Page 1


Rozwój konstrukcji powłokowych fasad metalowo-szklanych

Rozwój konstrukcji powłokowych fasad metalowo-szklanych Podstawowym obszarem zastosowań lekkich ścian osłonowych metalowo-szklanych są budynki użyteczności publicznej. W normie PN-EN 13830:2005 określono podstawowe właściwości ścian osłonowych a zarazem podano informacje techniczne o wymaganiach eksploatacyjnych dla całej Europy, wraz z kryteriami badań dla określenia parametrów technicznych przedmiotowych metalowo-szklanych przegród. Klasyfikacja ustrojów powłokowych Przywołana norma odnosi się jednak jedynie do przegrod pionowych i do ścian odchylonych od pionu maksymalnie do 15°. Idąc za postanowieniami normy w ścianie osłonowej zawierać się mają pionowe i poziome elementy, połączone ze sobą i zakotwione do konstrukcji nośnej budynku. Całość winna tworzyć lekkie, ciągłe pokrycie zamykające przestrzeń. Pokrycie to ma samodzielnie lub w połączeniu z konstrukcją budynku spełniać wszystkie normalne funkcje ściany zewnętrznej. Nie może ono przejmować żadnych właściwości nośnych konstrukcji budynku. W ramach tej normy nie mieszczą się zatem przekrycia i przeszklenia, które dotyczą konstrukcji dachowych, powłok ukośnych architektoniczne zmieniających kształt (np. powłoka poszycia Złotych Tarasów), ścian osłonowych tworzących tarczowe przesztywnienie trzonowego szkieletu budynku. Jednak, przy braku innych właściwych klasyfikacji i badań w asortymencie metalowoszklanych przeszkleń, większość ich producentów i wytwórców parametry przegród opiera na klasyfikacjach i określaniu właściwości poprzez przedmiotową normę. W ten sam sposob klasyfikowane są konstrukcje ścian metalowoszklanych odchylane o więcej niż 15o, czy konstrukcje przeszkleń dachów. W chwili obecnej zasadne jest ujednolicenie przedmiotowych wytycznych dla określenia klas dla całego asortymentu metalowoszklanych konstrukcji ścian i dachów. Powodem jest choćby bardzo szybki rozwoj rozwiązań i podnoszenie wymagań dla przegród. W obecnej chwili klasy wodoszczelności A1 (150 Pa) czy A2 (300 Pa) są już zdezaktualizowane z powodu postępu w rozwiązaniach przemysłowych systemów metalowo-szklanych, dla których nie jest problemem zachowanie właściwej, granicznej infiltracji powietrza na poziomie 800900 Pa. Dla uściślenia: ciśnienie to odnosi się do szczelności, ale szczelności rozumianej jako uśrednione nieprzepuszczanie większej ilości powietrza przez przegrodę niż 1,5 m3, na każdy m2, w ciągu godziny trwania badania w

komorze badawczej, reprezentatywnego fragmentu przeszklenia. Podobnie rzecz ma się z klasyfikowaniem wodoszczelności. Klasa RE zapisana jest dla różnicy ciśnień na poziomie 600 Pa. Klasy na poziomie 150, 300 [Pa] są w tej chwili już zbyt mało restrykcyjnym obwarowaniem. Producenci prześcigający się w coraz to lepszych rozwiązaniach systemowych zamiast klas wodoszczelności podają deklarowane ciśnienie probne, przy którym zachowana jest szczelność fasady. Podają w nawiasach wartości (800), (900) czy nawet (1200) Pa. Wszystkie te struktury metalowo-szklane mieszczą się w klasie RE. A przecież systemowe rozwiązania zapewniające szczelność na poziomie 900 Pa różnić się będą względem przegród utrzymujących przecieki przy różnicy ciśnień dla np. 1200 Pa. Istotne jest to choćby z powodów określania warunków specyfikacji zamówień, na które powołują się inwestorzy czy generalni wykonawcy. Podanie wartości liczbowych wiąże się typowaniem konkretnych rozwiązań, z kolei podawanie niskich klas AE czy RE obejmuje rozwiązania systemowe o (potencjalnie) zbyt niskich parametrach, w których mieszczą się rozwiązania z grup przeszkleń niechcianych przez zamawiającego.

Podobną kwestią jest poszerzenie i dookreślenie wymagań oraz klasyfikacji związanej z ogólnym podziałem konstrukcji metalowoszklanych. W obecnym kształcie rynek fasadowy ściany metalowo-szklane klasyfikuje zgodnie z nomogramem poniżej (rys. 1). Szczególnie szeroką grupą w przytoczonym nomogramie stanowią ustroje metalowoszklane w segmencie ścian dwupowłokowych. Z uwagi na rożnego rodzaju ustroje nośne przywołanych ścian oraz coraz bardziej zaawansowane funkcje, jakie ściana dwupowłokowa przejmuje, coraz częściej zaczynamy mówić o ustrojach powłokowych. Są, bowiem na rynku obecnie przegrody i trzypowłokowe (np. z uwagi na zapewnienie parametrów Rw na poziomie ponad 45-60 dB), i ustroje powłokowe (np. dla przekryć obiektow sportowych, o rozpiętościach/wysokościach kilkudziesięciu metrów). Zasadnym jest więc stwierdzenie, że szeroko rozumiane ustroje powłokowe, jako wyodrębniona, szersza grupa metalowo-szklanych ustrojów przegród powinna zastępować ustroje dwupowłokowe. Zarazem również ustroje powłokowe zawierać będą konstrukcje ścian metalowoszklanych dwupowłokowych, jako jedną z podgrup. Bodźcem do coraz szerszego stosowania

Rys. 1. Ogolny podział ścian osłonowych metalowo-szklanych

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

1


Maciej Cwyl ustrojów jednopowłokowych jest logarytmiczny rozwój zaawansowanych systemów szkleń. Szyby w dużo większym stopniu zapewniają zachowanie oczekiwanych parametrów przegrody i przez to eliminują ustroje wielopowłokowe, które pozwalały przy niższych cechach szyb na zachowanie wszystkich cech przegród (selektywność promieniowania cieplnego, słonecznego, przezierność, izolacyjności, itd.).

Konstrukcje powłokowe dedykowane W ramach tego artykułu zajęto się jednak nie tyle samą specyfiką klasyfikacji, a typami konstrukcji wsporczych. Jak podaje przywołana wcześniej norma dla ścian osłonowych, to przedmiotowe ściany składają się z pionowych i poziomych elementow połączonych ze sobą i zakotwionych do konstrukcji nośnej budowli. Te pionowe i poziome ustroje nośne na przestrzeni ostatnich pięciu-ośmiu lat uległy szybkim zmianom i przeobrażeniom. Obecnie całościowa ściana osłonowa to ustrój fasady metalowo-szklanej z wykorzystaniem najbardziej zaawansowanych rozwiązań w technice projektowania konstrukcji metalowych, w tym linowych, cięgnowych i sprężonych. Ten szybki rozwój techniki linowej pociągnął za sobą wyodrębnienie się kilku typów konstrukcji powłokowych, dedykowanych konkretnym typom budynków, zadaszeń i przeszkleń. Wszystkie te typy wsporczych konstrukcji mają zapewnić przegrodzie szklanej spełnienie restrykcyjnych warunków dla przeszkleń. Warunków o dopuszczalnych ugięciach, wychyleniach i granicznych szczelnościach (powiązanych z warunkami SGU dla przegrody). Oczywiście, jako podstawowe wystąpią tu sztandarowe ustroje systemowych profili metalowo-szklanych konstrukcji systemów słupoworyglowych (fot. 1). Przekroje słupów i rygli ustroju słupowo-ryglowego ze wzmocnieniami

Fot. 1. Widok przykładowych ustrojow powłokowych z wykorzystaniem systemowych rygli i słupow ścian słupoworyglowych

lub samodzielnymi belkami metalowymi, stalowymi przekrojami – bi-symetrycznymi – walcowanymi, spawanymi blachownicami. Z uwagi na obwarowania związane ze sztywnością i nośnością szkieletu takiej konstrukcji oraz z uwagi na estetykę, takie ustroje powłokowe ogranicza się zazwyczaj do wysokości jednej kondygnacji. Oczywiście, możliwe są większe wysokości, rozpiętości takich ustrojow słupowo-ryglowych jednak wtedy elementy konstrukcyjne (ich przekroje) stają się dominujące i nieatrakcyjne dla architektów. Dla wymiarów elementów ściany metalowo-szklanej, przekrój słupów, belek, które zapewniają normową sztywność przeszklenia, powinien zawierać się w granicach 1/16 do 1/24 rozpiętości. Zalecane jest oscylowanie wokół 1/20 rozpiętości. Rzecz jasna, rozpiętość ta warunkowana jest płaszczyzną przeszklenia, z ktorej zbierane jest obciążenie na przedmiotowy element nośny. Warunek ten jednak determinuje rownież rozstaw elementów konstrukcyjnych na płaszczyźnie przegrody metalowo-szklanej, dla której niezbędne jest spełnienie stanów SGN

Fot. 2. Widok płaskiego dachu. Ustroj o rozpiętości ok. 10 m, płaskie dźwigary blachownicowe, stężone cięgnami prętowymi (zdjęcie z materiałow PFEIFER).

2

i SGU, a w szczególności 1/200 obliczeniowej rozpiętości analizowanego elementu i jednocześnie ugięcie to nie powinno być większym niż 15 mm dla jednoprzęsłowego ustroju belkowego (pomiędzy sąsiednimi podporami). W ramach tej grupy elementów konstrukcyjnych należy wspomnieć o przegrodach wykorzystujących elementy żeber szklanych, blachownic, słupów belek z nośnymi elementami ze szkła klejonego. Te rodzaje konstrukcji również z uwagi na swe parametry nośności i sztywności dedykowane są dla wysokości/rozpiętości do 3-4 m. Dla przywołanych konstrukcji jednak dyskusyjnym jest zapis w normie PN-EN 13830, warunkujący nieuwzględnianie tych elementów szklanych przy ocenie nośności, z uwagi na obciążenie od ciśnienia obciążenia wiatrem Zapis ten jednak należy w obecnej chwili tłumaczyć jako jedynie odnoszący się do płaszczyzny przeszklenia. Norma przywołana zapis ten również odnosiła do przeszkleń, jako elementów wypełniających. W końcu lat 90. ub. w. elementy szklane, jako podstawowe ustroje nośne nie były jeszcze rozpowszechnione i autorzy norm pomi-

Fot. 3. Powłoka przeszklenia z wykorzystaniem ustroju wiszącego (materiały PFEIFER)

WYDANIE SPECJALNE


Rozwój konstrukcji powłokowych fasad metalowo-szklanych

Fot. 4. Powłoka przeszklenia z wykorzystaniem ustroju kratownicy cięgnowej (materiały internetowe: Novum Structures, PFEIFER).

nęli je w rozumieniu samodzielnych konstrukcji. W chwili obecnej żebra, słupy, belki szklane są stosowane powszechnie i stosowanie się do zapisów normy dosłownie – o nieuwzględnianiu tych elementów szklanych przy analizie sztywności powłokowego ustroju fasady – przekreśla ich dalszy rozwój, który jest w tej chwili najbardziej dynamiczny. Więcej, elementy te spełniają wszystkie warunki nośności, bezpieczeństwa, ppoż. (po odpowiednim uwarunkowaniu zabezpieczeń i technologii wykonania) i ogólnobudowlane. Należy, więc odnosić się do nich jak do pełnowartościowych elementow konstrukcyjnych, traktując je jak inne elementy nośne szkieletu, z uwzględnieniem warunków nośności i sztywności w uogólnionym przypadku ustrojów metalowo-szklanych ścian powłokowych. Często jednak inwestorzy i architekci oczekują przeszkleń ścian sięgających 6-12 m, bez dodatkowych podparć. Dla takich ustrojów, dla zapewnienia im normowej sztywności, należy stosować elementy konstrukcji kratownic, blachownic otworowanych i dźwigarów o zmiennej wysokości przekroju. Są one lżejsze w stosunku do pełnościennych ustrojów walcowanych, giętych, dają wrażenie większej lekkości przeszklenia oraz większą sztywność przegrody. Takie ustroje najczęściej projektuje się w układach płaskich dźwigarów ze stężeniami (fot. 2). Szkło, jako materiał wypełniający, jest bardzo wrażliwe na ruchy termiczne, ugięcia konstrukcji w fazie sprężystej (amplitudy tych ugięć) i wzajemne przemieszczenia ustrojow płaskich konstrukcji. Przy tym typie konstrukcji konieczny jest właściwy dobór i odpowiednie rozmieszczenie ustrojów stężających tzw. konstrukcji drugorzędowej. Już samo dobranie rodzaju tężników i ściągów pociąga za sobą konsekwencje charakteru pracy całego ustroju powłokowego. Najczęściej wykorzystuje się w tych konstrukcjach cięgna z prętów pełnych, ze stali o dobrych parametrach wytrzymałościowych np. S355, S420. Takim przykładem mogą być cięgna prętowe z okuciami o specyfikacji 860 Pfeifer. Wytwarzane są ze stali S355J2G3. Każde takie stężenie powinno być wyposażone

