S. Owczarek

3 Przenikanie ciepła przez przegrody budowlane w stanie ustalonym. Mostki cieplne.

Przenikanie ciepła przez przegrody przezroczyste

3.1. Jednowymiarowe przenikanie ciepła w przegrodach z warstw jednorodnych

Rozpatrzmy przegrodę pła­ską wielowarstwową jak na ry­sunku 1.

Rys.1. Rozkład temperatury w przegrodzie warstwowej

W każdej z warstw o numerze porządkowym j gę­stość strumienia cieplnego q określona jest wzorem:

gdzie:

Δt_i - różnica temperatury na po­wierzchniach i-tej warstwy;

R_i - opór cieplny i-tej warstwy. w przegrodzie warstwowej

Różnica temperatury na powierzchniach każdej warstwy

to Δt_i = qR_i . W ustalonych warunkach gęstość strumienia cieplnego jest stała, więc różnica temperatury na powierzch­niach przegrody wielowarstwowej można zapisać jako:

Oznacza to, że opór cieplny (od powierzchni do po­wierzchni) przegrody płaskiej wielowarstwowej jest sumą oporów cieplnych poszczególnych warstw.

Rozpatrując przenoszenie ciepła przez przegrodę budow­laną warstwową od powietrza wewnętrznego do zewnętrz­nego, musimy dodać tzw. opory przejmowania ciepła na we­wnętrznej i zewnętrznej powierzchni.

Zgodnie z PN-EN ISO 6946 całkowity opór cieplny prze­grody złożonej z płaskich warstw jednorodnych obliczamy ze wzoru:

R_si ;-opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni;

R₁ , R₂ , R_n - obliczeniowe opory cieplne każdej warstwy;

Rse - opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni. Opór cieplny każdej warstwy określa wzór:

gdzie

d- grubość warstwy materiału w komponencie,

λ- obliczeniowa przewodność cieplna materiału.

Tabela 1. Opory przejmowania ciepła

Opór przejmowania Ciepła [m^2٠K/W]	Kierunek strumienia cieplnego
		w górę	Poziomo	w dół
Rsi	0,10	0,13	0,17
Rse	0 04	0,04	0,04

W załączniku A do PN-EN ISO 6946 zamieszczono szczegółowe procedury obliczania oporów przejmowania ciepła w przypadku powierzchni o niskiej emisyjności, określonych prędkości wiatru i powierzchni niepłaskich. W normie tej uwzględniono różnego rodzaju warstwy po­wietrzne w przegrodach, różniące się stopniem wentylacji oraz wymiarami. Wartości oporu cieplnego dużych niewen­tylowanych warstw powietrza, ograniczonych powierzch­niami o wysokiej emisyjności, podano w tabeli 2.

Tabela 2. Opór cieplny [m² ٠K/W] niewentylowanych warstw powietrza, ograniczonych powierzchniami o wysokiej emi­syjności (wg PN-EN ISO 6946)

Grubość (mm]	Kierunek strumienia cieplnego
		w góre	Poziomo	w dół
5	0,11	0,11	0,11
7	0,13	0,13	0,13
10	0,15	0,15	0,15
15	0,16	0,17	0,17
25	0;16	0,18	0,19
50	0,16	0,18	0,21
100	0,16	0,18	0,22
300	0,16	0,18	0,23

UWAGA - wartości pośrednie można otrzymać przez interpolację liniową

Wielkości dotyczące kierunku poziomego stosuje się także w przypadku kierunków strumienia cieplnego odchy­lonych o ± 30° od płaszczyzny poziomej.

Sposób obliczania oporu cieplnego przestrzeni po­wietrznych w innych przypadkach podano w załączni­ku B do PN-EN ISO 6946. Przewidziano możliwość zastą­pienia oporem cieplnym przestrzeni nieogrzewanych (pod­daszy lub nieogrzewanych pomieszczeń przyległych do ścian). W przypadku stromych dachów z płaskim izolowa­nym stropem przestrzeń poddasza można uznać za jednorodną termicznie warstwę o oporze cieplnym podanym w ta­beli 3. W przypadku małych nieogrzewanych przestrzeni przylegających do budynku (garaż, składzik) przenikanie ciepła między środowiskiem wewnętrznym a zewnętrznym można określić, uznając nieogrzewaną przestrzeń wraz z komponentami wewnętrznej konstrukcji za dodatkową jed­norodną warstwę o oporze cieplnym R_U określonym wzorem:

pod warunkiem, że R_u < 0,5 m² •K/W, gdzie:

A_j - łączna powierzchnia wszystkich komponentów między środowiskiem wewnętrznym, a nieogrzewanym pomie­szczeniem;

A_e - łączna powierzchnia wszystkich komponentów mię­dzy nieogrzewanym pomieszczeniem a środowiskiem zewnętrznym.

Tabela 3. Opór cieplny przestrzeni dachowych

Charakterystyka dachu	RU [m^2 ٠K/W]
1. Pokrycie dachówką bez papy (folii), poszycia itp.	0,06
2. Pokrycie arkuszowe lub dachówką z papą (folią), poszyciem itp. pod dachówką	0,2
3. Jak w pkt 2, lecz z okładziną aluminiową lub inną niskoemisyjną powierzchnią od spodu dachu	0,3
4: Pokrycie papą na poszyciu	0,3

UWAGA - wartości podane w tabeli uwzględniają opór cieplny przestrzeni wentylowanej i pokrycia. Nie uwzględniają one oporów przejmowania ciepła (R_se)

Ogólniejsze i bardziej precyzyjne procedury obliczania wymiany ciepła między budynkiem a środowiskiem ze­wnętrznym przez przestrzenie nieogrzewane podano w PN-EN ISO 13789:2002.

3.2. Przykład obliczeńia oporów cieplnych przegrody

Przykład 1. Obliczmy opór cieplny ściany wzniesionej w technologii muru szczelinowego (warstwa zewnętrzna z cegły wapienno-piaskowej, wewnętrzna z betonu komór­kowego odmiany 600 na zaprawie cementowo-wapiennej, izolacji cieplnej z płyt z wełny mineralnej - rysunek 2).

Całkowity opór cieplny ściany R_T obliczamy z podanego wcześniej wzoru, przyjmując wartości obliczeniowe współczyn­nika przewodzenia ciepła wg charakterystyki materiału:

W przypadku obliczania oporu cieplnego wewnętrznych komponentów budowlanych (ścian działowych itp.) lub komponentów oddziela­jących środowisko wewnętrz­ne od przestrzeni nieogrze­wanej, normową wartość opo­ru przejmowania ciepła R_si stosuje się dla obydwu stron.

Rys. 2. Schemat ściany do przykładu 2.

