Obliczenia izolacji

 

Większość decyzji o ociepleniu budynku podejmowana jest bez uprzedniego termowizyjnego diagnozowania rodzaju wad oraz miejsc ich występowania. Zazwyczaj inwestor zleca firmie budowlanej wykonanie ocieplenia, kierując się w zasadzie  jedynym kryterium wyboru - ceną, a to  najczęściej oznacza najcieńszą warstwę izolacji.

Nikt (ani wykonawca, ani inwestor) nie podejmuje trudu rozważenia rodzaju zastosowanych materiałów, przeznaczenia pomieszczeń w ocieplanym budynku, tak aby osiągnąć optymalny efekt inwestycji.

Efekty ocieplenia po jego wykonaniu nie są w żaden sposób weryfikowane, a jedynym kryterium akceptacji jest estetyka wykonania. Działa w tym przypadku ogólnie przyjęty stereotyp, jeżeli coś jest wykonane estetycznie to oznacza również, że dobrze.

 Taki tok postępowania niesie ze sobą dwa rodzaje ryzyka, które w sposób zasadniczy wpływają na efektywność inwestycji:

  1. ryzyko zastosowania wadliwego rozwiązania ocieplenia,
  2. ryzyko jakości wykonania.

Nie jest rzadkością, że oba wymienione ryzyka spotykają się w jednej inwestycji ze skutkiem opłakanym dla jej efektywności.

Fotografia w podczerwieni jest nieocenionym narzędziem do diagnozowania stanu konstrukcji budowlanej przed ociepleniem oraz jakości wykonania ocieplenia. Wykrycie wad konstrukcji jest pierwszym krokiem do ich usunięcia i można je porównać do diagnozy lekarskiej. Diagnoza taka dla pacjenta niewiele znaczy - pacjent chce być wyleczony.

Identyczna sytuacja występuje w przypadku termowizyjnego zobrazowania miejsc o zwiększonych stratach ciepła i nie zawsze jedynym lekarstwem na usunięcie wady jest zastosowanie materiału ocieplającego. Wady nie zawsze wynikają ze złej izolacyjności przegrody ale także z wielu innych czynników, które w efekcie końcowym manifestują się lokalnymi dużymi stratami energii. Badania termowizyjne pozwalają na dokładną lokalizację miejsc, którym należy poświęcić szczególną uwagę.

 W celu zastosowania odpowiedniego rozwiązania należy wziąć pod uwagę szereg czynników związanych z:

  • konfiguracją przegrody,
  • materiałami wbudowanymi w konstrukcję,
  • stanem zawilgocenia przegród,
  • przeznaczeniem pomieszczeń,
  • lokalizacją budynku,
  • lokalizacją pomieszczeń w budynku,
  • sposobem użytkowania pomieszczeń.

 Mając taką wiedzę na temat obiektu, wyniki badań termowizyjnych oraz korzystając z nowoczesnych metod numerycznych można dla każdego rodzaju konstrukcji znaleźć optymalne rozwiązanie i wskazać rodzaj ocieplenia, jego grubości i konfigurację.

Dla przybliżenia zagadnienia poniżej zostanie przeprowadzona analiza dotycząca optymalizacji ocieplenia w zależności od sposobu użytkowania pomieszczenia.

Do przykładowej analizy zastosowano dwa przypadki przegrody o jednakowej konstrukcji ale z odmiennymi sposobami użytkowania od strony wewnętrznej,

  1. przypadek A – przegroda od wewnątrz nie osłonięta,
  2. przypadek B – przegroda od wewnątrz osłonięta np. zabudowana szafą lub garderobą.

Analiza przeprowadzana została przy podanych na rysunkach temperaturach i przy uwzględnieniu rzeczywistych materiałów konstrukcyjnych. Przegroda pionowa zbudowana jest z cegły ceramicznej pełnej oraz cegły ceramicznej kratówki, na zewnątrz i od wewnątrz tynk cementowo - wapienny, strop żelbetonowy z izolacją styropianową, folią przeciwwilgociową, wylewką betonową oraz drewnianą podłogą.