w niezależny system umożliwiający jego rektyfikację. Dla ustrojów powłokowych, bowiem, bardzo istotnym jest uzyskanie jak największej jednorodności w rozkładzie sił wewnętrznych ustroju prętowego. Stąd wszelkie wpływy pełzania i relaksacji w prętach powinny być możliwe do niwelowania. Ustroje takie należy rektyfikować co najmniej raz w roku, poddając je kontroli co najmniej dwa razy w roku. Dla przywołanych konstrukcji w mniejszym stopniu wykorzystuje się cięgna linowe. Ten typ cięgien (linowych – wielozwitych) dla konstrukcji ustrojów powłokowych znakomicie sprawdza się w konstrukcjach wiszących i ustrojach kratownic cięgnowych. (płaskich i przestrzennych), które sięgają rozmiarów (rozpiętości) nawet do 30-40 m. Różnicą jest sposób modelowania konstrukcji. Dla modelowania ustrojów wiszących, podstawowe przeszklenie zamocowywane jest zazwyczaj na ustroju słupowo-ryglowym (fot. 3), a liny zapewniają przeniesienie sił z układu ryglowego na trzony nośne od dużej rozpiętości ustroju powłoki. Ustroje wiszące muszą mieć jednak układ stężeń w przestrzeni powłoki, zapewniający sztywność „tarczową” oraz zestaw lin, np. typ PV Pfeifer, zapewniające podwieszenie i przekazanie sił na trzon nośny budynku. W płaszczyźnie tarczowej ustroju powłoki stężenia projektuje się z niewielkim wstępnym sprężeniem, ustroje lin wiszących nie mają projektowanego, wstępnego naciągu (względy technologiczne). Ustroje te mają mankamenty związane z pracą całości układu przeszklenia przekrycia. O ile zapewnienie należytej sztywności w powłoce nie powoduje istotniejszych problemów, o tyle na stykach powłok, przeszkleń, ze szkieletem budynku, innymi fragmentami elewacji obiektu, obserwowano rozszczelnienia, lokalne nieciągłości, czy nawet pęknięcia tafli w obrębie podwieszeń. Stąd zaczęto rozważać ustroje w całości sprężane, pozwalające na większe sztywności przeszklenia. Takimi rozwiązaniami są ustroje kratownic cięgnowych,

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

płaskich i przestrzennych. Zapewniają one możliwość wykonywania przeszkleń o rozpiętościach nawet do 35-50 m. Są najlżejszymi i najbardziej filigranowymi z konstrukcji metalowych szkieletów dla obiektów fasadowych. Wymagają jednak dużej precyzji i konstrukcji lin o bardzo wysokich parametrach użytkowych. W tych konstrukcjach stosujemy najbardziej zaawansowane przekroje lin. Siły sprężające w tych układach stanowią nawet 80% nośności przekrojowej cięgien. Ustroje kratownic cięgnowych są jednak w najwyższym stopniu zależne od sztywności elementów konstrukcji budowli, na którą przenoszą siły od wstępnego sprężenia. Dedykowane dla elementów nośnych, graniczne ugięcia l/350, czy dla słupów l/500, są często niewystarczające. Podatność belek, rygli okapowych, podatność podpór na poziomie kotwień musi być ściśle dookreślona i uwzględniona w przestrzennym modelu projektowanej powłoki przez projektanta. Mniej zależnymi od zachowania się samego trzonu budowli, jego normowych przemieszczeń, są ustroje ze stalowymi słupami sprężanymi. Trzony nośne takich elementów (słupów), osiągają wysokość 25-35 m. Wstępne sprężenie linami wielouzwojonymi powoduje zwiększenie sztywności, zmniejszenie długości wyboczeniowej jednogałęziowego trzonu słupa. Siły sprężeń sięgają około 25-40% nośności przekroju liny i w całości są przekazywane na rdzeń stalowego słupa. Układ sprężanych elementów nośnych stabilizowany jest przez rygle poprzeczne, ściągi i stężenia w płaszczyźnie powłoki. Są to ustroje o większym zużyciu stali w przeliczeniu na m2 powierzchni przeszklenia niż w ustrojach kratownic cięgnowych, lecz prostota ich montażu oraz „samodzielność” w przenoszeniu oddziaływań przemawia na korzyść tych elementów, jako nośnych. Również niższy poziom sił sprężających w stosunku do przekrojów linowych powoduje mniej komplikacji przy kompensowaniu wpływów od relaksacji i pełzania w cięgnach niż w ustrojach kratownicowych. W przypadku elementów sprężanych również jednak należy pamiętać, by każde cięgno miało możliwość rektyfikacji i kontroli siły naciągu, którą należy korelować co najmniej raz do roku. dr inż. Maciej Cwyl Politechnika Warszawska Literatura Brodka J., Łubiński M., Lekkie konstrukcje stalowe. Arkady, Warszawa 1971 Cywiński Z., Hybrydowe dźwigary ze stali i szkła. „Świat Szkła” 11/2011 PN-EN 13830:2005 Ściany osłonowe. Norma wyrobu Żołtowski W., Cwyl M., Metody inżynierskich obliczeń konstrukcji ze stopów aluminiowych, na bazie konstrukcji fasad słupowo-ryglowych. „Murator PLUS”, 2003.

3


Robert Geryło

Komfort cieplny w budynkach według nowych przepisów W wymaganiach technicznych zagadnienie komfortu cieplnego ściśle wiąże się z ochroną cieplną budynków i racjonalizacją ich zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia. Podstawowe warunki techniczne z zakresu ochrony cieplnej według aktualnych przepisów technicznych [1] dotyczą: 1. ograniczenia strat ciepła w sezonie ogrzewania poprzez określenie maksymalnych dopuszczalnych wartości współczynników przenikania ciepła przegród, 2. zabezpieczenia przed nadmiernymi słonecznymi zyskami ciepła w okresie letnim poprzez określenie maksymalnej dopuszczalnej w tym okresie przepuszczalności energii promieniowania słonecznego okien oraz przegród szklanych i przezroczystych.

Znormalizowana metodyka oceny komfortu w budynkach Spełnienie powyższych wymagań jest warunkiem koniecznym do uzyskania racjonalnie niskiego zapotrzebowania na energię oraz zabezpieczenia przed przegrzewaniem pomieszczeń w okresie letnim, tym samym do zapewnienia komfortu cieplnego w budynkach, przy nieprzekroczeniu wymaganego poziomu charakterystyki energetycznej. Warunki i parametry komfortu cieplnego w budynkach nie są regulowane bezpośrednio w przepisach technicznych, podlegają natomiast aktualnym normom PN-EN lub PN-EN ISO. Zgodnie z PN-EN 15251 [2] celem badań komfortu cieplnego w budynku jest ocena warunków eksploatacyjnych w pomieszczeniach, w tym sprawdzenie założeń przyjętych w celu określenia jego charakterystyki energetycznej oraz sformułowanie ewentualnych zaleceń dotyczących działania instalacji ogrzewania i chłodzenia w ramach ich inspekcji. Zgodnie z PN-EN ISO 7730 [3] wynik oceny komfortu cieplnego zależy od temperatury powietrza i średniej temperatury promieniowania i ich zróżnicowania w pomieszczeniu, a dodatkowy wpływ ma prędkość przepływu i zawartość pary wodnej w powietrzu. Pomiary inspekcyjne prowadzi się w ramach wielodniowego monitoringu, w sezonie ogrzewania w okresie charakteryzującym się temperaturą nie wyższą niż średnia wartość dla trzech najzimniejszych miesięcy w roku, a w sezonie chłodzenia w okresie charakteryzującym się temperaturą nie niższą niż średnia wartość dla trzech najcieplejszych miesięcy

4

w roku, przy bezchmurnym niebie. Pomiary powinny być przeprowadzane w czasie normalnego użytkowania pomieszczeń. Miejsca pomiarów oraz wyposażenie pomiarowe powinny być zgodne z PN-EN ISO 7726 [4]. Zakres oceny komfortu cieplnego w określonych warunkach w pomieszczeniach obejmuje określenie wartości wskaźników PPD przewidywanego procentu niezadowolonych oraz wskaźników PD procentu niezadowolonych z powodu miejscowego dyskomfortu cieplnego.

Wymagania ochrony cieplnej według nowych przepisów Izolacyjność cieplna Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dn. 5 lipca 2013 r., zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], wprowadziło znaczące zmiany w wymaganiach dotyczących oszczędności energii i izolacyjności cieplnej, polegające na stopniowym zaostrzaniu przepisów w latach 2014-2021. Kierunek i zakres zmian wyznaczyły postanowienia Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE, z dn. 19 maja 2010 r., w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, która wymaga m.in. od krajów UE, aby w terminach określonych w dyrektywie, wprowadziły niemal zero-energetyczny standard nowych budynków oraz dostosowywały wymagania energetyczne do poziomu optymalnego z uwagi na łączne

koszty inwestycyjne i eksploatacyjne wynikające z wykorzystania energii w budynkach. Zgodnie z dyrektywą budynki o niemal zerowym wykorzystaniu energii powinny charakteryzować się jej małym zapotrzebowaniem, które powinno być zaspokojone w wysokim stopniu ze źródeł odnawialnych. Krajowe definicje takich budynków powinny określać liczbowy wskaźnik zapotrzebowania na energię pierwotną, wyrażony w kWh/m2rok. W warunkach technicznych [1] podano maksymalne dopuszczalne wartości wskaźnika EP, który określa roczne obliczeniowe zapotrzebowanie budynku na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia. Z uwagi na wymogi podane w dyrektywie, określono dopuszczalne wartości tego wskaźnika, które będą wprowadzane kolejno od 1 stycznia 2014 r., 2017 r., i 2019 r. w odniesieniu do budynków zajmowanych przez władze publiczne oraz będących ich własnością oraz od 1 stycznia 2021 r. w odniesieniu do pozostałych nowych budynków. Podane w rozporządzeniu wymaganie podstawowe stanowi, że budynki i jego instalacje ogrzewcze, wentylacyjne, klimatyzacyjne, ciepłej wody użytkowej, a w przypadku budynków użyteczności publicznej, zamieszkania zbiorowego, produkcyjnych, gospodarczych i magazynowych – również oświetlenia wbudowanego, powinny być zaprojektowane i wykonane w sposób zapewniający spełnienie następujących warunków technicznych: 1. Wartość wskaźnika EP rocznego zapotrzebowania budynku na nieodnawialną ener-

Tablica 1a. Wymagania w odniesieniu do zapotrzebowania budynków na energię obowiązujące od 1 stycznia 2014 r.

WYDANIE SPECJALNE


Komfort cieplny w budynkach według nowych przepisów gię pierwotną w kWh/(m2・rok) jest mniejsza od dopuszczalnych wartości maksymalnych. 2. Przegrody oraz wyposażenie techniczne budynku odpowiadają wymaganiom izolacyjności cieplnej.

Tablica 1b. Wymagania w odniesieniu do zapotrzebowania budynków na energię obowiązujące od 1 stycznia 2017 r.

Na spełnienie pierwszej części wymagania wpływ mają zarówno rozwiązania architektoniczne: usytuowanie budynku, bryła, rozmieszczenie pomieszczeń; jak i rozwiązania techniczne, konstrukcyjne i instalacyjne. Istotny wpływ na wartość zapotrzebowania budynku na nieodnawialną energię pierwotną ma również rodzaj zastosowanego źródła lub źródeł energii. Wymagane wartości wskaźnika EP podano w tablicach 1 a, b, c. Druga część wymagania odnosi się bezpośrednio do poszczególnych przegród budynków oraz właściwości cieplnych wyrobów budowlanych, stanowiących kompletne przegrody budynku, w odniesieniu do których określa się wartość współczynnika przenikania ciepła. Zgodnie z europejskimi normami wyrobów są to np. okna, w tym połaciowe, drzwi zewnętrzne, ściany osłonowe, ścienne i dachowe samonośne, izolacyjne płyty warstwowe z dwustronną okładziną metalową. Wymaganie dotyczy również elementów murowych, które stosuje się w ścianach wewnętrznych, przy różnicy temperatury większej niż 8oC, w ścianach oddzielających pomieszczenie ogrzewane od nieogrzewanego, od klatek schodowych i korytarzy, oraz w ścianach przyległych do szczelin dylatacyjnych. Dopuszczalne wartości współczynników przenikania ciepła podano w tablicy 2. Decydujące znaczenie dla spełnienia wymagań izolacyjności cieplnej przegród nieprzezroczystych ma zastosowanie materiałów izolacyjnych o dużym oporze cieplnym. Z uwagi na potrzebę ograniczenia grubości warstwy izolacyjnej zwiększa się rola materiałów o niższych wartościach współczynnika przewodzenia ciepła zarówno w grupie tradycyjnych, najbardziej dostępnych wyrobów do izolacji cieplnej, np. wełny mineralnej i styropianu, jak i nowych technologii, np. opartych na bazie aerożeli krzemionkowych. W przypadku okien, drzwi balkonowych i nieotwieralnych powierzchni przezroczystych stanowiących części obudowy budynków, istotne jest zarówno zastosowanie oszkleń o wysokiej izolacyjności cieplnej, jak i elementów konstrukcyjnych tych przegród (ram). Dodatkowo, w warunkach technicznych zawarto wymagania odnoszące się do innych, istotnych z uwagi na efektywność energetyczną budynków, szczegółowych zagadnień dotyczących elementów instalacji wentylacji, chłodzenia, ograniczenia powierzchni okien o współczynniku przenikania ciepła powyżej 0,9 W/(m2K) oraz zaleceń w odniesieniu do szczelności powietrznej obudowy.

