Obl. param. przegród zewn..pdf

Zagadnienia dotyczące określania parametrów przegród zewnętrznych

Jerzy A. Pogorzelski (ITB + Pol. Białostocka)

1. Wstęp

Generalnie chcę mówić o normach ochrony cieplnej budynków, zarówno już istniejących i

powoływanych w polskich „Warunkach technicznych” [1][2] lub występujących w programie

prac CEN/TC 89 „Thermal performance of buildings and building components” [3][4], jak też o

PN wymagających opracowania.

W aktualnym programie CEN/TC 89 występują następujące grupy tematyczne:

− TERMINOLOGIA,

− MATERIAŁY − WARTOŚCI OBLICZENIOWE,

− KOMPONENTY − WARTOŚCI OBLICZENIOWE,

− KOMPONENTY − METODY OKREŚLANIA (domyślnie: charakterystyk),

− BUDYNKI − METODY OKREŚLANIA (jw.) i DANE KLIMATYCZNE.

Normy te dotyczą jednak nie tylko przegród budowlanych, ale i budynków, jak również

danych do obliczeń w zakresie metod określania i ich tabelaryzacji. Normy ochrony cieplnej

budynków mają ułatwić projektowanie budynków pod kątem ich zgodności z przepisami, stąd

muszę omówić w skrócie powiązanie norm z przepisami.

Dyrektywa stworzyła zapotrzebowanie na nowe normy, w tym obejmujące – generalnie –

systemy grzewczo-(lub chłodniczo-) budowlane. Nie eliminują one norm związanych z projekto-

waniem budynków pod kątem spełniania wymagań użytkowych ochrony cieplnej, zawartych w

przepisach budowlanych, a tylko je uzupełniają.

W Polsce od kilkunastu lat opracowujemy PN w trybie przejmowania EN, przeważnie na

drodze tłumaczenia. EN mają często jednak charakter ramowy i odwołują się w szczegółach lub

w zakresie danych lokalnych (np. klimatycznych) do norm krajowych. Paradoks: im więcej

wprowadzamy EN, tym więcej brakuje PN.

Kraje członkowskie "piętnastki" mają w zakresie tematyki ochrony cieplnej budynków od

lat z reguły po 20÷30 norm krajowych i przejmowana norma europejska zastępuje całkowicie

lub częściowo jedną z norm krajowych.

Funkcjonowanie norm wymaga istnienia i dostępności odpowiednich narzędzi: programów

komputerowych i katalogów, które jeśli istnieją, to są często mało znane lub niedostępne.

2. Charakterystyka ogólna norm ochrony cieplnej budynków

Logiczna relacja między przepisami i normami powinna być taka, że normy definiują

pojęcia występujące w przepisach i podają metody sprawdzania wymagań. Oczywiście zakres

przedmiotowy wymagań i metod sprawdzania musi być spójny. Osiągnięcie spójności zakresu

przedmiotowego wymagań i metod sprawdzania było szczególnie łatwe wtedy, gdy mieliśmy

jedną normę "Ochrona cieplnej budynków" (PN-82/B-02020 i PN-91/B-02020). Posiadanie tylko

jednej dużej normy stwarzało jednak inne problemy w postaci trudności z wprowadzaniem norm

europejskich. Normy europejskie, podobnie jak i normy ISO, charakteryzuje wąski obszar przed-

miotowy; każda obejmuje badanie lub obliczanie jednej charakterystyki.

W Polsce przesunięcia czasowe między postępem normalizacji europejskiej i potrzebami

normalizacji polskiej spowodowały niespójności, które w 1997 r. usunięto przez opracowanie:

- PN-B-02025 "Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło",

- czterech załączników krajowych do PN-EN ISO 6946.

Aktualne wymagania ochrony cieplnej budynków datują się z 1997 r. i nie podlegały żadnej

merytorycznej aktualizacji. W międzyczasie zmienił się stan normalizacji ochrony cieplnej

budynków i przybyło kilka nowych PN-EN. Spowodowało to sytuację, że normalizacja pozwala

na uzupełnienia zakresu przedmiotowego przepisów. Konieczna jest zmiana rozporządzenia w

sprawie warunków technicznych, którą trzeba wykorzystać do ponownego doprowadzenia do

spójności PN-EN i przepisów zawartych w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych,

jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie oraz rozszerzenia zbioru PN-EN o PN,

niesprzeczne z PN-EN i stanowiące ich niezbędne uzupełnienie.

