Parametry cieplne ścian z autoklawizowanego betonu komórkowego

Ściany z autoklawizowanego betonu komórkowego są popularnym i chętnie stosowanym materiałem na ściany nie tylko z ociepleniem, ale również jednowarstwowe. Beton komórkowy, jako materiał porowaty jest bardzo dobrym izolatorem ciepła, więc wykonane ściany jednowarstwowe z tego materiału spełniają ostre wymagania pod względem izolacyjności cieplnej zawarte w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690 z późniejszymi zmianami).

Przy obliczaniu przegród trzeba jednak wziąć pod uwagę wiele niuansów, które ostatecznie pozwolą rzetelnie i zgodnie z przepisami ocenić izolacyjność cieplną ściany. Jest wiele elementów, które należy świadomie uwzględnić. Niekiedy zdarza się, że podawane informacje przez producentów nie są podawane w sposób jednoznaczny. Źle przyjęte parametry oraz źle obrana metodologia obliczania współczynnika U, może powodować nawet kilkadziesiąt procent odchyłki od prawidłowo wykonanych obliczeń. Ma to ogromne znaczenie, przy przyjmowaniu założeń do obliczeń świadectwa charakterystyki energetycznej budynków. Oznacza to, że konsekwencje popełnionych błędów mogą dotknąć nie tylko projektantów, ale również deweloperów lub inwestorów. Może to mieć kluczowe znaczenie, przy egzekwowaniu praw, przez inwestorów, których parametry budynku nie odpowiadają wymaganiom wyżej wymienionego rozporządzenia i które w efekcie mogą być źle wybudowane.

Przyczyna takiego stanu rzeczy tkwi w chaosie informacyjnym, ponieważ podawanych jest tyle informacji i są one tak różne, że można się w tym pogubić.

Dlatego w niniejszym artykule wskazujemy, gdzie są kluczowe punkty, istotne przy ocenie parametrów cieplnych betonu komórkowego oraz wyjaśniamy tok postępowania, który należy uwzględnić przy obliczaniu współczynnika U dla ścian z tego materiału.

Sposoby określania deklarowanych współczynników lambda

Metody określania współczynników przewodzenia ciepła elementów murowych w stanie suchym dla elementów z betonu komórkowego, które są elementami pełnymi (bloczkami a nie pustakami) można przyjmować:

• z tablic – z załącznika A, EN 1745 (z tablic), wtedy przy deklarowaniu lambdy jest wtedy oznaczenie S1

• z uzyskanych pomiarów z badań elementów murowych, wtedy przy deklarowaniu lambdy jest wtedy oznaczenie S2

• z uzyskanych pomiarów z badań murów, przy założeniu λ_10,dry,mor (zaprawy), wtedy przy deklarowaniu lambdy jest wtedy oznaczenie S3

Można też przyjmować współczynnik lambda na podstawie wartości odczytanych z tablic materiałowych zamieszczonych w normie (już archiwalnej) PN-EN ISO 12524 – (Materiały i wyroby budowlane Właściwości cieplno-wilgotnościowe Tabelaryczne wartości obliczeniowe), jednak są one bardziej niekorzystne niż uzyskiwane przy badaniach materiału, więc jest już niewielu producentów, którzy z tego korzystają.

W praktyce najczęściej producenci podają wartości lambdy deklarowanych, uzyskanych na podstawie badań, więc oznaczenie wyrobu w deklaracji właściwości użytkowych oznaczone jest: λ_10,dry S3.

Metodologia badania współczynnika przewodzenia ciepła lambda dla betonu komórkowego

Duże rozbieżności przy deklarowaniu parametrów cieplnych betonu komórkowego mogą być przesłanką do tego, by sądzić, iż różnice te mogą wynikać ze złej metodologii badania materiału. Na uzyskane wyniki istotny wpływ ma technika pomiarowa, czyli zastosowane urządzenia oraz przygotowane próbek. Wielokrotnie przeprowadzone próby świadczą o tym, że wybór aparatury pomiarowej może mieć olbrzymi wpływ na uzyskane wyniki.

Istnieją dwie metody pomiaru przewodności cieplnej materiałów:

• metody stacjonarne – metody ustalonego strumienia cieplnego

• metody niestacjonarne – metody nieustalonego strumienia cieplnego.

W metodach stacjonarnych strumień ciepła przepływający przez próbkę powinien być stały, co do wartości, a temperatura powierzchni ustalona. Współczynnik przewodzenia ciepła określa się mierząc gęstość strumienia cieplnego i różnicę temperatur po obu stronach próbki. Zaletą tego rodzaju pomiaru jest duża dokładność, natomiast wadą jest długi czas potrzebny na przeprowadzenie pomiaru, który wynosi od kilku do kilkudziesięciu godzin.

Z kolei w metodach niestacjonarnych wykonuje się pomiary temperatur i czasu przy zmiennym strumieniu cieplnym. Zaletą jest krótki czas prowadzenia pomiaru. Jest to metoda niedokładna i pozwalająca uzyskać lepsze wyniki niż w przypadku badania metodą stacjonarną.

Do badań metodą stacjonarną używa się tzw. aparatu płytowego, natomiast do badań metodą niestacjonarną używa się isometu. Różnice w uzyskanych wynikach obiema metodami, przy badaniu tych samych próbek mogą wynosić nawet 30% na korzyść isometu! Przy lekkich odmianach betonu komórkowego jest to istotna różnica, mająca wpływ na ocenę izolacyjności cieplnej ścian. Jest wyraźna różnica, czy zamiast współczynnika 0,090 W/mK zadeklarowany zostanie współczynnik 0,083 W/mK. Dlatego tak ważne jest przyjęcie jednakowej metodologii badań i jest to określone w normie. Do wyznaczania współczynnika lambda obligatoryjne jest użycie tzw. aparatów płytowych. W tym celu stosuje aparaty płytowe do pomiaru bezpośredniego lub pośredniego. Badania przy użyciu aparatu metodą bezpośrednią są precyzyjniejsze.

Współczynniki przewodzenia ciepła uzyskane metodami nieustalonego strumienia cieplnego, czyli uzyskane z pomiarów Isometem nie mogą służyć, jako podstawa do przyjmowania wartości deklarowanych i obliczeniowych.

Badany materiał w stanie suchym

Kolejnym wymogiem jest odpowiednie przygotowanie próbek. Ze względu na to, że absorbcja wody nie jest jednakowa dla wszystkich betonów komórkowych i waha się ona w granicach 2 do 6%, to wymogiem jest badanie próbek w stanie suchym, czyli wyznaczenie wartości deklarowanej. To takie „sprowadzenie wszystkich próbek do wspólnego mianownika”, ponieważ wartość deklarowaną, służy kontroli jakości produkcji i odpowiadająca warunkom laboratoryjnym.

Badanie w odpowiedniej temperaturze oraz w stanie suchym gwarantuje, że uzyskane wyniki dla wszystkich betonów komórkowych są porównywalne i można je do siebie odnieść.

Deklarowana wartość współczynnika λ_10,dry to wartość współczynnika λ określona w warunkach laboratoryjnych (w stanie suchym i temperaturze 10^oC). Może też być ustalona np. dla próbek sezonowanych do stałej masy, w środowisku 23^oC ± 2^oC oraz wilgotności ustabilizowanej 50% ± 5% (wtedy wartości zmierzone przelicza się na wartości odpowiadające stanowi suchemu). Wartość deklarowana jest ustalona w ten sposób, że minimum 90% produkowanego wyrobu ma współczynnik przewodzenia ciepła niższy lub równy tej wartości. Zatem jest to wyznaczony współczynnik dla materiału suchego, który w rzeczywistości nie występuje i znajduje to przełożenie w dalszym postępowaniu przy obliczaniu współczynnika U.