Tablica 1c. Wymagania w odniesieniu do zapotrzebowania budynków na energię obowiązujące od 1 stycznia

Ochrona przed przegrzewaniem w okresie letnim Budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby ograniczyć ryzyko przegrzewania budynku w okresie letnim. Wymaganie to uznaje się za spełnione, jeżeli okna oraz inne przegrody przeszklone i przezroczyste, narażone na promieniowanie słoneczne w zależności od swojego usytuowania względem kierunków geograficznych i braku zacienienia, spełniają kryterium ograniczenia dopuszczalnej przepuszczalności energii całkowitej tego promieniowania. Dodatkowe ograniczenie przepuszczalności energii promieniowania słonecznego przegród przezroczystych może być konieczne w celu uzyskania racjonalnie niskiego zapotrzebowania na energię do chłodzenia pomieszczeń. Wymagania według powyższego kryterium nie stosuje się w odniesieniu do powierzchni pionowych oraz powierzchni nachylonych więcej niż 60o do poziomu, skierowanych w kierunkach pomiędzy północno-zachodnim a północnowschodnim, okien chronionych przed promienio-

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

waniem słonecznym elementem zacieniającym, spełniającym ww. wymaganie oraz małych okien o powierzchni poniżej 0,5 m2. Na spełnienie wymagania wpływ ma przepuszczalność energii promieniowania słonecznego zastosowanego oszklenia oraz jego redukcja, wynikająca z zastosowania urządzeń ochrony przeciwsłonecznej (np. rolet, żaluzji, zasłon, itp.). Zastosowanie takich urządzeń i właściwy dobór ich właściwości związanych z promieniowaniem słonecznym pozwala na ograniczenie przegrzewania pomieszczeń i zmniejszenie zapotrzebowania na energię do chłodzenia w okresie letnim, przy jednoczesnym zachowaniu możliwości wykorzystania zysków słonecznych w okresie ogrzewania. W warunkach technicznych wymaga się, aby spełnione było następujące kryterium: gn · fc ≤ 0,35 w którym: gn – współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego oszklenia, przyjmowane na podstawie deklara-

5


Robert Geryło cji właściwości użytkowych lub według warunków technicznych przy braku takiej deklaracji. fc – współczynnik redukcji promieniowania przez urządzenie przeciwsłoneczne – wartości określono w warunkach technicznych.

Tablica 2. Wymagania w odniesieniu do izolacyjności cieplnej przegród

Na wykresie na rys. 1. określono minimalne wartości redukcji niezbędne do spełnienia wymagania ochrony przed przegrzewaniem, w zależności od całkowitej przepuszczalności promieniowania oszklenia. W tablicy 3 podano wybrane przykłady konfiguracji rozwiązań technicznych uwzględnionych w tablicach zamieszczonych w warunkach technicznych, które spełniają to wymaganie. Zastosowanie określonego rodzaju osłony przed promieniowaniem słonecznym po stronie zewnętrznej oszklenia jest bardziej skuteczne niż od strony wewnętrznej.

Wpływ zastosowania osłon na właściwości cieplne przegród przezroczystych Zastosowanie osłon przegród przezroczystych umożliwia uzyskanie dodatkowego oporu cieplnego zmniejszającego straty ciepła w okresie ogrzewania oraz redukcję całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego przegrody w okresie letnim. Zgodnie z PN-EN ISO 10077-1 [5] żaluzja po zewnętrznej stronie okna wprowadza dodatkowy opór cieplny, który zależy od izolacyjności cieplnej żaluzji i warstwy powietrza między żaluzją a oknem. Na rys. 2 zamieszczono wykresy wartości współczynnika przenikania ciepła okien z żaluzjami o rożnych wartościach dodatkowego oporu cieplnego, od 0,1 do 0,3 m2・K/W. Największe wartości uzyskują żaluzje z tworzywa sztucznego z wypełnieniem pianką termoizolacyjną i grube żaluzje drewniane, o dużej szczelności powietrznej (strumień powietrza 10 m3/(h×m2) przy różnicy ciśnienia 10 Pa). Zgodnie z PN-EN 13363-1 [6] całkowita przepuszczalność promieniowania słonecznego okna z zewnętrzną osłoną przeciwsłoneczną określa się według następującego wzoru:

w którym: Ug – współczynnik przenikania ciepła oszklenia, g – współczynnik przepuszczania promieniowania słonecznego oszklenia, τ – współczynnik przepuszczania promieniowania słonecznego urządzenia osłony przeciwsłonecznej, ρ – współczynnik odbicia promieniowania słonecznego urządzenia osłony przeciwsłonecznej.

6

Teoretycznie rzecz biorąc, zerową przepuszczalność przegrody uzyskuje się w przypadku osłony całkowicie nieprzepuszczalnej i całkowicie odbijającej promieniowanie słoneczne. Wartości współczynników urządzeń osłony przeciwsłonecznej według ww. normy podano w tablicy 4.

Podsumowanie zmian wymagań w zakresie przegród przeszklonych i urządzeń ochrony przeciwsłonecznej Spełnienie nowych, zwiększonych wymagań technicznych związanych z ochroną cieplną budynków i racjonalizacją ich zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia,

które będą wprowadzane w Polsce w latach 2014-2021, będzie wymagało stosowania rozwiązań technicznych przegród i wyrobów budowlanych o znacznie lepszych niż obecnie właściwościach cieplnych. Dotyczy to szczególnie okien, drzwi balkonowych i nieotwieralnych powierzchni przezroczystych w obudowie, których właściwości techniczne mają znaczący wpływ na zapewnienie komfortu cieplnego w budynkach zarówno w okresie ogrzewania, jak i okresie letnim. Z uwagi na zwiększone wymagania w zakresie ochrony przed przegrzewaniem oraz dotyczące wykorzystania energii do chłodzenia pomieszczeń w budynkach wyposażonych taką instalację, okna oraz przegrody szklane i prze-

WYDANIE SPECJALNE


Komfort cieplny w budynkach według nowych przepisów

Rys.1. Minimalne wartości redukcji konieczne do spełnienia wymagania w zależności od całkowitej przepuszczalności promieniowania oszklenia

Rys. 2. Wartości współczynnika przenikania ciepła okien z żaluzjami o różnych wartościach dodatkowego oporu cieplnego.

Tablica 3. Wybrane przykłady konfiguracji rozwiązań technicznych uwzględnionych w tablicach zamieszczonych w warunkach technicznych, które spełniają wymaganie ochrony przed przegrzewaniem w okresie letnim

energetycznej budynków obejmującej sezony ogrzewania i chłodzenia. Poza podanymi w warunkach technicznych wyłączeniami stosowania wymagania dotyczącego ochrony przed przegrzewaniem w okresie letnim brak urządzeń ochrony przeciwsłonecznej możliwy jest przy zastosowaniu oszklenia o bardzo niskiej przepuszczalności całkowitej promieniowania słonecznego lub, w przypadku okien chronionych przed promieniowaniem elementem zacieniającym, w stopniu umożliwiającym spełnienie tego wymagania, co wymaga przeprowadzenia indywidualnej analizy konkretnego budynku. dr inż. Robert Geryło Instytut Techniki Budowlanej

w celu zwiększenia całkowitej izolacyjności cieplnej przegród przezroczystych w godzinach nocnych, w okresie ogrzewania. Korzyści ich stosowania powinno się uwzględniać w obliczeniach charakterystyki

Bibliografia [1] Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. RP z dnia 13 sierpnia 2013 r. Poz. 926. [2] PN-EN 15251:2012P Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego dotyczące projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków, obejmujące jakość powietrza wewnętrznego, środowisko cieplne, oświetlenie i akustykę [3] PN-EN ISO 7730:2006E Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego [4] PN-EN ISO 7726:2002E Ergonomia środowiska termicznego. Przyrządy do pomiaru wielkości fizycznych [5] PN-EN ISO 10077-1:2007P Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część 1: Postanowienia ogólne [6] PN-EN 13363-1+A1:2010P Urządzenia ochrony przeciwsłonecznej połączone z oszkleniem. Obliczanie współczynnika przenikania promieniowania słonecznego i światła. Część 1: Metoda uproszczona

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

7

Tablica 4. Wartości współczynników przepuszczania i odbicia promieniowania słonecznego urządzeń osłony przeciwsłonecznej

zroczyste we wszystkich rodzajach budynków w wielu przypadkach będą wymagały zastosowania urządzeń przeciwsłonecznych. Stosowanie określonych typów osłon stwarza dodatkowo możliwość ich wykorzystania


Robert Geryło

Współdziałanie przegród przeziernych i osłon przeciwsłonecznych w zapewnieniu komfortu cieplnego Zapewnienie komfortu cieplnego, czyli uzyskanie przez osoby użytkujące pomieszczenia akceptacji panujących w nich warunków cieplnych, jest jedną z podstawowych potrzeb do spełnienia zarówno w budynkach nowych, jak i istniejących. W polskich przepisach technicznych nie stawia się bezpośrednich warunków odnoszących się do komfortu cieplnego, natomiast zagadnienie to podlega aktualnym polskim normom PN-EN i PN-EN ISO. W ocenie komfortu cieplnego najczęściej stosuje się normowy (PN-EN ISO 7730) wskaźnik PMV, którego wartość zawiera się w przedziale od: – 3 (zimno) do + 3 (gorąco). Wartość PMV można określić na podstawie wartości: temperatury powietrza, średniej temperatury promieniowania, prędkości przepływu powietrza, wilgotności powietrza oraz aktywności fizycznej i ubrania osób znajdujących się w pomieszczeniach. Na podstawie wartości PMV ustala się wartość PPD, czyli wielkość przewidywanego udziału (odsetka) osób niezadowolonych. Zależność między wartościami wskaźnika PMV a PPD pokazano na rys. 1. Wielkości PMV i PPD dotyczą ogólnej oceny komfortu cieplnego w określonych warunkach temperatury powietrza i średniej temperatury przegród oraz prędkości przepływu i wilgotności powietrza. Dyskomfort może również być wywołany przez jeden z wymienionych czynników, np. przepływ powietrza (przeciąg) oraz zbyt niską lub zbyt

wysoką temperaturę powierzchni jednej z przegród: podłogi, sufitu oraz ścian (w tym okien). W PN-EN 15251 warunki użytkowania dzieli się na trzy dopuszczalne w budynkach kategorie (tablica 1): • wyższą I kategorię, która odpowiada zwiększonym wymaganiom, np. z uwagi na przewidywaną obecność użytkowników szczególnie wrażliwych (dzieci, osoby starsze); • podstawową II kategorię, odnoszącej się wymagań dla nowych budynków lub modernizacji istniejących; • niższą III kategorię, obejmującej najgorsze akceptowalne warunki w istniejących budynkach, które nie były poddane modernizacji. Szczególne znaczenie w zapewnieniu odpowiedniego komfortu cieplnego w pomieszczeniach nowoczesnych budynków energooszczędnych mają przegrody przezroczyste i osłony przeciwsłoneczne. Wynika to z zasady stosowanej przez inwestorów i projektantów, że takie

Rys. 1. Wartość przewidywanego udziału (odsetka) osób niezadowolonych w zależności od wskaźnika PMV

8

Tablica 1

budynki sytuuje się na działkach z największym dostępem do bezpośredniego promieniowania słonecznego, a elewacja budynku skierowana w kierunkach: od SE - azymut 135 stopni do SW – azymut 225 stopni, powinna mieć możliwie największą powierzchnię. Na takiej elewacji stosuje się głównie przegrody przezroczyste – duże okna, drzwi przeszklone, ściany szkieletowe o konstrukcji słupowo- ryglowej wypełnionej oszkleniami. Wówczas możliwe staje się maksymalne wykorzystanie słonecznych zysków ciepła w sezonie ogrzewania. W okresie letnim niezacienione, duże przegrody przeszklone, do których dociera bezpośrednie promieniowanie słoneczne wymagają zastosowania osłony przeciwsłonecznej. Jej brak przyczynia się do występowania przegrzewania pomieszczeń i nadmiernego zapotrzebowania na energię do chłodzenia w budynkach wyposażonych w taki system techniczny. Osłonę przeciwsłoneczną mogą zapewnić np. urządzenia, takie jak: • rolety i zasłony (osłony podnoszone lub opuszczane wzdłuż oszklenia), • żaluzje (osłona jw. ale składająca się z listewek o regulowanym kącie nachylenia), • markizy (zwykle składane zadaszenia umieszczane nad oknami). Dodatkową korzyścią wyposażenia budynku w osłony opuszczane wzdłuż oszkleń jest to, że w sezonie ogrzewania w czasie ich zastosowania w godzinach nocnych osłony umożliwiają uzyskanie dodatkowego oporu cieplnego. Największą izolacyjnością cieplną charakteryzują się osłony o dużej szczelności na przenikanie powietrza (strumień powietrza 10 m3/(h·m2) przy różnicy ciśnienia 10 Pa),

WYDANIE SPECJALNE


Współdziałanie przegród przeziernych i osłon przeciwsłonecznych w zapewnieniu...