Ponieważ normy nie są obowiązujące, to włączenie normy w system przepisów odbywa się

przez powołanie się w przepisach na normę o określonym zakresie przedmiotowym. Jak się

jednak przekonamy, obecne powołania w przepisach na normy stały się nieaktualne i wymagają

korekty.

Powstaje przy tym problem odnośnie do sposobu powoływania się w przepisach na normy.

Zwykle w Europie praktykuje się powoływanie na określone normy; w Polsce budziło to jednak

obawy prawników, że zmiana daty normy powodować będzie skutki w postaci konieczności

zmiany rozporządzenia. Stąd przyjęto w rozporządzeniu manierę powoływania się na normę

dotyczącą określonego zagadnienie.

W 2004 r. dokonana została zmiana rozporządzenia [1], polegająca między innymi na

dodaniu załącznika z wykazem norm [2].

Wykaz ten jest jednak niekompletny, zawiera błędy i sprawia wrażenie, że układający tabelę

z normami nie znał, lub nie rozumiał, treści tych norm.

Konieczna jest zmiana sposobu powoływania się na normy; dobry i czytelny model jest

stosowany w przepisach niemieckich (Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und

energiesparenden Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV) z 16

listopada 2001 r.

Niektóre normy PN-EN wymagają opracowania dodatkowych PN zawierających dane do

obliczeń (dane klimatyczne, właściwości materiałów i niektóre wymagania – na przykład

dotyczące wentylacji budynków mieszkalnych).

Wykaz norm powołanych w rozporządzeniu podano w tabeli 1.

Tabela 1. Wykaz norm powołanych w rozporządzeniu [2]

57 § 329 ust. 5

PN-B-02025

:2001

Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do

ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania

zbiorowego

Całość

normy

58 Załącznik nr 2

do rozporządze-

nia pkt. 1.1

PN-EN

ISO

Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór

cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda

obliczania

Mostki cieplne w budynkach. Obliczanie strumieni

cieplnych i temperatury powierzchni. Ogólne metody

obliczania

Mostki cieplne w budynkach. Strumień cieplny i

temperatura powierzchni. Część 2: Liniowe mostki

cieplne

Właściwości cieplne budynków. Współczynnik strat

ciepła przez przenikanie. Metoda obliczania

Mostki cieplne w budynkach. Liniowy współczynnik

przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości

orientacyjne

Całość

normy

6946:1999

PN-EN ISO

10211-1:1998

Całość

normy

PN-EN ISO

10211-2:2002

Całość

normy

PN-EN ISO

13789:2001

PN-EN ISO

14683:2000

Całość

normy

Całość

normy

59 Załącznik nr 2

do rozp. pkt. 1.4

PN-EN

ISO

Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wymiana

ciepła przez grunt. Metoda obliczania

Całość

normy

13370:2001

60 Załącznik nr 2

do rozporządze-

nia pkt. 2.2.1

PN-78/B-03421 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe

powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach

przeznaczonych do stałego przebywania ludzi

Całość

normy

Poniżej poddano bliższej analizie normy związane z rozporządzeniem w sprawie warunków

technicznych, zarówno wymienione w rozporządzeniu [2] jak i nie wymienione.

3. Przegląd istniejących PN ochrony cieplnej budynków i braków w zbiorze 1

3.1. PN-EN ISO 10456 Materiały i wyroby budowlane - określanie deklarowanych i

obliczeniowych wartości cieplnych [5]

Norma ta dotychczas nie jest powołana w rozporządzeniu. Określono w niej jednak

procedury ustalania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych (współczynnika

przewodzenia ciepła i oporu cieplnego) jednorodnych cieplnie materiałów i wyrobów

budowlanych. Podano także sposoby konwersji wartości uzyskanych przy jednym zestawie

warunków na wartości ważne przy innym zestawie warunków.

