Analiza mostków termicznych.

Pokazaliśmy kilka typowych przykładów dla budynku tzw. tradycyjnego. Nie są to oczywiście wszystkie przykłady mostków termicznych. Zgodnie z definicją podaną na początku w każdym budynku będzie inna liczba zaburzeń i mogą one być różnych typów. W ok. 85% będą to mostki termiczne, które będzie można zakwalifikować jako liniowe.
Do Państwa zadań należeć będzie ich wyłapanie i zdefiniowanie, by odpowiedzialnie i świadomie określić oporność/przenikalność przegród budynku.
Jest to pierwszy krok klasyfikacji energetycznej budynku, więc nie należy go bagatelizować ani na etapie projektowania budynku, klasyfikacji energetycznej, czy audytu na potrzeby termomodernizacji.

Po zidentyfikowaniu mostków termicznych oraz określeniu ich charakterystyk (Ul, Up) należy zestawić je w tabeli zbiorczej.

Określenie końcowej wartości współczynnika przenikania ciepła U dla poszczególnych przegród.

Uwaga: Przy określaniu końcowego współczynnika przenikania ciepła dla danej przegrody w jej pełnym zakresie lub w zakresie ograniczonym i ściśle określonym przyjmujemy do poniższego wzoru jedynie wartości mostków występujących w określonym zakresie danej przegrody.
Np. jeżeli uwzględniamy narożnik ścian zewnętrznych, ale liczymy tylko jedną ze ścian dochodzących do tego narożnika (a obie ściany są o identycznej konstrukcji) bierzemy 50% wartości Ul1. W przypadku narożnika ścian o różnej konstrukcji, należy wyznaczyć oddzielnie wpływ narożnika dla każdej ze ścian poprzez rozdział środowiska wewnętrznego.
Tak więc w przypadku:
– narożnika ścian o różnej konstrukcji;
– ściany i stropu;
– ściany i stropodachu;
– ściany i stolarki okiennej i drzwiowej;
– podłogi na gruncie;
-ściany wewnętrznej pomiędzy pomieszczeniani o różnych temperaturach;
-ściany j.w. dochodzacej do ściany zewnętrznej;
– innych niesymetrycznych modeli;
zaleca się rozdzielanie środowisk wewnętrznych.
U = U0 + { Σ (Uli * Li) + Σ Upj } / A W/m2K
U – współczynniki przenikania ciepła rozpatrywanego obszaru;
U0 – współczynniki przenikania ciepła bez uwzględnienia wpływu mostków termicznych;
Uli – wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła i-tego mostka termicznego występującego w rozpatrywanym obszarze;
Upj – wartość punktowego współczynnika przenikania ciepła j-tego mostka termicznego występującego w rozpatrywanym obszarze;
A – powierzchnia wewnętrzna netto przegrody w rozpatrywanym obszarze.
W przypadku obliczenia średniego ważonego współczynnika przenikania ciepła dla zespołu przegród o różnej konstrukcji:
U = Σ ( U0i * Ai + { Σ (Ulj * Lj) + Σ Uki } ) / Σ Ai W/m2K
W przypadku konieczności przeliczenia współczynnika przenikania ciepła, obliczonego zgodnie ze sztuką dla powierzchni wewnętrznej przegród, na powierzchnię zewnętrzną
U’ = U * Aw/Az W/m2K
U’ – przeliczony na powierzchnię zewnętrzną współczynnik przenikania ciepła;
U – współczynnik przenikania ciepła;
Aw – powierzchnia wewnętrzna;
Az – odpowiadająca temu samemu obszarowi powierzchnia zewnętrzna.