Rys. 2. Wartości współczynnika przenikania ciepła okien z żaluzjami o różnych wartościach dodatkowego oporu cieplnego

Rys. 3. Ilustracja zasady, że im większa pojemność cieplna przegród przypadająca na jednostkę powierzchni pomieszczenia, tym większe mogą być powierzchnie przegród przezroczystych bez zwiększenia ryzyka przegrzewania. Na osi pionowej iloczyn udziału przegrody przezroczystej w powierzchni obudowy i całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego przegrody przezroczystej oraz urządzenia ochrony przeciwsłonecznej. Na osi poziomej iloraz powierzchni przegrody przezroczystej i powierzchni przegród akumulujących ciepło

wykonane z kształtowników, np. z tworzywa sztucznego z rdzeniem z materiału termoizolacyjnego. Zgodnie z PN-EN ISO 10077-1 osłona po zewnętrznej stronie okna wprowadza dodatkowy opór cieplny, który zależy od izolacyjności cieplnej żaluzji i warstwy powietrza między żaluzją a oknem Na rys. 2 zamieszczono wykresy wartości współczynnika przenikania ciepła okien z żaluzjami o różnych wartościach dodatkowego oporu cieplnego od 0,1 do 0,3 m2·K/W. Największe wartości uzyskują żaluzje z tworzywa sztucznego z wypełnieniem pianką termoizolacyjną i grube żaluzje drewniane, o dużej szczelności powietrznej Efekt współdziałania przegród przezroczystych i osłon przeciwsłonecznych w zapewnieniu odpowiedniego komfortu cieplnego wewnątrz pomieszczeń zależy od użytecznej pojemności cieplnej budynku. Na rys. 3 zilustrowano zasadę, że im większą zastosuje się pojemność cieplną przegród, przypadającą na jednostkę powierzchni pomieszczenia, tym większe mogą być powierzchnie przegród przezroczystych bez zwiększenia ryzyka przegrzewania. W indywidualnych przypadkach możliwe jest dokładne określenie ilościowe tego efektu po przeprowadzeniu obliczeń symulacyjnych. Przykładowe obliczenia wpływu pojemności cieplnej przy różnej wielkości przegród przezroczystych wykonano programem PCM express (http:// www.valentin-software.com). Obliczenia przeprowadzono w odniesieniu do naturalnie wentylowanego pomieszczenia o powierzchni 20 m2 i wysokości 3 m, z dwiema ścianami zewnętrznymi (elewacja południowa i wschodnia). W ścianach zastosowano okna stanowiące 40% lub 60% powierzchni (2 warianty), charakteryzujące się współczynnikiem przepuszczalności promieniowania słonecznego 0.62 i współczynnikiem przenikania ciepła 1,2 W/(m2·K). Warianty obliczeń obejmują zastosowanie lub brak warstwy wewnętrznej przegród, zawierającej materiał zwiększający pojemność cieplną (materiał zmiennofazowy). Wyniki przykładowych obliczeń pokazano na rys. 4 i 5.

Tablica 2.

W tablicy 2 określono częstość występowania temperatury w zakresie od 21°C do 26°C oraz powyżej 26°C w ww. wariantach obliczeniowych. Większe powierzchnie okien zwiększają częstość występowania wyższych wartości temperatury. Zastosowanie przegród wewnętrznych o większej pojemności cieplnej zmniejsza częstość występowania wyższych wartości temperatury w pomieszczeniu. W przepisach technicznych dotyczących ochrony przed przegrzewaniem w okresie letnim wymaganie ograniczone jest do kryterium maksymalnej dopuszczalnej wartości całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego oszklenia z uwzględnieniem wpływu zastosowania osłony przeciwsłonecznej.

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

9


Robert Geryło Zgodnie z aktualnymi przepisami technicznymi budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby ograniczyć ryzyko przegrzewania budynku w okresie letnim. Wymaganie to uznaje się za spełnione, jeżeli okna oraz inne przegrody przeszklone i przezroczyste, narażone na promieniowanie słoneczne w zależności od swojego usytuowania względem kierunków geograficznych i braku zacienienia, spełniają kryterium ograniczenia dopuszczalnej przepuszczalności energii całkowitej tego promieniowania. W celu uzyskania racjonalnie niskiego zapotrzebowania na energię do chłodzenia pomieszczeń może być konieczne dodatkowe ograniczenie przepuszczalności energii promieniowania słonecznego. Wymagania według powyższego kryterium nie stosuje się w odniesieniu do powierzchni pionowych oraz powierzchni nachylonych więcej niż 60 stopni do poziomu, skierowanych w kierunkach pomiędzy północno-zachodnim a północno- wschodnim, okien chronionych przed promieniowaniem słonecznym elementem zacieniającym, spełniającym ww. wymaganie oraz małych okien o powierzchni poniżej 0,5 m2. W przepisach technicznych wymaga się, aby spełnione było następujące kryterium: gn · fc ≤ 0,35

Rys. 4. Wartości temperatury w pomieszczeniu w ciągu roku – u góry okna stanowiące 40% powierzchni ścian, na dole 60%. Kolor brązowy – bez warstwy materiału zmiennofazowego (PCM) zwiększającego pojemność cieplną, kolor niebieski z warstwą materiału zmiennofazowego

w którym: gn – współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego oszklenia, przyjmowany na podstawie deklaracji właściwości użytkowych lub według warunków technicznych przy braku takiej deklaracji. fc – współczynnik redukcji promieniowania przez urządzenie przeciwsłoneczne – w warunkach technicznych uwzględniono wartości dla białych żaluzji o lamelach nastawnych oraz zasłon białych, kolorowych i z powłoką aluminiową, które mogą być zastosowane jako osłona wewnętrzna lub zewnętrzna. Na wykresie na rys. 6. określono minimalne wartości redukcji niezbędne do spełnienia wymagania ochrony przed przegrzewaniem w zależności od całkowitej przepuszczalności promieniowania oszklenia. Wartość całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego oszklenia z osłoną przeciwsłoneczną można obliczyć zgodnie z PN-EN 13363-1. Do obliczeń niezbędne jest przyjęcie następujących wielkości: • współczynnik przenikania ciepła oszklenia Ug, • współczynnik przepuszczalności promieniowania • słonecznego oszklenia g, • współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego osłony przeciwsłonecznej τ (tablica 3),

10

Rys. 5. Rozkład częstości występowania wartości temperatury w pomieszczeniu w ciągu roku – u góry okna stanowiące 40% powierzchni ścian, na dole 60%. Kolor brązowy – bez warstwy materiału zmiennofazowego (PCM) zwiększającego pojemność cieplną, kolor niebieski z warstwą materiału zmiennofazowego

WYDANIE SPECJALNE


Współdziałanie przegród przeziernych i osłon przeciwsłonecznych w zapewnieniu... •

współczynnik odbicia promieniowania słonecznego osłony przeciwsłonecznej ρ (tablica 3).

W przypadku najbardziej korzystnego usytuowania osłony przeciwsłonecznej po stronie zewnętrznej oszklenia wartości całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego oszklenia z osłoną przeciwsłoneczną oblicza się według wzoru:

Rys. 6. Minimalne wartości redukcji konieczne do spełnienia wymagania w zależności od całkowitej przepuszczalności promieniowania oszklenia Tablica 3. Wartości współczynników przepuszczania i odbicia promieniowania słonecznego osłony przeciwsłonecznej

Teoretycznie rzecz biorąc zerową przepuszczalność przegrody uzyskuje się w przypadku osłony całkowicie nieprzepuszczalnej i całkowicie odbijającej promieniowanie słoneczne. Na rys. 7 podano wartości współczynnika redukcji promieniowania słonecznego, w zależności od wartości współczynników przepuszczalności i odbicia promieniowania słonecznego ochrony przeciwsłonecznej, w dwóch wariantach usytuowania osłony po stronie zewnętrznej i wewnętrznej. Obliczenia wykonano dla oszklenia o współczynniku przepuszczalności promieniowania słonecznego równym 0.67 i współczynniku przenikania ciepła równym 1,1 W/(m2·K). Jak wynika z podanych informacji i wymagań współdziałanie parametrów przegród przezroczystych i osłon przeciwsłonecznych ma istotne znaczenie w zapewnieniu komfortu cieplnego w pomieszczeniach. Im niższa pojemność cieplna budynku tym większy wpływ na stabilność warunków cieplnych ma dynamika wymiany ciepła przez przegrody przezroczyste, w szczególności im większa jest ich powierzchnia. Z tego powodu w kolejnym artykule przedstawione zostaną wyniki badań rzeczywistego strumienia ciepła przepływającego przez oszklenia. dr inż. Robert Geryło Instytut Techniki Budowlanej

Rys. 7. Wartości współczynnika redukcji promieniowania słonecznego (na osi Y), w zależności od wartości współczynnika przepuszczalności promieniowania słonecznego urządzenia ochrony przeciwsłonecznej (na osi X) oraz współczynnika odbicia (podane w legendzie do wykresu), w dwóch wariantach usytuowania urządzenia po stronie zewnętrznej oszklenia i od wewnątrz (oszklenie o współczynniku przepuszczalności promieniowania słonecznego 0.67 i współczynniku przenikania ciepła 1,1 W/(m2·K))

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

11


Katarzyna Oleksowicz

ACTIV’HOME Bubendorff – rolety z ruchomymi lamelami Systemy osłon przeciwsłonecznych stają się często integralnym elementem szklanych fasad i elewacji budynków. Pełnią one zarówno funkcje użytkowe, w zakresie kształtowania komfortowych warunków środowiska wewnętrznego, jak i estetyczne – wpływając na wygląd budynku. Miejsce montażu osłon przeciwsłonecznych – po zewnętrznej, lub wewnętrznej stronie elewacji – w zasadniczy sposób wpływa na ich skuteczność. Zdecydowanie najkorzystniejsze są systemy zewnętrzne, gdyż znacząco obniżają ilość promieniowania cieplnego, ułatwiając w ten sposób utrzymanie właściwej temperatury w pomieszczeniach. Rolety zewnętrzne stosowane przy dużych przeszkleniach ograniczają bezpośrednie działanie promieniowania słonecznego na wnętrze budynku, a także stanowią element dekoracyjno-funkcjonalny jego elewacji. Inteligentne rolety ACTIV’HOME francuskiej firmy Bubendorff zostały tak zaprojektowane, aby spełniać wymogi estetyczne współczesnych projektów fasad i elewacji. ACTIV’HOME posiadają ruchome lamele, łącząc tym samym funkcje rolety i żaluzji fasadowej. Lamele ACTIV’HOME są zamontowane na łańcuchach ukrytych w bocznych prowadnicach, co daje możliwość płynnego i precyzyjnego podnoszenia, opuszczania i zmiany kąta ustawienia lameli. Możliwość zmiany kąta nachylenia lameli pozwala na regulacje dostępu światła i ciepła do wnętrza pomieszczeń, a także, co nie mniej istotne, chroni prywatność mieszkańców. Dzięki współpracy ze stacją pogodową i zegarem, lamele mogą automatycznie reagować na zmieniające się warunki atmosferyczne, czy też porę dnia. Jest to jedyne tego typu rozwiązanie techniczne dostępne aktualnie na polskim rynku, które jest doskonała alternatywą dla żaluzji fasadowych, okiennic czy shutterów.

12

Ruchome lamele dają możliwość ochrony domowej prywatności, zachowując jednocześnie dostęp do widoku na zewnątrz. Skrzynka rolety ACTIV’HOME może być zasłonięta elewacją (wówczas montaż żaluzji powinien być uwzględniony w projekcie elewacji) lub pozostać widoczna w przypadku montażu we wnęce okiennej. Rolety pokryte są farbą odporną na działanie warunków atmosferycznych i są dostępne w kolorach wg palety RAL. System sterowania żaluzjami wspomaga regulację temperatury w pomieszczeniu, utrzymując izolację termiczną niezależnie od zewnętrznych warunków pogodowych zarówno latem jak i zimą. Rolety zewnętrzne ACTIV’HOME doskonale współpracują z systemami „Inteligentnego domu”. Sterowanie i zarządzanie może odbywać się za pomocą pilota, telefonu, tabletu, zegara czy stacji pogodowej. Rolety zewnętrzne ACTIV’HOME Bubendorff z ruchomymi lamelami charakteryzują się: • zwiększoną termoizolacyjnością, • 7-letnią gwarancją na wszystkie części,

WYDANIE SPECJALNE


ACTIVE’HOME Bubendorff – rolety z ruchomymi lamelami • • •

• • •

zapewniają prywatność i jednocześnie dostęp do widoku na zewnątrz, stanowią dobrą izolację akustyczną, dają możliwość wentylacji pomieszczenia z zachowaniem funkcji antywłamaniowej,

• •

wyposażone są w elektryczny silnik ze zmienną prędkością produkcji Bubendorff, sterowanie radiowe, zdalne, grupowe i centralne, konstrukcja odporna na działanie niekorzystnych warunków atmosferycznych w tym silnego wiatru.