Norma narzuca stosowanie do ustalania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych

wartości pomiarowych wg określonych metod międzynarodowych lub równoważnych metod

krajowych: aparatu płytowego z osłoniętą płytą grzejną lub z czujnikami gęstości strumienia

cieplnego i skrzynki grzejnej. Oznacza to, że inne metody, jak np. tzw. aparat Kondratiewa

wykorzystywany w badaniach betonu komórkowego, nie nadają się i nie powinny być stosowane

do badań aprobacyjnych i certyfikacyjnych wyrobów budowlanych.

Ze względu na zdefiniowane w tej normie procedury ustalania deklarowanej i obliczeniowej

wartości współczynnika przewodzenia ciepła i oporu cieplnego oraz właściwych merytorycznie

metod pomiaru tych wielkości norma ta powinna być wymieniona w Rozporządzeniu i uzyskać

w ten sposób moc prawną.

3.2. PN EN 12524:2002 Właściwości cieplno-wilgotnościowe materiałów – stabelaryzowane

wartości obliczeniowe [6]

Norma ta dotychczas nie jest powołana w rozporządzeniu. Określono w niej jednak w formie

tabelarycznej wartości obliczeniowe do obliczeń związanych z przenoszeniem ciepła i masy w

odniesieniu do wybranych materiałów i wyrobów. Podano również niezbędne dane do obliczenia i

konwersji obliczeniowych wartości cieplnych na różne warunki otoczenia. Norma jest związana

więc z procedurą kontroli spełniania wymagań przepisów i z tego względu powinna być powołana

w rozporządzeniu i uzyskać w ten sposób moc prawną.

Danymi tabelarycznymi objęto w normie następujące materiały: asfalt, bitum, beton,

wykładziny podłogowe, gazy, szkło, woda (w tym lód i śnieg), metale, tworzywa sztuczne (nie

spienione), guma, szczeliwa, taśmy uszczelniające i przerwy termiczne, gips, tynki i zaprawy

tynkarskie, grunty, kamień, dachówki, płytki podłogowe, płyty drewnopochodne.

Norma stwierdza, że w przypadku materiałów do izolacji cieplnej ich obliczeniowe wartości

współczynnika przewodzenia ciepła można wyprowadzić z wartości deklarowanych przez zastoso-

wanie procedur konwersji zawartych w PN-EN ISO 10456:2002. Metoda określania deklarowanej

wartości cieplnej materiałów do izolacji cieplnej jest opisana w normach wyrobów.

Obliczeniowe wartości cieplne materiałów murowych wyprowadza się zwykle z deklarowanej

wartości przewodności cieplnej w stanie suchym, przy zastosowaniu PN-EN ISO 10456:2002.

Dane z PN EN 12524 mogą być jednak w praktyce niewystarczające dla potrzeb

projektowania, ponieważ tablice (a zwłaszcza tablica 1 normy) nie obejmują powszechnie

stosowanych w Polsce materiałów. Każdorazowe obliczanie wartości obliczeniowej

współczynnika przewodzenia ciepła z wartości deklarowanej dla danego wyrobu jest

niewygodne, a nawet niemożliwe w projektowaniu (projektant zwykle nie zna konkretnego

producenta, który może zostać ustalony w wyniku przetargu). Dotychczas dane do projektowania

były podawane w załączniku krajowym NC (normatywnym, później informacyjnym) do PN-EN

ISO 6946. Z uwagi na ustanowienie PN EN 12524 załącznik ten został z PN-EN ISO 6946

usunięty i powstała próżnia informacyjna. Konieczne jest opracowanie nowej PN na potrzeby

opracowania projektu budowlanego z uzupełniającymi obliczeniowymi wartościami cieplnymi w

odniesieniu do powszechnie stosowanych materiałów (niesprzecznej z PN EN 12524).

1 Patrz również [20]

Wstępną propozycję takiego uzupełnienie opracował Zakład Fizyki Cieplnej ITB na

podstawie wieloletnich danych i podano je w „Materiałach Budowlanych” 3/2005.