3.3. Opór cieplny przegród z warstw jednorodnych i niejednorodnych

W przypadku komponentu budowlanego składającego się z warstw cieplnie jednorodnych i niejednorodnych, z wyjątkiem przypadków, gdy przez izolację cieplną prze­chodzi metal, wg PN-EN ISO 6946 można stosować upro­szczoną metodę obliczania oporu cieplnego. Natomiast należy uznać ją za zbyt uproszczoną do obliczeń wartości temperatury powierzchni na uży­tek oceny ryzyka kondensacji.

Komponent dzielimy na jednorodne cieplnie części za pomocą płaszczyzn tzw. adiabatycznych i izotermicz­nych, tj. prostopadłych i równoległych do powierzchni przegrody. Można wykazać, że przy podziale kompo­nentu płaszczyznami adiabatycznymi otrzymamy kres górny, a izotermicznymi - dolny całkowitego oporu ciepl­nego.

Całkowity opór cieplny R_T komponentu składającego się z warstw cieplnie jednorodnych i niejednorodnych równo­ległych do powierzchni oblicza się, jako średnią arytme­tyczną górnego i dolnego kresu całkowitego oporu cieplne­go, ze wzoru:

gdzie:

R_T^g - kres górny całkowitego oporu cieplnego;

R_T^d - kres dolny całkowitego oporu cieplnego.

Rys. 3. Wycinki i warstwy komponentu niejednorodnego cieplnie: komponent (3a) pocięty

na wycinki (3b) i warstwy (3c) warstwy

Kres górny i dolny należy obliczyć dzieląc komponent na wycinki i warstwy w sposób przedstawiony na rysunku 3, tak aby był on podzielony na „mj” części jednorodnych cieplnie. Wycinek m (m = a, b, c... q) prostopadły do po­wierzchni komponentu ma względne pole powierzchni f_m . Warstwa j (j = 1, 2... n) równoległa do powierzchni ma gru­bość d_j. Część „mj” ma współczynnik przewodzenia ciepła u_mj , grubość d_j, względne pole powierzchni f_m i opór cieplny R_mj.

Względne pole powierzchni wycinka jest proporcjonalne do całkowitego pola powierzchni; stąd

Kres górny całkowitego oporu cieplnego określa się przy założeniu, że wszystkie płaszczyzny prostopadłe do po­wierzchni przegrody są adiabatyczne (nie ma między nimi przenoszenia ciepła, są dobrze odizolowane od siebie). Jest on wyrażony wzorem

gdzie:
- całkowite opory cieplne od środowiska do środowiska każdego wycinka, obliczone ze wzoru

f_a, f_b, f_q - względne pola powierzchni każdego wycinka.

Kres dolny całkowitego oporu cieplnego określa się przy założeniu, że wszystkie powierzchnie równoległe do po­wierzchni komponentu są izotermiczne. Według wzoru:

Opór cieplny R każdej warstwy niejednorodnej cieplnie oblicza się stosując następujący wzór:

Przykład 2. Obliczmy opór cieplny ściany ze szkieletem drewnianym jak na rysunku 4, z izolacją cieplną z płyt z wełny mineralnej, okładziną wewnętrzną z płyt gipsowo­-kartonowych i szalówką drewnianą od zewnątrz.

Przekrój ściany dzielimy na wycinki obejmujące od­powiednio szkielet drewnia­ny lub izolację cieplną.

Rys. 4. Przekrój ściany ze szkieletem drewnianym (do przykładu 2).

Względne pola powierzchni wycinków:

f_a = 0,05/0,55 = 0,091

f_b = 0,50/0,55 = 0,909.

Opory cieplne wycinków od powietrza wewnętrznego do powietrza zewnętrznego obliczamy z wcześniej podanego wzoru służącego do określenia R_T:

Stąd kres górny całkowitego oporu cieplnego:

Obliczmy teraz kres dolny całkowitego oporu cieplnego, korzystając z równoważnej przewodności cieplnej warstwy zawierającej szkielet drewniany i izolację cieplną. Równo­ważna przewodność cieplna szkieletu drewnianego i izola­cji cieplnej λ^''_j wynosi

λ^''_j = 0,04 x 0,50/0,55 + 0,16 x 0,05/0,55 = 0,051 W/(m•K)

Na tej podstawie obliczamy kres dolny całkowitego opo­ru cieplnego:

i ostatecznie

Obliczanie współczynnika przenikania ciepła (bez uwzględnienia mostków cieplnych)

Współczynnik przenikania ciepła wyrażony jest wzorem:

Przykład 3. Obliczmy współczynnik przenikania ciepła ściany z przykładu 1. Jej obliczony całkowity opór cieplny wynosi R_T = 4,85 m²•KfW.

Współczynnik przenikania ciepła wyniesie więc:

Wartości oporu cieplnego stosowane w obliczeniach po­średnich należy obliczać z dokładnością do co najmniej trzech cyfr znaczących. W przypadku podawania go jako wyniku końcowego należy wartość zaokrąglić do dwóch cyfr znaczących, a jeżeli jako wynik końcowy przedsta­wiony jest współczynnik przenikania ciepła, to należy za­okrąglić go do dwóch cyfr znaczących i podać informację o danych wyjściowych do obliczeń.

Do obliczonego współczynnika przenikania ciepła doda­je się poprawki z uwagi na nieszczelności w izolacji, łącz­niki mechaniczne przechodzące przez warstwy izolacyjne, zawilgocenie tzw. dachów odwróconych w wyniku opadów atmosferycznych i wpływ mostków cieplnych liniowych, co omówimy w dalszej części wykładów.

3.4. Obliczanie rozkładu temperatury w przegrodzie

Obliczenie współczynnika przenikania ciepła prze­gród należy do obowiązku projektanta, który musi wykazać spełnianie wymagań przepisów. Obliczanie rozkładu temperatury w przegrodzie jest działaniem bardzo pożytecznym, służącym sprawdzeniu po­prawności układu warstw zaprojektowanej przegrody.

Załóżmy, że wielowarstwowa przegroda (rysunek 1) od­dziela pomieszczenie o temperaturze obliczeniowej t_i od powietrza zewnętrznego o temperaturze t_e, a współczynnik przenikania ciepła przegrody wynosi U.

Gęstość strumienia cieplnego q płynącego przez prze­grodę określamy ze wzoru:

t_i - temperatura powietrza (ściślej środowiska) wewnętrz­nego;

t_e - temperatura powietrza (ściślej środowiska) zewnętrz­nego.

W wyniku przepływu strumienia cieplnego gęstości q, na poszczególnych przegrodach zgodnie z wcześniej podanym wzorem określającym dt, powstaną spadki tem­peratury, będące iloczynami gęstości strumienia cieplnego i wartości oporów cieplnych. W szczególności spadek tem­peratury od pomieszczenia do powierzchni wewnętrznej wyniesie qR_si, a stąd temperatura powierzchni wewnętrznej:

Analogicznie na styku pierwszej i drugiej warstwy

Na styku drugiej i trzeciej warstwy

i tak dalej.

W ostatnich dwóch wzorach numeracja warstw przebie­ga od strony wewnętrznej przegrody.

