Mostki cieplne, przyczyny powstawania, konsekwencje

Mostek termiczny, mostek przemarzania, co to jest?

W dobie powszechnie obowiązujących restrykcyjnych przepisów energetycznych dążenie do uzyskiwania jak najmniejszego współczynnika przenikania ciepła przez ściany, stropy, dachy i posadzki budynków jest zagadnieniem bardzo poważnie traktowanym przy projektowaniu i wznoszeniu budynków.

Aktualnie obowiązujące przepisy wymuszają aby wartości współczynnika przenikania ciepła przegród budowlanych nowo wznoszonych budynków nie przekraczały zadanych wielkości. Rozporządzenie o budynkach i ich usytuowaniu dokładne określa wartości tych współczynników dla ścian zewnętrznych, wewnętrznych, dachów, stropów, podłóg, okien i drzwi.

Współczynnik przenikana ciepła U jest parametrem przegrody budowlanej, zbudowanej z jednej lub wielu warstw, określa on ile ciepła przepłynie przez 1m² tej przegrody w ciągu jednej sekundy, w momencie kiedy różnica temperatury pomiędzy obydwoma stronami tej przegrody będzie wynosiła 1 Kelwin. Jednostką współczynnika przenikania ciepła jest . Wat [W] jest jednostką, która wyraża tutaj przepływającą ilość ciepła w dżulach [J] w ciągu jednej sekundy.

Według najnowszego Rozporządzenia omawiającego warunki jakim powinny podlegać budynki współczynnik przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych  budynków mieszkalnych nie może być większy niż 0,2 W/m²K . Aby zobrazować co ta wielkość oznacza można wyobrazić sobie hipotetyczne mieszkanie ze ścianą zewnętrzną wykonaną zgodnie z obowiązującymi standardami o U=0,2 W/m²K. Ściana ma długość 5 m, wysokość 2,8 m. W mieszkaniu panuje temperatura 20⁰C na zewnątrz jest 0⁰C.

W ciągu 1 sekundy przez ścianę przeniknie 56 J ciepła.

Do ugotowania 0,5 litra wody potrzeba 168 000 J ciepła:

Oznacza to, że w ciągu 50 minut przez tą ścianę „ucieknie” z mieszkania tyle ciepła, ile wystarczyło by do ugotowania 0,5 litra wody.

Ciepło wydostające się z budynku przez poprawnie wykonane przegrody budowlane jest zjawiskiem niepożądanym ale i nieuniknionym.  Proces ucieczki ciepła jest uwzględniany na etapie projektowania i większość obiektów budowlanych jest zaopatrzonych w źródła ciepła, które uzupełniają jego ubytki. Gorzej, kiedy zachodzi niekontrolowana ucieczka ciepła poprzez wadliwie wykonane, uszkodzone lub źle zaprojektowane miejsca w konstrukcji budowli. Takie miejsca nazywane są mostkami cieplnymi (mostkami termicznymi, przemarzania).

Współcześnie wznoszone budynki projektowane są w oparciu o aktualne przepisy, które bardzo restrykcyjnie podchodzą do zagadnienia izolacji termicznej i niekontrolowana ucieczka ciepła w takich obiektach praktycznie nie powinna się zdarzać. Jeżeli jednak taki fakt ma miejsce świadczy to o błędzie projektowym lub wykonawczym. Zagadnienie mostków termicznych dotyczy przede wszystkim budynków wzniesionych w przeszłości kiedy nie było tak restrykcyjnych przepisów ograniczających straty energii budynków.

Mostek cieplny jest to lokalne zaburzenie w przepływie ciepła przez przegrodę budowlaną. Zaburzenie to stanowi miejscowy, zwiększony odpływ ciepła przez przegrodę. Ze względu na kształt rozróżniamy mostki termiczne punktowe, liniowe oraz dwuwymiarowe.

Konsekwencją występowania mostków termicznych jest obniżenie temperatury na wewnętrznej powierzchni przegrody budowlanej. Jeżeli temperatura takiej ściany będzie niższa niż temperatura punktu rosy dla pary wodnej zawartej w pomieszczeniu, na ścianie będzie się wytrącała wilgoć zawarta w powietrzu. Wilgoć ta zaczynie penetrować strukturę ściany i w konsekwencji na ścianie rozwinie się pleśń. Czasami dopiero pojawienie się pleśni jest sygnałem dla mieszkańców, że w tym punkcie przegrody budowlanej występuje jakaś nieprawidłowość. Najbardziej narażone na zjawisko kondensacji pary wodnej są pomieszczenia, w których panuje większa wilgotność, takie jak kuchnie, łazienki czy pralnie.

Przyczyny powstawania mostków cieplnych:

• Lokalizacja w przegrodzie budowlanej materiału o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła, np. stalowe kotwy w ścianie umieszczone poprzecznie do jej powierzchni tworzą punktowe mostki cieplne.
• Uszkodzenie przegrody związane z ubytkiem materiału izolacyjnego.
• Specyficzny układ geometryczny przegrody budowlanej: np. narożnik budynku lub wypukła półokrągła ściana. Takie kształty powodują, że powierzchnia ściany, w którą ciepło wnika wewnątrz budynku jest mniejsza od powierzchni zewnętrznej z której to ciepło się wydostaje. Strumień ciepła przechodzącego przez ścianę rozszerza się w kierunku powierzchni zewnętrznej i przepływ ciepła staje się bardziej intensywny. Taka przestrzeń wymaga dodatkowej izolacji. Jest to typowy mostek dwuwymiarowy.
• Wadliwy projekt izolacji cieplnej budynku.
• Wadliwe wykonanie izolacji cieplnej przegrody budowlanej.
• Niewłaściwa izolacja wodna powodująca zawilgocenie materiału ściany i podwyższenie jego współczynnika przewodzenia ciepła.
• Powstanie nieszczelności umożliwiających przepływ powietrza przez przegrodę, w wyniku niedbałego wykonania połączeń konstrukcji, np. szczelina pod parapetem okiennym.

