Dachy Płaskie

Atlas mostków cieplnych w budownictwie z płyt warstwowych

Stowarzyszenie Wykonawców Dachów Płaskich i Fasad DAFA konsekwentnie realizuje swą misję, jaką jest podniesienie jakości specjalistycznych robót budowlanych poprzez określenie standardów ich wykonania. W ramach działań w marcu br. Stowarzyszenia wydało kolejną publikację techniczną z zakresu fizyki budowli pt.: „DAFA ID 4.03. Atlas mostków cieplnych w budownictwie z płyt warstwowych”. Poniższe opracowanie zawiera przegląd najważniejszych zagadnień omówionych w publikacji.

Płyty warstwowe w lekkich konstrukcjach stalowych
Lekkie konstrukcje stalowe stosowane są głównie w obiektach handlowych i przemysłowych. Rozróżnia się dwupowłokowe konstrukcje halowe oraz konstrukcje z płyt warstwowych. Konstrukcję obiektów z płyt warstwowych tworzą łączone ze sobą pojedyncze prefabrykowane elementy stanowiące gotowe do montażu płyty konstrukcyjne dachowe i ścienne; każda zbudowana z dwóch zewnętrznych cienkich warstw okładzin metalowych dostępnych w wersjach profili liniowanych, mikroprofilowanych, rowkowanych, trapezowych lub falistych, które połączono trwale za pomocą materiału termoizolacyjnego.

Płyty warstwowe umożliwiają osiągnięcie wysokiego standardu izolacji termicznej obiektu. Nawet połączenia konstrukcyjne poszczególnych prefabrykowanych elementów muszą sprostać stawianym wymogom zachowania ochrony cieplnej.

Rozporządzenie o oszczędności energii (EnEV)
Na wielkość zapotrzebowania energetycznego wpływają różne czynniki budowlane i eksploatacyjne, np.: jakość termoizolacji, rodzaj wentylacji, system oświetlenia, straty energii wynikające z ilości wytwarzanego ciepła, bądź chłodu.

Wspomniane rozporządzenie jest elementem polityki ochrony klimatu, prowadzonej przez niemiecki rząd federalny w celu zmniejszenia zapotrzebowania energetycznego budynków, a tym samym ograniczenia emisji CO2 do atmosfery. W Niemczech aktualne rozporządzenie obowiązuje od dnia 1.10.2009 r.

W jego zapisach starano się uwzględniać wszystkie czynniki wpływające na zapotrzebowanie energetyczne budynku w warunkach eksploatacji, o czym świadczy złożoność metody obliczeniowej. Zgodnie z nią należy przeprowadzać obliczenia zapotrzebowania energii pierwotnej budynku w skali roku dla wszystkich obiektów niemieszkalnych, jeżeli zastosowano w nich przynajmniej jeden z następujących systemów instalacyjnych: klimatyzacyjny, grzewczy, chłodzący, wentylacyjny nawiewno-wywiewny, nawilżający, oświetlenia oraz zaopatrzenia w ciepłą wodę użytkową. Do wybranego profilu użytkowania przy wykonywaniu obliczeń odpowiednio dobiera się takie czynniki warunkujące, jak np.: temperaturę wewnętrzną, wewnętrzne źródła ciepła, wielokrotności wymiany powietrza i inne. Maksymalne dopuszczalne wartości w tym rozporządzeniu określono w § 4:

Budynki niemieszkalne należy tak zaprojektować i budować, aby ich zapotrzebowanie na energię pierwotną w skali roku na ogrzewanie, przygotowanie ciepłej wody, wentylację, chłodzenie, oraz zastosowane oświetlenie nie przekraczało wartości zapotrzebowania na energię pierwotną w skali roku referencyjnego budynku o takiej samej geometrii, podstawowej powierzchni netto, zorientowaniu i przeznaczeniu wraz z przewidzianymi jednostkami użytkowymi oraz z zaprojektowanymi instalacjami technicznymi załącznik 2, tabela 1 (rozporządzenia EnEV 2009).

Tak zwana metoda obiektu referencyjnego wymaga przeprowadzenia drugiego obliczenia dla projektowanego obiektu. Wszystkie elementy obudowy budynku (np. ściany zewnętrzne, oszklenie, ochrona słoneczna) i instalacje techniczne (np. ogrzewanie, wentylacja, oświetlenie) referencyjnego obiektu zawarte są w załączniku 2, tabeli 1 rozporządzenia EnEV 2009. W celu obliczenia zapotrzebowania energii pierwotnej dla budynku niemieszkalnego należy stosować metodę opisaną w normie DIN V 18599.

Norma EnEV 2009 nakłada obowiązek takiego projektowania i budowania obiektów niemieszkalnych, aby najwyższe wartości średnich współczynników przenikania ciepła otaczających powierzchni przewodzących ciepło nie przekraczały wartości podanych w załączniku 2, tabela 2. (patrz: tab. 1).

Oprócz wymagań odwołujących do zapotrzebowania na energię pierwotną i ograniczenia przepływu ciepła, uwzględnia się również wymagania dotyczące zapobiegania zjawiskom występowania mostków cieplnych w konstrukcji obiektu. Aby temu zapobiec, przy projektowaniu i wykonawstwie systemów dachowych i fasadowych szczególnie ważne jest zachowanie niezbędnej (minimalnej) grubości warstwy termoizolacji, której obecność wyeliminowałaby dodatkowe przepływy ciepła w obszarach narażonych na działanie mostków cieplnych.