3.3. PN-EN ISO 6946:2004 Komponenty budowlane i elementy budynków – Opór cieplny i

współczynnik przenikania ciepła – Metoda obliczania [7]

PN-EN ISO 6946:2004 zastąpiła PN-EN ISO 6946:1999.

PN-EN ISO 6946:1999 powstała w trybie tłumaczenia EN ISO 6946:1966, początkowo jako

PN-EN ISO 6946:1998, później zmieniona w wyniku błędów druku i zastąpiła – w części doty-

czącej obliczeń cieplnych – PN-91/B-02020.

W PN-EN ISO 6946:1999 podano 4 załączniki krajowe; obecnie zagadnienia te są

regulowane już innymi normami, stąd załączniki informacyjne z normy usunięto.

PN-EN ISO 6946:2004 obejmuje metodę obliczeń oporu cieplnego i współczynnika przeni-

kania ciepła przegród pełnych oddzielających środowisko wewnętrzne od środowiska zewnętrz-

nego z wyłączeniem przegród stykających się z gruntem.

Podane są wzory do obliczania całkowitego oporu cieplnego i współczynnika przenikania

ciepła przegród jednomateriałowych i warstwowych pełnych: złożonych z warstw jednorodnych

i niejednorodnych oraz stropodachów ze spadkiem wyrobionym w warstwie izolacji.

W normie uwzględniono poprawki do współczynnika przenikania ciepła z uwagi na:

- nieszczelności w warstwie izolacji;

- łączniki mechaniczne przebijające warstwę izolacyjną;

- opady na dach o odwróconym układzie warstw.

Norma nie obejmuje przypadku mostków cieplnych liniowych.

Do obliczeń wg PN-EN ISO 6946 z uwzględnieniem również mostków liniowych wg PN-

EN ISO 14683 nadaje się program U_2005 [21].

3.6. Mostki cieplne w budynkach wg PN-EN ISO

Tematyka mostków cieplnych w przegrodach budowlanych jest ujęta w trzech PN-EN ISO:

- PN-EN ISO 10211-1 Mostki cieplne w budynkach - Strumień cieplny i temperatura

powierzchni - Ogólne metody obliczania [8],

- PN-EN ISO 10211-2 Mostki cieplne w budynkach - Strumień cieplny i temperatura

powierzchni - Liniowe mostki cieplne [9] oraz

- PN-EN ISO 14683 Mostki cieplne w budynkach - Liniowy współczynnik przenikania ciepła -

Metody uproszczone i wartości orientacyjne [10].

Normy PN-EN ISO 10211-1 i PN-EN ISO 10211-2 adresowane są do specjalistów, opracowuj-

jących programy komputerowe do obliczeń pól temperatury lub wykonujących obliczenia pól

temperatury w elementach konstrukcji i np. katalogi mostków do wykorzystania przez pro-

jektantów, natomiast same nie nadają się do bezpośredniego wykorzystania przez projektantów.

W PN-EN ISO 10211-1 omawia się ogólne metody obliczania strumieni cieplnych i

temperatury powierzchni mostków cieplnych o dowolnym kształcie i z dowolną liczbą warunków

brzegowych. W PN-EN ISO 10211-2 omawia się tylko liniowe mostki cieplne i podaje warunki,

które muszą być spełnione, aby można było wykonywać obliczenia dwuwymiarowe jako

zadowalające przybliżenie obliczeń trójwymiarowych.

Praktyczne zastosowanie dla projektanta lub audytora może mieć tylko PN-EN ISO 14683.

Dotyczy ona uproszczonych metod uwzględniania w obliczeniach strumienia cieplnego

mostków cieplnych na złączach elementów budowlanych oraz w ościeżach otworów okiennych i

drzwiowych. Nie ma ona zastosowania do mostków cieplnych w ścianach osłonowych ze

szkieletem metalowym.

W normie podano wymagania w odniesieniu do katalogów mostków cieplnych oraz metod

obliczeń, a także ograniczoną liczbę stabelaryzowanych wartości orientacyjnych liniowego współ-

czynnika przenikania ciepła Ψ.

