Mostki cieplne: Zrozumieć i zminimalizować ich wpływ na energooszczędność budynku

Jaki ma być wskaźnik rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP [kWh/(m²·rok)]?

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 (§ 328,329 WT) wydanych na podstawie art. 15 ustawy z dnia 29 sierpnia 2014 r. o charakterystyce energetycznej budynków (Dz. U. poz. 1200 oraz z 2015 r. poz. 151).

Wyznaczanie współczynnika przenoszenia ciepła ze strefy ogrzewanej (i) bezpośrednio do środowiska zewnętrznego (e) H_T,ie [W/K] przeprowadza się według PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego) [5] . Obliczenia w/w współczynnika wymagają uwzględnienia wpływu mostków cieplnych.

Dwie drogi do uzyskania informacji o wielkości mostka (współczynnik Ψ):

• obliczenia bazujące na wartościach przybliżonych w oparciu o normę PN-EN ISO 14683 [3]

• obliczenia dokładne w oparciu o normę PN-EN ISO 10211 [4]

Obliczenia dokładne, wymagające sporo nakładu pracy oraz odpowiedniego oprogramowania, są niestety rzadkością. W większości przypadków projektanci korzystają z przybliżonych wartości współczynnika Ψ_e zawartych w tabl.A.2 normy PN-EN ISO 14683 [3].

Oprogramowania wspomagające obliczanie obciążenia cieplnego oraz charakterystyki energetycznej budynku również odwołują się do tablicy A.2 tej normy.

W efekcie wprowadza się do obliczeń często kilkukrotnie zawyżone wartości współczynnika Ψ_e, co w efekcie powoduje, że udział mostków cieplnych w stratach 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” [2]. W w/w opracowaniu zostały określone przedziały średnich strat ciepła przez elementy przegrody zewnętrznej i wskutek wentylacji w budynkach jednorodzinnych i wielorodzinnych.

Jakie straty generują mostki cieplne przez poszczególne przegrody budynku?

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 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 następujące przyczyny:

1. Błędnie zaprojektowany detal (okna, balkonu, attyki itp.)

2. Brak wymagań w przepisach budowlanych (Warunki Techniczne) dla mostków cieplnych

3. Niewłaściwe oszacowanie wielkości mostka cieplnego

Jak projektant ma właściwie oszacować wielkości mostka cieplnego?

Norma PN-EN ISO 14683 [3] 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 (Ψ_e = 0,70÷0,95 [W/m·K] ). W przypadku zastosowania łączników termoizolacyjnych wartość tego współczynnika Ψ_e wynosi poniżej 0,20 [W/m·K].

Podobna sytuacja jest 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 λ) (R5, R6, R7), ale żaden nie uwzględnia rozwiązań, które są w praktyce stosowane.

W rezultacie projektant, który do oceny i obliczeń przyjmuje wartości z normy Ψ_e=0,50÷0,65 [W/m·K] otrzymuje wynik zupełnie nie odzwierciedlający rzeczywistej sytuacji. W nieodległej przyszłości przepisy dotyczące oszczędności energii jeszcze bardziej zostaną zaostrzone i aby temu sprostać dokładne obliczenie wpływów mostków cieplnych stanie się koniecznością.

Przykład obliczeniowy - powtarzalny moduł zewnętrznej przegrody budynku z płytą balkonu

Przykład ten pokazuje jak dużo energii można zaoszczędzić poprzez prawidłowe zaprojektowanie połączenia balkonu ze stropem. Analizie poddano powtarzalny moduł zewnętrznej ściany budynku wielorodzinnego (8,5 x 3,0 m), która składa się z:

• ściany wykonanej w systemie EPS o współczynniku U=0,193 [W/m²·K];
• okien (1,5 x 1,5 - 2 szt. ; 1,5 x 1,2m 1 szt.) i drzwi balkonowych (2,3 x 0,9m 1 szt.) o współczynniku U=0,90 [W/m²·K]
• balkonu o współczynniku Ψ_e [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

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

1. za pomocą łącznika termoizolacyjnego gr. d=12 cm , o współczynniku λ_eq=0,10 [W/m·K], oporze cieplnym R_eq=1,2 [m²·K/W] - wyliczony współczynnik Ψ_e=0,103 [W/m·K]

2. za pomocą łącznika termoizolacyjnego gr. d=8 cm , o współczynniku λ_eq=0,10 [W/m·K], oporze cieplnym R_eq=0,8 [m²·K/W] - wyliczony współczynnik Ψ_e=0,164 [W/m·K]

