łącznika o gr. 12 cm łącznikiem o gr. 8 cm, ale o trzykrotnie lepszej izolacyjności λeq daje zdecydowanie lepszy efekt).

Dopiero połączenie tych dwóch wartości przynosi najbardziej optymalne rozwiązanie – uzyskanie maksymalnie dużej wartości ekwiwalentnego oporu cieplnego łącznika Req [m2 ·K/W]. W przypadku budynków wielorodzinnych źle zaprojektowane balkony mogą być źródłem dużych dodatkowych strat ciepła (określane poprzez współczynnik strat ciepła przez przenikanie Ht,ie ).

Może to być nawet kilkanaście procent dodatkowych strat (Rys.2.), kiedy balkony są wykonane jako płyta połączona monolitycznie ze stropem z izolacją od góry i od dołu. Zminimalizowanie strat ciepła daje zastosowanie łączników termoizolacyjnych (wzrost strat ciepła o kilka procent w odniesieniu do przegrody bez balkonu), które zapewniają uzyskanie wartości współczynnika Ψe < 0,20 [W/ m·K].

Korzystanie w obliczeniach cieplnych z wartości orientacyjnych liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψe według normy PN EN 14683 [3] prowadzi do nierzeczywistych wyników (przyrost dodatkowych strat ciepła nawet ponad 40% w przypadku długich balkonów – Rys. 2). Tabele z wartościami orientacyjnymi dla współczynnika Ψe z normy często są niestety jedynym źródłem wiedzy projektanta wykonującego obliczenia cieplne.

Zasadna byłaby aktualizacja normy PN EN 14683 [2], polegająca na uzupełnieniu tabel o rozwiązania aktualnie stosowanie w procesie projektowania (m.in. o łączniki termoizolacyjne), wzorem niemieckiej normy DIN 4108 Beiblatt 2-2019.

Dla zapewnienia oczekiwanej jakości połączenia balkonu i stropu istotne jest opisanie minimalnych wymagań dotyczących izolacyjności łączników (d, λeq, Req ) i wymagań dla liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψe w projekcie, podobnie jak to się robi w przypadku ścian, okien czy stropodachu (współczynnik przenikania ciepła U).

Autor: mgr inż. Ireneusz Stachura, IInżynier Produktu firmy Schöck

Zdjęcia i grafiki: Schöck

Komentarze

FILMY PRZESŁANE PRZEZ FIRMĘ
FILMY OSTATNIO DODANE