1

Kryteria termoizolacyjności budynku

2. Kryterium współczynnika przenikania ciepła przez przegrody

nieprzeźroczyste

Kryterium to dotyczy ścian (przegród zewnętrznych), których współczynnik

przenikania ciepła U, nie może być większy od pewnej wartości maksymalnej, określonej w

rozporządzeniu o warunkach technicznych

U ≤ U

max

]

/

[

1

2

K

m

W

R

U

c



]

/

[

2

W

K

m

R

R

R

R

se

i

si

c









- opór całkowity

R

si

– opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody,

R

se

– opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni przegrody,

Wartości oporów ciepła przyjmuje się z Polskiej Normy. Zależą one od kierunku

przepływu ciepła. Wartość dla kierunku poziomego można przyjmować dla strumieni ciepła

odchylonych o ±30˚ od płaszczyzny poziomej.

Opory przejmowania ciepła [m

2

K/W]

Opór

przejmowania

ciepła

Kierunek strumienia cieplnego

w górę

poziomy

w dół

R

si

0,10

0,13

0,17

R

se

0,04

0,04

0,04

R – opór cieplny warstwy materiału jednorodnego o stałej grubości,

2

]

/

[

2

W

K

m

d

R





d – grubość przegrody, [m],

λ – współczynnik przewodności cieplnej materiału, [W/mK]

n

n

d

d

d

R

















...

2

2

1

1

Do obliczonego współczynnika przenikania ciepła należy stosować poprawki korygujące.

U

c

= U

o

+ ΔU

ΔU = ΔU

g

+ ΔU

f

+ ΔU

r

+ ΔU

nieszczelność

ΔU

g

– poprawka na nieszczelność,

ΔU

f

– poprawka na łączniki mechaniczne,

ΔU

r

- poprawka na wpływ opadów na dach o odwróconej kolejności warstw,

ΔU

r

- poprawka ze względu na mostki termiczne.

Współczynnik przenikania ciepła U dla przegród nieprzezroczystych wynosi

 ściany zewnętrzne, U ≤ 0,3 [W/m

2

K]

 ściany dachy, U ≤ 0,25 [W/m

2

K]

Dla przegród przezroczystych, U ≤ 1,8 [W/m

2

K]

3. Kryterium minimalnego oporu cieplnego przegród stykających się z gruntem

(ściany, podłogi)

Suma oporów cieplnych warstw podłogowych, dodatkowej izolacji cieplnej (poziomej lub

pionowej) i gruntu, obliczona zgodnie z Polską Normą nie powinna być mniejsza od wartości

określonych w tabeli.

min

R

R

g



3

Minimalne wartości sumy oporów cieplnych dla podłóg układanych na gruncie

Lp. Składniki oporu ciepła

R

min

[m

2

·K/W]

8

o

C < t

i

≤ 16

o

C

t

i

> 16

o

C

1

Warstwy podłogowe, izolacja cieplna

(pozioma lub pionowa) oraz ściana

zewnętrzna lub fundamentowa (jak na

rysunku)

1,0

1,5

2

Warstwy podłogowe i grunt przyległy do

podłogi (w jej strefie środkowej)

bez wymagań 1,5

Podłogom stykającym się z gruntem w pomieszczeniach o temperaturze obliczeniowej

t

i

≤ 8

o

C oraz podłogom usytuowanym poniżej 0,6 m od poziomu terenu nie stawia się

żadnych wymagań izolacyjności cieplnej.[2]

Opór cieplny gruntu przylegającego do podłogi zależy od strefy podłogi. Strefę pierwszą

stanowi pas szerokości 1m przyległy do ściany. Pozostałą cześć podłogi traktuje się jako

strefę drugą. Jeżeli górna powierzchnia podłoga zagłębiona jest więcej niż 1 m w gruncie, to

całą jej powierzchnię traktuje się jako strefę drugą.