Rolety ACTIV’HOME z ruchomymi lamelami to unikalne rozwiązanie generujące oszczędności w ogrzewaniu i schładzaniu domu, poprawiające jednocześnie bezpieczeństwo i komfort mieszkańców. Firma Bubendorff oferuje produkty wysokiej jakości i unikatowe rozwiązania sprawdzone na rynkach budowlanych w wielu krajach świata. W swojej ofercie posiada również unikalne rolety dachowe do dużych przeszkleń dachowych ROLAX a także rolety z panelem fotowoltaicznym ID2 SOLAR, nie wymagające zasilania prądowego. znacznie ograniczają straty ciepła, obniżają koszty klimatyzowania pomieszczeń poprzez zmniejszenie współczynnika nasłonecznienia,

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

Katarzyna Oleksowicz www.inteligentny-budynek.pl www.inteligentne-rolety.pl

13


Elżbieta Żelazowska

Emisyjność a szkła powlekane niskoemisyjne W związku ze stałym rozwojem metod powlekania oraz poszerzaniem potencjalnych możliwości zastosowań, szkła z powłokami stanowią powszechnie stosowane elementy oszkleń, układów optycznych, optoelektronicznych i wielu innych. Oszklenia jako elementy budowlane mają istotny wpływ na energooszczędność budynków. Dostarczają naturalnego oświetlenia i mogą przepuszczać energię cieplną promieniowania słonecznego, przyczyniając się do poprawy bilansu energetycznego budynku, lecz mogą być też powodem znacznych strat energii cieplnej z wnętrza budynku do otoczenia. Zastosowanie powłok o odpowiednich właściwościach, tj. niskoemisyjnych i/lub niskoemisyjnych z funkcją biernego wykorzystania energii cieplnej promieniowania słonecznego pozwala skutecznie chronić wnętrza budynków przed wypromieniowaniem ciepła w stronę chłodniejszego otoczenia. Szkła z powłokami niskoemisyjnymi, oprócz budownictwa, mają też wiele innych zastosowań, m.in. w motoryzacji (szyby antymgielne, antyoblodzeniowe, grzejne i poprawiające komfort termiczny), w przemyśle rolnym (cieplarnie), w zaawansowanych oszkleniach oraz urządzeniach elektronicznych, optoelektronicznych i fotowoltaicznych. Szkła z powłokami, podział i kryteria oceny Szkła powlekane dla zastosowań w budownictwie najczęściej ogólnie dzieli się na: • Szkła o działaniu przeciwsłonecznym (solar control) z powłokami z materiałów refleksyjnych, takich jak metale i ich stopy oraz związki metali, w przeważającej mierze tlenki, nanoszonymi głownie metodami chemicznymi, takimi jak metoda pirolizy, chemicznego powlekania z fazy pary (Chemical Vapour Deposition, CVD) oraz metodą rozpylania magnetronowego. Właściwości przeciwsłoneczne i ograniczenie jaskrawości światła przepuszczanego przez szkło z tego rodzaju powłokami wynikają ze zwiększonego odbicia i/lub absorpcji promieniowania z zakresu widzialnego (VIS) i bliskiej podczerwieni (NIR). Efekt przeciwsłoneczny może być wzmocniony przez zastosowanie szkła absorpcyjnego barwnego jako podłoża. Emisyjność tego rodzaju szkieł z powłokami pozostaje nie zmieniona lub tylko w niewielkim stopniu obniżona w stosunku do szkła bez powłoki. • Szkła z powłokami niskoemisyjnymi o zdolności odbijania promieniowania podczerwonego (IR) i przez to ograniczania przepływu energii cieplnej przez wypełnioną powietrzem lub odpowiednim gazem przestrzeń w oszkleniu termoizolacyjnym o charakterze szyby zespolonej. Powłoki tego rodzaju określa się jako „Low-E”; często ich dodatkową funkcją jest przepuszczanie (bierne wykorzystanie) energii cieplnej promieniowania słonecznego. Najczęściej stosowane są w wersji neutralnej o wysokiej przepuszczalności promie-

14

niowania widzialnego. Dodatkowe właściwości przeciwsłoneczne i barwę w świetle przechodzącym można uzyskać przez naniesienie powłok niskoemisyjnych na szkła absorpcyjne zabarwione w masie. Wykorzystuje się przy tym addytywność właściwości optycznych powłok cienkowarstwowych i podłoża szklanego. W przypadku powłok niskoemisyjnych, im niższy jest współczynnik emisyjności tym większa jest izolacyjność termiczna oszklenia zawierającego szkło z tego rodzaju powłoką. Metody otrzymywania i emisyjność tego rodzaju szkieł silnie zależy od materiału powłoki. Powłoki o charakterze domieszkowanych metali z grupy półprzewodników, najczęściej SnO2, In2O3SnO2 (Indium-tin oxide, ITO), ZnO, otrzymywane są głownie metodą pirolizy i CVD. Wysokotemperaturowemu procesowi otrzymywania zawdzięczają wysoką trwałość związania z podłożem, za pośrednictwem silnych wiązań chemicznych o charakterze mostków tlenowych, natomiast ich współczynnik emisyjności jest znacznie wyższy niż w przypadku powłok metalicznych, zwłaszcza z metali szlachetnych, jak srebro, złoto, pallad a także innych o wysokim przewodnictwie elektrycznym, jak np. miedź i glin. Tego rodzaju powłoki nanoszone są metodami fizycznymi i jakkolwiek w celu poprawy adhezji oraz przepuszczalności optycznej, właściwa warstwa niskoemisyjna znajduje się pomiędzy dwiema lub więcej warstwami z materiałów dielektrycznych, ich trwałość jest znacznie niższa w porównaniu z powłokami otrzymywanymi wysoko temperaturowymi metodami chemicznymi. Niższy natomiast o ok. rząd wielkości jest współczynnik emisyjności i w związku z tym odpowiednio wyższa termoizolacyjność szyb zespolo-

nych z udziałem powłok z metali, przy czym najczęściej stosowanym materiałem do powlekania jest srebro. Warstwy dielektryczne mogą stanowić tlenki takich metali jak: tytan, cyrkon, tantal, ind, ITO, cyna, cynk i inne o wysokiej przepuszczalności światła w cienkich warstwach. Ze względu na możliwość stosowania różnorodnych kombinacji podłoży szklanych zarówno bezbarwnych, jak i barwnych oraz powłok o rożnym zabarwieniu i charakterystykach optycznych, oferta rynkowa szkieł z powłokami jest szczególnie bogata i stwarza szerokie możliwości doboru oszkleń do charakteru budynku i potrzeb użytkowników. Szkła z powłokami niskoemisyjnymi oprócz budownictwa mają też wiele innych zastosowań, m. in. w motoryzacji (szyby anty-mgielne, anty-oblodzeniowe grzejne i poprawiające komfort termiczny), w przemyśle rolnym (cieplarnie), w zaawansowanych oszkleniach, urządzeniach elektronicznych, optoelektronicznych i fotowoltaicznych. Podstawowe kryteria oceny właściwości optycznych szkieł powlekanych i oszkleń z ich udziałem stanowią współczynniki przepuszczalności, odbicia, absorpcji i parametry pochodne (np. współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej g, wskaźnik Ra, współrzędne barwowe i inne) określane przez charakterystyki spektralne przepuszczalności, odbicia i absorpcji promieniowania elektromagnetycznego w zakresach ultrafioletowym, widzialnym i bliskiej podczerwieni UV-VIS-NIR oraz w zakresie dalekiej podczerwieni (IR). Ogółem, suma współczynników określających dla strumienia promieniowania słonecznego udziały przepuszczalności (τe), odbicia (ρe) i absorpcji (αe) równa się jedności

WYDANIE SPECJALNE


Emisyjność a szkła powlekane niskoemisyjne τe + ρe + αe = 1

(1)

Jednym z podstawowych parametrów oceny właściwości szkieł z powłokami i oszkleń z ich udziałem jest współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego (SF = solar factor, współczynnik słoneczny) (g). Wielkość tego współczynnika, teoretycznie zawierającego się w przedziale od 0 do 1, określa jaka część (frakcja) promieniowania słonecznego padającego na szkło powlekane jest całkowicie przez nie przepuszczana bezpośrednio, jak również pośrednio – w wyniku absorpcji z następnym przekazaniem w postaci energii cieplnej. Wzory i dane spektralne potrzebne do obliczania tego współczynnika podane są w normie PN-EN 410. Ogólnie, współczynnik g oblicza się jako sumę współczynnika przepuszczalności bezpośredniej promieniowania słonecznego (τe), odpowiadającego części padającego promieniowania słonecznego, która jest bezpośrednio przepuszczana przez szkło i współczynnika wtórnego przekazywania ciepła przez oszklenie w kierunku wnętrza (qi). g = τe + qi

(2),

przy czym αe = qi + qe

(3)

ste dla promieniowania z zakresu pomiarowego. Ogólnie, zwykłe szkło jest przepuszczalne dla promieniowania słonecznego z zakresu długości fal ok. λ=400-2500 nm. Promieniowanie o mniejszych i większych długościach fal (poniżej 400 nm i powyżej 3000 nm) jest praktycznie całkowicie pochłaniane i dotyczy to także promieniowania cieplnego odpowiadającego warunkom temperaturowym właściwym dla przebywania w budynkach (emitowanemu przez ludzi i grzejniki), którego maksymalna intensywność przypada w zakresie λmax=900010 000 nm). W związku z tym może być stosowana zależność [1-6]: εn = 1 – R

(4),

gdzie R – odbicie materiału mierzone możliwie prostopadle do powierzchni. Najmniejsze wartości emisyjności i zarazem największe wartości współczynników odbicia w podczerwieni mają metale o wysokiej przewodności elektrycznej, a w związku z tym zwłaszcza metale szlachetne [1,5-7]. Tłumaczy to powszechne stosowanie powłok srebrowych, które niską emisyjność łączą z neutralną barwą, dla szkieł niskoemisyjnych przeznaczonych dla budownictwa i motoryzacji. W oparciu o teorię elektromagnetyzmu Maxwella, Drude podał przybliżone wzory do obliczania absorpcji i emisyjności normalnych monochromatycznych dla powierzchni metali, dobrze stosujące się do powłok metalicznych i elektroprzewodzących na bazie domieszkowanych materiałów półprzewodnikowych (przy λ>2 µm, optymalnie dla szkieł niskoemisyjnych przy λ~10–12 µm) [1]:

ruchliwość nośników ładunku rzędu 10-70 cm2v-1s-1, gdzie również największe wartości wykazują metale, szczególnie szlachetne.

Współczynnik przenikania ciepła U, określa ilość ciepła przepływającego w ustalonych warunkach w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni szkła powlekanego na jeden stopień różnicy temperatur między otoczeniem wewnętrznym i zewnętrznym. Współczynnik ten służy m. in. do porównywania energooszczędności oszkleń. Emisyjność stanowi właściwość powierzchni konieczną dla ilościowego określenia wymiany ciepła przez promieniowanie z otoczeniem w danej temperaturze. W przypadku szyb zespolonych, emisyjności obu powierzchni zwróconych w kierunku przestrzeni międzyszybowej wypełnionej powietrzem lub odpowiednim gazem mają wpływ na przewodność cieplną a przez to na wartość współczynnika przenikania ciepła U. Emisyjność szyby zwróconej w oszkleniu w kierunku wnętrza budynku, poprzez powierzchniowy współczynnik przekazywania ciepła, ma wpływ zarówno na wartość U, jak i współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g (solar factor) oszklenia.

Ogólnie, warunkiem dobrej przewodności elektrycznej jest: • stężenie nośników N minimum rzędu 1021 cm3, które jest największe dla metali – rzędu (5-8)×1022 cm-3 (dlatego są one lepszymi materiałami na powłoki niskoemisyjne niż półprzewodniki domieszkowane);

Metody określania wartości współczynnika przenikania ciepła U podają normy PN-EN 673 i PN-EN 674. Standardowa metoda obliczania wartości współczynnika przenikania ciepła „U” [W/m2K] szyb zespolonych (centralnych części szyby, bez uwzględniania ram, według PN-EN 673) wymaga pomiaru w zakresie 5-50 µm odbicia widmowego szkła z powłoką, przy możliwie normalnym kącie padania wiązki promieniowania. W celu uzyskania całkowitej normalnej emisyjności, dane z pomiarów wymagają następnie scałkowania w zależności od długości fali. Badania przygotowawcze do opracowania normy na określanie emisyjności były prowadzone w ramach prac Komitetu Technicznego TC 10 „Właściwości Optyczne Szkła” Międzynarodowej Komisji Szkła (International Commission on Glass, ICG) przez specjalistyczne laboratoria instytutów badawczych i koncernów szklarskich. Brały w nich udział CORNING GLASS WORKS (USA), FLACHGLAS (Niemcy), GLAVERBEL S.A. (Belgia), Institut Nationale du Verre (Belgia), PILKINGTON GLASS Ltd. (W. Brytania), PPG INDUSTRIES (USA), SAINTGOBAIN GLASS (Francja), SCHOTT GLASWERKE (Niemcy), Societa Italiana Vetro (Włochy) i Stazione Sperimentale del Vetro (Włochy). Badania te wykazały, że odbicie normalne może być określane z wystarczającą dla celów normatywnych dokładnością 0,1 [W/m2K], z pomiarów dokonywanych z użyciem dostępnych handlowo spektrometrów działających w zakresie dalekiej podczerwieni [5].

