12

Wymagania cieplne w odniesieniu do

budynków i przegród budowlanych

12.1. Geneza formułowania wymagań cieplnych

12.2. Współczesny i przyszłościowy poziom ochrony cieplnej.

Kryterium energetyczne i wilgotnościowe

12.3. Współczynniki przenikania ciepła przegród budowlanych

12.3.1. Współczynniki przenikania ciepła ścian budynków

12.3.2. Współczynniki przenikania ciepła okien, drzwi

balkonowych i drzwi zewnętrznych

12.3.3. Współczynniki przenikania ciepła stropów

i stropodachów

12.3.4. Opory cieplne podłóg i ścian stykających się

z gruntem

12.3.5. Graficzna ilustracja wymagań termoizolacyjnych

12.4. Roczne wskaźniki zapotrzebowania na nieodnawialną energię

pierwotną

12.5. Precyzja i jednoznaczność wymagań cieplnych

12.6. Inne wymagania związane z oszczędnością energii

12.6.1. Szczelność obudowy

12.6.2. Wielkość przeszklenia

1. Geneza formułowania wymagań cieplnych

Współczesne budynki zamieszkiwane bądź eksploatowane przez ludzi, powinny odpowiadać wysokim standardom bytowania. Poza określoną, czasem wyszukaną formą użytkowo - architektoniczną, wymaga się od projektanta stworzenia możliwości kształtowania właściwego mikroklimatu wnętrza, owego komfortu cieplnego, który stał się oczekiwanym standardem. Zjawiska atmosferyczne w otaczającym budynek środowisku zewnętrznym podlegają ciągłym wahaniom parametrycznym w wyniku naturalnych rytmów okresowych (pór roku), a także widocznych zmian klimatycznych. Klimat jest zmienny w czasie oraz przestrzeni. Zmienia się promieniowanie słoneczne, temperatura i wilgotność powietrza, nasilenie opadów i ciśnienie atmosferyczne oraz uzależnione od nich wiatry. Inwestor, a tym bardziej projektant, ma niewielki wpływ na dobór tych czynników makroklimatycznych związanych z miejscem lokalizacji obiektu. Powinien jednak dysponować pełnym rozpoznaniem miejscowego klimatu, bowiem wykorzystanie jego parametrów jest niezbędne w procesie podejmowania szczegółowych decyzji projektowych − kształtowania bryły budynku, doboru okien i ich orientacji, układów funkcjonalnych pomieszczeń w powiązaniu przestrzennym z otaczającym środowiskiem itp.

Ukształtowanie mikroklimatu wnętrza w poziomie standardowego komfortu cieplnego człowieka, jest bezpośrednim celem każdego projektu budynku. Mikroklimat termiczny jest funkcją wieloparametrową, korzystającą z co najmniej czterech składników natury fizykalnej: temperatury powietrza, średniej temperatury promieniowania, wilgotności i prędkości ruchu powietrza wewnętrznego. Na każdy z tych składników, analizowanych i przyjmowanych projektem, ma większy lub mniejszy wpływ człowiek eksploatujący pomieszczenia. Budynek, a jego obudowa (przegrody zewnętrzne stykające się z powietrzem i gruntem) w szczególności, w zasadniczy sposób uczestniczą w zaspokajaniu potrzeb komfortu cieplnego człowieka, oddzielając niesprzyjające i ciągle zmienne środowisko zewnętrzne od użytkowanego wnętrza.

Geneza kształtowania wymagań cieplnych, rozumianych jako zespół działań technicznych zmierzających z jednej strony do zapewniania komfortu cieplnego, z drugiej - ograniczenia zużycia energii grzewczej, odniesionych do budynku, zawsze wiązała się z regulacją parametrów cieplnych obudowy.

W latach poprzedzających kryzys energetyczny (1975 ÷ 80), istotą wymagań cieplnych było utrzymanie strat energii przez ściany zewnętrzne i stropodachy na poziomie, odpowiadającym realnie wykonywanym tradycyjnym konstrukcjom budynków (np. ściana zewnętrzna grubości 1,5 ÷ 2 c ceramicznych).

Maksymalne dopuszczalne wartości współczynnika przenikania ciepła U zgodnie z [N-32] wynosiły:

• dla ścian zewnętrznych
  = 1,16 W/(m²·K),

• dla stropodachu
  = 0,87 W/(m²·K).

Już wtedy dostrzeżono potrzebę badań temperatury na wewnętrznej stronie przegrody ze względu na możliwość pojawienia się kondensacji pary wodnej. Dlatego drugim, istotnym wymaganiem stało się, utrzymanie projektowanej temperatury w wysokości:

gdzie:
− temperatura minimalna na powierzchni wewnętrznej ściany, °C;

− temperatura punktu rosy powietrza wewnętrznego, °C,

zastępowane coraz częściej podobnym, ale inaczej sformułowanym warunkiem uniknięcia krytycznej wilgoci powierzchni wewnętrznej powodującej pojawienie się ryzyka rozwoju pleśni:

(12.1)

Kryzys energetyczny lat siedemdziesiątych, a także liczne obserwacje zagrożeń środowiska naturalnego w skali globalnej, wynikające ze spalania węgla i emisji do atmosfery gazów cieplarnianych, przeorientowały poglądy na temat sposobu formułowania wymagań cieplnych w odniesieniu do budynków.

Drastyczne zaostrzono (zmniejszono) poziom maksymalnych wartości współczynników przenikania ciepła, które zróżnicowano w obrębie grup budynków i rodzaju elementów obudowy, ustalając stosowne
.

