O nietypowym docieplaniu stropodachów
Analizę efektywności docieplenia różnych fragmentów stropodachu przeprowadzono na przykładzie V-kondygnacyjnych budynków typu OW-1700, OWT-67 i Wk-70, które zostały wybudowane w Koninie w latach siedemdziesiątych.
Tabela 1. Ogólne wymiary budynków
Typ budynku |
OW-1700* |
OWT-67 |
Wk-70 |
długość [m] |
109 |
81,7 |
81,5 |
119,3 |
szerokość [m] |
11 |
11 |
10 |
11,2 |
wysokość [m] |
15 |
15 |
15,3 |
15,5 |
powierzchnia użytkowa [m2] |
3601 |
2784 |
3232 |
54165 |
kubatura [m3] |
17985 |
13480 |
12470 |
20765 |
*) ocenie poddano dwa rodzaje budynków, różniących się między sobą długością
Wprowadzenie indywidualnego rozliczania kosztów ogrzewania mieszkań zmobilizowało lokatorów do szukania oszczędności w zużyciu energii. W tym celu w wielu mieszkaniach utrzymywano niższą temperaturę powietrza oraz ograniczono częstość przewietrzania pomieszczeń. Taki sposób eksploatacji spowodował zmianę warunków mikroklimatycznych, a w konsekwencji – gwałtowny wzrost liczby mieszkań z objawami porażenia pleśniowego.
Miejsca mostków termicznych, dotychczas niezauważalne, ujawniły się bardzo wyraźnie, szczególnie w pomieszczeniach na najwyższych kondygnacjach. Pojawiła się konieczność poprawy termoizolacyjności newralgicznej strefy budynku.
Ściany szczytowe tych budynków zostały docieplone kilka lat wcześniej. Wstępnie założono, że obecnie nie będą docieplane ściany podłużne i przeanalizowano możliwość docieplenia jedynie ostatniej kondygnacji. Uwzględniono dwa warianty docieplenia: docieplenie powierzchni stropodachu i docieplenie pasma nadprożowo-okapowego.
Charakterystyka budynków typu OW-1700, OWT-67 i Wk-70
Jak podają autorzy pracy [5] „systemy konstrukcyjno-technologiczne budownictwa mieszkaniowego (OW-1700, OWT-67 i Wk-70) powstały w okresie, kiedy w naszym kraju zaczęły dominować poglądy o konieczności bezwzględnego potanienia budownictwa, ...i stworzenia efektywnego, taniego i prostego w realizacji wielorodzinnego budownictwa mieszkaniowego”.
Tabela 2. Wybrane wyniki wizji lokalnej
Typ budynku |
OW-1700 |
OWT-67 |
Wk-70 |
Ti [°C] – temperatura powietrza wewnętrznego |
18,2÷22,0 |
19÷20,5 |
19÷20 |
vi [°C] – temperatura powierzchni wewnętrznej:
– nadproża (vi zbliżona do temperatury punktu rosy)
– stropu (w odległości 30 cm od nadproża)
– stropu i/lub ściany (w środku mieszkania) |
6÷9
13÷15
18÷19 |
10÷14
15÷17
16÷20 |
6÷11
14÷16
15÷19
|
qi [W/(m2K)] – uśredniona, obliczeniowa gęstość strumienia ciepła na powierzchni wewnętrznej
– nadproża
– stropu (w odległości 30 cm od nadproża)
– stropu i/lub ściany (w środku mieszkania) |
OWT-67 – kondygnacja |
ostatnia |
powtarzalna |
1,20
0,45
0,23 |
1,28
0,40
0,32 |
Pierwsze osiedla w systemie OW-1700 zrealizowano w Koninie. Pozytywna ich ocena była podstawą do wprowadzenia w 1967 r. zmodernizowanej jego odmiany – systemu OWT-67. System Wk-70 został wprowadzony jako ulepszona wersja systemu W-70 opracowanego w latach 1968–70 [1].