 

Rys.1 Rys.2

 

Rys. 1 – przypadek A, przedstawia rozkład temperatur dla przegrody zewnętrznej nie osłoniętej (brak zabudowy) od strony wewnętrznej.

Rys. 2  - przypadek B, przedstawia rozkład temperatur tej samej przegrody ale zabudowanej od strony wewnętrznej.

Dla obu przypadków kamera termowizyjna zarejestruje od wewnątrz spadek temperatury w narożniku, ale w przypadku B różnica temperatur między obszarami będzie znacznie wyższa co również potwierdzają obliczenia.


 

Rys.3 Rys.4

 

Rysunki 3 i 4 przedstawiają straty energii przegród, których rozkłady temperatur pokazane zostały na rysunkach 1 i 2. Miarą strat jest gęstość strumienia ciepła wyrażana w W/m2. W literaturze oznaczane jest literą q. Gęstość strumienia ciepła zależy od własności cieplnych materiałów z jakich zbudowana jest przegroda i różnicy temperatur (wewnętrznej zewnętrznej).

 Porównując wartości strumieni cieplnych na rysunkach 3 i 4 widać, że straty te są większe w przypadku górnej części przegrody pionowej dla przypadku A co wydaje się intuicyjnie niesłuszne jednakże nie należy z tego faktu wyciągać pochopnych wniosków. Jak wiadomo straty energii zależą od różnicy temperatur, a w przypadku B(Rys. 4), wewnętrzna powierzchnia ściany zasłonięta nie ma kontaktu z powietrzem wewnętrznym, od którego może pobierać ciepło, stąd jej niższa temperatura, która powoduje mniejsze straty z uwagi na mniejszą różnicę temperatur. Obniżona temperatura w przegrodzie B powoduje, że para wodna istniejąca w pomieszczeniu dyfundując wewnątrz przegrody (dyfuzja zachodzi w kierunku od wewnątrz pomieszczenia na zewnątrz) kondensuje się w niej (skrapla się), pogarszając znacznie własności izolacyjne przegrody. To prowadzi następnie do kondensacji pary wodnej coraz bliżej powierzchni wewnętrznej i rozwoju grzybów i pleśni. Stąd często po odstawieniu od ściany wysokich mebli obserwuje się czarne naloty na ścianach.

W przypadku wilgotności względnej (zawartości pary wodnej w powietrzu) w pomieszczeniu wewnętrznym o wartości około 60% i wilgotności względnej na zewnątrz o wartości około 85% (typowa dla okresu zimowego), temperatura kondensacji pary wodnej wynosi około +12°C. Tak więc we wszystkich miejscach przegrody gdzie temperatura spadnie poniżej tej wartości będzie kondensowała się para wodna, tworząc warunki do rozwoju grzybów i pleśni.

 

Rys.5 Rys.6

 

Rys. 5 przedstawia rozkład temperatur dla przegrody zewnętrznej zaizolowanej z zewnątrz styropianem o grubości 10 cm, nie osłoniętej od strony wewnętrznej – przypadek A.

Rys. 6 przedstawia rozkład temperatur tej samej przegrody również zaizolowanej z zewnątrz styropianem o grubości 10 cm, ale zabudowanej od środka – przypadek B.

Ocieplenie warstwą styropianu spowodowało znaczący wzrost temperatury w przegrodzie dla przypadku A (Rys. 5). Dla przypadku B (Rys. 6) również obserwowany jest wzrost temperatury od wartości około +4,0°C do około +8,0°C. Jest to nadal temperatura poniżej progu kondensacji pary wodnej, a ściana została ocieplona.

 

Rys.7 Rys.8

 

Rysunki 7 i 8 przedstawiają straty energii przegród, w których rozkłady temperatur pokazane zostały na rysunkach 5 i 6. W stosunku do sytuacji przedstawionej na Rys. 3 i 4 widoczna jest poprawa w całym przekroju dla obu przypadków, ale nie jest to rozwiązanie optymalne dla przypadku A i zupełnie nieakceptowane dla przypadku B z uwagi na nieusunięcie wady w postaci kondensacji pary wodnej w przegrodzie w przypadku warunków temperaturowych, które występują w naszej strefie klimatycznej. Oczywiście, takie warunki występują przez kilka, kilkanaście dni w roku, w pozostałych jest cieplej, jednakże przez te kilka, kilkanaście dni na skutek kondensacji pary wodnej przegroda straci swoje własności izolacyjne (na skutek wzrostu jej wilgotności) i będzie się podobnie źle zachowywała w wyższych temperaturach na zewnątrz.