Dodatkowo, a w niektórych krajach jako zasadniczy miernik, wprowadzono parametr określający zużycie energii końcowej (ciepła) w sezonie grzewczym, odniesione dla konkretnego budynku, do jego powierzchni użytkowej, bądź kubatury ogrzewanej (patrz rozdział 11) :

(12.2)

gdzie:

zapotrzebowanie na ciepło użytkowe niezbędne do ogrzewania

budynku (wydzielonego lokalu) w sezonie grzewczym, kWh/a ,

A − powierzchnia użytkowa budynku, (lokalu), m²,

V − ogrzewana kubatura budynku, (lokalu), m³.

Procedura obliczeń w/w parametrów jest dość uciążliwa i powinna korzystać ze szczegółowych danych klimatycznych miejsca lokalizacji budynku.

Sformułowanie miernika strat sezonowych ciepła dla danego budynku, pozwoliło na racjonalną normalizację wymagań cieplnych w odniesieniu zarówno do struktury przestrzennej budynku, jak i poszczególnych przegród. Podając w określonej wysokości oczekiwaną miarę, można dokonać klasyfikacji termochronnej budynków, a także charakteryzować poziom oczekiwanego zużycia ciepła (energii) w okresie eksploatacyjnym.

Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania i wentylacji
, stanowi część potrzeb energetycznych budynku, wymaganą do obliczenia jego charakterystyki energetycznej (patrz rozdział 1.4.2). Inne składniki tego bilansu potrzeb, związane z przygotowaniem ciepłej wody, oświetleniem, klimatyzacją − przedmiot zainteresowania inżynierii środowiska, nie wchodzą w zakres tej książki.

12.2. Współczesny i przyszłościowy poziom ochrony cieplnej. Kryterium energetyczne i wilgotnościowe

Podstawowe wymagania cieplne, w stosunku do przegród budowlanych w budynkach zamieszkiwanych bądź stale użytkowanych przez ludzi, można określić następująco:

1. straty ciepła przez przegrody zewnętrzne, mierzone wielkością współczynników przenikania ciepła
   , nie powinny przekraczać dopuszczalnych wartości
   (w tym zapisie
   oznacza wartość końcową - uwzględniającą co najmniej dwuwymiarowe przepływy ciepła, odniesioną do wszystkich, indywidualnie traktowanych przegród, składających się na obudowę wnętrza budynku),

2. przegrody powinny posiadać wymaganą stateczność cieplną, utrzymującą wahanie temperatur na ich powierzchniach wewnętrznych w granicach wartości dopuszczalnych,

3. temperatury powietrza wewnętrznego pomieszczeń nie powinny wykazywać nadmiernych odchyleń od założonych wartości, zarówno w okresie grzewczym jak i latem,

4. rozwiązania konstrukcyjnie przegród zewnętrznych i ich złączy, powinny uniemożliwiać zawilgocenie powodowane przez kondensację pary wodnej na ich powierzchniach wewnętrznych, oraz skutecznie ograniczać ogniska zawilgoceń wewnątrz przegrody,

5. oczekiwana szczelność na infiltrację powietrza przez przegrody zewnętrzne i ich złącza, powinna być trwałym parametrem obliczeniowym wykonanego systemu wentylacji budynku,

6. powierzchnie okien i innych przegród przeźroczystych występujących w obudowie budynku należy optymalizować pod kątem bilansowania strat ciepła i zysków od promieniowania słonecznego.

Niektóre z wymienionych wymagań, mogą być kształtowane w ograniczonym zakresie przez działanie użytkownika - regulacja temperatury pomieszczeń (pkt. 3), nasłonecznienie przez okna i inne przegrody (pkt. 6), regulacja strumienia powietrza wentylacyjnego (pkt. 5).

Jednak decydujące znaczenie w procesie ochrony ma efektywność cieplno -wilgotnościowa przegród zewnętrznych budynku, rozpatrywana obligatoryjnie w powiązaniu z systemem złączy, a właściwie ich fizykalnej emanacji − mostków cieplnych.

Można uzasadnić postawienie dwóch zasadniczych warunków fizykalnych w odniesieniu do obudowy zewnętrznej budynku [40, 41, 42, 50]:

1. kryterium energetycznego - analizującego strumienie cieplne i minimalizującego straty ciepła do środowiska,

2. kryterium wilgotnościowego - eliminującego kondensację powierzchniową oraz ograniczającego kondensację wewnętrzną w przegrodzie.

Kryterium wilgotnościowe, jego sformułowanie i uwarunkowania [41, 42, N-18], będą analizowane odrębnie w rozdziale dotyczącym wilgoci w przegrodach (rozdział 14 i następne). Wynika to głównie ze względów formalnych związanych z kompozycją książki. Oba kryteria są jednak ze sobą ściśle związane, towarzyszą bowiem procesom sprzężonym; wymiany ciepła i przepływu masy w obudowie budynku, i z tych względów równolegle decydują o poprawności rozwiązań fizykalnych przegród.

Kryterium energetyczne przesądza o spełnieniu aktualnych wymagań w zakresie ochrony cieplnej, decydując o oczekiwanym przez ustawodawcę [41] : utrzymaniu na niskim poziomie ilości energii wymaganej do użytkowania budynku, z uwzględnieniem warunków klimatycznych lokalizacji i potrzeb użytkowników [33].

Środkiem do realizacji wymagań kryterium energetycznego jest zaprojektowanie przegród zewnętrznych spełniających warunek :

(12.3)

Wartości graniczne
mogą być stanowione odpowiednimi rozporządzeniami krajowymi [40], [41], co stwarza możliwości ingerencji państwa w regulowanie zużycia czynników energetycznych (patrz rozdział 12.3).

Rozwój technik materiałowych, doskonalenie metod obliczeniowych i procedur technologicznych współczesnego budownictwa, pozwala na znaczne obniżenie w/w wartości granicznych.

Budynki projektowane i wznoszone aktualnie, posiadać powinny intensywnie izolowane przegrody o współczynniku przenikania ciepła nie przekraczającym wartości granicznych U(max) = 0,25 ÷ 0,30 W/(m²·K).