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

15

gdzie qi – jest współczynnikiem wtórnego przekazywania ciepła przez oszklenie w kierunku wewnętrznym, qe – jest współczynnikiem wtórnego przekazywania ciepła przez oszklenie w kierunku zewnętrznym, Współczynnik αe odpowiada tej części padającego promieniowania słonecznego, która jest zaabsorbowana przez oszklenie a następnie przekazywana przez konwekcję oraz długofalowe promieniowanie podczerwone (IR). Do oceny właściwości użytkowych oszkleń, w tym zwłaszcza z udziałem szkieł z powłokami niskoemisyjnymi dodatkowo stosuje się pomiar emisyjności powłok i współczynnika przenikania ciepła U. Emisyjność normalna (εn) określa zdolności emisyjne powierzchni powlekanej szkła mierzone w kierunku prostopadłym do powierzchni w stosunku do zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego. Należy przy tym zwrócić uwagę, że właściwe wyniki pomiaru emisyjności normalnej zależą od gładkości powierzchni i dla powłok o rozwiniętej teksturze (np. porowatych, szorstkich czy moletowanych) mierzone wartości ulegają znacznemu zawyżeniu [1]. Podobnie dzieje się w przypadku powłok bardzo cienkich, gdzie promieniowanie penetruje podłoże. Podłoże szklane powinno mieć dostatecznie dużą grubość, aby było nieprzezroczy-

αλ ≈ 0,365√ρ/λ

(5)

εcałk ≈ 3,43√ρ T/100

(6)

gdzie: λ – długość fali, εcałk – emisyjność całkowita αλ – absorpcja widmowa, ρ – rezystywność właściwa materiału [Ω・cm], T – temperatura bezwzględna [K] Przewodność elektryczna σ, jest związana ze stężeniem N, ruchliwością µH oraz ładunkiem elektrycznym swobodnych nośników q, zależnością σ = N ・ q ・ µH

(7)


Elżbieta Żelazowska niowanie elektromagnetyczne najczęściej charakteryzuje się przez podanie jego długości [1, 7].

Emisyjność – zależności i uwarunkowania pomiarowe

Rys. 1. Wykres funkcji promieniowania temperaturowego Plancka dla rożnych temperatur, (linią przerywaną oznaczono miejsca maksimow krzywych dla rożnych temperatur) Źrodło: A. Zausznica, Nauka o barwie, PWN, Warszawa, 1959. [7]

Emisyjność i przechodzenie promieniowania – podstawowe pojęcia Zdolność emisji promieniowania jest właściwością każdego materiału o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego. Wszystkie ciała promieniują na wszystko w swoim sąsiedztwie. W związku z tym każdy obiekt o temperaturze wyższej od otoczenia może stać się źródłem emitującym więcej energii niż otrzymuje z otoczenia. Zdolność promieniowania rzeczywistego źródła czy obiektu promieniowania w porównaniu do idealnego ciała czarnego nazywana jest emisyjnością. Pojęcie to praktycznie dotyczy promieniowania cieplnego, obejmującego zakres długości fal od 0,8400 µm, które przenoszą energię cieplną i biorą udział w wymianie ciepła. Promieniowanie cieplne ma charakter drgań elektromagnetycznych i podlega ogólnym prawom rządzącym zachowaniem promieniowania elektromagnetycznego. W związku z tym promieniowanie padające na dane ciało może zostać przepuszczone, odbite lub ulec pochłonięciu (absorpcji). Idealne ciało czarne, jakkolwiek nie istniejące w przyrodzie, w fizyce stanowi bardzo przydatny model, od wielu lat służący rozpatrywaniu i opisywaniu zjawisk związanych z absorpcją i przekazywaniem energii. Według prawa Stefana-Boltzmanna, zależność natężenia promieniowania ciała doskonale czarnego od temperatury ogólnie określa wzór: I = σT4

(8)

gdzie stała Boltzmanna σ=5,67・10-8 W/ m-2×K4 (uwaga: nie ma zbieżności symboli ze wzorem 6)

16

Rys. 2. Wielowarstwowa powłoka na podłożu szklanym: υ – kąt padania promieniowania, db – przykładowa grubość warstwy (b), N – zespolony wspołczynnik załamania światła, n – zmierzony wspołczynnik załamania światła ośrodka warstwy, k – współczynnik ekstynkcji, wyrażający absorpcję promieniowania w ośrodku warstwy, (i – jednostka urojona; i2 = -1).

Zgodnie z prawem rozkładu Plancka, widmowy rozkład energii emitowanej przez idealne ciało czarne jest wyznaczany tylko temperaturą promieniującego ciała. Na rys. 1 pokazano krzywe promieniowania Plancka dla rożnych temperatur. Linia przerywana łącząca miejsca maksimów krzywych ukazuje kierunek przesunięcia wykresów funkcji Plancka względem osi długości fal promieniowania (λ) w zależności od temperatury [7]. W temperaturze pokojowej rozkład energii wykazuje maksimum przy około 1,85 µm, po czym energia spada gwałtownie po stronie fal krótszych. Po stronie fal dłuższych spadek energii ma przebieg wolniejszy, ale wielkość energii przy ok. 15 µm stanowi już zaledwie 1/200 energii maksymalnej. Przy wzroście temperatury maksimum energii również wzrasta, równocześnie przesuwając się w stronę fal krótszych. W wyniku tego większy procent całkowitej emitowanej energii padającej na dany obiekt przypada na zakres promieniowania widzialnego i bliskiej podczerwieni. Zależność promieniowania ciała czarnego od zmian temperatury ma charakter nieliniowy. W pobliżu maksimum widma emitowana energia jest proporcjonalna do (T)5 [T = temperatura bezwzględna w K] i dopiero dla długości fali znacznie oddalonych od maksimum przybiera prawie liniową zależność od T [2]. Elektromagnetyczny charakter promieniowania przejawia się w przenoszeniu energii poprzez drgania odpowiadające rożnym częstotliwościom ν. Korzystając ze znanej zależności c = ν・ λ

(9)

wiążącej częstotliwość fali ν z jej długością λ i stałą prędkością rozchodzenia się fali elektromagnetycznej c (ok. 300 000 km/s), promie-

Szkła mogą być powlekane jedną warstwą materiału o danym składzie i określonej grubości lub powłoka może być złożona z kilku warstw z rożnych materiałów i o rożnej grubości. W przypadku powłok niskoemisyjnych, zwłaszcza tzw. miękkich, tj. z powłokami z metali, otrzymywanymi metodami fizycznymi, powłoka składa się z co najmniej trzech warstw. W celu zapewnienia odpowiedniej adhezji do podłoża, oprócz podstawowej warstwy niskoemisyjnej stosuje się też dodatkowe cienkie warstwy z materiałów tlenkowych o dużej przepuszczalności światła i wysokiej odporności chemicznej i mechanicznej jako bezpośrednio przyległe do podłoża szklanego i zewnętrzne ochronne dla warstw metalicznych. Przykład wielowarstwowego układu powłoki pokazano na rys. 2. Każda z warstw naniesionych na szkło posiada własne parametry materiałowe, tj. współczynnik załamania światła n i współczynnik ekstynkcji k, określający absorpcję. Ponadto, każda warstwa tworzy granice fazowe przy przechodzeniu promieniowania przez sąsiadującą z nią głębiej położoną warstwę lub podłoże szklane. Dla każdego z materiałów warstw współczynnik załamania światła może mieć charakter kompleksowy w odwzorowaniu na płaszczyźnie liczb zespolonych. W związku z tym, danej warstwie b, o określonej grubości można przypisać zespolony współczynnik załamania Nb = nb – ikb,

(10)

gdzie i = jednostka urojona spełniająca warunek i2 = -1 Emisyjność ε może być definiowana jako stosunek promieniowania emitowanego przez daną powierzchnię do promieniowania emitowanego przez ciało czarne w tej samej temperaturze. Dla doskonałego emitera (tj. ciała doskonale czarnego) emisyjność = 1, niezależnie od kąta padania promieniowania. W przypadku materiałów nieprzepuszczalnych w dalekiej podczerwieni, w tym dla szkła krzemianowego sodowo- wapniowego w odniesieniu do promieniowania o długości fal większej niż 3000 nm, dla każdego kąta padania υ ευ = 1 - Rυ

(11)

W dokładnych pomiarach emisyjności, podstawę dla dalszych obliczeń stanowi emisyjność hemisferyczna i emisyjność efektywna.

WYDANIE SPECJALNE


Emisyjność a szkła powlekane niskoemisyjne Emisyjność hemisferyczna jest definiowana jako

(12) i charakteryzuje wymianę ciepła powierzchni szkła z w pomieszczeniem, do którego jest zwrócona, natomiast emisyjność efektywna służy do obliczania wymiany ciepła pomiędzy powierzchniami szyb wzajemnie równoległych zwróconymi w kierunku wypełnionej powietrzem lub odpowiednim gazem przestrzeni międzyszybowej w oszkleniu zespolonym. Wzory (11) i (12) są słuszne zarówno dla widmowej emisyjności jak i odbicia przy każdym kącie padania a także całkowitej emisyjności i całkowitego odbicia, które oblicza się drogą całkowania w określonym zakresie długości fal, stosując ważoną funkcję Plancka dla danej temperatury (283 K). W wyniku szeregu dokładnych pomiarów ustalono, że przy wymianie ciepła przez promieniowanie w temperaturze pokojowej, 96% energii zawiera się w przedziale długości fal 5 – 50 µm [8]. Promieniowanie o długości λ pada na powłokę pod danym kątem υ. Przy odbiciu od powierzchni gładkich zachodzi zjawisko polaryzacji promieniowania. W dokładnych pomiarach, odpowiedni program komputerowy wykonuje obliczenia dla składowych promieniowania odbitego przy polaryzacji TE i TM. Składowe te odpowiadają standardowym warunkom polaryzacji promieniowania elektromagnetycznego, tj. przy polaryzacji TE wektor elektryczny promieniowania jest prostopadły do płaszczyzny padania a przy polaryzacji TM wektor elektryczny promieniowania jest równoległy do płaszczyzny padania. Na rys. 3 pokazano zależność kątową składowych TE i TM emisyjności dla szkła float bez powłoki, przy długości fal 10 µm. Z kolei na Rys. 4 pokazano tego rodzaju zależność dla szkła z warstwą srebra. Średnia hemisferyczna emisyjność metali, jak srebro a także domieszkowanych półprzewodników, jest silnie zależna od zmian składowej emisyjności TM przy rożnych kątach padania. Dla powłok wieloskładnikowych, w związku ze zjawiskami na granicach fazowych, zależność kątowa może znacznie różnić się od zależności dla powłok stanowiących pojedynczą warstwę. Z rysunków 3 i 4 jasno wynika, że emisyjność hemisferyczna (na płaszczyźnie) εh powierzchni szkła z powłoką jest w znacznej mierze określana przez promieniowanie tej części składowej polaryzacji TM, która jest odbijana pod kątem większym niż 80°. W stosunkowo szerokim pasie brzegowym szyby, promieniowanie które jest emitowane w kierunkach do najbliższych obrzeży szyby nie przechodzi od powierzchni emitującej do odbierającej promieniowa nie. Szerokość tej strefy rośnie w przypadku wielokrotnych przejść promieniowania przesz odstęp pomiędzy szybami. W związku

z tym, efektywna emisyjność wzdłuż obrzeży jest znacząco rożna niż w centralnej strefie szyby, co powoduje, że w dokładnych obliczeniach niezbędne jest uwzględnienie wielokrotnych odbić promieniowania od płaszczyzn ustawionych równolegle naprzeciwko siebie [9]. Z obliczeń emisyjności hemisferycznych i efektywnych dla rożnych szkieł budowlanych, dokonywanych Rys. 3. Kątowa zależność emisyjności TM i TE dla szkła float bez powłoki, przy drogą odpowiedniego pomiarze dla długości fali 10 µm [9]. całkowania zmierzoεn = 1 - Rn (13), gdzie Rn – odbicie, możliwie zbliżone do normalnego Emisyjność skorygowana jest następnie obliczana z wyników pomiarów emisyjności normalnej drogą zastosowania mnożenia przez odpowiednie multiplikatywne współczynniki korekcyjne mieszczące się w zakresie 0,94-1,22, wyznaczone na podstawie szeregu pomiarów doświadczalnych dla rożnych rodzajów szkieł budowlanych z powłokami. Normatywna temperatura zalecana Rys. 4. Kątowa zależność emisyjności powłoki srebrowej przy pomiarze dla dla dokładnych pomiadługości fali 10 µm [9]. rów emisyjności wynosi nych emisyjności w zależności od kąta padania 10°C (283 K), lecz ze względu na niewielki wpływ promieniowania wiadomo, że różnią się one temperatury w zakresie temperatur pokojowych, o ok. 3%, tj. tylko w niewielkim stopniu i w związaktualne normy nie wymagają spełnienia tego warunku. Dla szkła budowlanego krzemianowego ku z tym ich wpływ na wartość współczynnika sodowo-wapniowego a także dla szkła borokrzewymiany ciepła U i współczynnika słonecznego g może być pominięty jako mieszczący się mianowego nie powlekanego, mierzona i podawaw granicach dopuszczalnego błędu pomiarowena w literaturze emisyjność normalna wynosi ok. go [9]. Międzynarodowe Komitety – Techniczny 0,837, a emisyjność skorygowana ok. 0,890. i Normalizacyjny, opracowujące normy odnośnie Podstawy uproszczonej procedury emisyjności postanowiły w związku z tym oraz sposób pomiaru emisyjności w miejsce emisyjności hemisferycznej i efektywszkieł z powłokami według normy nej wprowadzić kompromisowe pojęcie PN-EN 12 898 „emisyjności skorygowanej” [5]. W celu jej określenia stosownie do obowiązujących norm, najpierw z użyciem spektrometru dalekiej podPodstawy wyznaczania emisyjności czerwieni dokonuje się pomiaru całkowitej nordrogą pomiaru spektralnego odbicia malnej emisyjności przez scałkowanie widmowego odbicia zmierzonego w zakresie długości Dokładne badania zależności wartości emifal 5-50 µm przy możliwie normalnym kącie syjności od czynników warunkujących prawidłopadania. Wykorzystuje się przy tym wynikającą wość pomiarów, przeprowadzone przez międzyz prawa Kirchhoffa zależność narodowe instytucje zarówno dla oszkleń poje-

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

17


Elżbieta Żelazowska dynczych, jak i wieloszybowych, w tym dla układów powłok o rożnym składzie i konfiguracji pozwoliły znacznie uprościć procedury pomiarowe [2-5, 8]. W szczególności, badania te wykazały, że skomplikowane i trudne do wykonywania w warunkach przemysłowych kalorymetryczne pomiary emisyjności można zastąpić pomiarem zależności odbicia kierunkowego przy odpowiednim, stałym kącie padania promieniowania (możliwie normalnym), tj. takim, który pozwala ograniczyć do minimum niekorzystny wpływ zjawiska polaryzacji. W wyniku tych badań ustalono także, że pomiary normalnego odbicia, tj. przy możliwie zbliżonym do normalnego kącie padania wiązki promieniowania, mogą być wykonywane z użyciem laboratoryjnych spektrometrów. Procedura pomiaru jest na tyle nieskomplikowana, że mogą one stanowić wyposażenie pomiarowe laboratoriów przemysłowych producentów szkła. W przypadku szkła powlekanego płaskiego o gładkiej powierzchni, w odbiciu może być pominięty udział promieniowania rozproszonego. Dzięki temu możliwe jest sprowadzenie obliczeń do powtarzania prostych przybliżeń (drogą aproksymacji) pozwalających obliczać komputerowo zarówno emisyjność hemisferyczną, jak i skorygowaną, z wartości zmierzonej przy normalnym padaniu promieniowania z zastosowaniem współczynnika multiplikatywnego (mnożącego) związanego zależnością funkcyjną z emisyjnością normalną. Tego rodzaju procedura, przyjęta w szeregu norm przedmiotowych, jest oparta na przesłankach teoretycznych, zgodnie z którymi w każdym zakresie emisyjności normalnej, spełniony jest założony charakter zależności emisyjności kątowej. Przewagę metody spektrometrycznej nad kalorymetryczną stanowi możliwość jednorazowego wyznaczenia dokładnej krzywej odbiciowej, na podstawie której emisyjność może być następnie obliczana komputerowo dla rożnych zakresów temperaturowych. Spektrometry dalekiej podczerwieni na ogół mają zakres długości fal dochodzący do 50-55 µm, stąd zakres pomiarowy przyjęto do 50 µm. Pomiar normalnego odbicia widmowego wykonywany jest z użyciem specjalnej przystawki odbiciowej, sytuowanej w komorze próbek aparatu. W skład tego rodzaju przystawki wchodzi komplet luster odpowiednio odchylających wiązkę promieniowania, ustawionych w porządku geometrycznym umożliwiającym wiązce promieniowania osiągnięcie detektora przy kącie możliwie najmniejszym (poniżej 6-10°, zależnie od geometrii przystawki odbiciowej), tj. po odbiciu najbardziej zbliżonym do normalnego (zwierciadlanego przy ok. 90°), w celu minimalizacji efektu polaryzacji. W celu zmniejszenia rozpiętości i winietowania wiązki promieniowania, spowodowanych zwiększeniem długości drogi optycznej i rozbieżnością wiązki, w skład układu pomiarowego wchodzą też lustra skupiające.

18

Próbki i lustro referencyjne są mierzone w aparacie i dane są zapisywane przez program w pamięci komputera, a następnie, na podstawie znanych wartości dla lustra referencyjnego, obliczana jest emisyjność normalna i skorygowana dla badanej próbki. Odbicie spektralne próbki jest mierzone w odniesieniu do charakterystyki odbiciowej uzyskanej dla lustra referencyjnego, które stanowi kalibrowany standard. Zwykle wysoko refleksyjną warstwę lustra stanowi powłoka ze srebra, złota lub aluminium. Zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Komisji Oświetleniowej CIE, lustra referencyjne powinny spełniać wiele wymogów, m. in. widmo odbiciowe lustra powinno mieć regularny wyrównany przebieg, a powierzchnia lustra powinna być wystarczająco odporna mechanicznie i chemicznie. Ponadto lustra wymagają odpowiednich warunków przechowywania, nie powinny być narażone na dotyk, wpływ czynników atmosferycznych, itp.

Definicje, wymagania i sposób pomiaru według normy PN-EN 12 898 Sposób określania emisyjności w temperaturze pokojowej, dla powierzchni szkła, zarówno powlekanego jak i bez powłok, określa europejska norma PN-EN 12 898: Szkło w budownictwie. Zgodnie z wcześniej omówionymi podstawami teoretycznymi, normatywne procedury pomiarowe odnoszą się tylko do szkła płaskiego (o powierzchniach płasko równoległych), o gładkiej, nierozpraszającej (nie teksturowanej i nie wzorzystej) powierzchni, oraz nieprzezroczystych (nieprzepuszczalnych) dla dalekiej podczerwieni, Procedura pomiarowa obejmuje zakres długości fal promieniowania podczerwonego od 5,5 µm do 50 µm i dotyczy określenia emisyjności, jako stosunku ilości energii wyemitowanej przez daną powierzchnię w określonej temperaturze do ilości energii emitowanej przez ciało czarne (tzw. doskonały emiter, dla którego zarówno emisyjność normalna jak i skorygowana wynosi 1,0) o tej samej temperaturze. Norma PN-EN 12 898 podaje niezbędne definicje i określenia (w niektórych przypadkach, do normatywnych dodano określenia stosowane w niniejszym artykule, aby uwzględnić niejednolitości określeń spowodowanych tłumaczeniem normy na język polski), w tym: • prawidłowego, tj. zwierciadlanego (możliwie normalnego) współczynnika odbicia (nie uwzględniającego promieniowania rozproszonego wskutek niedoskonałości powierzchni), zgodnego z geometrycznym układem zastosowanym w przystawce odbiciowej; • współczynnika odbicia rozproszonego (nie uwzględniający jako składowej, prawidłowego, tj. zwierciadlanego – możliwie normalnego – odbicia);

współczynnika odbicia hemisferycznego, określanego jako sumę współczynników odbicia prawidłowego, tj. zwierciadlanego (możliwie normalnego) i odbicia rozproszonego; lustra wzorcowego, tj. powierzchni zwierciadlanej, dla którego widmowy współczynnik prawidłowego, tj. zwierciadlanego (możliwie normalnego) odbicia, jest możliwy do ustalenia w stosunku do standardowego materiału referencyjnego certyfikowanego przez odpowiednie laboratorium metrologiczne. nieprzezroczystego dla podczerwieni składnika oszklenia, tj. takiego składnika, dla którego zmierzony spektrometrycznie w temperaturze 283 K całkowity normalny współczynnik przepuszczalności jest ≤0,05.

Procedura postępowania przy określaniu emisyjności obejmuje: • pomiar widmowego prawidłowego, tj. zwierciadlanego współczynnika odbicia przy możliwie zbliżonym do normalnego padaniu promieniowania Rn(λ), wykonany przy użyciu spektrometru o zakresie 5-50 µm; • obliczenie całkowitego normalnego współczynnika odbicia Rn dla temperatury 283 K, przez zastosowanie procedury całkowania dla odpowiednich zmierzonych spektrometrycznie wartości widmowego współczynnika odbicia; • obliczenie normalnej emisyjności εn, z całkowitego normalnego współczynnika odbicia, sposobem opisanym w PN-EN 12 898, rozdz. 6; • obliczenie skorygowanej emisyjności ε, jako iloczynu normalnej emisyjności εn i odpowiedniego współczynnika korekcji, ε/εn, uwzględniającego wpływ rozkładu kątowego emisyjności w obliczeniach przenikania ciepła przez oszklenie (praktycznie, emisyjność skorygowana uwzględnia wymianę ciepła przez promieniowanie w szybie zespolonej); Emisyjności normalna εn i skorygowana ε, stanowią emisyjność całkowitą, określoną dla temperatury 283 K, jako wynik całkowania w odpowiednim zakresie widmowym, stosując funkcję Plancka dla promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze 283 K jako funkcję ważoną. Całkowity normalny współczynnik odbicia Rn (w temperaturze 283 K) określa się z krzywej widmowego współczynnika odbicia. Należy w tym celu obliczyć średnią matematyczną z wyników pomiarów widmowego współczynnika odbicia Rn(λ), uzyskanych dla 30 długości fal (λi), wybranych ze środka przedziałów długości fal, dla których funkcja energii promieniowania Plancka w odniesieniu do ciała czarnego w 283 K jest stała. Długości tych fal, podobnie jak inne

WYDANIE SPECJALNE


Emisyjność a szkła powlekane niskoemisyjne dane do podstawiania we wzorach do obliczania podane są w formie tabelarycznej w normie.

(14) Całkowitą emisyjność normalną w 283 K określa zależność εn = 1 – R n

(15)

Całkowitą emisyjność skorygowaną ε, oblicza się jako iloczyn określonej całkowitej emisyjności normalnej ε n i współczynnika korekcji ε/εn. Podany w normie zakres wielkości współczynnikow korekcji (1,22-0,94) odpowiada, odpowiednio wartości całkowitej normalnej emisyjności εn, z zakresu od 0,030,89, przy czym druga i trzecia z podanych wartości to, odpowiednio 0,05 i 0,1 a następne zmieniają się o 0,1 i ostatnią wartość stanowi 0,89. Wystarczająco dokładne wartości pośrednie można uzyskać przez liniową interpolację lub ekstrapolację. Obecnie problem ten skutecznie rozwiązują odpowiednie programy komputerowe do określania emisyjności szkła, zarówno normalnej jak i skorygowanej. Możliwe jest także określanie całkowitego normalnego współczynnika przepuszczalności w temperaturze 283 K, obliczając średnią matematyczną z wyników pomiarów widmowego współczynnika przepuszczalności Tn(λ), uzyskanych dla tych samych 30 długości fal (λ i), jak w przypadku obliczania całkowitego normalnego współczynnika odbicia.

Rys. 5. Wynik pomiarów odbicia promieniowania podczerwonego metodą spektrometryczną według normy PN-EN 12 898 (a) i wyniki oznaczenia emisyjności normalnej i skorygowanej (b) dla szkła niskoemisyjnego Planitherm One (firmy SAINT-GOBAIN) z powłoką miękką, naniesioną magnetronowo.