W zależności od strefy podłogi wartości oporu cieplnego gruntu R

gr

wynoszą:

- w

strefie

pierwszej

R

gr

=

0,5

W/m

2

·K

- w strefie drugiej wartość R

gr

przyjmuje się w zależności od szerokości tej strefy

z tablicy, przy czym nie może ona przekraczać wartości R

gr max

obliczonej ze wzoru:

09

,

0

57

,

0

max







Z

R

gr

4

gdzie:

Z- wysokość górnej powierzchni podłogi od poziomu zwierciadła wody gruntowej [m]

Wartości oporu cieplnego R

gr

gruntu przylegającego do podłogi

Szerokość

strefy

drugiej

[m]

≤ 4

6

8

10

15

20

25

50

75

≥

100

R

gr

[m

2

·K/W]

0,6

0,9

1,0

1,1

1,5

1,7

2,0

3,6

5,2

5,7

UWAGA: przy pośrednich szerokościach strefy drugiej wartości R

gr

należy

interpolować liniowo

Współczynnik przenikania ciepła podłogi przylegającej do gruntu należy obliczać ze wzoru:













K

m

W

R

R

U

gr

T

gr

2

1

gdzie:

R

T

- całkowity opór cieplny podłogi

R

gr

– obliczeniowy opór cieplny gruntu przylegającego do ściany

Podłogom stykającym się z gruntem o temperaturze obliczeniowej t

i

≤ 8[˚C] oraz podłogom

usytuowanym poniżej 0,6m od poziomu terenu nie stawia się żadnych wymagań izolacyjności

cieplnej.

5

4. Kryterium maksymalnej powierzchni okien

W budynku mieszkalnym pole powierzchni A

0

, wyrażone w m

2

okien oraz przegród

szklanych i przezroczystych, o współczynniku przenikania ciepła U nie mniejszym niż 2,0

[W/m

2

K] obliczone według ich wymiarów modularnych nie może być większe niż wartość

A

0max

:

max

0

0

A

A



obliczoną według wzoru:

w

z

A

A

A

03

,

0

15

,

0

max

0





Az

Aw

A

z

– jest sumą powierzchni rzutu poziomego (w zewnętrznym obrysie budynku) w pasie

szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych

A

w

- jest sumą powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkich kondygnacji po

odjęciu A

z

W budynkach przemysłowych łączne pole okien oraz ścian szklanych w stosunku do całej

powierzchni elewacji nie może być większe niż:

-w budynku jednokondygnacyjnym ( halowym) – 15%,

-w budynku wielokondygnacyjnym – 30%

5. Kryterium punktu rosy

W budynku mieszkalnym, budynku użyteczności publicznej, a także w budynku

przemysłowym opór cieplny nieprzezroczystej przegrody zewnętrznej powinien umożliwiać

utrzymanie na wewnętrznych jej powierzchniach temperatury wyższej co najmniej o 1˚C od

temperatury punktu rosy

6

]

[

1

0

0

C

C

t

Q

s

i





t

s

– temperatura punktu rosy, t

s

=10,7[˚C],

Q

i

– temperatura powierzchni przegrody wewnętrznej

Temperaturę, w której para wodna zawarta w powietrzu stanie się parą wodną nasyconą

można wyznaczyć w następujący sposób:

1) odczytać z tablicy ciśnień cząstkowych nasyconej pary wodnej ciśnienie cząstkowe

pary wodnej nasyconej p

ni

przy obliczeniowej temperaturze powietrza w

pomieszczeniu t

i

,

2) obliczyć ciśnienie cząstkowe pary wodnej rzeczywistej p

i

przy obliczeniowej

wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu φ

i

,

]

[

100

Pa

p

p

i

ni

i





3) odczytać

z tablicy ciśnień cząstkowych pary wodnej nasyconej temperaturę punktu

rosy t

s

odpowiadającą ciśnieniu p

i.

Temperaturę wewnętrznej powierzchni przegrody należy wyznaczyć ze wzoru:

]

[

)

(

0

C

R

t

t

U

t

Q

si

e

i

i

i









t

i

– obliczeniowa temperatura powietrza wewnętrznego, [˚C],

t

e

– obliczeniowa temperatura powietrza zewnętrznego, [˚C],

U

o

– współczynnik przewodności cieplnej przegrody,[W/m

2

K],

R

si

– opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody,[m

2

K/W]

6. Kryterium ograniczenia zawilgocenia przegród

Przegrody zewnętrzne powinny być zabezpieczone przed zawilgoceniem

spowodowanym przez kondensację pary wodnej w ich wewnętrznych warstwach.