Alternatywną drogą do spełnienia kryterium energetycznego jest utrzymanie poniżej dopuszczalnego poziomu, obliczonego dla budynku wskaźnika EP, określającego roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji i ew. chłodzenia oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, a dla niektórych budynków wbudowanego oświetlenia [41].

Forma wskaźnika EP wynika wprost z równania 12.2, w którym licznik rozszerzono do całokształtu rocznych potrzeb energetycznych budynku na energię końcową do ogrzewania i wentylacji, przygotowania ciepłej wody oraz napędu urządzeń pomocniczych, a następnie dokonano konwersji tej energii końcowej na energię pierwotną, uwzględniając współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie realnie wykorzystywanej w budynku energii
, odniesionej do powierzchni ogrzewanej budynku
. Związek między wartościami potrzebnej energii
(równanie 12.4) oraz
(równanie 12.2) określono w rozdziale 1.4.2.

Ogólny kształt warunku energetycznego wyrażonego w funkcji wskaźnika EP wyraża równanie :

(12.4)

w którym, obliczony dla budynku wskaźnik EP nie powinien przekraczać wartości maksymalnych
, podanych w [41] i zróżnicowanych ze względu na funkcję oraz kształt budynku (refererencyjnego).

Wartości
są na ogół sumą złożoną z członów:

(12.5)

gdzie indeksy H, W, C, L oznaczają kolejno: ogrzewanie i wentylację (H), przygotowanie ciepłej wody użytkowej (W), chłodzenie (C), oświetlenie wbudowane (L) (oznakowania zgodne z [41, 42]).

Wskaźniki EP, EP(max) są więc składnikami procedury ustalania charakterystyki energetycznej budynku i obejmują zbiorcze obliczenia wszystkich elementów bilansu energetycznego, w tym odnoszących się do projektowanych układów instalacyjnych.

Budynki budowane w przyszłości cechować będzie niewątpliwie dążenie do zmniejszania energochłonności w fazie budowy i eksploatacji. Obok działań zmierzających do unowocześnienia sieci instalacyjnych - ogrzewczych, wentylacyjnych, klimatyzacyjnych, poprawienia ich sprawności i przestawiania na wykorzystanie energii odnawialnej: wiatrowej, słonecznej, itp., oczekiwać należy na istotne zmiany w konstrukcji obudowy termoizolacyjnej budynków.

Szczególniejsza dbałość o indywidualne rozwiązania złączy, pogrubienie warstw termoizolacyjnych przegród, staranniejsze odizolowanie budynku od gruntu, lepsze wykorzystanie nasłonecznienia - wszystkie te zabiegi inżynierii budowlanej, prowadzić mogą do znacznego obniżenia tego wskaźnika nawet do 50 % wartości obecnie wymaganej. Są to zasadniczo graniczne możliwości obniżania strat cieplnych, a można je osiągnąć wspólnym wysiłkiem architekta, konstruktora oraz projektanta instalacji grzewczych budynku. Ich wspólne działanie, polegające w pierwszej kolejności na usunięciu błędów w konstrukcji obudowy, co umożliwiają współczesne metody obliczeniowe fizyki budowli, może wykreować budynek niskoenergetyczny o wskaźniku sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i wentylacji
≈ 50 kWh/(m² w okresie grzewczym).

Dalsze ograniczenie strat staje się możliwe w wyniku poszukiwania nowych rozwiązań technicznych - tzw. budynków pasywnych, w których bilans rocznych strat i zysków ciepła na cele grzewcze zbliża się do równowagi, przy nieznacznym podwyższeniu kosztów budowy [33]. Idea budynków pasywnych jest realizowana w wyniku niekonwencjonalnych przedsięwzięć, wyprzedzających aktualne standardy:

• powiększeniu grubości płaszcza termoizolacji obudowy do 30 ÷ 40 cm, tak by zapewnić średnią wartość współczynnika przenikania ciepła ścian, dachów, stropodachów, podłóg na gruncie:
  ≤ 0,10 W/(m²·K),

• wydatnemu ograniczeniu oddziaływania mostków płaskich i przestrzennych w złączach, z zamiarem zminimalizowania liniowego współczynnika przenikania ciepła do wartości
  ≤ 0,05 W/(m ·K),

Osiągnięcie takich parametrów wymaga rezygnacji z niektórych tradycyj-

nych rozwiązań budowlanych na korzyść nowocześniejszych, na przykład:

• rezygnację: z balkonów żelbetowych wspornikowych, gzymsów i okapów żelbetowych, bezwęgarkowego osadzenia stolarki zewnętrznej, standardowo ocieplonych wieńców stropowych bądź posadowienia budynków na gruncie lub w podziemiu z cienką warstwą termoizolacji,

• zastosowanie okien z niskoemisyjnym oszkleniem 3 - szybowym i podwyższonej izolacyjności ościeżnicy i ramy okiennej, z wkładką z tworzywa sztucznego na obrzeżach szyb; o średnim współczynniku przenikania ciepła dla zestawu okiennego
  ≤ 0,6 ÷ 0,7 W/(m²·K). Zyski słoneczne takiej stolarki powinny przeważać nad stratami przez przenikanie (liczone narastająco w ciągu całego sezonu grzewczego),

• rezygnację z modelu słabo kontrolowanej wentylacji grawitacyjnej na korzyść systemów wymuszonych, zapewniających niezbędną ze względów higienicznych wymianę powietrza na poziomie 30 m³/h, na osobę. Niezbędnym elementem tej wentylacji jest odzysk ciepła z powietrza wentylacyjnego, a także wstępne jego podgrzanie zimą na wlocie, do temperatury rzędu 8^oC, poprzez np. gruntowy wymiennik ciepła,

• uzyskanie, bliskie pełnej, szczelności na infiltrację powietrza zewnętrznego: przegród, złączy, okien w budynku. W lekkich elementach i konstrukcjach szkieletowych (ściany, dachy, stropodachy), uzyskiwanie pełnej szczelności jest możliwe przez zastosowanie, na zewnętrznych powierzchniach elementów izolacji ciągłej wiatroszczelnej a jednocześnie wysokoparoprzepuszczalnej (
  ≤ 2 ÷ 3 cm), patrz rozdział 14 i 15.

