dr inż. Abdrahman Alsabry

1 Wstęp

Przedmiotem fizyki budowli jest opis fizyczny następujących procesów w konstrukcjach
budowlanych:
1) wymiana ciepła między komponentami budynku i budynkiem a środowiskiem
zewnętrznym,
2) transport wilgoci w komponentach i przestrzeniach budowlanych,
3) akustyka budynków, ochrona przed hałasem,
4) ochrona przeciwpożarowa,
5) oświetlenie budynków,
6) zmiana własności materiałów budowlanych (np. degradacja, korozja) na
skutek oddziaływania z atmosferą, zwłaszcza agresywną, na skutek starzenia
się materiałów, itp.
Wynikiem tego opisu są zalecenia projektowe, częściowo stanowiące przedmiot norm
budowlanych, a częściowo stanowiące nienormowane wskazówki projektowe.
Należy zwrócić uwagę, że w ostatnich latach następuje istotna nowelizacja norm na
skutek ujednolicenia norm polskich i unijnych. Przykładem są nowe normy, dotyczące
wymiany ciepła:
PN-EN ISO 6946:2008: Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i
współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania (odpowiednik normy europejskiej
EN
ISO 6946: 1996 i zastępująca PN-91/B-02020), PN-EN ISO 7345:1998: Izolacja cieplna.
Wielkości fizyczne i definicje (odpowiednik normy europejskiej ISO 7345:1985).

dr inż. Abdrahman Alsabry

Fizyka budowli

Wszelkie rozwiązania techniczne w budownictwie są

powiązane z: fizyką i chemią. Znajomość procesów fizycznych
zachodzących w materiałach budowlanych lub w ich
komponentach umożliwia racjonalne projektowanie obiektów
budowlanych z uwzględnieniem oszczędności energii oraz ochronę
tych obiektów przed czynnikami mającymi niekorzystny wpływ na
samopoczucie i zdrowie użytkowników (np. drgania, hałas,
nadmierne zawilgocenie).

Znajomość zjawisk chemicznych ułatwia właściwy dobór

materiałów budowlanych pod kątem ich wpływu na zdrowie

człowieka.

dr inż. Abdrahman Alsabry

W budynkach mieszkalnych i w budynkach

użyteczności publicznej bardzo istotną rolę odgrywa
konstrukcja przegród zewnętrznych. Struktura tych
przegród i rodzaj zastosowanych
w nich materiałów wpływają zasadniczo na rodzaj
procesów fizykalnych, jakie zachodzą na styku dwóch
różnych ośrodków, które te przegrody od siebie
oddzielają.

Każdy z tych ośrodków charakteryzuje się innymi

właściwościami, a przegroda ma na celu zapewnić
właściwe oddziaływanie wpływów zewnętrznych na
wnętrze budynku, w taki sposób, aby we wnętrzu powstał
mikroklimat najkorzystniejszy dla człowieka.

Nieznajomość wymienionych tu procesów może

spowodować, że w pomieszczeniach powstaną warunki
gorsze dla użytkownika od występujących w danym

momencie na zewną.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Nieznajomość wymienionych tu procesów

może spowodować, że w pomieszczeniach
powstaną warunki gorsze dla użytkownika od
występujących w danym momencie na zewnątrz.

Konstrukcja przegród zewnętrznych w

budynkach, niezależnie od wymagań statycznych,
powinna zapewnić również:

• ochronę przed ucieczką ciepła na zewnątrz
pomieszczeń,
• ochronę przed hałasem,

• ochronę przed zawilgoceniem wnętrza.

dr inż. Abdrahman Alsabry

IZOLACJE CIEPLNE

Rodzaje izolacji termicznych
Izolacje termiczne są stosowane w budownictwie
głównie w celu ocieplania budynków
przeznaczonych dla przebywających w nich ludzi,
ale nie jest to jedyne ich zastosowanie. Izolacje te
mogą służyć np. do ochrony chłodni przed
napływem ciepła z zewnątrz lub ochrony
przewodów ciepłowniczych przed nadmiernymi
stratami ciepła.

dr inż. Abdrahman Alsabry

IZOLACJE CIEPLNE

O właściwym doborze odpowiedniego na izolację
materiału powinny decydować następujące
czynniki:

• zdolność materiału do przewodzenia ciepła lub jej
brak,
• rodzaj i konsystencja wyrobu (materiały mogą
być w formie sypkiej, mat, płyt itp.),
• łatwość obróbki i łatwość wbudowania w
przegrodę,
• odporność na zawilgocenie, odporność na
zagrzybienie,
• odporność na działanie temperatury (niskiej lub
wysokiej),
• odporność na działanie ognia,
• odporność na działanie preparatów chemicznych,
z którymi materiał się styka,

• trwałość (podana w latach).