Kondensacja pary wodnej w przegrodzie jest dopuszczalna, ale nagromadzenie kondensatu

7

nie powinno powodować większego przyrostu wilgotności niż wartości dopuszczalne

określone w PN-82/B-02020.

1. Do obliczeń przyjmuje się temperaturę i wilgotność względną powietrza zewnętrznego:

t

e

= -5

o

C i φ

e

= 85% oraz temperaturę i wilgotność względną powietrza wewnętrznego:

t

i

= 20

o

C i φ

i

= 55%.

2. Określa się ciśnienie pary wodnej nasyconej w pomieszczeniu p

si

oraz w powietrzu

zewnętrznym p

se.

3. Określa się ciśnienie rzeczywiste pary wodnej p

i

oraz p

e

ze wzorów:

100

*

si

i

i

P

P





100

*

e

i

P

Pe





4. Wyznacza się temperatury na granicy warstw materiałów o różnym oporze dyfuzyjnym.

)

)(

(



R

R

t

t

U

t

si

e

i

i













t

i

= 20

o

C

t

e

= -5

o

C

R

si

– opór przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej, m

2

K/W

ΣR

λ

– suma oporów cieplnych warstw przegrody od wewnętrznej powierzchni do

danego przekroju, m

2

K/W

5. Dla obliczonych temperatur określa się ciśnienia pary wodnej nasyconej w przekroju

przegrody.

6. Oblicza się opory dyfuzyjne.



d

r



d – grubość warstwy materiału, m



– współczynnik przepuszczalności pary wodnej materiału, (g/m h Pa).

7. Wyznacza się całkowity opór przegrody.

8

8. Sporządza się wykres ciśnienia pary wodnej nasyconej oraz rysuje linię wyznaczającą

ciśnienie rzeczywiste pary wodnej (obliczone według punktu 3). Jeżeli linie ciśnienia pary

nasyconej i ciśnienia pary rzeczywistej nie przecinają się to w przegrodzie nie występuje

kondensacja – należy uznać, że zaprojektowana jest prawidłowo. Jeżeli jednak linie te

przecinają się to w przegrodzie wystąpi kondensacja pary wodnej i w dalszych

obliczeniach należy określić temperaturę powietrza zewnętrznego, przy której zaczyna się

kondensacja. Należy wyznaczyć na wykresie płaszczyznę maksymalnej kondensacji

(PMK), w miejscu, w którym występuje maksymalna różnica ciśnień (p

k

-p

s

) oraz określić

opór cieplny R i opór dyfuzyjny r

k,

pomiędzy powierzchnią wewnętrzną i PMK

9. W płaszczyźnie PMK oblicza się ciśnienie nasyconej pary wodnej p

s

, ciśnienie rzeczywiste

pary wodnej p

k

przy t

e

= 0

o

C oraz φ

e

= 85%. Ciśnienie p

k

oblicza się ze wzoru:

r

r

p

p

p

p

k

e

i

i

k

)

(







r – całkowity opór dyfuzyjny przegrody

r

k

– opór dyfuzyjny, części przegrody pomiędzy powierzchnią wewnętrzną i PMK

Jeżeli (p

k

– p

s

) > 0, to w przegrodzie nadal występuje kondensacja i obliczenia należy

powtórzyć, zwiększając t

e

co 5C, do czasu aż (p

k

– p

s

) < 0, czyli kondensacja w

przegrodzie nie wystąpi.

10. Należy wyznaczyć średnią dobową temperaturę powietrza zewnętrznego t

e

’, przy której

w przegrodzie zacznie się kondensacja, tj. (p

k

– p

s

) = 0.

11. Dla temperatury wyznacza się liczbę dób z o temperaturze równej lub niższej od wartości

t

e

’ i średnią temperaturę zewnętrzną t

e

” w tym okresie.

12. Następnie powtarza się obliczenia według punktów od 1 do 7 dla temperatury t

e

”,

φ

e

= 85% i sporządza wykres według punktu 8. Na wykresie z punktów p

i

oraz p

e

prowadzi się styczne do linii ciśnienia pary nasyconej p

s

. Punkty styczności wyznaczają

strefę lub płaszczyznę kondensacji pary wodnej w przegrodzie. Z wykresu odczytać

należy ciśnienia p

s

’ i p

s

” oraz opory dyfuzyjne r’ oraz r”.

