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