We wszystkich tych systemach założono możliwość realizacji budynków mieszkalnych o wysokości 5 i 11 kondygnacji. Przyjęto zasadę prefabrykacji części nadziemnej budynków. Zastosowano prefabrykowane stropy i ściany oraz stropodachy wentylowane. Ściany zewnętrzne zaprojektowano jako wielowarstwowe, składające się z warstwy nośnej – żelbetowej, oraz ocieplającej wykonanej ze styropianu lub wełny mineralnej i fakturowej.
budynkach typu OW-1700, OWT-67 zewnętrzne ściany podłużne zaprojektowano jako elementy pasmowe: warstwowe pasmo nadprożowo-parapetowe, pasmo okienne z filarkami międzyokiennymi wykonanymi z płyty azbestowo-cementowej z wkładką termoizolacyjną, a w poziomie stropodachu pasmo nadprożowo-okapowe z gazobetonowym elementem gzymsowym.
Ogólne wymiary budynków typu OW-1700, OWT-67 i Wk-70 przedstawiono w Tab. 1. oraz na Rys. 1. i Rys. 2. Przykładowe elewacje pokazano na fot. 1÷3.
|
Rys. 1. Stropodach w budynkach typu OW-1700, OWT-67 i Wk-70 |
Wizja lokalna
Analizę obliczeniową efektywności docieplenia stropodachów poprzedziła wizja lokalna przeprowadzona w czasie trwania sezonu grzewczego [2, 3]. Zmierzono wówczas temperaturę i wilgotność powietrza wewnętrznego oraz temperaturę powierzchni wewnętrznej wybranych fragmentów przegród zewnętrznych, wykonano także odkrywki stropodachów. Wybrane wyniki pomiarów zestawiono w Tab. 2.
|
Rys. 2. Pasmo nadprożowo-okapowe w budynkach typu OW-1700, OWT-67 i Wk-70 |
Wizja lokalna wykazała występowanie wielu odstępstw od dokumentacji projektowej [3, 4, 6, 7]. Na przykład stwierdzono, że:
– zastosowane są inne materiały do izolacji termicznej stropodachów:
– warstwa trocin drzewnych wymieszanych z wapnem grubości 15÷20 cm, (OW-1700),
– niestarannie ułożona warstwa wełny mineralnej, o grubości 0÷10 cm, (OWT-67),
– warstwa styropianu – 2 cm, warstwa papy, mata z wełny mineralnej – 1 cm, Wk-70,
– stropodachy w budynkach systemu OW-1700 i OWT-67 nie są wentylowane i nie są przełazowe, co uniemożliwia wykonanie docieplenia wewnątrz stropodachu.
Charakterystyka termoizolacyjna przegród zewnętrznych
Izolacyjność termiczną stropodachu i ścian zewnętrznych określono na podstawie dokumentacji projektowej oraz wyników wizji lokalnej. Wyniki obliczeń zestawiono w Tab. 3.
Tablica 3. Współczynnik przenikania ciepła U przegród zewnętrznych
Typ budynku |
OW-1700 |
OWT-67 |
Wk-70 |
wariant obliczeniowy |
U [W/(m2 K)] |
stropodach wg projektu |
0,80 |
0,56 |
0,61 |
stropodach bez ocieplenia |
2,69 |
2,62 |
4,27 |
stropodach wg wyników wizji lokalnej
(część środkowa budynku) |
0,49÷0,38
Uśr = 0,44 |
2,62÷0,42
Uśr = 0,72*
|
1,13 |
ściana zewnętrzna wg proj. |
1,30 |
0,74 |
0,63 |
docieplona ściana szczytowa** |
0,39 |
0,39 |
0,39 |
okna (pasmo okienne)*** |
2,60 |
2,60 |
2,60 |
pasmo nadprożowo-okapowe |
2,16 |
2,16 |
2,16 |
*) Wartość Uśr przyjęto jak dla warstwy wełny mineralnej o grubości 5 cm.
**) Wartość U przyjęto wg projektu docieplenia ścian szczytowych.
***) Przyjęto, że całe pasmo okienne, łącznie z filarkami, ma taką samą termoizolacyjność.
Do obliczeń przyjęto:
– stałe materiałowe wg PN-82/B-02020 – jako właściwe dla materiałów zastosowanych przed dwudziestu laty, (materiał izolacyjny w odkrywkach stropodachów był suchy).
– założenie, że stropodachy w budynkach typu OW-1700 i OWT-67 są nie wentylowane i uwzględniono opór cieplny warstwy powietrza o grubości 30 cm.