Zauważmy przy tym, że spadki temperatury na warstwach izolacji cieplnej o małej przewodności cieplnej będą duże, a na warstwach materiałów konstrukcyjnych o dużej przewodności cieplnej - małe, co wynika bezpośrednio z prawa Fouriera.

Na rysunku 5 schematycznie przedstawiono rozkład temperatury na grubości ściany dwuwarstwowej, złożonej z warstwy muru i izolacji cieplnej.

Rys. 5. Rozkład temperatury w ścianie dwuwarstwowej przy różnym położeniu izolacji: a - warstwa izolacji jest od stro­ny zewnętrznej; b- warstwa izolacji od strony wewnętrznej; wyższą temperaturę przyjęto od strony wewnętrznej

W przypadku izolacji od zewnątrz, warstwa ciężkiego materiału konstrukcyjnego (betonu lub muru) zlokalizowa­na od strony wewnętrznej zmniejsza wahania temperatury w pomieszczeniu i wyrównuje różnice temperatury na we­wnętrznej powierzchni przegrody, spowodowane ewentual­nymi wadami ułożenia izolacji. W przypadku izolacji od we­wnątrz nie mamy tych korzystnych efektów, a dochodzi je­szcze jeden problem. W pomieszczeniach użytkowanych mamy zawsze większą zawartość wilgoci niż na zewnątrz; z tego względu występuje ruch pary wodnej od wnętrza po­mieszczenia na zewnątrz. Jeśli punkt rosy oznaczony na rysunku 5 linią t_s występuje w materiale izolacji (zwykle ła­two przepuszczającym parę wodną), to w okresie ogrzew­czym w przegrodzie będzie występować kondensacja pary wodnej, co jest zjawiskiem niekorzystnym.

3.5.Pojęcie mostków cieplnych w przegrodach

Racjonalne pod względem ochrony cieplnej rozwiązanie przegród zewnętrznych polega na tym, że warstwa izolacji cieplnej jest ciągła (rysunek 1) i ma stałą grubość w całym elemencie budynku (ścianie lub dachu), jak również nie występuje jej przebicie materiałami o wysokiej przewod­ności cieplnej.

W rzeczywistości, przy projektowaniu i wznoszeniu bu­dynków, często konieczne jest przebicie warstwy izolacji cieplnej kotwami metalowymi, miejscowe zmniejszenie grubości warstwy izolacji, wprowadzenie w przegrodę ma­teriału o większej wytrzymałości i wyższej przewodności cieplnej, połączenie ściany pełnej z oknem o niższej izola­cyjności cieplnej itp. W miejscach tych występuje:

• wzrost gęstości strumienia cieplnego;

• obniżenie temperatury powierzchni wewnętrznej.

Te same efekty obserwuje się również w narożach bu­dynków oraz na styku ścian zewnętrznych z dachem (w wyniku większej powierzchni odpływu ciepła na ze­wnątrz niż jego napływu od wewnątrz).

Miejsca w obudowie zewnętrz­nej budynku, w których występuje znaczne obniżenie temperatury wewnętrznej powierzchni i wzrost gęstości strumienia cieplnego w stosunku do pozostałej części przegrody, nazywamy mostkami cieplnymi (najczęściej pojawiają się one w ścianach zewnętrz­nych). Przy złym rozwiązaniu de­tali budowlanych ich wpływ na straty ciepła z pomieszczeń na zewnątrz może być bardzo duży. Na wewnętrznej powierzchni mo­stków cieplnych często występuje kondensacja pary wodnej i rozwój pleśni, zwłaszcza przy podwyższonej wilgotności powietrza w pomieszczeniach, co może mieć miejsce w budynkach mieszkalnych ze zbyt szczelnymi oknami i bez urządzeń do napływu powietrza wentylacyjnego.

Rys. 1. Zasada ciągłości izolacji cieplnej na ­powierzchni zewnętrznej budynku

Zauważmy, że w przegrodzie płaskiej jednorodnej (lub złożonej z warstw materiałów jednorodnych) o stałej grubości wy­stępuje jednowymiarowy przepływ ciepła. W tym przypadku izotermy (linie łączące punkty o tej samej temperaturze) układają się równolegle, a linie gęstości strumienia cieplnego prostopadle do powierzchni przegrody (rysunek 2).

Rys. 2. Izotermy i linie strumienia ciepła przy przenikaniu przez przegrodę jednorodną

W rzeczywistych przegrodach budowlanych często występują miejsca, w których układ warstw odbiega od schematu przegrody jednorodnej materiałowo, z powodu np. zmiany geometrii przegrody, czy jej niejednorodności materiałowej. Na rysunkach 3 4, 5 przedstawiono możliwe sytuacje, w których występują od­chylenia od jednowymiarowego przepływu ciepła.

Rys. 3. Odchylenie od prostoliniowości izo­term i linii strumienia cieplnego w przegrodzie o zmiennej grubości

We wszystkich trzech przypadkach występują odchylenia izoterm i linii gęstości strumienia cieplnego od sytuacji przedstawionej na rysunku 2. Generalnie, w obszarze mostków cieplnych w zależności od geometrii przegród i mostków, obserwuje się dwu- lub trójwymiarowy przepływ ciepła. Nie daje się on opisać prostymi wzorami.

Rys. 4. Schemat rozkła­du temperatury w naroż­niku ścian zewnętrznych.

Najczęściej konieczne są obliczenia ­komputerowe (rzadziej badania). Na takie obliczenia projektant budynku zwykle nie ma czasu, nie mówiąc o koszcie spe­cjalnych programów numerycznych. Trzeba dodać, że komputerowe obliczenie pola temperatury w całej przegrodzie bu­dynku prowadziłoby do powstawania bardzo dużych i dro­gich w rozwiązywaniu zadań przewodzenia ciepła (duża liczba węzłów).

Rys. 5. Schemat rozkła­du temperatury w przegrodzie niejednorodnej materiałowo

W rzeczywistości liczba miejsc, w których występuje dwu- lub trójwymiarowy przepływ ciepło jest skończona, a w pozostałej części przegrody można rozpa­trywać tylko jednokierunkowy przepływ. Stąd wynika, wprowadzona na początku lat siedemdziesiątych (we Fran­cji), koncepcja uwzględniania wpływu określonych klas mostków cieplnych (tzw. punktowych i liniowych) w postaci dodatków do współczynnika przenikania ciepła, obliczane­go z wzorów jednowymiarowego przepływu.

Schemat mostka punktowego w postaci kotwi metalowej przebijającej warstwę izolacji cieplnej, co ma miejsce w przypadku trójwarstwowych murów szczelinowych, przedstawiono na rysunku 6.