CIEKAWOSTKI

Czasami zaistnieje konieczność analizy ściany łukowej. Jest to przykład „permanentnego mostka” gdyż powierzchnia pobierająca ciepło z wnętrza budynku jest mniejsza niż powierzchnia oddająca ciepło do środowiska zewnętrznego. Sytuację tę można zamodelować bez większego błędu w formie modelu złożonego z prostokątów, jeżeli tylko zachowane zostaną właściwe proporcje powierzchni wewnętrznej do zewnętrznej, a konstrukcja ściany w zakresie pośrednim będzie stopniowana. Środowiska – wewnętrzne i zewnętrzne muszą się stykać tylko z odpowiednimi powierzchniami bez nachodzenia na powierzchnie boczne.

U0 okr=21,6658/1,0/40 = 0,5416 W/m2K w stosunku do U0=0,5208 W/m2K ściany prostej
Jak łatwo się domyślić, czym krzywizna będzie większa (krótszy promień), tym strata ciepła będzie większa na skutek większego rozwinięcia powierzchni oddawania ciepła.

Przykład pierwszy – obudowa warstwowa „szczelna termicznie”.
Podstawę stanowi „sandwich” grubości 150mm zbudowany z :
1mm blachy stalowej λ=58 W/mK
148mm wełny mineralnej λ=0,04W/mK
1mm blachy stalowej λ=58 W/mK
Należy poznać U0= takiego układu
Dane środowisko zewnętrzne ά=21,89 W/m2K te=-10 st. C
Dane środowisko wewnętrzne ά=8,13 W/m2K ti=+20 st.C
U0 = 1/(1/21,89 + 1/8,13 + 0,148/0,04) = 0,2585 W/m2K
Blachę pominięto jako nie wpływającą na taki wynik.

Mamy do czynienia z mostkiem liniowym powodującym różnicę na metrze
(8,243 – 7,7545) [W/m2] * m =
0,4885 W/m
Co daje
Ul= 0,4885 /30 = 0,0163 W/mK
Można też sprawdzić, że wykroplenie na powierzchni obudowy nie grozi, gdyż to nastąpi dopiero przy 91.667% wilgotności powietrza.

Przykład drugi – obudowa warstwowa z wadą konstrukcyjną.
W drugiej połowie lat 90-tych ubiegłego wieku zdarzały się systemy takie jak w omawianym przykładzie.
Tu końcówki blach w zamku połączono folią aluminiową, chcąc wytworzyć układ paroszczelny. Nie pomyślano o przewodności aluminium. Folia choć grubości jedynie 0,1mm, stanowi bardzo dobry przewodnik ciepła.

Uzyskano strumień 11,7787 W/m2
Mamy do czynienia z mostkiem liniowym powodującym różnicę na metrze
(12,509 – 7,7545) [W/m2] * m = 4,7545 W/m
Co daje
Ul= 4,7545 /30 = 0,1585 W/mK
Ten wynik wyraźnie wskazuje na pogorszenie izolacyjności systemu.
Załóżmy, że panele są szerokości 1,2m tzn. że co 1,2m mamy do czynienia z mostkiem liniowym wynikającym z połączenia systemowego.
U=U0 + Ul/1,2 = 0,2585 + 0,1585/1,2= 0,3906 W/m2K
Jak widać, wilgotność powietrza przy której nastąpi wykroplenie na powierzchni wewnętrznej także spadła.

Jest to U po uwzględnieniu jedynie „szwów” systemu. By konstrukcja ściany mogła być trwała musi być poskręcana łącznikami śrubowymi do ryglówki.
Należy uwzględnić mostki punktowe spowodowane śrubami.
Wpływ mostka punktowego można zobaczyć obserwując izotermy przechodzące przez „śrubę” i porównując je z miejscem odległym od śruby.
Up= (11,3508-8,2430)/30 = 0,104 W/K
Jest to wpływ pojedynczego łącznika.

Nie rozwijamy dalej tematu, gdyż sprowadza się on do tego samego, co w budynkach tradycyjnych tj. rozpoznania wszystkich mostków termicznych, zestawienia wartości ich współczynników przepływu ciepła oraz obliczenie rzeczywistego współczynnika przenikania ciepła dla poszczególnych przegród.