W budynkach typu OW-1700 i OWT-67 nie odnotowano istotnych różnic pomiędzy gęstością strumienia ciepła wypływającego przez poziome przegrody kondygnacji ostatniej i powtarzalnych. Zatem izolacyjność stropów wszystkich kondygnacji umożliwia utrzymanie podobnych warunków mikroklimatycznych i z tego względu brakuje przesłanek wskazujących na konieczność docieplenia środkowej części stropodachu.
Natomiast izolacyjność termiczna części środkowej stropodachu w budynku typu Wk-70 jest zbyt niska i stropodach należy docieplić.
Gęstość strumienia ciepła wypływającego przez nadproże oszacowano jako 4÷5 razy większą, od gęstości strumienia ciepła wypływającego przez część środkową stropodachu, natomiast w przyokapowej strefie stropu jako 1÷1,5 razy większą. Ostatecznie przyjęto, że przez pasmo nadprożowo-okapowe wypływa strumień ciepła o gęstości około 3 razy większej niż przez część środkową stropu (por. Tab. 2.).
|
|
Fot. 1. Fragment elewacji budynku wzniesionego w systemie OWT-67
|
Analiza porównawcza zużycia energii cieplnej
Szacowanie efektywności dociepleń wykonano przy następujących założeniach:
– celem nadrzędnym termomodernizacji jest poprawa warunków eksploatacji mieszkań: ograniczenie kosztów ogrzewania przy jednoczesnym zachowaniu prawidłowego mikroklimatu wnętrz,
– 30% ciepła przeznaczonego jest na wentylację, a 70% ciepła przenika przez przegrody,
– przyjęto podział obudowy budynku na następujące fragmenty: pasmo nadprożowo-okapowe ściany podłużnej (pasmo n-o), pasmo okienne, ściana szczytowa, część środkowa stropodachu, pasmo nadprożowo-okapowe,
– w obliczeniach strat ciepła przyjęto szerokość pasma nadprożowo-okapowego jednakową dla wszystkich typów budynków: 0,5 m część stropowa i 0,5 m część ścienna.
|
|
|
|
Fot. 2. Fragment elewacji budynku wzniesionego w systemie Wk-70 |
Charakterystyka termiczna budynków
Charakterystykę termiczną budynków wyrażono procentowym udziałem poszczególnych fragmentów obudowy budynku w startach ciepła powstających w wyniku przenikania ciepła przez przegrody zewnętrzne.
Jak wynika z przeprowadzonej analizy, udział poszczególnych przegród zewnętrznych w stratach ciepła przez obudowę budynku przedstawia się następująco:
– największy strumień ciepła przenika na zewnątrz budynku przez pasmo okienne (okna, drzwi balkonowe oraz filarki międzyokienne) około 45÷55%,
– straty przez pasmo nadprożowo-okapowe są na podobnym poziomie we wszystkich typach budynków i wynoszą ~7%.
– najmniejsze straty ciepła powstają na ścianach szczytowych, ~2%,
– największe straty ciepła przez część środkową stropodachu (~22%) występują w budynkach typu Wk-70.
W związku z powyższym:
– należy poprawiać termoizolacyjność pasma okiennego, zarówno stolarki jak i filarków międzyokiennych,
– w budynkach systemu OW-1700 i OWT-67 pasmo nadprożowo-okapowe i środkową część stropodachu należy uznać za równoważne, w zakresie wartości strat ciepła przenikającego przez te przegrody,
– w budynkach systemu Wk-70 wskazane jest docieplenie zarówno części środkowej stropodachu, jak i pasma nadprożowo-okapowego.
|
|
|
|
Fot. 3. Fragment elewacji budynku wzniesionego w systemie OW-1700 |
Koncepcja docieplenia budynków
W związku z wynikami analizy przeprowadzonej powyżej przewidziano:
– w budynkach typu OW-1700 i OWT-67:
– zewnętrzne docieplenie pasma nadprożowo-okapowego metodą „lekką mokrą” z warstwą styropianu, wełny mineralnej lub pianki poliuretanowej,
– rezygnację z docieplenia części środkowej stropodachu,
– możliwość wykonania w przyszłości zewnętrznego docieplenia połaci dachowej pianką poliuretanową – w wypadku remontu poszycia dachowego.