3. za pomocą łącznika termoizolacyjnego gr. d=12 cm , o współczynniku λ_eq=0,30 [W/m·K], oporze cieplnym R_eq=0,4 [m²·K/W] - wyliczony współczynnik Ψ_e=0,297 [W/m·K]

4. płyta balkonu zaizolowana od góry i od dołu styropianem (λ=0,035) gr. 5 cm - wyliczony współczynnik Ψ_e=0,415 [W/m·K]

5. płyta balkonu bez jakiejkolwiek izolacji monolitycznie połączona ze stropem - wyliczony współczynnik Ψ_e=0,855 [W/m·K]

6. płyta balkonu - wg. schematu B1 (załącznik A normy PN EN 14683 - wartości orientacyjne liniowego współczynnika przenikania ciepła) - współczynnik Ψ_e=0,95 [W/m·K]

• Liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψ_e[W/m·K] dla wariantów 1-5 obliczony za pomocą programu AnTherm.

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

Podsumowanie analizy mostków cieplnych na "styku" balkon-ściana zewnętrzna w budynkach wielorodzinnych:

1. Wprowadzenie w Warunkach Technicznych [1] wymagań ograniczających wpływ mostka cieplnego Ψ_e [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.

2. Wyniki analizy pokazują , że o wielkości dodatkowych strat ciepła przez przegrodę zewnętrzną budynku (liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψ_e[W/m·K]) decydują w równym stopniu grubość łącznika oraz jego ekwiwalentny współczynnik przenikania ciepła λ_eq [W/(m·K)]. Sama , nawet duża grubość łącznika będzie niewystarczająca, kiedy parametry izolacyjne łącznika będą słabe (przykład wariantu 3 najlepiej tego dowodzi - zastąpienie w/w łącznika gr. 12 cm łącznikiem gr. 8 cm , ale o trzykrotnie lepszej izolacyjności λ_eq daje zdecydowanie lepszy efekt). Dopiero połączenie tych dwóch wartości przynosi najbardziej optymalne rozwiązanie - uzyskanie maksymalnie dużej wartości ekwiwalentnego oporu cieplnego łącznika R_eq [m²·K/W]

3. W przypadku budynków wielorodzinnych źle zaprojektowane balkony mogą być źródłem dużych dodatkowych strat ciepła (określane poprzez współczynnik strat ciepła przez przenikanie H_t,ie ). Może to być nawet kilkanaście procent dodatkowych strat, kiedy balkony są wykonane jako płyta połączona monolitycznie ze stropem z izolacją od góry i od dołu.

4. Zminimalizowanie strat ciepła daje zastosowanie łączników termoizolacyjnych (wzrost strat ciepła o kilka procent w odniesieniu do przegrody bez balkonu) , które zapewniają uzyskanie wartości współczynnika Ψ_e < 0,20 [W/ m·K].

   Poradnik

   Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!

   Dołącz do naszej listy i odbierz darmowy magazyn ABC Budowania

   Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!

   Zapisz się

   Dołącz do naszej listy i odbierz darmowy magazyn ABC Budowania

5. Korzystanie w obliczeniach cieplnych z wartości orientacyjnych liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ_e (norma 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 Ψ_e z w/w normy są często niestety jedynym źródłem wiedzy projektanta wykonującego obliczenia cieplne. Zasadnym byłaby aktualizacja normy PN EN 14683 [3] polegająca na uzupełnieniu tabel o rozwiązania aktualnie stosowanie w procesie projektowania (m.in. o łączniki termoizolacyjne) , wzorem normy DIN 4108 Beiblatt 2-2019.

6. Dla zapewnienia oczekiwanej jakości połączenia balkonu i stropu istotnym jest opisanie minimalnych wymagań dotyczących izolacyjności łączników (d , λ_eq , R_eq ) i wymagań dla liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ_e w projekcie, podobnie jak to się robi w przypadku ścian , okien , stropodachu (współczynnik przenikania ciepła U).

Literatura i normy:

[1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dn. 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75, poz. 690 z późn. zm.)

[2] Raport na temat efektywności energetyczne budynków , KAPE , Warszawa 2013

[3] PN-EN ISO 14683:2008 Mostki cieplne w budynkach - Liniowy współczynnik przenikania ciepła - Metody uproszczone i wartości orientacyjne

[4] PN-EN ISO 10211:2008 Mostki cieplne w budynkach - Strumienie ciepła i temperatury powierzchni - Obliczenia szczegółowe

[5] PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach – Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego

źródło i zdjęcia: Schöck Sp. z o.o.