Rys. 6. Punktowy mostek cieplny

Schematy mostków liniowych, występujących na obrzeżach otworu okiennego lub na wę­złach konstrukcyjnych na ob­wodzie ściany pomieszczenia, w wyniku ukształtowania detali z zaburzeniem warstwy izolacji cieplnej przedstawiono na rysunku 7.­

Rys. 7. Schemat występowania liniowych mostków ciepl­nych w ścianie

Obliczanie skorygowanego współczynnika przenikania ciepła U_c

Współczynnik przenikania ciepła U należy skorygować uwzględniając poprawki z uwagi na:

• nieszczelności w warstwie izolacji;

• łączniki mechaniczne przebijające warstwę izolacyjną;

• opady na dach o odwróconym układzie warstw. Skorygowany współczynnik przenikania ciepła U_c uzyskuje się dodając do U człon korekcyjny ΔU:

Człon korekcyjny ΔU określa wzór:

- poprawka na nieszczelności w warstwie izolacji;

- poprawka na łączniki mechaniczne;

-poprawka na wpływ opadów dla dachu o odwróco­nym układzie warstw.

Poprawki:
, na łączniki mechaniczne i
, na wpływ opadów dla dachu o odwróconym układzie warstw omówimy w dalszym ciągu wykładu.

Poprawka na łączniki mechaniczne. W przypadku, gdy warstwę izolacyjną przebijają łączniki mechaniczne, popraw­kę do współczynnika przenikania ciepła określa się z wzoru:

w którym:

α - współczynnik (tabela);

λ_t - współczynnik przewodzenia ciepła łącznika;

n_t- liczba łączników na metr kwadratowy;

A_t - pole przekroju poprzecznego jednego łącznika.

Wartości współczynnika α

Typ łącznika	α [m^-1]
Kotew między warstwami muru	6
f Mocowanie płyt izolacyjnych dachu	5

Poprawki nie wprowadza się w przypadku:

• kotwi ściennych przechodzących przez szczelinę po­wietrzną;

• kotwi ściennych między warstwą muru i drewnianymi słupkami;

• wartości współczynnika przewodzenia ciepła łączni­ka lub jego części (przedzielającej łącznik) mniejszej niż 1 W/(m•K).

Procedura ta nie ma zastosowania, gdy obydwa końce łącznika stykają się z blachami metalowymi; wpływ łączni­ków oblicza się wówczas komputerowowo z użyciem odpo­wiednich programów lub wyznacza korzystając z katalo­gów mostków.

Przykład 1. Ściana murowana szczelinowa (warstwa ze­wnętrzna z cegły wapienno-piaskowej, wewnętrzna z beto­nu komórkowego odmiany 600 na zaprawie cementowo­-wapiennej) wykonana jest przy użyciu kotwi (4 szt./m2) ze stali zwykłej (ocynkowanej) r~ 5 mm.

Dodatek na kotwie:

Wpływ kotwi jest niepomijalny, ale stosunkowo niewielki.

Przykład 2. Obiekt wzniesiony w systemie monolitycz­nym ze ścianami zewnętrznymi zawierającymi:

- rdzeń styropianowy grubości 12 cm (ze styropianu o obliczeniowym współczynniku przewodzenia ciepła 0,035 W/m•K;

- „okładziny" z betonu natryskiwanego;

- kotwie stalowe; w dokumentacji projektowej przyjęto 97 kotwi ze stali zwykłej ~ 3 mm na m² ściany.

Dodatek na kotwie:

Dla porównania całkowity opór cieplny ściany:

Współczynnik przenikania ciepła bez uwzględnienia mostków punktowych:

stąd:

W tym przypadku wpływ kotwi jest bardzo duży; mówiąc obrazowo, prawie tyle samo ciepła przenika przez kotwie, co przez styropian.

Przykład 3. Ścianę z przykładu 2 przekonstruowano, zmniejszając do 67 szt./m² liczbę kotwi i zamieniając stal zwykłą na stal nierdzewną o współczynniku przewodzenia ciepła λ = 17 W/(m•K).

Dodatek na kotwie:

stąd

Po przekonstruowaniu i zamianie w kotwiach stali zwykłej na nierdzewną współczynnik przenikania cie­pła zmalał prawie dwukrotnie i dlatego kupując ele­menty tego systemu, należy sprawdzić rodzaj zastoso­wanej stali.

Poprawka z uwagi na odwrócony układ warstw w da­chu. Izolacje cieplne stropodachów odwróconych pracują w szczególnych warunkach ze względu na:

• możliwość podwyższonej wilgotności materiału w sto­sunku do zastosowań ogólnobudowlanych, wskutek zawilgocenia izolacji przez długotrwałą dyfuzję pary wodnej;

• możliwość przeciekania wody opadowej i jej przepływ między izolacją cieplną i przeciwwilgociową.

Rys.8. Stropodach odwrócony. 1- pustka dylatacyjna, 2- warstwa ochronna żwirowa, 3 -izolacja cieplna, 4 - pokrycie dachowe

W związku z możliwością podwyższonej wilgotności materiału jego obliczeniową przewodność cieplną należy ustalić zgodnie z PN-EN ISO 10456 Izolacja cieplna. Ma­terialy i wyroby budowlane. Określanie deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych lub stosowną aproba­tą techniczną ITB (biorąc pod uwagę spodziewaną wilgot­ność materiału na podstawie doświadczenia). Warto zaz­naczyć, że materiał może mieć różną obliczeniową prze­wodność cieplną, w zależności od warunków eksploatacji i wilgotności.

Wpływ przepływu wody opadowej pod izolacją cieplną nie został dotychczas uwzględniony w PN-EN ISO 6946:1999 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.

W EN ISO 6946 występuje zmiana, zgodnie z którą współczynnik przenikania ciepła stropodachu odwrócone­go powiększa się o człon:

w którym:

p - przeciętny dzienny opad [mm/d] w sezonie ogrzew­czym, ustalony stosownie do lokalizacji;

f - czynnik drenażu, dający składnik p do izolacji przeciw­wilgociowej;

x- czynnik zwiększonej straty ciepła, (W•d)/(m²•K•mm), spowodowanej przez przepływ wody po izolacji prze­ciwwilgociowej;

R_i - opór cieplny warstwy izolacji ponad izolacją przeciw­wilgociową;

R_T -całkowity opór cieplny stropodachu.

Zgodnie z normą wartość iloczynu fx w przypadku izola­cji jednowarstwowej przykrytej żwirem przyjmuje się jako 0,04. Uwzględniając, że zgodnie z danymi IMGW, w znacz­nej części Polski w sezonie ogrzewczym średni opad wy­nosi 1,2 mm/d, możemy oszacować wartość poprawki dU_T, na ok. 0,05 W/(m² •K).

3.6. metody uwzględnienia w obliczeniach liniowych mostków cieplnych

Współczynnik przenikania ciepła ścian U_k z uwzględnie­niem mostków liniowych można obliczać ze wzoru:

w którym:

U_c - skorygowany współczynnik przenikania ciepła prze­grody bez uwzględniania wpływu mostków cieplnych liniowych;

- liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka linio­wego o numerze i;

L_i - długość mostka liniowego o numerze i;

A - pole powierzchni przegrody w świetle przegród do niej prostopadłych pomniejszone o pole powierzchni ewentualnych okien i drzwi balkonowych (obliczone w świetle ościeży).

Sumę
można też uwzględnić we współczynniku strat ciepła przez przenikanie, co przedstawię w jednym z kolejnych rozdziałów. To podejście jest wygodniejsze w praktyce.

Wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła mostków liniowych podawane są w specjalnych katalo­gach mostków cieplnych. Karta katalogowa zwykle zawie­ra rysunek detalu oraz wartość najniższej temperatury po­wierzchni wewnętrznej i liniowego współczynnika przeni­kania ciepła, ewentualnie w funkcji wybranych wymiarów, np. grubości warstwy izolacji. Układ polskich katalogów zaczerpnięty został z podobnych opracowań austriackich i niemieckich.

W Europie oprócz drukowanych katalogów rozpo­wszechniany jest katalog elektroniczny EUROKOBRA, ­kupiony przez Komisję Europejską. Ma on być ogólnodo­stępnym narzędziem pracy architekta w całej UE. Również polska edycja katalogu, opracowana przez Zakład Fizyki Cieplnej ITB, jest udostępniana projektantom, za pośrednictwem Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa.

Katalog EUROKOBRA zawiera ok. 5000 detali, przy czym użytkownik może zmieniać dane (wymiary, tem­peraturę i współczynnik przejmowania ciepła, materia­ły), uzyskując dla nowego kompletu danych w ciągu kilku sekund wartość temperatury w wybranych punktach i ocenę ryzyka kondensacji pary wodnej na powierzchni przegrody oraz wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła.

Rys.9. Strop oparty na dwóch warstwach muru

Na rysunkach 9 i 10 przedstawiono różne rozwiązania węzła stropu z murowaną ścianą trójwarstwową; na ry­sunku 9 strop przebija ścianę i jest oparty na dwóch war­stwach muru, na rysunku 10 strop oparty jest tylko na we­wnętrznej warstwie muru.

Rys. 10. Strop oparty tylko na warstwie wewnętrznej muru.

Rys. 11. Rozkład izoterm i linii gęstości strumienia cieplnego w węźle stropu opartego: a - na dwóch warstwach muru; b - tylko na wewnętrznej warstwie muru

W celu potwierdzenia znacznego wpływu detalu architek­toniczno-budowlanego na izolacyjność przegrody przedsta­wię obliczenia współczynnika przenikania ciepła ściany mu­rowanej z izolacją cieplną od zewnątrz, z uwzględnieniem wpływu mostków liniowych. We wszystkich przypadkach przyjmuję, że ścianę zewnętrzną wykonano z cegły pełnej ceramicznej grubości 25 cm o współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,90 W/(mK) i zastosowano izolację zewnętrzną z płyt styropianowych grubości 15 cm o współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,04 W/(mK). Uwzględniono także różne usytuowanie okna w murze (rysunek 12) i wpływ bal­konowej płyty wspornikowej na współczynnik przenikania ciepła. Przy obliczeniach wykorzystam dane dotyczące liniowe­go współczynnika przenikania ciepła λ zawarte w tabeli. Bez uwzględnienia mostków cieplnych liniowych współ­czynnik przenikania ciepła U_c = U (suma poprawek jest równa 0) i wynosi 0,232 W/(m² K).

Rys. 12. Różne usytuowanie okna w murze (ściana dwuwarstwowa): a-okno umieszczone w licu zewnętrznym muru, przy czym izolacja cieplna może kończyć się na krawędzi muru lub zachodzić 3 cm na ościeżnicę; b - okno usytuowane jest w licu wewnętrznym muru, przy czym ościeża boczne, nadproże od spodu i mur pod blaszanym podokiennikiem zewnętrznym nie są izolowane

Rozpatrzmy fragment ściany zewnętrznej o polu po­wierzchni (w świetle przegród prostopadłych) wynoszą­cym 10 m², z oknem o wymiarze 1,5 x 1,5 m i polu po­wierzchni 2,25 m² oraz wykonajmy przykładowe oblicze­nia współczynnika przenikania ciepła U_k.

Przykład 1. Przyjmijmy warianty usytuowania okien opisane w tabeli jako detal nr 1, 4 i 8 (w licu zewnętrznym muru, przy czym izolacja cieplna nie zachodzi na ościeżni­cę).

Ze wzoru obliczmy współczynnik przenikania ciepła U_k :

Wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła obliczono przy użyciu programu EUROKOBRA

Nr	Charakterystyka rozwiązania	ψ (W/(mK]
Detalu	detalu izolacji
1	Ościeże okienne; okno w licu zewnętrznym Muru, izolacja muru nie zachodzi na ościeżnicę	0,19
2	Ościeże okienne; okno w licu zewnętrznym mu- ru, izolacja muru zachodzi 3 cm na ościeżnicę	0,05
3	Ościeże okienne; okno w licu wewnętrznym Muru, ościeże bez izolacji	0,39
4	Nadproże okienne; okno w licu zewnętrznym Ściany, izolacja muru nie zachodzi na ościeżnicę	0,29
5	Nadproże okienne; okno w licu zewnętrznym Muru, izolacja muru zachodzi 3 cm na ościeżnicę	0,06
6	Nadproże okienne; okno w licu wewnętrznym Muru, nadproże bez izolacji od spodu	0,60
7	Nadproże okienne; okno w licu wewnętrznym Muru, izolacja nadproża od spodu	0,20
8	Podokiennik; okno w licu zewnętrznym muru, kamienny podokiennik wewnętrzny oddzielony od kamiennego podokiennika zewnętrznego 1 cm Przekładką ze styropianu	0,39
9	Podokiennik; okno w licu wewnętrznym muru, Wierzch muru nieprzykryty izolacją	0,57
10	Podokiennik; okno w licu wewnętrznym muru, Wierzch muru przykryty izolacją grubości 3 cm	0,22
11	Podokiennik; okno w licu zewnętrznym muru, kamienny podokiennik wewnętrzny, izolacja cieplna zachodzi 3 cm na ościeżnicę.	0,07
12	Płyta balkonowa wspornikowa w przekroju poza Drzwiami balkonowymi	0,65
13	Płyta balkonowa o własnej konstrukcji w przekroju poza drzwiami balkonowymi; beton płyty oddzielony od betonu stropu przekładką izolacji o grubości jak na murze	0,07
14	Płyta balkonowa wspornikowa w przekroju przez drzwi balkonowe	0,91
15	Płyta balkonowa o własnej konstrukcji w prze- kroju przez drzwi balkonowe; beton płyty oddzie- lony od betonu stropu przekładką izolacji o gru- bości jak na murze; na zewnątrz przechodzi kamienna płytka podłogowa	0,57

Przykład 2. Przyjmijmy warianty usytuowania okien opisane w tabeli jako detal nr 2, 5 i 11 (w licu zewnętrznym muru i z izolacją cieplną zachodzącą 3 cm na ościeżnicę). W tym przypadku współczynnik przenikania ciepła wyniesie:

Przykład 3. Przyjmijmy warianty usytuowania okien opisane w tabeli jako detal nr 3, 6 i 9 (w wewnętrznym licu ściany, bez izolacji ościeży bocznych, nadproża od spodu i muru pod podokiennikiem). Ze wzoru obliczmy współ­czynnik przenikania ciepła U_k

Przedstawione przykłady obliczeń dowodzą, że w zależ­ności od usytuowania okna w grubości ściany i zaizolowa­nia lub nie zaizolowania ościeży, nadproża od spodu i mu­ru na zewnątrz pod podokiennikiem, dodatek 4U, uwzględ­niający wpływ mostków, może się znacznie różnić. Przy złych rozwiązaniach detali izolacji (przykłady 1 i 2) prawie tyle samo lub więcej ciepła „ucieka" przez mostki cieplne, co przez całą płaszczyznę ściany!

Przy dobrych rozwiązaniach detali izolacji (przykład 2) dodatek na mostki liniowe wynosi ok. 0,05 W/(m² K). Analogiczne obliczenia można wykonać w odniesieniu do fragmentu ściany zawierającej żelbetowy balkon wspornikowy, przy czym nawet bez obliczeń, z danych za­wartych w tabeli widać, że płyta balkonowa w bezpośred­nim kontakcie z nadprożem odprowadza bardzo duży stru­mień cieplny.

Przykład 4. Przyjmijmy warianty osadzenia okien opisane w tabeli jako detal nr 2, 5 i 11 i balkon wsporniko­wy szerokości 2,0 m z drzwiami balkonowymi o wymiarze 2,0 x 0,9 m. Ze wzoru obliczamy współczynnik przenika­nia ciepła U_k

Straty ciepła w przypadku szerokiego balkonu mogą być porównywalne (lub nawet znacznie większe) ze strata­mi przez ściany zewnętrzne pomieszczenia i dlatego zale­ca się oddzielenie płyty warstwą izolacji c od be­tonu nadproża (z oparciem balkonu na konstruk­cji wsporczej), stosowanie izolacyjnych łączników zbroje­nia lub ocieplenie płyty od góry i dołu.

Powyższe przykłady dowodzą, że uwzględnianie linio­wych mostków cieplnych na etapie obliczania mo­cy szczytowej systemu ogrzewania jest konieczne.

Liniowe mostki cieplne spowodowane są nieciągłościa­mi lub pocienianiem warstwy izolacji cieplnej. Przeciw­działać ich powstawaniu trzeba na etapie projektowania detalu, przy czym, szczegółowe oblicze­nia cieplne mają znaczenie tylko dydaktyczne i pomocni­cze. Dydaktyczne, ponieważ dobrze by było, aby każdy projektant architektury i konstrukcji przećwiczył obliczanie współczynnika przenikania ciepła U_k przegród z mostkami liniowymi i wiedział, jakie konsekwencje mogą mieć błędy projektowe. Pomocnicze, bo nie chodzi o napracowanie się i wykonanie wielu obliczeń, ale o dobre rozwiązanie detalu, co przy pewnym „wyczuleniu" projektanta można zrobić bez obliczeń.

W zasadzie mostków liniowych można się ustrzec przez prawidłowe zaprojektowanie detali ocieplenia węzłów konstrukcji, wieńców i nadproży, ścian nieogrzewanych piwnic i wszelkich miejsc przerw w ciągłej izolacji cieplnej budynku. Jednak nawet przy właściwym rozwiązaniu de­tali zaleca się dodanie 0,05 W/(m²K) do współczynnika przenikania ciepła.

Dla projektanta najwygodniejsze jest korzystanie z kata­logów ścian, w których już obliczono wartości współczyn­nika przenikania ciepła z uwzględnieniem mostków ciepl­nych i dokonano odpowiedniej korekty detali. Przykładem może służyć katalog ścian z betonu komórkowego

3.7.. PRZENOSZENIE CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODY PRZEZROCZYSTE

3.7.1. Straty ciepła przez okna

W obudowie budynków, oprócz przegród pełnych (nieprzezroczy­stych), występują przegrody przezro­czyste (tradycyjnie ze szkła, obecnie również z tworzyw sztucznych), jako okna (stałe bądź otwierane), świetliki, elementy fasad.

W starym budownictwie w Polsce jedynym materiałem do wykonywania okien było drewno. Obecnie, oprócz drewnianych (najczęściej jednoramo­wych), stosowane są okna z profili z nieplastyfikowanego PCW oraz alu­miniowe (najczęściej z przekładką ter­miczną). Ramy z profili z nieplastyfi­kowanego PCW, pod względem izola­cyjności cieplnej, dorównują ramom drewnianym, pod warunkiem stoso­wania co najmniej czterech komór. Współczynnik przenikania ciepła ram drewnianych i z PCW najczęściej wy­nosi ok. 2,0 W/(m²•K). Spotyka się jed­nak specjalne rozwiązania ram z PCW z pustkami powietrznymi wypełnionymi pianką poliuretanową lub drewniane z przekładką z pianki, o współczynniku przenikania ciepła ok. 0,7 W/( m².K).

Izolacyjność cieplna okien aluminio­wych zależy głównie od grubości przekładki termicznej ustalającej odległość części metalowych (po stro­nie ciepłej i zimnej - rysunek 1).

Przekładki mogą być wykonane z różnych tworzyw sztucznych (ABS, poliamidu zbrojonego włóknem szkla­nym i nieplastyfikowanego PCW).

Tradycyjnie funkcją okien było i jest oświetlenie wnętrz, a nieszczelności przymyków okiennych zapewniały również dopływ powietrza zewnętrz­nego do wentylacji pomieszczeń w budynkach z wentylacją grawitacyj­ną. W tej ostatniej funkcji okna są obecnie zastępowane coraz częściej przez specjalne nawiewniki powietrza zewnętrznego.

Obecnie rynek nowych rozwiązań szyb i okien jest bardzo bogaty. Dąży się do podwyższania izolacyjności cieplnej tych produktów. Izolacyjność cieplna jest też eksponowanym para­metrem w reklamie wyrobu, przy czym dane techniczne w folderach czasami nie są podawane rzetelnie.

Rys. 1. Schemat profilu okiennego aluminio­wego z przekładkami termicznymi

W obliczeniach przenikania ciepła przez szyby i okna konieczne jest uwzględnianie kontaktu cieplnego z elementami nieprzezroczystymi ­ramiakami i ościeżnicami, ponieważ współczynnik przenikania ciepła od­nosi się do pola powierzchni okna w świetle ościeży, natomiast przenika­nie promieniowania słonecznego przez szyby odbywa się tylko przez pole powierzchni szyb i do tego pola się odnosi.

3.7.2. Przenikanie ciepła przez szyby i okna bez uwzględniania promieniowania słonecznego

W tradycyjnych rozwiązaniach okien stosowane były szyby pojedyn­cze grubości 3 - 6 mm, a więc o bar­dzo niskim oporze cieplnym. W przy­padku okien oszklonych opór cieplny skrzydła przyjmowano równy oporowi szyby i równy sumie opo­rów przejmowania ciepła na po­wierzchni szyb:

(1)

gdzie R_si - opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni,

R_se - opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni.

Przyjmując wartości liczbowe wg PN-EN ISO 6946, otrzymamy RT = 0,17 m²•K/W i - odpowiednio ­U = 5,9 W/( m²•K/W).

W przypadku okien ze skrzydłami podwójnymi lub szklonych szybami zespolonymi ze szkłem zwykłym, opór cieplny projektowanego skrzydła zakładano równy sumie oporów cieplnych szczeliny międzyszybowej i oporów przej­mowania ciepła na powierzchni szyb:

(2)

skąd, przyjmując wartości liczbowe wg PN-EN ISO 6946, otrzymano R_T = 0,35 m²•K/W i - odpowiednio ­U= 2,8 W/( m²•K/W).

Obecnie stosujemy przeważnie szyby zespolone, jedno- lub (rzadziej) dwukomorowe, z pokryciem po­wierzchni szkła powłokami niskoemi­syjnymi i wypełnieniem komór gazami o przewodności cieplnej niższej od przewodności cieplnej powietrza (np. argon lub krypton). Obniżamy w ten sposób przenoszenie ciepła w war­stwach powietrza tak na drodze pro­mieniowania, jak i przewodzenia. W efekcie osiąga się niższe wartości współczynnika przenikania ciepła szyb zespolonych, niż w przy­padku szklenia szkłem zwykłym.

Wartości współczynnika przenika­nia ciepła szyb zespolonych jednoko­morowych w środkowej części szyby (z dala od krawędzi) zależą od rodza­ju powłok niskoemisyjnych i rodzaju gazu wypełniającego i mogą wynosić 1,1 - 1,2 W/( m²•K/W).

Na obwodzie szyby zespolone za­myka się przez wklejenie korytkowych przekładek dystansowych (najczę­ściej z aluminium, stali ocynkowanej lub stali nierdzewnej) i uszczelnienie; w korytkach dystansowych umieszcza się materiał pochłaniający parę wod­ną (np. żel krzemionkowy lub tzw. sita molekularne). Stosowane są różne rozwiązania obrzeży przekładek dy­stansowych (z aluminium, stali ocyn­kowanej, stali nierdzewnej, stali nie­rdzewnej i tworzywa sztucznego, two­rzywa sztucznego z aluminiową folią, butylu).

W wyniku wklejenia przekładki dy­stansowej i uszczelnienia na obrzeżu szyby powstaje liniowy mostek ciepl­ny, scharakteryzowany wartością li­niowego współczynnika przenikania ciepła 9 W/(m•K), którą oblicza się metodą symulacji komputerowej

Wartości te mogą się znacznie różnić zależnie od rodzaju szyby zespolonej, przekładki i listwy uszczelniającej (z drewna lub z aluminium). W przy­padku ramiaków z drewna klejonego warstwowo, oszklenia szybami ener­gooszczędnymi o wartości współczyn­nika przenikania ciepła 1,16 W/( m²•K/W) i listwy uszczelniającej z drewna, linio­wy współczynnik przenikania ciepła może wynosić od 0,05 W/(m•K) w przypadku tworzywa sztucznego, przez 0,057 W/(m•K) w przypadku sta­li nierdzewnej, do 0,08 W/(m•K) w przypadku aluminium.

Współczynnik przenikania szyby o polu powierzchni A i obwo­dzie P obliczamy ze wzoru:

(3)

Przykiad 1. Obliczmy współczynnik przeni­kania ciepła szyby zespolonej energo­oszczędnej o wymiarach 100x50 cm z listwą uszczelniającą drewnianą; pole powierzchni szyby wynosi A = 0,5 m², a obwód P = 3,0 m.

Przyjmijmy, że zastosowano przekładkę dystansową aluminiową; wówczas współczyn­nik przenikania ciepła wyniesie:

Powtórzmy obliczenie przyjmując, że za­stosowano przekładkę ze stali nierdzewnej:

Wyniki obliczeń potwierdzają, że wpływ mostka liniowego na obwodzie jest znaczny, choć zawsze mniejszy w przypadku lepszej przekładki dy­stansowej.

Współczynnik przenikania ciepła okna określa się na podstawie:

• badań doświadczalnych w tzw. skrzynce grzejnej (Hot Box);

• obliczeń komputerowych przy użyciu specjalistycznych programów komputerowych.

Coraz częściej badania współczyn­nika przenikania ciepła okien zastę­puje się obliczeniami przy użyciu spe­cjalistycznych programów kompute­rowych, w których uwzględnia się ob. wpływ ramek dystansowych na obwodzie szyb. Problemem nie jest samo obliczenie pola temperatury, wykonywane najczęściej standardo­wo Metodą Elementów Skończonych, ale wprowadzenie do danych oblicze­niowych dość skomplikowanego ob.­szaru przewodzenia ciepła, jakim jest przekrój okna z profili z PCW lub alu­miniowych. Potrzebne są programy specjalistycz­ne, korzystające z plików CAD-ow­skich do wprowadzenia geometrii przekroju.

Na podstawie obliczeń również podaje się dane do aprobaty technicz­nej dotyczące danej konstrukcji okna w zależności od udziału szyb i ram w polu powierzchni.

3.7.3. Przechodzenie promieniowania słonecznego przez szyby

Dotychczas rozpatrywano przeno­szenie ciepła wewnątrz ciał stałych wyłącznie przez przewodzenie; wy­mianę przez promieniowanie uwz­ględnialiśmy tylko na powierzchniach przegród nieprzezro­czystyc.

Rozpatrzmy zjawisko złożo­nej wymiany ciepła przez przegrody przezroczyste. Promienie słoneczne, pada­jące na powierzchnię przegrody przezroczystej, ulegają częściowo odbiciu, częściowo absorpcji i częściowo są przepuszczone przez przegrodę.

Oznaczając natężenie promieniowania słonecznego, padającego na szybę przez I_c, natężenie promieniowania odbitego, pochłoniętego i prze­puszczonego przez szybę, obliczamy:

• promieniowanie odbite przez po­wierzchnię szyby równe I_c ρ (p ­współczynnik odbicia);

• promieniowanie pochłonięte przez szybę równe I_c ε (ε- współczynnik absorpcji);

•promieniowanie przepuszczone przez szybę równe I_cτ (τ-współczynnik przepuszczalności).

Współczynniki odbicia, absorpcji i przepuszczalności są związane za­leżnością:

(4)

Współczynniki odbicia, absorpcji i przepuszczalności dla każdego ma­teriału przezroczystego zależą od długości fali promieniowania padają­cego (lub temperatury źródła). Absorbowanie i przepuszczanie promie­niowania przez przegrody przezroczy­ste zależy ich grubości.