dr inż. Abdrahman Alsabry

IZOLACJE CIEPLNE

Uwzględniając powyższe cechy materiałów można
najogólniej przyjąć, że do ocieplania ścian, podłóg i
stropów w budynkach najlepiej nadają się:
styropian, płyty z wełny mineralnej oraz pianka
poliuretanowa (do wypełniania szczelin
powietrznych i innych miejsc niedostępnych). Do
izolacji chłodni przydatne są płyty i otuliny korkowe
oraz styropianowe, wata szklana, wata bazaltowa
lub maty i filce z wełny mineralnej. Podobnie do
izolacji rurociągów i przewodów ciepłowniczych
używa się wszelkiego rodzaju mat (np. z waty
szklanej). Te same materiały można stosować do
izolacji turbin, kotłów i zbiorników o

powierzchniach cylindrycznych.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Obecnie w handlu dostępnych jest wiele

wyrobów przeznaczonych do wykonywania izolacji
termicznych. Wytwarza się je głównie na bazie
wełny mineralnej, styropianu, włókna szklanego,
pianki poliuretanowej. Produkowane są między
innymi płyty, kasetony sufitowe, otuliny i kształtki
ze styropianu płyty z polistyrenu do izolacji ścian
piwnic, dachów i sufitów podwieszanych, płyty i
maty z wełny mineralnej. Do izolacji instalacji
grzewczych wysokoparametrowych stosuje się
otuliny z pianki poliuretanowej (bardzo niskie
wartości współczynnika przewodności cieplnej).
Wszystkie te produkty charakteryzują się dużą
dokładnością wykonania i estetycznym wyglądem.
Niektóre materiały izolacyjne są produkowane w
formie luźnych włókien celulozowych i mogą być na
sucho wdmuchiwane sprężonym powietrzem do

zamkniętych, niewielkich przestrzeni.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Zasady prawidłowego wykonywania izolacji

termicznych z wyjątkiem tych rodzajów izolacji,
które trzeba nakładać systemem na mokro —
podstawą prawidłowego ułożenia warstw
izolacyjnych jest wykonanie wszystkich prac w
stanie suchym. Materiały izolacyjne powinny być
chronione przed zawilgoceniem wodą deszczową
lub zarobową (z zaprawy murarskiej), nie wolno
również układać świeżej mieszanki betonowej na
materiałach nieodpornych na zawilgocenie.
Ponadto wszelkiego typu izolacje termiczne, jak
również spoiwa do ich łączenia, nie powinny być
narażone na działanie grzybów i pleśni oraz same
też nie powinny wydzielać zapachów lub
szkodliwych substancji. Płyty izolacyjne powinny
mieć jednakową grubość (dokładnie obliczoną), a
przerwy między nimi powinny być możliwie
najwęższe. Płyty należy układać z przesunięciem w

stosunku do siebie w kolejnych warstwach.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Układając izolację termiczną w stropodachach

wentylowanych, należy chronić ją przed
zawilgoceniem i zapewnić możliwość wyschnięcia
po przypadkowym zawilgoceniu.
W warunkach zimowych prowadzenie robót jest
możliwe tylko wtedy, jeżeli materiały izolacyjne
układa się bez spoiwa lub też przy zastosowaniu
spoiwa odpornego na niską temperaturę. Jeżeli
natomiast materiał izolacyjny ma chronić ośrodek o
bardzo wysokiej temperaturze — wtedy należy
stosować wyłącznie materiały odporne na wysoką
temperaturę — głównie pochodzenia mineralnego.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Metody likwidacji mostków termicznych

Dodatkowe ocieplenie samych mostków
termicznych, bez ocieplania całej ściany, jest
możliwe jedynie w tych przypadkach, w których
koncepcja architektoniczna budynku zezwala na
wzbogacenie elewacji o gzymsy lub pilastry (rys. 8-
7 i 8-8). Przedstawione na tych rysunkach
rozwiązania pozwalają wprawdzie na ocieplenie
budynku wyłącznie w miejscach występowania
mostków termicznych, ale za cenę zmiany wyglądu
elewacji oraz stworzenia. możliwości dodatkowego
zawilgocenia. Każdy dodatkowy poziomy występ
muru zatrzymuje spływającą po ścianie wodę i
pozwala na jej penetrację w głąb ściany. Jeżeli taki
poziomy występ muru nie będzie idealnie
zabezpieczony obróbkami blacharskimi, wówczas
woda będzie wnikać do wnętrza ściany, powodując
jej zawilgocenie, a tym samym pogarszając
właściwości izolacyjne.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Praktycznie jednak, zamiast ocieplania