9

13. Oblicza się ilość kondensatu W (g/m a), powstającego w przegrodzie w całym okresie

kondensacji:

)

(

24

"

"

'

'

r

p

p

r

p

p

z

W

s

s

s

i













z – liczba dób o temperaturze równej lub niższej od wartości t

e

’

14. Wyznacza się przyrost wilgotności warstwy materiału Δu %, w którym występuje

kondensacja:











d

W

U

10

ρ – gęstość objętościowa materiału w stanie suchym, kg/m

3

.

15. Wartość Δu należy policzyć dla każdej warstwy osobno, jeżeli w przegrodzie występuje

kondensacja na granicy dwóch warstw.

16. Sprawdza się wymaganie wyrażone wzorem:

max

U

U







7. Ryzyko wystąpienia pleśni na powierzchniach przegród budowlanych

Warunki związane z ochroną budynków przed zawilgoceniem zawarte są w normie

PN-EN ISO 13788:2003 „Cieplno wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i

elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej dla uniknięcia krytycznej

wilgotności powierzchni i kondensacji międzywarstwowej. Metody obliczeń.”

Aby uniknąć rozwoju pleśni, wilgotność względna powietrza przy powierzchni

przegrody zewnętrznej nie powinna przekraczać wartości 80%. Obliczenia wykonywane są

dla średnich warunków brzegowych, dla każdego miesiąca w roku. Należy wykonać

następujące kroki obliczeniowe:

1. Dla danej lokalizacji należy zdefiniować średnią miesięczną temperaturę i wilgotność

powietrza zewnętrznego.

10

2. Zdefiniować temperaturę wewnętrzną.

3. Na podstawie różnicy ciśnień lub sposobu wentylowania wnętrza obliczyć wilgotność

względną powierza wewnątrz. Jeżeli wnętrze jest klimatyzowane przyjmujemy stałą.

Do obliczonych wartości wprowadza się poprawki, zgodnie z zasadami podanymi w

normie.

4. Obliczyć wartość dopuszczalnego ciśnienia stanu nasycenia, przyjmując maksymalną

wilgotność przy powierzchni jako 80%.

5. Wyliczyć minimalną wartość temperatury przy powierzchni T

simin

.

6. Obliczyć minimalny współczynnik temperaturowy f

Rsi,min

, dla temperatury T

simin

i

średnich warunków miesięcznych.

e

i

e

si

Rsi

T

T

T

T

f







min

min

,

7. Krytycznym miesiącem jest ten, dla którego wielkość f

Rsi,min

jest największa.

Współczynnik temperaturowy dla krytycznego miesiąca oznaczany jest f

Rsi,max

.

Budynek należy zaprojektować tak, aby wyliczona wartość współczynnika

temperaturowego na wewnętrznej powierzchni przegrody f

Rsi

spełniała warunek:

max

,

Rsi

Rsi

f

f



Współczynnik f

Rs

można liczyć ze wzoru:

e

i

e

si

Rsi

T

T

T

T

f







T

si

– temperatura na wewnętrznej powierzchni przegrody przy temperaturze powietrza

wewnętrznego T

i

i powietrza zewnętrznego T

e

lub ze wzoru:

U

R

U

f

si

Rsi

1

)

1

(







U – współczynnik przenikania ciepła przegrody, należy przyjmować wg tabeli nr 2 z normy

PN-EN ISO 13788

11

8. Kryterium szczelności przegród budowlanych

W budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, budynku użyteczności publicznej, a

także w budynku produkcyjnym przegrody zewnętrzne nieprzezroczyste, złącza między

przegrodami i częściami przegród oraz połączenia okien z ościeżami należy projektować i

wykonywać pod kątem osiągnięcia ich całkowitej szczelności na przenikanie powietrza.[1]

W budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego i budynku użyteczności publicznej

współczynnik infiltracji powietrza dla otwieranych okien i drzwi balkonowych w

pomieszczeniach, w których napływ powietrza zewnętrznego jest zapewniony przez

nawiewniki, powinien wynosić nie więcej niż 0,3 m

3

/(m · h · daPa

2/3

).