Wartości Ψ podane w PN-EN ISO 14683 są z zasady przeszacowane (o do 50 %) i należy je

stosować wówczas, gdy nie jest znana rzeczywista wartość Ψ, a ponadto można je stosować

wtedy, gdy brak jest szczegółów konkretnego mostka cieplnego lub gdy przybliżona wartość Ψ

jest adekwatna do dokładności wymaganej do oszacowania całkowitych strat ciepła. Norma ta

nie zabrania stosować bardziej dokładnych metod obliczeń.

Stąd duże znaczenie praktyczne mają katalogi mostków cieplnych w wersji papierowej

[22][23] i elektronicznej [24][25], jak również katalogi ścian z różnych materiałów z poprawnie

rozwiązanymi detalami i wartościami współczynnika przenikania ciepła z uwzględnieniem

mostków cieplnych. Taki katalog kilka lat temu wydało Stowarzyszenie Przemysłu Betonów.

W PN-EN ISO 14683 zwrócono uwagę na fakt, że wartości liniowego współczynnika

przenikania ciepła zależą od sposobu wymiarowania budynku zastosowanego w obliczeniach

pola powierzchni przez którą przepływa strumień cieplny, stąd przy wszelkich obliczeniach

liniowego współczynnika przenikania ciepła, należy podać system wymiarowania, na którym są

one oparte (dotyczy to tylko mostków na węzłach konstrukcji, nie dotyczy mostków na

ościeżach otworów okiennych i drzwiowych).

W Polsce w różnych okresach i w różnych normach przyjmowano wymiary przegród w osi

lub w świetle przegród prostopadłych. Ze względu na fakt, że stosowane w Europie katalogi

mostków cieplnych nie przewidują wymiarowania w osiach, celowe jest przyjęcie konwencji

wymiarowania w świetle przegród prostopadłych (najczęściej stosowana w Europie) lub według

całkowitych wymiarów zewnętrznych. Wydaje się, że konwencja taka (z preferencją zasady

wymiarowania w świetle przegród prostopadłych) powinna być narzucona w Rozporządzeniu w

sprawie "Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki".

3.5. Straty ciepła z budynku przez grunt

Powołanie w Rozporządzeniu [2] PN-EN 13370 [11] z zaznaczeniem, że chodzi o całość

normy, jest nieporozumieniem.

W Rozporządzeniu podłoga występuje obecnie tylko w aspekcie wymagania izolacji krawę-

dziowej na obwodzie budynku, natomiast nie mówi się o obliczaniu strumienia cieplnego z

budynku.

Powołanie się w Rozporządzeniu [2] na PN-EN 13370 powinno być tylko w takim

kontekście, że szczytową moc cieplną i sezonowe zapotrzebowania na ciepło należy obliczać z

programów wykorzystujących obliczanie strat ciepła do gruntu wg PN-EN 13370.

Zakres przedmiotowy PN-EN ISO 13370 jest znacznie szerszy, niż tylko straty ciepła

budynku ogrzewanego do gruntu; w załącznikach do tej normy rozpatruje się wiele zagadnień

specjalnych, m. in. podłogi chłodni i sztucznych lodowisk, podłogi z systemem ogrzewania i

wpływ filtracji wody w gruncie.

Tekst główny normy dotyczy obliczania strumienia cieplnego przenoszonego z budynku

przez grunt.

W PN-EN 13370 występują bardzo „nieprzyjazne” wzory obliczeniowe; na użytek uprosz-

czonych obliczeń (do zawarcia w przepisach) możliwe jest jednak dokonanie znacznych uprosz-

czeń. Takie uproszczenia podane są w PN-EN ISO 12831 i PN-EN ISO 13790 [16] w postaci

wykresów; inne uproszczenie – z prostymi wzorami obliczeniowymi – jest w artykule autora

złożonym do „Prac ITB”.

Przykładowo dla podłogi typu płyta na gruncie uzyskano ze współczynnikiem korelacji 0,99

zależność liniową

R g

(1)

jak przedstawiono niżej na rys. 1, gdzie:

B =

(2)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: