Analiza cieplno-wilgotnościowa złącza typu płyta na gruncie – mur

Złącze podłogi na gruncie ze ścianą to miejsce powstania mostka termicznego, który w przypadku błędnego rozwiązania może prowadzić do znacznego obniżenia temperatury wewnętrznej powierzchni przegrody i kondensacji pary wodnej. Oznacza to potencjalne problemy z komfortem termicznym i zdrowiem użytkowników (wilgoć, grzyb na ścianie). Dlatego tak ważne jest zwrócenie uwagi na odpowiednie zaprojektowanie tego detalu, w zależności od przyjętych materiałów.

Wpis ten powstał na podstawie artykułu naukowego opublikowanego w czasopiśmie „Materiały Budowlane”, którego współautorami są: dr inż. Barbara Ksit, dr hab. inż. Anna Szymczak-Graczyk, prof. UPP, mgr inż. Mateusz Smoczyk.

Czy materiał ściany ma wpływ na mostek cieplny na krawędzi podłogi?

Na rynku dostępne są różne materiały murowe, charakteryzujące się odmiennymi właściwościami cieplnymi. W celu sprawdzenia jak zmiana materiału murowego wpływa na parametry cieplno-wilgotnościowe przegrody, porównano cztery warianty złącza. Każdy z układów materiałowych różnił się jedynie przyjętym materiałem ścian nadziemia, pozostając identycznym w zakresie pozostałych parametrów. Do analizy przyjęto następujące rozwiązania:

• mur z bloczków wapienno-piaskowych – silikatów, λ_obl 0,90 [W/(m·K)],
• mur z cegły ceramicznej pełnej, λ_obl 0,77 [W/(m·K)],
• mur z pustaków ceramicznych na zaprawie cementowo-wapiennej, λ_obl 0,30 [W/(m·K)],
• mur z betonu komórkowego na zaprawie ciepłochronnej, λ_obl 0,15 [W/(m·K)].

Im niższa wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ, tym materiał gorzej przewodzi ciepło (czyli lepiej izoluje). Zatem beton komórkowy jest „najcieplejszym”, a silikat „najzimniejszym” spośród przyjętych rozwiązań. Intuicja może podpowiadać więc, że ściana wykonana z materiału o niskiej λ powinna wypaść korzystniej względem pozostałych rozwiązań. Fizyka budowli zdarza się jednak być mało nieintuicyjna.

Badania numeryczne – analiza czterech wariantów

W ramach przeprowadzonych symulacji wyznaczono komplet parametrów pozwalających porównać jakość cieplno-wilgotnościową poszczególnych rozwiązań. Zweryfikowano między innymi:

• liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψ_e – czyli wielkość dodatkowych strat ciepła na każdy metr długości połączenia podłoga–mur (mostka termicznego),
• minimalną temperaturę na wewnętrznej powierzchni w narożu połączenia θ_si,
• współczynnik f_Rsi – informujący o ryzyku kondensacji pary wodnej prowadzącej do rozwoju pleśni.

Zgodnie z obowiązującymi przepisami wartość współczynnika f_Rsi nie może osiągnąć wartości niższej od 0,72, co przy założonych warunkach eksploatacji odpowiada temperaturze powierzchni przegrody 9,36°C.

Rys. 1 Izotermy rozkładu temperatur dla dwóch z analizowanych wariantów (po lewej ściana z silikatów, po prawej ściana z betonu komórkowego), wraz z wyróżnioną izotermą 9,36°C.

Wyniki – który materiał wypadł najlepiej, a który najsłabiej?

Badanie przyniosło bardzo ciekawe wyniki. Okazało się, że większość wariantów dała radę utrzymać bezpieczną temperaturę wewnętrznej powierzchni w narożu przy podłodze osiągając wartość f_Rsi ≥ 0,72. Jednak jeden materiał wyraźnie się nie sprawdził – ściana z betonu komórkowego. W tym przypadku minimalna temperatura na wewnętrznej powierzchni spadła do 9,21°C (f_Rsi = 0,716), czyli poniżej bezpiecznej granicy. Powyższe może skutkować kondensacją pary wodnej na powierzchni wewnętrznej przegrody i rozwojem szkodliwych grzybów pleśniowych.

W przypadku strat ciepła sytuacja jest odwrotna. Przegroda wykonana z lżejszego, lepiej izolującego beton komórkowy osiągnęła najniższą wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ_e (około -0,06 [W/m·K]). Najwyższa wartość tego parametru przypadła dla przypadku złącza ze ścianą wykonaną z bloczków wapienno-piaskowych (rzędu -0,02 [W/m·K]). Pomimo tego, w każdym z analizowanych przypadków wartości te pozostawały ujemne, czyli złącze nie powodowało dodatkowych strat ciepła, co wynikało z przyjętej geometrii i układu materiałowego.

Zaobserwować zatem można następującą zależność: im wyższa przewodność cieplna materiału murowego, tym wyższa temperatura w złączu, ale też większa utrata ciepła przez mostek termiczny i odwrotnie.

Pod względem bezpieczeństwa cieplno-wilgotnościowego najlepiej wypadły ściany wykonane z materiałów o wyższym współczynniku przewodzenia ciepła, takich jak silikaty i cegła pełna – utrzymywały one najwyższe temperatury na powierzchni przegrody w złączu. Najsłabiej wypadła ściana z betonu komórkowego – jako jedyna nie spełniła kryterium wynikającego z obowiązujących przepisów, co wskazuje na potencjalne ryzyko kondensacji. Warto jednak podkreślić, że wyniki te dotyczą konkretnej analizowanej geometrii złącza i nie oznaczają, że beton komórkowy jest materiałem niewłaściwym. Każde rozwiązanie można zaprojektować poprawnie, kluczowe jest odpowiednie ukształtowanie detalu, właściwy dobór materiałów oraz przemyślany układ warstw izolacyjnych.

Rys. 2 Widoczne obniżenie temperatury w narożu podłogi poniżej dopuszczalnego minimum.

Kluczowe wnioski

Wyniki badania dają ważną lekcję: nie wystarczy ocieplić dobrze samej ściany i podłogi – trzeba jeszcze dobrze rozwiązać ich połączenie. Oto kilka najważniejszych wniosków:

• Nie wystarczy spełnić wymagań U dla pojedynczych przegród. Nawet jeśli ściana i podłoga mają dobrą izolacyjność, źle zaprojektowane złącze może prowadzić do problemów z kondensacją. Ważne jest, aby zwracać uwagę na detale połączeń, a nie tylko na izolacyjność poszczególnych elementów.
• Rodzaj materiału ściany ma znaczenie. Wybór materiału murowego może istotnie wpływać na ryzyko kondensacji w narożu ściana–podłoga. Odpowiednie ukształtowanie złącza jest konieczne, by zapewnić bezpieczną temperaturę powierzchniową w tym miejscu.
• Nieprzemyślane detale to ryzyko kosztownych błędów. Brak konkretnych rysunków złączy w projekcie prowadzi do improwizacji na budowie i błędnych rozwiązań. Warto zadbać o to, by dokumentacja zawierała szczegółowe detale.
• Symulacje numeryczne to skuteczne narzędzie projektowe. Pozwalają one zoptymalizować geometrię złączy tak, by osiągnąć założone parametry energetyczne i jednocześnie zapobiec kondensacji pary wodnej. Dzięki temu można świadomie kształtować detale, zamiast działać „na oko”.

Podsumowanie

Właściwie zaprojektowane złącze podłogi ze ścianą ma istotne znaczenie dla zminimalizowania strat ciepła i uniknięcia ryzyka rozwoju chorobotwórczych pleśni. Warto zwrócić szczególną uwagę na detale projektowe i wspierać się obliczeniami, by uniknąć błędów już na etapie koncepcji. Jeśli masz wątpliwości, jak poprawnie rozwiązać złącze w swoim projekcie – warto to skonsultować. Pomagam projektantom i inwestorom dopracować detale, zanim staną się problemem po zakończeniu budowy.

Pytania i odpowiedzi

Czy fundament zawsze powoduje mostki cieplne?

Nie da się uniknąć mostków termicznych w budynku, jednak nie każde takie miejsce jest problemem. Najważniejszym zadaniem jest zadbanie o wyeliminowanie możliwości kondensacji pary wodnej, a kolejno minimalizacja strat ciepła. Przy dobrej konstrukcji złącza można osiągnąć wartość ujemną mostka termicznego, czyli praktycznie tak jakby go nie było.

Jak sprawdzić, czy połączenie ściany z podłogą jest dobrze zaprojektowane?

Poprawność rozwiązania detali można sprawdzić poprzez symulację cieplno-wilgotnościową. Dzięki zastosowaniu specjalistycznego oprogramowania wyznaczyć można niezbędne parametry, sprawdzić jakie występują straty ciepła oraz czy dochodzi do kondensacji wilgoci i ryzyka rozwoju pleśni.