Zaokrąglenie współczynnika przewodzenia ciepła lambda

Pomierzone wartości są już podstawą do zadeklarowania ich w deklaracji pod jednym warunkiem, że dokona się odpowiedniego zaokrąglenia uzyskanych wyników. Po pierwsze wartości deklarowane, powinno się podawać zgodnie z normą EN-ISO 10456:2008 (Materiały i wyroby budowlane — Procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych) i jeżeli:

• λ≤ 0,08 to λ deklarowaną zaokrągla się z nadmiarem do 0,001 W/mK

• 0,08 < λ ≤ 0,20, to λ deklarowaną zaokrągla się z nadmiarem do 0,005 W/mK

• 0,20 < λ ≤ 2,00, to λ deklarowaną zaokrągla się z nadmiarem do 0,01 W/mK

Czyli, jeśli z badań uzyskano wsp. lambda 0,0755 W/mK, to powinno się w deklaracji podać λ = 0,076 W/mK, jeśli natomiast mamy wsp. lambda 0,0855 W/mK, to powinno się w deklaracji podać λ = 0,09 W/mK. I co ważne, wartości przy zaokrąglaniu powinno się podawać zawsze z nadmiarem.

Uwaga – konwersja współczynnika deklarowanego na obliczeniowy

O ile mamy już prawidłowo przebadane współczynniki lambda oraz prawidłowo podane w deklaracji właściwości użytkowych deklarowane wartości współczynnika lambda z odpowiednim zaokrągleniem, to dopiero jesteśmy w połowie drogi do wyznaczenia współczynnika U. Ponieważ w deklaracji właściwości użytkowych mamy podane wartości współczynnika lambda dla materiału w stanie suchym, który w rzeczywistości nie występuje, to należy uwzględnić to, że beton komórkowy w wybudowanym budynku ma tzw., wilgotność ustabilizowaną. Beton komórkowy, w zależności od sorpcji jest w stanie przyjąć różną ilość wilgoci. Po dwóch, trzech latach przegroda z betonu komórkowego stabilizuje się pod względem wilgotnościowym na poziomie od 2 do 6 procent. Więc taki stan rzeczy należy uwzględnić. Producenci powinni podawać stopień sorpcji, by móc przekonwertować współczynniki przewodzenia ciepła z deklarowanych na obliczeniowe. Gdyby tego nie zrobiono i obliczono współczynnik U, przyjmując do obliczeń wartości z deklaracji właściwości użytkowych, to wyznaczymy współczynnik U dla ściany suchej, której w rzeczywistości nie ma.

Dlatego przy obliczaniu współczynnika U należy przyjąć wartość obliczeniową współczynnika przewodzenia ciepła. Wartość obliczeniowa jest to wartość w pewnych warunkach, uważanych za typowe, przy zastosowaniu materiału lub wyrobu w komponencie budowlanym. Wartość ta służy do projektowania przegród pod względem cieplno-wilgotnościowym.

Oznacza to, że należy dokonać konwersji współczynnika lambda, określonego w stanie suchym na współczynnik lambda obliczeniowy. Dla betonu komórkowego, należy dokonać takiej konwersji zgodnie z normą EN-ISO 10456:2008 (konwersja z uwagi na temperaturę, wilgotność). Obliczeniowe wartości współczynnika przewodzenia ciepła i oporu cieplnego elementów murowych lub zaprawy uzyskuje się poprzez uwzględnienie współczynników przeliczeniowych wilgoci podanych w załączniku A (EN 1745) dla każdego typu materiału w określonym zastosowaniu:

λ_design = λ_10,dry * F_m lub R_design =

gdzie:

Fm – współczynnik przeliczeniowy konwersji wilgoci

Metodologia obliczania współczynnika U oraz zaokrąglanie uzyskanych wyników

Mając już wartości obliczeniowe lambdy można przystąpić do obliczania współczynnika przenikania ciepła U. O ile z obliczeniem współczynnika U dla przegrody nie ma żadnego problemu, ponieważ należy podstawić właściwe dane do wzoru, to już z podawaniem uzyskanych wyników już one występują. Zasady obliczania wartości współczynnika przenikania ciepła U dla przegród określa norma PN-EN ISO 6946 (Komponenty budowlane i elementy budynku – Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła – Metoda obliczania). Współczynnik U oblicza się ze wzoru:

gdzie:

Rsi, Rse – jednostkowe opory cieplne przejmowania ciepła, [m²K/W] – dla ścian: Rsi=0,13 m²K/W, Rse=0,04 m²K/W.

d – grubość warstwy materiału w komponencie

λ – obliczeniowy współczynnik przewodzenia ciepła materiału obliczony zgodnie z EN-ISO 10456:2008, albo przyjęty z wartości tabelarycznych.

Po obliczeniu w współczynnika U, z wyżej podanego wzoru należy prawidłowo podać tę wartość. Uzyskany wynik współczynnika przewodzenia ciepła U należy zaokrąglić „w górę”, czyli z nadmiarem. Jeśli obliczony został współczynnik oporu cieplnego R, to powinno się go zaokrąglać z niedomiarem, nie więcej niż do dwóch miejsc po przecinku lub trzech cyfr znaczących.

Na przykład obliczony dla ściany współczynnik U = 0,1723 W/m²K oznacza, że przegroda ta nie ma współczynnika 0,17 (0,1700) W/m²K, lecz 0,18 W/m²K. I taka jest zasada, tak powinno się podawać wyniki, zawsze zaokrąglając wartość w górę do liczby znaczących miejsc po przecinku.

Rozbieżności w uzyskanych wynikach, przy źle przyjętych parametrach i złej metodologii

Powyższe informacje oraz ich wpływ można plastycznie i obrazowo przedstawić na przykładzie porównania uzyskanych wartości współczynnika U dla ścian, przy różnych, źle przyjętych założeniach. Takie porównania przedstawiono w tabeli poniżej. W tabeli przedstawiono wyniki dla ściany jednowarstwowej z betonu komórkowego o grubości 48 cm. Na czerwono zaznaczono błędnie przyjęte parametry, na zielono poprawnie.

Wnioski

Reasumując miejsc, w których można przyjmować błędne założenia do obliczeń współczynnika U jest wiele i dotyczą one:

• złej metodologii pomiaru (zamiast aparatem płytowym badanie prowadzone jest isometem)

• błędnie zadeklarowanej wartości

• niezgodnego z przepisami zaokrąglenia wartości deklarowanego współczynnika przewodzenia ciepła λ_10,dry

• brak przekonwertowania współczynnika przewodzenia ciepła wartości deklarowanej na wartość obliczeniową (przyjęcie do obliczeń wartości deklarowanego współczynnika lambda)

• błędnie obliczenie współczynnika przenikania ciepła U z zaokrągleniem do wartości korzystniejszej.

Jak widać, jest wiele ważnych elementów, które należy uwzględnić przy obliczaniu współczynnika przenikania ciepła U. Widać, jak ważna jest również metodologia badań, jak istotne jest prawidłowe zadeklarowanie współczynnika lambda, że należy dokonywać konwersji na lambdy obliczeniowe i jak należy poprawnie interpretować uzyskane wyniki oraz podawać rzetelnie wartości finalne.

Pominięcie niektórych istotnych elementów może skutkować błędnie wyznaczonymi współczynnikiem przenikania ciepła U nawet o kilkadziesiąt procent.

Na koniec nasuwa się pytanie, skoro jest aż tyle miejsc, gdzie można popełnić błąd, to czy idea deklarowania właściwości użytkowych się sprawdza? Może w takich okolicznościach należałoby powołać niezależne grono ekspertów, które by na podstawie dokumentów dostarczonych przez producentów arbitralnie podawałoby uzyskany wynik współczynnika przenikania ciepła U, by każdy miał pewność, że mówimy o tym samym, czyli właściwych parametrach, których spełnienie jest obligatoryjne narzucone rozporządzeniem.