– w budynkach typu Wk-70:
– docieplenie części środkowej stropodachu – ułożenie na stropie ostatniej kondygnacji warstwy materiału termoizolacyjnego np. styropianu lub wełny mineralnej,
– docieplenie pasma nadprożowo-okapowego metodą „lekką mokrą”.
|
Rys. 3. Koncepcja docieplenia pasma nadprożowo-okapowego budynków typu OW-1700, OWT-67 i Wk-70 |
Doprowadzenie warstwy docieplenia do krawędzi okapowej dachu zmusza do wykonania nowych obróbek blacharskich (np. przełożenia rynny). Przyjęto, że szerokość pasma docieplającego należy dostosować do całkowitej wysokości pasma nadprożowo-okapowego. W wypadku budynków o wyższym od 60 cm paśmie nadprożowo-okapowym możliwe jest sfazowanie warstwy docieplenia i pozostawienie istniejących obróbek. Przykładowe rozwiązania pokazano na Rys. 3.
Minimalne grubości warstw docieplających oraz wymiary powierzchni przeznaczonych do ocieplenia zestawiono w Tab. 5.
Tabela 4. Charakterystyka termiczna budynków
Typ budynku |
OW-1700 |
OWT-67 |
Wk-70 |
A – Powierzchnia przegród [m] |
stropodach – pow. całkowita |
1200,5 |
900 |
808,8 |
1419 |
ściany zewnętrzne – pow. całkowita |
3601 |
2784 |
2744 |
4067 |
ściany podłużne bez okien i pasma n-o |
1809 |
1357,3 |
1394,5 |
2434,7 |
pasmo okienne |
1352 |
1014 |
970 |
1144 |
ściany szczytowe |
331 |
331 |
298 |
369 |
część środkowa stropodachu |
1091,5 |
818,3 |
727,3 |
1299,7 |
pasmo nadprożowo-okapowego |
218 |
163,4 |
163 |
238,6 |
Udział procentowy powierzchni przegród w całkowitej powierzchni obudowy [%] |
ściany podłużne bez okien i pasma n-o |
38 |
37 |
39 |
44 |
pasmo okienne |
28 |
28 |
27 |
21 |
ściany szczytowe |
7 |
9 |
8 |
7 |
część środkowa stropodachu |
23 |
22 |
20 |
24 |
pasmo nadprożowo-okapowego |
5 |
4 |
5 |
4 |
Sz – zastępczy wskaźnik strat ciepła Sz = U A |
ściany podłużne (bez okien i pasma n-o) |
2351,70 |
1764,49 |
1031,93 |
1609,21 |
pasmo okienne |
3515,20 |
2636,40 |
2522,00 |
2974,40 |
ściany szczytowe |
129,09 |
129,09 |
116,22 |
143,91 |
część środkowa stropodachu |
480,26 |
360,05 |
523,66 |
1468,66 |
pasmo nadprożowo-okapowe |
470,88 |
352,94 |
352,08 |
515,38 |
suma Sz dla obudowy |
6947,13 |
5242,97 |
4545,89 |
6711,56 |
Udział procentowy w całkowitych stratach ciepła przez obudowę [%] |
ściany podłużne (bez okien i pasma n-o) |
33,85 |
33,65 |
22,70 |
23,98 |
pasmo okienne |
50,60 |
50,28 |
55,48 |
44,32 |
ściany szczytowe |
1,86 |
2,46 |
2,56 |
2,14 |
część środkowa stropodachu |
6,91 |
6,87 |
11,52 |
21,88 |
pasmo nadprożowo-okapowe |
6,78 |
6,73 |
7,75 |
7,67 |
Koszty docieplenia, z tytułu zmiany cen materiałów termoizolacyjnych, obróbek blacharskich oraz stolarki otworowej, mogą ulegać zmianom w dość szerokich granicach, co może mieć istotne znaczenie dla oceny efektywności przedsięwzięcia i czasu zwrotu poniesionych nakładów.
Dr inż. Barbara Janińska
Politechnika Poznańska
WARSTWY – DACHY i ŚCIANY 4'2001
|