Domy pasywne zasadniczo nie posiadają standardowej instalacji grzewczej. Z założenia bowiem straty ciepła i zyski w sezonie grzewczym powinny się równoważyć. Zakłada się jednak, w najchłodniejszych dniach roku, użycie uzupełniającego systemu ogrzewania sprzęgniętego np. w postaci nadmuchu ciepłego powietrza z wentylacją mechaniczną. Możliwe są systemy uzupełniające w postaci konwektorów elektrycznych bądź ogrzewania kominkowego.

Budynki pasywne pozwalają na obniżenie progu sezonowego wskaźnika zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i wentylacji do
≈ 15 kWh/(m² w okresie grzewczym).

Udział domów pasywnych, chociaż aktualnie niewielki w realizowanych programach budowlanych, będzie niewątpliwie wzrastał w miarę rozwoju inżynierii materiałowej (dla przykładu w Niemczech zbudowano od roku 1991 ponad 1000 domów pasywnych).

12.3. Współczynniki przenikania ciepła przegród

budowlanych

Zestawienie wymagań w zakresie wartości granicznych współczynnika
, poszczególnych elementów składających się na obudowę budynku, podaje Załącznik nr 2 [41].

Sposób sformułowania tych wymagań nie pozostawia wątpliwości, że chodzi o współczynniki
poszczególnych ścian, stropów, stropodachów, itp, rozpatrywanych indywidualnie dla poszczególnych elementów, w granicach przegród dowiązujących. Interpretując dosłownie wymagania [41], należy dla każdej przegrody, obliczać współczynniki
, a wymaganie
dostosować do przegrody o najwyższym obliczeniowym współczynniku
. Indywidualny dla konkretnej przegrody współczynnik
(końcowy), powinien uwzględniać przepływy ciepła 2D i 3D w jej złączach, ponieważ udział strat cieplnych przez mostki w wartości współczynnika może być znaczący.

12.3.1. Współczynniki przenikania ciepła ścian budynków

Wartości graniczne zestawiono w tabl. 12.1. Tablicę opracowano z przyjęciem wartości parametrów maksymalnych, ustalonych w warunkach technicznych [41]. Wymagania [41], obowiązujące od 1 stycznia 2009 r., podaje rys. 12.1.

Poziom wymagań uzależniony został wyraźnie od funkcji pomieszczenia, głównie jego temperatury obliczeniowej (projektowej).

Pomieszczenia mieszkalne, przeznaczone na stały pobyt ludzi bez okryć zewnętrznych, niewykonujących w sposób ciągły pracy fizycznej - pokoje mieszkalne, biurowe, sale posiedzeń, kuchnie z paleniskami gazowymi lub elektrycznymi, gdzie temperatura
+20^oC, pomieszczenia w których przebywają ludzie rozebrani - łazienki, umywalnie, sale szpitalne, gdzie temperatura
+24^oC, należy odgrodzić od atmosfery ścianami zewnętrznymi o współczynniku przenikania ciepła
= 0,3 W/(m²·K).

Dla pomieszczeń o innym przeznaczeniu i niższej temperaturze projektowej ustalono łagodniejsze kryteria.

Tablica 12.1. Graniczne wartości współczynników U(max) ścian [41]

Lp.	Ściany	W/(m^2·K)
				budynek mieszkalny i zamiesz- kiwania zbiorowego	budynek użytecz- ności publicz- nej	budynek produkcyjny magazynowy i gospodarczy
1	2	3	4	5
1	zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym)
		a) przy °C	0,30	0,30	0,30
		b) przy 8°C< °C	0,80	0,65	0,65
		c) przy °C	0,80	0,65	0,90
	2	wewnętrzne
		pomiędzy pomieszczeniami ogrzewanymi a nieogrzewany- mi, klatkami schodowymi lub korytarzami	1,00	3,0/1,0*
		przy różnicy temperatur obli- czeniowych w pomieszczeniach a) °C b) 8°C< °C c) °C			1,00** 1,40**
3	przylegające do dylatacji a) o szerokości do 5 cm ,trwale zamkniętych i wypełnionych izolacją na głębokość minimum 20 cm b) o szerokości powyżej 5 cm	1,00 0,70	3,00 0,70

*) Wartość 1,0 odnosi się do ścian na parterze budynku, w którym nie ma

przedsionka przy drzwiach wejściowych do budynku,

**) obowiązuje również dla stropów międzykodygnacyjnych

W obowiązujących do 1 stycznia 2009 r. warunkach technicznych [40]

dopuszczono dla ścian zewnętrznych jednowarstwowych graniczną wartość współczynnika przenikania ciepła U (max) = 0,5 W/(m²·K). Aktualnie obowiązujące wymagania: U (max) = 0,30 W/(m²·K) [41], praktycznie eliminują ściany jednowarstwowe (jednomateriałowe) z grona rozwiązań dopuszczalnych ze względu na niewystarczającą termoizolacyjność.

Osiągnięcie wskazanej wartości
nie sprawia większych trudności w ścianach warstwowych, przy grubości warstwy izolującej zbliżonej do 20 cm. Jednak przy niewłaściwie izolowanych złączach, skutkujących wysokimi wartościami liniowego współczynnika
> 0,2 W/(m ·K), nawet ta grubość może okazać się niewystarczająca, rodząc potrzebę korekty złączy (patrz rozdział 18).