Tworzeniu się mostków termicznych sprzyja również rozwinięta bryła budynku.  Ryzality, wykusze czy lukarny są miejscami wymagającymi specjalnej uwagi podczas wykonywania izolacji termicznej.

Powstawanie mostków termicznych wynika nie tylko z zaniedbań projektowych czy błędów wykonawczych. Istnieją także mostki cieplne wynikające ze struktury przegrody budowlanej. Na przykład ściana wykonana w technologii szkieletowej: drewniana konstrukcja nośna wypełniona wełną mineralną lub wspomniany narożnik budynku czy ściana murowana ze spoinami z materiału o wysokiej przewodności cieplnej. W takich strukturach znajdują się miejsca, w których ma miejsce lokalne zwiększenie strumienia ciepła „uciekającego” z budynku. Świadomy tego projektant uwzględni to w obliczeniach i przewidzi dodatkową izolację. Jeżeli jednak ściana, ze względu na charakter czy przeznaczenie pomieszczenia nie wymaga dodatkowego docieplenia należy sprawdzić obliczeniowo minimalną temperaturę powierzchni wewnętrznej ścian pod kątem kondensacji pary wodnej.

Zagrożone powstawaniem mostków są miejsca łączenia przegród budowlanych i węzły konstrukcyjne, które mogą być w nieodpowiedni sposób zaizolowane. Sporym wyzwaniem w tej kwestii są płyty balkonowe, daszki nad balkonami, mur attyki nad ostatnią kondygnacją czy ościeża okien i drzwi.

Klasycznie stosowanym do niedawna rozwiązaniem eliminującym mostek termiczny jaki powstaje w miejscu połączenia płyty balkonowej z wieńcem i stropem jest zaizolowanie górnej i dolnej powierzchni płyty (Rys. 1.).

Rys. 1. Izolacja termiczna górnej i dolnej powierzchni płyty balkonowej w celu eliminacji mostków termicznych. Autor rysunku: Agnieszka Sternicka , Marek Sternicki

Bardziej zaawansowanym technicznie rozwiązaniem jest wykonanie balkonu z użyciem zbrojonego łącznika balkonowego, Rys. 2 i 3.

Rys. 2. Zbrojony łącznik balkonowy

Rys. 3. Wykonanie balkonu z użyciem zbrojonego łącznika balkonowego. Autor rysunku: Agnieszka Sternicka , Marek Sternicki

W istniejącym budynku, którego budowa została już zakończona nie jest łatwo zlokalizować słabe punkty budynku pod kątem występowania mostków termicznych, poza oczywistymi miejscami występowania grzyba. Obserwator widzi tylko powierzchnie ścian i często nie jest w stanie ustalić grubości izolacji albo jej braku. W takiej sytuacji najlepszym sposobem na zidentyfikowanie miejsc ucieczki ciepła będzie wykonanie fotografii termowizyjnej budynku.

Zdjęcie 1.  Zdjęcie domu zrobione kamera termowizyjną. Fot. Fischer

Każde ciało emituje promieniowanie podczerwone, które jest tym intensywniejsze im wyższa jest temperatura tego ciała. Kamera termowizyjna mierzy intensywność tego promieniowania i tworzy barwną mapę cieplną budynku.

Kolory, które występują w spektrum światła widzialnego od czerwonego do fioletowego odpowiadają temperaturze powierzchni. Czerwony odpowiada najwyższej temperaturze.

Pomimo bardzo czytelnego obrazu temperatury bryły budynku rozpoznanie stanu izolacji domu wymaga pewnej wiedzy. Ze zdjęcia 1. Możemy się dowiedzieć, że emisja cieplna powierzchni dachu jest bardzo niska. Może to wynikać z bardzo dobrej izolacji poddasza ale również z tego że poddasze jest nieogrzewane, mocno wychłodzone i emituje niewiele ciepła. Na zdjęciu widać, że ramy okienne emitują sporo ciepła. Może to być efektem ich niskiej izolacyjności lub może być spowodowane złym uszczelnieniem połączeń i przedmuchami.

Jeżeli przed wykonaniem fotografii termowizyjnej elewacja budynku zostanie nagrzana przez słońce jej temperatura się podniesie i efekt będzie taki jak gdyby była słabo zaizolowana.

Do prawidłowej interpretacji fotografii termowizyjnej potrzebna jest informacja o tym w jakich warunkach zewnętrznych była wykonana, czy pomieszczenia budynku były ogrzewane, informacja o wysokości temperatur jakie przedstawiają poszczególne kolory a także pewne informacje o konstrukcji i stanie budynku. Tylko posiadając taką wiedzę będzie można prawidłowo zinterpretować obraz z kamery termowizyjnej.

Jak widać identyfikacja i likwidacja mostków cieplnych w domach i mieszkaniach jest zagadnieniem istotnym. Konsekwencjami zbagatelizowania miejsc słabej izolacji przegrody budowlanej będzie, w dłuższym okresie czasu, wystąpienie pleśni a potem walka z nią.

---

Obrazek ilustracyjny KnaufTherm