 

Poniżej przedstawione zostało prawidłowe rozwiązanie sposobu ocieplenia dla przypadku B, które eliminuje ryzyko kondensacji pary wodnej w przegrodzie i ogranicza straty w tym węźle konstrukcyjnym.

 

Rys.9 Rys.10

 

Rys. 9 przedstawia rozkład temperatur dla przypadku B, po zastosowaniu  zróżnicowanej grubości ocieplenia. W części górnej przegrody zastosowany został styropian o grubości 25 cm, w pozostałej części styropian o grubości 10 cm oraz ocieplony został strop od dołu styropianem o grubości 10 cm.

Osiągnięte zostały temperatury w przekroju przegrody uniemożliwiające powierzchniową kondensację pary wodnej. Maksymalne straty energii ograniczone zostały o około 30% w stosunku do rozwiązania z ociepleniem warstwą styropianu o grubości 10 cm (Rys. 8) i około 50% w stosunku do przegrody bez ocieplenia (Rys. 4).

W obszarze zaznaczonym na Rys. 10 występuje mostek cieplny powodujący lokalnie duże straty, wynikające z niewłaściwego rozwiązania konstrukcyjnego połączenia podłogi, która nie została właściwie odizolowana od przegrody zewnętrznej. Rozwiązanie tego problemu leży po stronie wewnętrznej konstrukcji i również może być przedmiotem obliczeń.

 

Jakość wykonania ocieplenia

 

O efektywności ocieplenia decyduje również jakość wykonanych prac. Najlepiej skonfigurowane ocieplenie może zostać zniweczone poprzez niewłaściwe wykonanie. Poniżej na rysunkach przedstawione zostaną rozkłady temperatur dla przypadku B(Rys. 11) przy właściwym wykonaniu ocieplenia oraz dla tego samego przypadku gdy między płytami styropianu pozostała przerwa o szerokości 2 mm, która pokryta tynkiem jest z zewnątrz w świetle widzialnym niewidoczna (Rys. 12).

 

Rys.11 Rys.12

Na Rys. 12 widoczny jest wpływ szczeliny w ociepleniu na rozkład temperatury ściany od strony wewnętrznej – temperatury są znacząco niższe w stosunku do rozkładu na Rys. 11. Ma on podobny rozkład jak na Rys. 6, który dotyczył rozkładu temperatury dla ocieplenia warstwą styropianu o grubości 10 cm na całej powierzchni przegrody. Należy mieć na uwadze to, że szczelina taka może mieć długość równą długości płyty materiału ocieplającego lub wielokrotność tej długości. Zasięg zaburzenia jakie wprowadza taka nieciągłość może mieć istotne znaczenie w efektywności ocieplenia. Może również powodować kondensację pary wodnej w obszarze wpływu szczeliny na obniżenie temperatury przegrody. Wada taka jest widoczna jedynie na zdjęciach termowizyjnych.

 

Z powyższych rozważań wynika, że aby inwestycja w ocieplenie była efektywna należy zastosować następującą procedurę:

 

1.      badanie termowizyjne obiektu,

2.      analiza numeryczna elementów konstrukcji ze szczególnym uwzględnieniem

         miejsc sugerowanych wynikami badań termowizyjnych,

3.      propozycja zastosowania ocieplenia poszczególnych węzłów konstrukcyjnych,

4.      kontrola jakości wykonania ocieplenia z użyciem techniki termowizyjnej.

 

© Copyrights by Pracownia Pomiarów Energetycznych i Termowizyjnych - Krzysztof Kruszewski - All rights reserved! strona www: Dreamstorm.pl
system: DreamCMS