Ustanowienie znacznie niższych kryteriów termoizolacyjności dla niektórych wnętrz o niższych temperaturach należy traktować raczej fakultatywnie, szczególnie, że dotyczą poza budynkami przemysłowymi, tylko nielicznych pomieszczeń - holi wejściowych, klatek schodowych w budynkach mieszkalnych, poczekalni przy salach widowiskowych, szatni okryć zewnętrznych, kuchni wyposażonych w paleniska węglowe itp. (o temperaturze
= 8 ^oC , 12^oC i 16^oC), dla których trudno konstruować przegrody odmiennie niż dla całego budynku.

12.3.2. Współczynniki przenikania ciepła okien, drzwi

balkonowych i drzwi zewnętrznych

W tabl. 12.2 zestawiono wymagania odnoszące się do izolacyjności termicznej stolarki zewnętrznej [41].

Istnieje tendencja podnoszenia poziomu wymagań termoizolacyjnych, uzasadniona postępem w rozwoju przemysłu stolarki budowlanej, wytwarzającego aktualnie wyroby o znacznie korzystniejszych parametrach niż przed paroma laty. Współczynniki przenikania ciepła powszechnie stosowanych zestawów szybowych oscylują wokół
W/(m²·K), a dla okien z ościeżnicą wahają się w przedziale
÷1,4 W/(m²·K), z tendencją do szybkiego obniżania. Wartości maksymalne, podane w tabl.12.3 uwzględniają dodatkowe straty ciepła przez okna, wynikające z przepływów dwuwymiarowych (dodatki na mostki cieplne w wartości 0,10÷0,25 W/(m²·K).

Tablica 12.2. Graniczne wartości współczynnika przenikania ciepła dla okien, drzwi balkonowych i zewnętrznych U(max) wg [41]

Lp.	Okna, drzwi balkonowe i drzwi zewnętrzne, okna połaciowe	W/(m^2·K)
				budynek mieszkalny i zamieszkiwania zbiorowego	budynek użyteczności publicznej	budynek produkcyjny magazynowy gospodarczy
1	2	3	4	5
1	Okna, drzwi balkonowe i powierzchnie przeźroczyste nieotwieralne w pomieszczeniach o > 16 ^oC I, II, III strefa klimat. IV, V strefa klimatyczna	1,8 1,7	1,8* 1,8*	1,9 1,7
		jw. dla 8^oC < ≤ 16^oC		2,6
2	Okna połaciowe, świetliki	1,8	1,7	1,8
3	Okna w ścianach oddzielających pomieszczenia ogrzewane od nieogrzewanych	2,6		2,6
4	Okna piwnic i poddaszy oraz nieogrzewanych klatek schodowych	bez wymagań	bez wymagań
5	Drzwi zewnętrzne wejściowe, wrota	2,6	2,6	2,6

* okna i drzwi balkonowe w pomieszczeniach o szczególnych wymaganiach higienicznych (przeznaczonych na pobyt ludzi w szpitalach, żłobkach, przedszkolach),

strefy klimatyczne kraju wg rys.2.19.

12.3.3. Współczynniki przenikania ciepła stropów

i stropodachów

Zróżnicowano wartości maksymalne, U(max), ze względu na wewnętrzną temperaturę
w pomieszczeniach, w sposób określony w tablicy 12.3.

Wartości zostały ujednolicone dla normowanych trzech typów budynków.

Nowe, proponowane w [41] wartości, poprawiają istotnie wymagane parametry izolacyjności przegród poziomych.

Warto zwrócić uwagę, że umieszczenie w połaci dachowej okna, wymaga uwzględnienia dodatku na mostki cieplne w wysokości 0,05 − 0,10 W/(m²·K), przez co wymagany opór warstw dachowych wzrosnąć może do
m²·K/W. Opór w tej wysokości zapewnia ciągła warstwa termoizolatora (
W/(m ·K) o grubości 30 cm !

Tablica 12.3. Graniczne wartości współczynników przenikania ciepła

stropów i stropodachów wg [41]

Lp.	Stropy i stropodachy Podłogi (posadzki) na gruncie	W/(m^2·K)
				budynek mieszkalny i zamieszkiwania zbiorowego	budynek użytecz-ności publicznej	budynek produkcyjny magazynowy gospodarczy
1	2	3	4	5
1	Dachy, stropy i stropodachy pod nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami przy >16 ^oC przy 8^oC < ≤ 16 ^oC przy ≤ 8 ^oC	0,25 0,50	0,25 0,50	0,25 0,50 0,70
2	Stropy nad nieogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi, podłogi (posadzki) na gruncie	0,45	0,45	0,80* 1,20* 1,50*

*) wg skali temperatur pomieszczenia jak w poz 1.

12.3.4. Opory cieplne podłóg i ścian stykających się

z gruntem

Elementy budynku stykające się trwale z gruntem przekazują do gruntu przez przenikanie strumienie cieplne, które w następnej kolejności trafiają do atmosfery. Przenikanie odbywa się w polu dwu i trójwymiarowym i dotyczy zarówno podłóg na gruncie, o różnym usytuowaniu wysokościowym, jak i ścian fundamentowych całkowicie obsypanych gruntem, bądź stanowiących część podziemia.

Wymagania cieplne zostały podane tylko dla podłóg (posadzek) na gruncie dla trzech rodzajów klasyfikowanych obiektów, w wartościach maksymalnego współczynnika przenikania ciepła U(max), a obliczanie rzeczywistego U odbywać się powinno zgodnie z „Polskimi Normami dotyczącymi obliczania oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła”[41] − tabl. 12.3.