samych mostków termicznych, wykonuje się zwykle
ocieplenie całej przegrody. Jest to powszechny i
najwłaściwszy sposób wykonywania dodatkowej
izolacji termicznej. Istnieje wiele sposobów
wykonywania tych dociepleń. I tak na przykład
tradycyjną metodą wykonywania dodatkowego
ocieplenia (docieplania) ścian zewnętrznych jest
nakładanie izolacji termicznej (najczęściej
stosowane są tu płyty styropianu) na stalowe pręty
uprzednio zamocowane w ścianie, w ten sposób,
aby na wystających z izolacji końcówkach prętów
można było umocować siatkę stalową pod nowy
tynk. Jest to tzw. metoda mokra ciężka. Została ona
już prawie całkowicie zastąpiona metodami lekkimi.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Praktycznie jednak, zamiast ocieplania

samych mostków termicznych, wykonuje się zwykle
ocieplenie całej przegrody. Jest to powszechny i
najwłaściwszy sposób wykonywania dodatkowej
izolacji termicznej. Istnieje wiele sposobów
wykonywania tych dociepleń. I tak na przykład
tradycyjną metodą wykonywania dodatkowego
ocieplenia (docieplania) ścian zewnętrznych jest
nakładanie izolacji termicznej (najczęściej
stosowane są tu płyty styropianu) na stalowe pręty
uprzednio zamocowane w ścianie, w ten sposób,
aby na wystających z izolacji końcówkach prętów
można było umocować siatkę stalową pod nowy
tynk. Jest to tzw. metoda mokra ciężka. Została ona
już prawie całkowicie zastąpiona metodami lekkimi.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Istnieje obecnie szereg różnych metod

wykonywania docieplenia budynków,
proponowanych przez firmy, prześcigające się
wzajemnie w reklamie. Wszystkie te metody
charakteryzują się niewielkim ciężarem izolacji
termicznej wraz z wyprawą elewacyjną oraz
niezwykle estetycznym wyglądem. Można również
docieplać budynki tzw. styroblokami (rys. 8-11),
czyli cegiełkami ze styropianu z wykonaną na nich
mineralno-polimerową masą tynkarską. Na ścianie
w ten sposób ocieplonej widać wyraźnie podziały
utworzone przez te płytki; ściana taka wygląda, jak
wymurowana z białych cegiełek.
Inne firmy proponują wykonywanie na
przyklejonym styropianie od razu całej wyprawy
elewacyjnej. Każda z firm reklamujących swoje
rozwiązania musi mieć aprobaty techniczne na

stosowane przez siebie rozwiązania.

dr inż. Abdrahman Alsabry

Wymagające dodatkowego ocieplenia

stropodachy muszą być docieplane w zależności od
rodzaju ich konstrukcji. W stropodachach o
konstrukcji z przestrzenią wentylowaną,
składających się ze stropu i oddzielnej konstrukcji
dachu, dociepla się jedynie część stropową we
wnętrzu przestrzeni powietrznej (rys. 8-12).
Izolację termiczną układa się na stropie (jeśli
można się dostać do przestrzeni między stropem, a
dachem), bądź też wtryskuje się izolację w formie
pianki do tej przestrzeni, jeśli jest ona niedostępna
i ma niewielką wysokość.
Stropodachy o konstrukcji pełnej można docieplić
jedynie od góry, po zdjęciu pokrycia dachowego.
Jest to jednak operacja skomplikowana, wymaga
właściwie przebudowy stropodachu i musi być
wykonywana w odpowiednich warunkach
atmosferycznych lub pod przekryciem.

Budynek wielorodzinny

Widoczne miejsca ucieczki ciepła: ściana zewnętrzna, nadproże.

Zabudowa szeregowa

Słabo ocieplone ściany zewnętrzne w środku zabudowy

szeregowej - wysokie koszty za ogrzewanie. Mostek

termiczny - płyta balkonowa.

 

Budynek szkolny

Ściana zewnętrzna z licznymi miejscami ucieczki ciepła.

dr inż. Alsabry

Komfort cieplny

dr inż. Alsabry

Komfort cieplny

dr inż. Alsabry

dr inż. Abdrahman ALSABRY

dr inż. Abdrahman ALSABRY

ścian wynosi w obu przypadkach 0,32, jednakże rozwiązania nie są w

dr inż. Abdrahman ALSABRY

temperatur ujemnych. W ścianie może wystąpić strefa
kondensacji pary wodnej, a tym samym zmniejszenie się
oporu cieplnego.