Współczynnik przepuszczalności promieniowania zależy także od kąta padania promieniowania; dla wartości kąta padania mniejszej od 45° współ­czynnik przepuszczalności może być uważany za stały, dla większych wartości kąta pa­dania współczyn­nik szybko maleje. W rzeczywisto­ści strumień ciepl­ny przekazywany do wnętrza przez szybę poddaną promieniowaniu słonecznemu jest wyższy niż to wynika z prawa przepuszczania tego promieniowania. W wyniku ab­sorpcji promieniowania słonecznego szkło nagrzewa się i jest źródłem nagrzewania pomie­szczeń przez konwekcję i promienio­wanie niskotemperaturowe.

Rys. 3. Przechodzenie promieniowania słonecznego przez pojedynczą szybę

Rozpatrzmy przechodzenie ciepła przez pojedynczą szybę (rysunek 3). Gęstość całkowitego strumienia ciepła przekazywanego do pomie­szczenia określa wzór:

(5)

Pierwszy po prawej stronie człon wzoru opisuje promieniowanie sło­neczne (wysokotemperaturowe), drugi - promieniowanie niskokotemperatu­rowe i konwekcję. W praktyce można posłużyć się współczynnikiem przepu­szczalności ciepła, który dla pojedyn­czej szyby można określić wzorem:

(6)

W odniesieniu do układu dwu i wię­cej szyb wzory wyrażające współ­czynnik przepuszczalności ciepła komplikują się.

Norma dopuszcza ko­rzystanie z gotowych wartości liczbowych są stabelaryzowanych, np. jak w tabeli 1 wg Załącznika E do PN-B-02025.

Obecnie produkuje się różne rodzaje szkła okiennego o specjalnej charakte­rystyce absorpcyjnej lub refleksyjnej w funkcji długości fali promieniowania padającego (tzw. selektywna absorpcja lub refleksja). Przez zastosowanie od­powiednich dodatków do masy szklar­skiej uzyskuje się niewielką zmianę ab­sorpcji promieniowania w stosunku do zwykłego szkła okiennego w zakresie promieniowania widzialnego (a więc nieznaczne zabarwienie) oraz znaczny wzrost absorpcji w zakresie podczer­wieni. Stosowanie specjalnych szkieł, pochłaniających promieniowanie pod­czerwone, pozwala na dość znaczne zmniejszenie gęstości strumienia ciepl­nego przedostającego się do wnętrza pomieszczenia i zapobiega nadmierne­mu przegrzewaniu pomieszczeń w okresie letnim.

Tablica 1.Dane z zarządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r

Lp.	Rodzaj oszklenia	Współczynnik gG przepuszczalności energii Całkowitej
1	Pojedynczo szklone	0,85
2	Podwójnie szklone	0,75
3	Podwójnie szklone z powłoką selektywną	0,67
4	Potrójnie szklone	0,7
5	Potrójnie szklone z powłoką selektywną	0,5

Produkowane są również szkła refleksyjne, pokryte najczęściej cienką warstwą tlenków metali, odbi­jającą promieniowanie wysoko i niskotemperaturowe. Takie szyby za­pobiegają przegrzewaniu pomie­szczeń i zmniejszają jednocześnie przepływ ciepła między szybami przez promieniowanie, powiększając izolacyjność cieplną w porównaniu z oknami ze szkłem zwykłym. W nocy zmniejszają one znaczne straty ciepła pomieszczeń do powietrza zewnętrz­nego w porównaniu z oknami szklony­mi tradycyjnie. Stąd producenci szyb często podają ich charakterystyki optyczne, a także współczynnik prze­puszczalności ciepła TR.

Odpowiedni dobór izolacyjności cieplnej szyb zespolonych i współczyn­nika przepuszczalności ciepła TR po­zwala na uzyskanie, w warunkach kli­matycznych Europy (na­wet w Niemczech i Austrii), dodatniego bilansu cieplnego okien w sezonie ogrzewczym (z przewagą zysków ciepła od promieniowania słonecznego nad stratami przez przenikanie).

Wymaga to ni­skich wartości współczynnika przeni­kania ciepła okien i dużych wartości natężenia promieniowania słoneczne­go. Dotyczy to elewacji zorientowanych na południe.

W ta­beli 2 i 2a podano sumy miesięczne całkowitego promieniowania słonecz­nego na powierzchnie pionowe dla stacji aktynometrycznej Warszawa Bielany.

Tabela 2. Sumy miesięczne całkowitego promieniowania słonecznego [kWh/m²] na powierzchnie pionowe dla stacji aktynometrycznej Warszawa-Bielany

Miesiąc	S	S-W	W	N-W	N	N-E	E	S-E
I	28,3	23,8	14,1	10,4	10,4	10,4	13,4	22,3
II	46,4	41,7	28,9	19,5	28,8	18,8	24,9	37,0
III	69,9	63,2	49,1	35,7	31,2	35,7	48,4	62,5
lV.	74,9	70,6	59,8	45,4	37,4	47,5	64,8	75,6
V	84,1	84,8	78,9	62,5	52,8	70,7	90,8	93,7
VI	79,9	84,2	83,5	70,6	59,8	75,6	91,4	90,7
VII	82,6	87,8	85,6	70,7	58,8	72,2	88,5	90,0
VIII	84,8	83,3	72,9	55,1	44,6	57,3	77,4	87,0
IX	72,7	61,9	47,5	33,8	30,2	36,7	54,7	69,8
X	58,0	45,4	29,0	19,3	17,9	20,8	35,0	52,1
XI	29,5	23,0	13,0	9,4	9,4	9,4	15,1	25,9
X11	19,3	15,6	8,2	6,0	6,0	6,0	8,9	16,4

W tabeli 3 podano dane dla stacji meteorologicznych Białystok i Warszawa- Bielany.

Tabela 3. Średnie wieloletnie temperatury powietrza zewnętrznego i liczba dni ogrzewania dla stacji meteorologicznej Warszawa-Bielany

Mies.	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Te(m)	-3,4	-2,6	1,4	7,5	12,9	17,0	18,1	17,4	13,2	8,4	3,3	-0,8
Ld(m)	31	28	31	30	5	0	0	0	5	31	30	31

Przykiad 2. Sprawdźmy bilans cieplny zorientowanego na południe okna o po­wierzchni m² i współczynniku przenikania cie­pła 2,0 W/(m² •K) z 65% udziałem powierzch­niowym szyby o współczynniku przepuszcza­nia promieniowania 0,64 przy określonych w tabelach 2 i 3 danych klimatycznych. Załóż­my, że temperatura powietrza wewnętrznego wynosi 20°C. Analizowany okres to 7 miesięcy.Straty ciepła przez przenikanie określa wzór:

Zyski ciepła od promieniowania słonecznego

21

---