Dodatkowym wymaganiem dla podłóg na gruncie w ogrzewanym pomieszczeniu jest warunek wykonania izolacji cieplnej obwodowej z materiału izolacyjnego w postaci warstwy o oporze cieplnym co najmniej 2,0 m²·K/W.

Izolacja obwodowa (chodzi chyba o znaną z literatury przedmiotu izolację krawędziową) współdziała w zmniejszeniu rzeczywistego współczynnika przenikania ciepła U podłogi na gruncie. Stosując metodę obliczeniową z normy [N-6], patrz rozdział 10.2, można ten udział oszacować dla przyjętej wysokości (szerokości) izolacji krawędziowej D (rys. 10.12).

Zdaniem autora lepiej przyjąć minimalny wymiar D = 1m, co w większości przypadków zabezpiecza złącze posadzki na gruncie oraz fundamentu i ściany zewnętrznej, przed powstaniem wewnętrznych temperatur powierzchniowych poniżej progu skroplenia pary wodnej.

Niezrozumiałym przeoczeniem warunków technicznych [41] jest pominięcie zdyscyplinowania współczynników przenikania ciepła ogrzewanych podziemi (piwnic) w obszarach stykania się ścian zewnętrznych z gruntem oraz podłóg w ogrzewanych podziemiach.

Autor proponuje rozciągnięcie wymagań ustanowionych w tabl.12.3 lp.2 na wymienione wyżej powierzchnie stykające się z gruntem.

Zgodnie z wytycznymi normy [N-6], odpowiednie średnie współczynników przenikania ciepła w polach dwuwymiarowych (
− symbole używane w w/w normie dla różnych konfiguracji posadzek, patrz rozdział 10) są poszukiwanymi rzeczywistymi współczynnikami przenikania ciepła U.

12.3.5. Graficzna ilustracja wymagań termoizolacyjnych

Na rysunku 12.1 zestawiono niektóre wymagania termoizolacyjne w odniesieniu do przegród zewnętrznych oraz okien we wszystkich trzech rodzajach rozważanych budynków dla wnętrz o temperaturze
°C. Są one, jak widać jednakowe, z wyjątkiem posadzki na gruncie w budynku produkcyjnym, magazynowym i gospodarczym, której oczekiwany parametr cieplny jest łagodniejszy, U(max) = 0,80 W/(m²·K), w porównaniu do innych rodzajów budynków.

Na rysunku (kolorem czerwonym) naniesiono dodatkowe wymagania cieplne, zaproponowane wyżej przez autora.

Uwaga rysunek przerobić !!!!

Rysunek 12.1. Wymagania termoizolacyjne dla przegród, przy temperaturze wewnętrznej pomieszczeń t_i >16°C, w trzech rodzajach budynków. Podano wartości, U(max), wg [41], tabl. 12.1÷12.3:

− dla wszystkich typów budynków w kolorze czarnym,

− wartości odrębne dl budynków produkcyjnych, magazynowych i gospodarczych w

kolorze niebieskim,

• wymagania cieplne dla stykających się z gruntem elementów ogrzewanych piwnic,

proponowane przez autora, w kolorze czerwonym,

Zakres zanurzenia w gruncie izolacji krawędziowej podłogi na gruncie (1 m) proponowany przez autora

12.4. Roczne wskaźniki zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną

Wspomniany w rozdziale 12.2 wskaźnik EP służyć może alternatywnie do badania kryterium energetycznego budynku, dostarczając przy tym wszechstronniejszych ocen, określających szacunkowe zużycie nieodnawialnej energii pierwotnej przez badany budynek, w jego aktualnej strukturze budowlanej i instalacyjnej.

W [41] ustalono maksymalne wartości wskaźnika obliczeniowego EP, kWh/(m²·rok), w zależności od współczynnika kształtu budynku
, dla trzech różnych typów wyposażenia instalacyjnego (oznakowania wg równania 12.5):

1) w budynkach mieszkalnych z ogrzewaniem i wentylacją oraz ciepłą

wodą użytkową w ciągu roku (
)

1. dla
   
   

2. dla
   
   

3. dla
   
   (12.6)

w równaniach 12.6:

jest dodatkiem na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną

energię pierwotną do przygotowania ciepłej wody użytkowej w ciągu roku

kWh/(m²·rok),

A− jest sumą pól powierzchni wszystkich przegród budynku, oddzielają-

cych część ogrzewaną budynku od powietrza zewnętrznego, gruntu i przy-

ległych pomieszczeń nieogrzewanych, liczona po obrysie zewnętrznym,

jest kubaturą ogrzewanej części budynku, pomniejszaną o podcienia,

balkony, galerie itp., liczoną po obrysie zewnętrznym,

jest powierzchnią użytkową i ogrzewaną budynku (lokalu);

2) w budynkach mieszkalnych z ogrzewaniem, wentylacją i chłodzeniem

oraz ciepłą wodą użytkową w ciągu roku (
)

(12.7)

gdzie dodatkowo:

wartości według zależności podanej w pkt 1,

powierzchnia ścian zewnętrznych budynku, liczona po obrysie

zewnętrznym,

powierzchnia użytkowa chłodzona budynku (lokalu);

3) w budynkach zamieszkiwania zbiorowego, użyteczności publicznej

i produkcyjnych z ogrzewaniem, wentylacją i chłodzeniem oraz ciepłą

wodą użytkową i oświetleniem wbudowanym w ciągu roku

(
)

(12.8)

gdzie wartość
określa się według zależności określonej w pkt 1,

przy czym
oraz:

dodatek na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną

energię pierwotną do przygotowania ciepłej wody użytkowej w ciągu

roku; dla budynku z wydzielonymi częściami o różnych funkcjach użyt-

kowych wyznacza się wartość średnią
dla całego budynku z rów-

nania:

; kWh/(m²·rok) (12.9)

gdzie:
jednostkowe dobowe zużycie ciepłej wody użytkowej,

dm³/(j.o.·doba), należy przyjmować z założeń projektowych,

udział powierzchni
na jednostkę odniesienia (j.o), naj-

częściej osobę, m²/j.o., należy przyjmować z założeń projekto-

wych,

bezwymiarowy czas użytkowania w ciągu roku systemu

ciepłej wody użytkowej, dni/rok, należy przyjmować z założeń

projektowych,

dodatek na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną ener-

gię pierwotną do oświetlenia wbudowanego w ciągu roku (dotyczy bu-

dynków użyteczności publicznej); dla budynku z wydzielonymi częścia-

mi o różnych funkcjach użytkowych wyznacza się wartość średnią

dla całego budynku z równania:

; kWh/(m²·rok) (12.10)

gdzie:
moc elektryczna referencyjna , W/m², należy przyjmować z

założeń projektowych,

czas użytkowania oświetlenia, h/rok, należy przyjmować z

założeń projektowych,

(w [42] podano tabele wartości orientacyjnych które mogą być stosowa-

ne w równaniu 12.9 i 12.10 w braku danych z założeń projektowych;

4. jeżeli w budynku występują różne funkcje użytkowe, to wyznacza

się średnią wartość wskaźnika
według ogólnej zależności:

; kWh/(m²·rok) (12.11)

gdzie:
wartość wskaźnika określającego roczne obliczeniowe za-

potrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewa-

nia, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz

chłodzenia, dla części budynku o jednolitej funkcji użytkowej,

powierzchnia użytkowa ogrzewana (chłodzona) części bu-

dynku o jednolitej funkcji użytkowej.

Ogólnie - jeżeli w sprawdzanym budynku nie występują określone funkcje (chłodzenie, przygotowanie ciepłej wody użytkowej, wbudowane oświetlenie), wtedy pomija się je w obliczeniu wskaźnika EP.

12.5. Precyzja i jednoznaczność wymagań cieplnych

Pobieżna analiza niektórych wymagań, wskazuje na braki a nawet niejasności sformułowań, które mogą prowadzić do znaczniejszych niedokładności w bilansowaniu strat ciepła z budynku.

Najważniejsze zastrzeżenia dotyczą:

• przyjęcia kryterium
  w odniesieniu do indywidualnych przegród. Wobec takiego przyjęcia, należy przeprowadzić obliczenia termiczne wszystkich przegród zewnętrznych w budynku i wytypować najgorzej izolowane, dla których w/w warunek kryterialny też musi zostać spełniony. Obliczenie
  pojedynczych przegród, w rachunkach dokładnych, jest żmudne, wymagające znajomości współczynników gałęziowych mostków, kształtujących przegrodę. Ponadto, w niektórych przypadkach - przegród o dużej ilości złączy oraz okien, nie sposób zagwarantować wypełnienia kryterium, bez znacznego indywidualnego pogrubienia warstwy termoizolacji. Tego rodzaju praktyka, zróżnicowania grubości warstwy termoizolacyjnej w ścianach jednego budynku, nie jest zwykle stosowana w projektowaniu, wobec czego formalnie biorąc, niektóre z przegród często nie spełniają wymagań cieplnych określonych w [41],

• pominięcia ustanowienia minimalnych oporów cieplnych podłóg i ścian podziemi, zanurzonych w gruncie poniżej poziomu terenu. Brak tej normalizacji może wywołać znaczny przyrost strat ciepła w projektach nowych budynków, związany z niedostateczną termoizolacją wskazanych elementów,

Wymienione wątpliwości, a także inne, rozważanie w tekście tego rozdziału, świadczą o niedostatecznej precyzji wymagań ustalonych w [41].

Największe zastrzeżenie budzi jednak usunięcie w załączniku nr.1 [41], w spisie norm dotyczących obliczania współczynników przenikania ciepła, wszystkich dotychczas obowiązujących norm europejskich, określających podstawy naukowe kształtowania budynków w zakresie wymagań cieplno-wilgotnościowych [N-1 ÷ N7].

Pozostawiano wprawdzie zapis mówiący o konieczności stosowania w tych obliczeniach Polskich Norm, nie wymieniając ich jednak bezpośrednio.

Ponieważ wymienione normy europejskie nie posiadają aktualnego tekstu w języku polskim (z wyjątkiem [N-2] i N-3], takie działanie sprzyja omijaniu wymaganych procedur, zapisanych w usuniętych ze spisu normach, na korzyść obliczeń na skróty, tzw. metodami uproszczonymi [N-16], zastrzeżonymi zwykle dla innych celów (np. obliczania instalacji ogrzewczych w budynku), nieprzydatnymi dla potrzeb fizyki budowli, a więc projektowania konstrukcyjnego względnie sporządzania świadectw charakterystyki energetycznej budynków.

12.6. Inne wymagania związane z oszczędnością energii

Nawet rygorystyczne spełnienie wszystkich wymagań cieplnych wyrażonych przez kryterium energetyczne, nie pozwoli na minimalizację strat energii, jeżeli dodatkowo nie zapewni się szczelności obudowy i nie utrzyma na racjonalnym poziomie wielkości przeszklenia.

12.5.1. Szczelność obudowy

Zakłada się pełną szczelność przegród zewnętrznych nieprzeźroczystych, złączy między przegrodami oraz połączeń ościeżnic okien ze ścianami. Zadanie to okazuje się trudne do osiągnięcia w drewnianych budynkach szkieletowych, a także w lekkich konstrukcjach drewnianych dachów budynków tradycyjnych. Stosowana powszechnie, od strony ogrzewanego wnętrza paroizolacja, z uwagi na system jej uciąglenia i mocowania, nie zapewnia wystarczającej szczelności wnętrza. Koniecznym okazuje się umieszczenie dodatkowej warstwy uszczelniającej, od strony bliższej powierzchni zewnętrznej przegrody, w postaci wiatroizolacji, bądź coraz częściej folii wysokoparoprzepuszczalnej, spełniającej równocześnie określoną rolę w transporcie wilgoci przez przegrodę (patrz rozdział 15).