Z przedstawionej argumentacji wynika, iż o

komforcie użytkowym nie decyduje wyłącznie wartość U,
lecz także akumulacja cieplna ściany chronionej od
zewnątrz warstwą termoizolacyjną.

dr inż. Abdrahman ALSABRY

dr inż. Abdrahman ALSABRY

dr inż. Alsabry

dr inż. Abdrahman Alsabry

III ZOLACJE AKUSTYCZNE

Rozchodzenie się dźwięku w przegrodach budowlanych
Nowe, lekkie konstrukcje budynków, powstające w wyniku poszukiwania i
stosowania nowych materiałów konstrukcyjnych i izolacyjnych,
charakteryzują się większą zdolnością przenoszenia dźwięków niż konstrukcje
tradycyjne — masywne. Ponieważ jednocześnie mamy do czynienia ze
wzrostem natężenia wszelkiego rodzaju hałasów, spowodowanych chociażby
obecnością arterii drogowych czy kolejowych w pobliżu osiedli
mieszkaniowych, a także ze wzrostem ilości hałasów spowodowanych
sprzętem gospodarstwa domowego, czy radiowo-telewizyjnym, należy
stosować takie konstrukcje i takie materiały, które mogą ograniczyć
słyszalność tych hałasów. Dźwięki i hałasy — to w zasadzie pojęcia o
zbliżonym znaczeniu, jednakże w języku potocznym, a także w wielu
podręcznikach, termin „dźwięk" traktowany jest jako czynnik przyjazny dla
człowieka i powstający niejako na jego życzenie (np. muzyka, śpiew, odgłosy
z radia, czy telewizji). Słowo „hałas" z reguły jest przedstawiane w znaczeniu
pejoratywnym: „hałas" — to coś niepożądanego, szkodliwego, mającego
wpływ na złe samopoczucie oraz stanowiącego źródło nerwic i stresów.
Ciekawą rzeczą jednak jest fakt, że ta sama muzyka, ale słyszana z

mieszkania sąsiedniego przez ścianę, jest już hałasem, a nie dźwiękiem...

dr inż. Abdrahman Alsabry

Pod względem fizycznym dźwięk tworzy się wskutek drgania

mechanicznego cząstek materiału dowolnego ośrodka sprężystego. Drgania
te rozchodzą się w tym ośrodku w postaci fal dźwiękowych. Istnienie tego
ośrodka jest warunkiem koniecznym powstawania dźwięku, jako że dźwięki
nie mogą powstawać w próżni.
Ciśnienie akustyczne to ciśnienie wywołane drganiami akustycznymi, będące
różnicą między ciśnieniem istniejącym w środowisku w danej chwili a
ciśnieniem istniejącym w środowisku, gdy nie ma w nim drgań akustycznych.
Bel jest to poziom ciśnienia akustycznego występujący, gdy podwojony
logarytm dziesiętny ilorazu tego ciśnienia do ciśnienia odniesienia
wynoszącego 2 x 10 - 5 paskala jest równy l. W praktyce powszechnie stosuje
się jednostkę nazwaną decybelem [dB], równą jednej dziesiątej bela.
Ponadto, aby przybliżyć pomiar dokonany przyrządem pomiarowym do
wrażenia, jakie dźwięk ten wywiera na błonę bębenkową ucha człowieka,
wprowadza się w układ pomiarowy jeden z trzech rodzajów filtrów
korekcyjnych o określonych charakterystykach, oznaczanych zwykle literami
A, B lub C. Uwzględniając to, podaje się rodzaj zastosowanego podczas

pomiaru korektora, np. dB(A), dB(B) lub dB(C).

dr inż. Abdrahman Alsabry

W akustyce budowlanej jest rzeczą istotną jak reaguje

fala dźwiękowa na obecność przegrody. Zależy to od jej
konstrukcji i rodzaju materiałów, z których ta przegroda się
składa. Fala dźwiękowa może więc być przez tę przegrodę
pochłonięta, może być od tej przegrody odbita, a przeważnie
jest częściowo pochłonięta oraz częściowo odbita. Kąt
padania fali dźwiękowej i kąt jej odbicia są sobie równe,
natomiast rodzaj materiału przegrody określa, jaka część fali
zostanie pochłonięta przez przegrodę, a jaka od tej przegrody
odbita (rys. 8-13).

a1 - kąt padania fali
a2 - kąt odbicia fali
a3 - kąt między powierzchnią przegrody a kierunkiem fali

pochłoniętej

dr inż. Abdrahman Alsabry

W akustyce budowlanej jest rzeczą istotną jak reaguje

fala dźwiękowa na obecność przegrody. Zależy to od jej
konstrukcji i rodzaju materiałów, z których ta przegroda się
składa. Fala dźwiękowa może więc być przez tę przegrodę
pochłonięta, może być od tej przegrody odbita, a przeważnie
jest częściowo pochłonięta oraz częściowo odbita. Kąt
padania fali dźwiękowej i kąt jej odbicia są sobie równe,
natomiast rodzaj materiału przegrody określa, jaka część fali
zostanie pochłonięta przez przegrodę, a jaka od tej przegrody
odbita (rys. 8-13).

a1 - kąt padania fali
a2 - kąt odbicia fali
a3 - kąt między powierzchnią przegrody a kierunkiem fali

pochłoniętej