Zaleca się przeprowadzenie sprawdzenia szczelności powietrznej budynku. Wymagana

szczelność wynosi:

1) budynki z wentylacją grawitacyjną - n

50

≤ 3,0 h-1;

2) budynki z wentylacją mechaniczną - n

50

≤ 1,5 h-1.

12

Obliczanie współczynnika przenikania ciepła ściany zewnętrznej

1. Obliczenie współczynnika przenikania ciepła U

o

d1

d2

d3

si

se

Powietrze wewnętrzne

Powietrze zewnętrzne

Opór cieplny warstwy materiału przegrody :















W

K

m

d

R

j

j

j

2



gdzie :

d

j

- grubość warstwy o numerze j [m],

λ

j

- współczynnik przewodności cieplnej warstwy o numerze j [W/mK].

Całkowity opór cieplny przegrody :











n

j

j

se

si

T

R

R

R

R

1

gdzie :

R

si

- opór przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej,

R

se

- opór przejmowania ciepła po stronie zewnętrznej.

Opory przejmowania ciepła wynoszą :















W

K

m

h

R

i

si

2

1















W

K

m

h

R

e

se

2

1

gdzie :

h

i

- współczynnik przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej (inaczej

13

oznaczany symbolem α

i

) [W/m

2

K],

h

e

- współczynnik przejmowania ciepła po stronie zewnętrznej (inaczej oznaczany

symbolem α

e

) [W/m

2

K].

Współczynnik przenikania ciepła przegrody U wynosi :















K

m

W

R

U

T

2

1

Temperatura powierzchni wewnętrznej przegrody wynosi :





]

[ C

R

t

t

U

t

si

e

i

i

i











Przykład

Oblicz opór współczynnik przenikania ciepła trójwarstwowej przegrody zewnętrznej (ściany
zewnętrznej budynku) i temperaturę powierzchni wewnętrznej dla poniższych danych:

Struktura przegrody:

Warstwa

Grubość warstwy

[m]

Współczynnik przewodności cieplnej

[W/mK]

Faktura zewnętrzna

0,07

1,70

Wełna mineralna

0,08

0,042

Żelbet

0,10

1,70

Opory przejmowania ciepła (w m

2

·K/W)

Opór

przejmowania

ciepła

Kierunek strumienia cieplnego

w górę

poziomy

w dół

R

si

0,10

0,13

0,17

R

se

0,04

0,04

0,04

Uwaga:

1.

Wartości R

si

obliczono przy założeniu emisyjności powierzchni ε=0,9 i h

ro

oszacowanym w temperaturze 20

o

C.

2.

Wartości R

se

obliczono przy ε=0,9 i h

ro

oszacowanym w temperaturze 0

o

C i prędkości wiatru v = 4 m/s

14

t

i

= 20 ˚C

- temperatura powietrza wewnętrznego,

t

e

= -16 ˚C

- temperatura powietrza zewnętrznego,

h

i

= 8,1 W/m

2

K

- współczynnik przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej,

h

e

= 23,2 W/m

2

K

- współczynnik przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej.

W

K

m

d

R

2

1

1

1

041

,

0

7

,

1

07

,

0









W

K

m

d

R

2

2

2

2

905

,

1

042

,

0

08

,

0









W

K

m

d

R

2

3

3

3

058

,

0

7

,

1

10

,

0









Oporność przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni:

W

K

m

R

se

2

04

,

0

2

,

23

1





Oporność przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni:

W

K

m

R

si

2

12

,

0

1

,

8

1





Opór cieplny przegrody wynosi :























3

1

2

164

,

2

058

,

0

905

,

1

041

,

0

12

.

0

04

.

0

i

i

si

se

T

W

K

m

R

R

R

R

Współczynnik przenikania ciepła wynosi :















K

m

W

R

U

T

2

462

,

0

164

,

2

1

1

Temperatura powierzchni wewnętrznej wynosi :





 





]

[

0

,

18

12

,

0

16

20

462

,

0

20

C

R

t

t

U

t

si

e

i

i

i





















Pole rozkładu temperatury:





























n

j

j

si

e

i

j

j

R

R

t

t

U

t

t

1