Mostki cieplne
Terminem „mostki cieplne” określane są ograniczone przestrzennie miejsca, które w porównaniu z sąsiadującymi elementami konstrukcyjnymi charakteryzują się podwyższonymi przepływami ciepła. Zwiększony przepływ ciepła w obszarze termicznego oddziaływania mostków cieplnych prowadzi do niższych temperatur na wewnętrznych powierzchniach elementów konstrukcyjnych, co może powodować skraplanie się pary wodnej oraz tworzenie pleśni.

Rys. 1. Płyty warstwowe z okładzinami stalowymi i rdzeniem PU w konstrukcji dachu: połączenie kopuły świetlika

Zasadniczo rozróżniane są dwa rodzaje mostków cieplnych: uwarunkowane geometrycznie bądź materiałowo.

Uwarunkowane geometrycznie obecne są w strefach, gdzie budowie elementu konstrukcyjnego lub połączeniu danej wewnętrznej powierzchni pochłaniającej ciepło odpowiada większa zewnętrza powierzchnia oddająca ciepło (np. narożniki budynku, kąty pomieszczeń), zaś uwarunkowane materiałowo odnoszą się do graniczących ze sobą ustrojów o różnych przewodnościach cieplnych, takich np. jak strefa połączenia ściany z płytą balkonową i stropem.

Rys. 2. Detal połączenia płyt warstwowych z okładzinami stalowymi oraz rdzeniem poliuretanowym w konstrukcji dachu – połączenia kopuły świetlika

Zastosowanie materiałów o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła w obudowie budynku może wpływać na wielkość strumieni przepływu ciepła wynikającego z nałożenia się oddziaływania mostków cieplnych geometrycznych i materiałowych.

Stalowe elementy konstrukcyjne obecne w warstwie termoizolacji na skutek dużego współczynnika przewodzenia ciepła tego typu materiałów mogą tworzyć materiałowy mostek cieplny.

W strefie termicznego oddziaływania mostków cieplnych należy zapewnić normatywnie wymagane minimum ochrony cieplnej.

Wymagania dla minimalnej warstwy termoizolacji w zimie
Zgodnie z EnEV muszą być spełnione wymagania związane z zachowaniem minimalnej warstwy termoizolacji w oparciu o normę DIN 4108-2.

Definicja „minimalna ochrona cieplna w okresie zimowym oznacza przy typowej dla obiektu eksploatacji i zachowaniu wystarczającego ogrzewania i wentylacji zapewnienie takich środków, które w każdym punkcie wewnętrznej powierzchni przegród zapewniają higieniczny klimat uniemożliwiający na wewnętrznych powierzchniach i narożach przegród kondensację pary wodnej oraz powstawanie pleśni”.

Dla budynków z normalnymi wewnętrznymi temperaturami (≥ 19ºC) norma przewiduje minimalne wymagania dotyczące oporu cieplnego R przegród budowlanych obudowy budynku. Dla lekkich przegród o masie, w odniesieniu do powierzchni, m’ poniżej 100 kg/m2, tj. dla konstrukcji płyt warstwowych, minimalna wartość oporu cieplnego R ≥ 1,75 [(m² • K)/W].

W obszarach występowania mostków cieplnych w budynkach, gdzie utrzymywana jest stała temperatura, muszą być zachowane warunki dla minimalnej ochrony cieplnej. Wartość bezwymiarowego czynnika temperaturowego oblicza się dla nich według wzoru:

gdzie:

si – minimalna temperatura powierzchni w pomieszczeniu [°C],

i – temperatura powietrza wewnątrz pomieszczenia [°C],

e – temperatura powietrza zewnętrznego [°C]

Według normy do obliczania minimalnej temperatury na powierzchniach wewnętrznych oraz czynnika temperaturowego fRsi należy stosować warunki zapisane w tabeli 2.
Według DIN 4108-2, w najbardziej niekorzystnym miejscu w obszarze mostków cieplnych czynnik temperaturowy f_Rsi = f0,25 (dla Rsi = 0,25 m² • K /W) nie może być niższy od wartości 0,7. Oznacza to, że przy warunkach podanych w tabeli 2, temperatura powierzchni wewnętrznych powinna wynosić ? ≥ 12,6°C.

Dla budynków o niskich temperaturach wewnętrznych (12°C–19°C) norma przewiduje jedynie minimalne wymagania wartości oporu cieplnego R przegród powłoki budynku. Dla lekkich przegród o masie w odniesieniu do powierzchni m’ poniżej 100 kg/m^₂, tj. dla konstrukcji z płyt warstwowych obowiązuje minimalna wartość oporu cieplnego w obszarze dachu R ≥ 1,20 (m² • K)/W oraz w obszarze ściany zewnętrznej R ≥ 0,55 (m² • K)/W (patrz rys. 3).

Wszystkie badane konstrukcje spełniają wymagania minimalnej ochrony cieplnej według DIN 4108-2 dla budynków o niskiej temperaturze wewnętrznej. Spełnienie wymagań dla normalnych temperatur wewnętrznych, w szczególności w obszarze mostków cieplnych sprawdzane jest za pomocą metody obliczeń numerycznych (szczegółowych).

Dodatkowo publikacja omawia zagadnienia:

izolacji cieplnej płyt warstwowych z okładzinami metalowymi,
wyniki analiz numerycznych (szczegółowych),
przykładowe obliczenia dla obiektu referencyjnego,
suplement A – Detale połączeń płyt warstwowych z okładzinami stalowymi oraz rdzeniem poliuretanowym,
suplement B – Detale połączeń płyt warstwowych z okładzinami stalowymi oraz rdzeniem z wełny mineralnej,
suplement C – Detale połączeń płyt warstwowych z okładzinami aluminiowymi oraz rdzeniem poliuretanowym.

Wiesław Dybał
Stowarzyszenie DAFA

Źródło: Dachy Płaskie, nr 2 (19) 2013