Pełna szczelność okien, między skrzydłami i ościeżnicą, jest wymagana przy równoczesnym projektowaniu wentylacji mechanicznej, lub zapewnieniu przewietrzania wnętrza przez nawiewniki powietrza wentylacyjnego instalowane w ścianach zewnętrznych. Takie rozwiązania należą jednak do rzadkości. W powszechnie stosowanym systemie wentylacji grawitacyjnej budynków, ustalone zostały wymagania alternatywne [40]:

1. okna o dużym stopniu szczelności - współczynniku infiltracji poniżej

0,3 m³/(h·m·daPa^2/3) oraz zapewnianiu napływu powietrza zewnętrznego

przez nawiewniki, lub

2. okna trwale rozszczelnione o współczynniku infiltracji w granicach

0,5÷1,0 m³/(h·m·daPa^2/3).

Zmienione warunki techniczne [41] likwidują alternatywę b), mając nadzieję na wprowadzenie oszczędności energii, która powinna towarzyszyć wprowadzeniu regulowanej nawiewnikami, dostawie powietrza do wnętrza pomieszczeń (§ 155 ust. 3, [41]).

Przyjęte rozwiązanie spowodować powinno poprawę szczelności obudowy

budynku na przenikanie powietrza. Przewiduje się osiągnięcie, sprawdzanej w wyniku pomiarów szczelności:

1) budynków z wentylacją grawitacyjną
h^-1

2) budynków z wentylacją mechaniczną
h^-1

Tak wysoka szczelność nie jest praktycznie osiągana w aktualnie realizowanych budynkach, szczególnie z wentylacją grawitacyjną (patrz rozdział 11.3).

1. Wielkość przeszklenia

Kształtowanie sposobu i wielkości przeszklenia elewacji jest jednym z podstawowych atrybutów swobodnego rozwoju myśli architektonicznej. Wszelka bezpośrednia ingerencja na tym polu budzi uzasadnione sprzeciwy twórców, powinna być dlatego wyważona i ograniczona do minimum.

Ustalono bezpośrednie wymagania, wiążące powierzchnie
okien oraz przegród szklanych i przeźroczystych w budynkach, o współczynniku przenikania ciepła nie mniejszym niż 1,5 W/(m²·K )(obliczone według ich wymiarów modularnych) dla:

1) budynków mieszkalnych i zamieszkiwania zbiorowego według wzoru :

(12.12)

gdzie:
− jest sumą pól powierzchni rzutu poziomego wszystkich kon-

dygnacji nadziemnych (w zewnętrznym obrysie budynku)

w pasie o szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych,

− jest sumą pól powierzchni pozostałej części rzutu poziomego

wszystkich kondygnacji (po odjęciu
),

2) w budynku użyteczności publicznej pole powierzchni
, m² ,okien oraz przegród szklanych i przeźroczystych, określa się wg. warunków pktu 1), jeśli nie jest to sprzeczne z innymi z innymi wymaganiami ogólnie zastrzeżonymi dla pomieszczeń zajmowanych przez ludzi, z uwagi na higienę oświetlenia naturalnego (§57[40]) bądź wysokość przesłaniania przez inne obiekty (§13[40]).

3) w budynkach produkcyjnych pole powierzchni okien oraz ścian szklonych, w stosunku do powierzchni całej elewacji, nie może przekraczać:

• w budynku halowym - 15%,

• w budynku wielokondygnacyjnym - 30%,

Wymienione wymagania ograniczające wielkość przeszklenia stały się jednak mniej istotne z uwagi na szeroką dostępność okien i ścian szklonych o wysokich parametrach termoizolacyjności,
≤ 1,2 W/(m²·K), których udział w bilansie cieplnym budynku powinien być rozważany rachunkiem strat przez przenikanie i zysków ciepła związanych z promieniowaniem słonecznym (rozdział 11).

Wymagania ustalone w [40] i wyżej opisane, nie zapobiegają często obserwowanemu zjawisku przegrzewania budynku w okresie letnim.

Zmiana warunków technicznych [41] wprowadza istotne ograniczenia dodatkowe, dyscyplinujące wielkość i rodzaj stosowanego oszklenia we wszystkich rodzajach budynków tak by:

współczynnik przepuszczalności energii całkowitej okna
:

• nie był większy od 0,5, dla okien i przegród szklanych zajmujących,
  , mniej niż 50 % powierzchni ściany,

• jeżeli
  % wówczas należy spełnić nierówność
  

• podane wyżej wymagania nie dotyczą powierzchni pionowych oraz nachylonych więcej niż 60° do poziomu i skierowanych w kierunku północy +/- 45°,

• podane wyżej wymagania nie dotyczą okien chronionych przed promieniowaniem słonecznym przez naturalną lub sztuczną przeszkodę budowlaną oraz okien o powierzchni mniejszej niż 0,5 m².

W wyżej podanych wzorach wprowadzono oznaczenia:

współczynnik przepuszczalności energii całkowitej dla rodzaju oszklenia,

współczynnik korekcyjny redukcji promieniowania ze względu na zastosowane urządzenie przeciwsłoneczne,

udział powierzchni okien oraz przegród szklanych i przeźroczystych w powierzchni ściany.

Wartości współczynników
(
) i
podano w rozdziale 11.4.8 i w tabl.11.5.

Projektowana zmiana ma na celu uszczegółowienie warunków ograniczenia transmisji promieniowania słonecznego w lecie, przez okna i przegrody szklane.

---