Emisyjność szkła stanowi ważną właściwość, określającą wymianę ciepła przez promieniowanie powierzchni szyb w oszkleniu. Znajomość emisyjności szkła jest niezbędna dla określenia współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g (solar factor) oraz współczynnika przenikania ciepła U [W/m2K]. Należy przy tym brać pod uwagę, że zgodnie z wcześniej omowionymi podstawami teoretycznymi, normatywne procedury odnoszą się tylko do szkła płaskiego o gładkiej, nierozpraszającej światła powierzchni, oraz nie przezroczystych la dalekiej podczerwieni. Aktualnie, sposób określania emisyjności w temperaturze pokojowej powierzchni szkła, zarówno powlekanego jak i bez powłok określa europejska norma PN-EN 12 898: Szkło w budownictwie. Określenie emisyjności. Najbardziej powszechne zastosowanie szkieł z powłokami niskoemisyjnymi stanowi budownictwo. Zastosowanie szkła z powłoką niskoemisyjną pozwala znacznie poprawić izolacyjność termiczną oszklenia. Ogólnie, oprócz oszczędności energii, do zalet i korzyści ze stosowania szkieł niskoemisyjnych zalicza się poprawę komfortu użytkowania budynku, efekt „ciepłej szyby” i lepsze wykorzystanie przyokiennych stref pomieszczeń, ograniczenie zjawiska kon-

densacji wilgoci, możliwość łączenia wysokiej przepuszczalności światła z ochroną przeciwsłoneczną, możliwość oddawania naturalnego koloru światła słonecznego, z równoczesną ochroną przed nadmiernym blaskiem i jaskrawością promieniowania słonecznego, możliwość łączenia z rożnymi rodzajami podłoży dla addytywnego wykorzystania właściwości optycznych, w tym uzyskania właściwości przeciwsłonecznych, efektów barwnych, możliwości dalszego przetwórstwa, zwłaszcza szkieł z powłokami twardymi, w celu uzyskania nowych wyrobów i funkcji oszkleń, i inne. Konieczność stosowania szkieł niskoemisyjnych w oszkleniach wiąże się też z nowym podejściem do bilansu energetycznego budynków, które wprowadziła zaimplementowana do polskiego Prawa budowlanego Dyrektywa 2002/91/EC w sprawie charakterystyki energetycznej budynkow (2002/91/ EC: Directive on the Energy Performance of Buildings), uwzględniająca właściwości termoizolacyjne oszkleń. Podstawę opracowania Dyrektywy 2002/91/EC stanowiła wysoka, sięgająca 40% i ciągle rosnąca konsumpcja energii na utrzymanie budynków, co przekłada się bezpośrednio na znaczne zwiększenie emisji dwutlenku węgla, podczas gdy Protokół z Kioto zobowiązuje do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Oszklenia jako elementy budowlane mają istotny udział w ogólnym bilansie energetycznym budynków. Stanowią źródło naturalnego oświetlenia i mogą przekazywać energię cieplną promieniowania słonecznego, lecz mogą być też powodem znacznych strat energii cieplnej z wnętrza budynku do otoczenia. W związku z tym w wielu krajach oszklenia zalicza się do wyrobów budowlanych podlegających obowiązkowemu etykietowaniu energetycznego. W krajach Unii Europejskiej obowiązek ten nakłada Dyrektywa 2010/30/UE z 19

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

19

(16) Dla szkieł innych niż krzemianowe sodowowapniowe, borokrzemianowe lub tworzywa szklano-krystaliczne, współczynniki obliczeniowe ujęte w normie w formie tabelarycznej należy stosować ostrożnie, gdyż zostały one wyznaczone w wyniku pomiarów szkieł budowlanych powszechnie dostępnych komercyjnie i dla innych rodzajów szkieł, zwłaszcza specjalnych mogą okazać się konieczne dokładne pomiary sprawdzające a nawet wykonanie pomiarów metodą kalorymetryczną. Z praktyki pomiarów ustalono, że dla szkieł o gładkich powierzchniach, jak np. szkło float powlekane i nie powlekane współczynnik odbicia rozproszonego jest na tyle niewielki, że nie zachodzi potrzeba jego określania. Na rys. 5 pokazano przykładowy wynik pomiarów odbicia promieniowania podczerwonego metodą spektrometryczną, zgodnie z normą PNEN 12898 i PN-EN 673 – krzywa wykreślona przez połączenie wartości odbicia zmierzonych dla długości fal promieniowania określonych w w/w normach. Wynik dotyczy szkła Planitherm One (firmy SAINT-GOBAIN) z powłoką miękką, które zastosowane w szybach zespolonych,

pozwala uzyskać współczynnik przenikania ciepła U na poziomie 1,0 [W/m2K]. Pomiaru dokonano w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych – Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie, z użyciem spektrometru dalekiej podczerwieni (Specord M80, C. Zeiss, Jena) z przystawką do pomiaru odbicia przy kącie padania promieniowania zbliżonym do normalnego (rok pomiaru: 2008).

Podsumowanie


Elżbieta Żelazowska maja 2010 r. (Directive 2010/30/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the indication by labeling and standard product information of the consumption of energy and other resources by energyrelated products). Według postanowień tej Dyrektywy, oznaczanie produktów budowlanych, w tym szkieł i wyrobów szklanych przetworzonych przeznaczonych na oszklenia opiera się na systemie stosowanym już dla wyrobów ogólnie określanych jako sprzęt AGD, gdzie litera A i kolor zielony odpowiadają urządzeniom najbardziej energooszczędnym, a kolejne litery alfabetu i barwy aż do G i barwy czerwonej oznaczają coraz mniejszy stopień energooszczędności. Objęcie wszystkich wyrobów mających udział w ogólnym bilansie energii, jednolitym systemem etykietowania energetycznego pełni istotną rolę informacyjną dla potencjalnych nabywców i użytkowników. Z kolei dla producentów wyrobów i budownictwa system ten stanowi istotny bodziec zmuszający do ciągłej poprawy energooszczędności i efektywności energetycznej wyrobów. Etykiety określające energooszczędność wyrobów szklanych będą wykorzystywane przy sporządzaniu certyfikatów energetycznych, zawierających podstawowe dane budynku oraz graficznie przedstawioną klasę energetyczną i wszystkie dane będące podstawą obliczeń, jak informacje o zapotrzebowaniu na energię w rozbiciu na poszczególne media, w tym ogrzewanie, wentylację, klimatyzację, oświetlenie, ciepłą wodę użytkową, itp. W dokumentach tych będą też zawarte wskazania odnośnie możliwości obniżenia zużycia energii.

20

Określenie samej emisyjności nie stanowi jeszcze pełnej charakterystyki szkła z powłoką niskoemisyjną. Drugi parametr dopełniający tę charakterystykę stanowi współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej g, który uwzględnia tę część promieniowania słonecznego, która jest przepuszczana do wnętrza pomieszczenia i może stanowić korzystny lub zbędny składnik bilansu energetycznego zależnie od warunków temperaturowych i wymagań użytkowników. Podobnie, dla prawidłowej oceny właściwości oszklenia, oprócz wartości U należy uwzględniać także wartość współczynnika g. Znajomość tych parametrów pozwala dopasować właściwości oszkleń do warunków klimatycznych, usytuowania i przeznaczenia budynku, itp. Ogólnie: • w cieplejszych klimatach, gdzie w utrzymaniu budynków dominuje zużycie energii na klimatyzację pomieszczeń, w oszkleniach preferowane są szkła o właściwościach przeciwsłonecznych, zmniejszające wpływ słonecznego promieniowania cieplnego; • w klimatach chłodniejszych, preferowane są oszklenia przepuszczające cieplną część promieniowania słonecznego, zmniejszające ogólne zapotrzebowanie na energię do ogrzewania budynków; • w klimacie umiarkowanym i klimatach mieszanych, idealne rozwiązanie stanowi wysoka przepuszczalność ciepła promieniowania słonecznego zimą i możliwie niska latem, tj. oszklenia niskoemisyjne (low-E) o wysokim współczynniku g; • zwykłe oszklenia przeciwsłoneczne o niskich wartościach współczynnika g mają stałe właściwości w zakresie przepuszczalności energii słonecznej i w warunkach

zimowych nie pozwalają na uzyskanie oszczędności energii na ogrzewaniu budynków. dr inż. Elżbieta Żelazowska ICiMB Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie Literatura i inne referencje [1] L. Michalski, K. Eckersdorf, Pomiary temperatury. Wyd. 3 (zmienione), Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1986. [2] F. Geotti-Bianchini, J. Lohrengel, Glastechn. Ber., 62 (1989), 9, 312-319. [3] H. Rawson, Glastechn. Ber., 62 (1989), 5, 167-174. [4] P. Polato, F. Geotti-Bianchini, P. Segato, Glass Technol., 27 (1986), 2, 55-59. [5] F. Nicoletti, F. Geotti-Bianchini, P. Polato, Glastechn. Ber., 61 (1988), 5, 127-139. [6] M. A. Ordal, L. L. Long, R. J. Bell et all, Appl. Optics, 22 (1983), 7, 1099-1119. [13] M. Rubin, Sol. Energy Mater., 12 (1985), 275-288. [7] A. Zausznica, Nauka o barwie. PWN, Warszawa, 1959. [8] J. Lohrengel, M. Rasper, F. Geotti-Bianchini, L. De Riu, Glastechn. Ber., 69 (1996), 3, 64-74. Normy powołane i związane: – PN-EN 674: Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła „U”. Metoda osłoniętej płyty grzejnej. – PN-EN 673: Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła „U”. Metoda obliczeniowa. – PN-EN 1096-2: Szkło w budownictwie. Szkło powlekane. Część 2: Wymagania i metody badania powłok kategorii A, B i S. – PN-EN 1096-3: Szkło w budownictwie. Szkło powlekane. Część 3: Wymagania i metody badania powłok kategorii C i D. – PN-EN 1096-1: Szkło w budownictwie. Szkło powlekane. Część 1: Definicje i klasyfikacja. – PN-EN 410: Szkło w budownictwie. Określenie świetlnych i słonecznych właściwości oszklenia. – PN-EN 12 898: Szkło w budownictwie. Określenie emisyjności. /-/ strony WWW z materiałami informacyjnymi i broszury dla szkieł powlekanych firm: PILKINGTON, GUARDIAN, SAINT-GOBAIN, AGC, PPG i innych.

WYDANIE SPECJALNE


Powierzchniowa kondensacja pary wodnej na przegrodach przeszklonych

Powierzchniowa kondensacja pary wodnej na przegrodach przeszklonych Kondensacja pary wodnej na powierzchniach przegród przeszklonych jest bardzo negatywnie postrzegana przez użytkowników budynków ponieważ pogarsza ich wygląd, ogranicza przezroczystość w częściach przeziernych oraz ułatwia powstawanie zanieczyszczeń. Ocena podatności przegród budynku na występowanie tego zjawiska i zapewnienie odpowiedniej ochrony staje się przez to istotnym zagadnieniem w czasie projektowania, wznoszenia i eksploatacji budynków. Wprowadzenie Kryterium występowania kondensacji pary wodnej na powierzchniach materiałów niewrażliwych na wilgoć (z których wykonuje się przegrody przezroczyste) ma bardzo prostą postać. Niestety jego spełnienie uzależnione jest od wielu parametrów określających: • izolacyjność i bezwładność cieplną przegrody, • warunki złożonej wymiany ciepła przez konwekcję i promieniowanie na jej powierzchniach w środowisku zewnętrznym i wewnątrz budynku. Duża naturalna zmienność niektórych z oddziałujących czynników powodują, że zapewnienie ochrony przed rozpatrywanym zjawiskiem nie jest zadaniem łatwym, a całkowite wyeliminowanie możliwości jej wystąpienia na przegrodach przezroczystych, w wielu warunkach praktycznie może okazać się niemożliwe. M.in. w związku z tym polskie przepisy budowlane stosują wymaganie zabezpieczenia przed kondensacją pary wodnej wewnętrznych powierzchni przegród przezroczystych jedynie w odniesieniu do pomieszczeń wyposażonych w klimatyzację, która może utrzymywać stałą wilgotność względną powietrza. W warunkach bez regulacji wilgotności w pomieszczeniach często stwierdza się kondensację na wewnętrznej powierzchni oszkleń, na ich całej powierzchni lub przy ramach. Stwierdza się również przypadki kondensacji pojawiającej się na zewnętrznej powierzchni oszkleń.

Natura i przyczyny powierzchniowej kondensacji pary wodnej Przegrody przezroczyste charakteryzują się małą bezwładnością cieplną i relatywnie szybko reagują na zmiany temperatury wewnętrznego lub zewnętrznego środowiska. Ich powierzchnie są zabezpieczone przed kondensacją pary wodnej jeżeli ich temperatura jest wyższa od punktu rosy, czyli wartości, w której powietrze zawierające określoną ilość pary wodnej osiąga stan nasycenia (wilgotność względną równą 100%). Temperaturę punktu rosy

powietrza o temperaturze i wilgotności względnej można określić np. wg następujących wzorów:

w których:

Współczesne typowe rozwiązania techniczne przegród przezroczystych umożliwiają utrzymanie w centralnym obszarze oszkleń, poza zasięgiem oddziaływania mostków cieplnych przy ramach lub połączeniach konstrukcyjnych, wymaganej z uwagi na ochronę przed kondensacją, temperatury wewnętrznej powierzchni w tzw. warunkach obliczeniowych (np. temperatura powietrza w pomieszczeniu 20°C, wilgotność względna od 45% do 55% lub 60% w zależności od rodzaju pomieszczenia). Na powierzchni wewnętrznej oszklenia przy ramie, w największym stopniu przy zastosowaniu międzyszybowej ramki aluminiowej, istnieje zwiększone ryzyko okresowego pojawiania się kondensacji pary wodnej. Bardziej narażona jest dolna część szyby zespolonej, gdzie wewnątrz przestrzeni między szybami, w wyniku naturalnej konwekcji, występuje napływ na szybę wewnętrzną powietrza ochłodzonego na szybie zewnętrznej. W warunkach eksploatacyjnych występowanie powierzchniowej kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni przegród przezroczystych jest na ogół, w decydujący sposób, uzależnione od zachowań użytkowników. W mieszkaniach, z powodu różnych indywidualnych nawyków eksploatacji stwierdza się występowanie skrajnie różnych warunków cieplno-wilgotnościowych (odpowiadających wszystkim normowym klasom wilgotności pomieszczeń wg PN-EN ISO 13788) i mogących znacznie odbiegać od ww. warunków obliczeniowych. Z powodu niedostosowania intensywności wentylacji do emisji wilgoci w pomieszczeniu chwilowe wartości ciśnienia cząstkowego pary wodnej mogą osiągać poziom odpowiadający najwyższej klasie wilgotności, wówczas możliwa jest kondensacja pary wodnej na całej wewnętrznej powierzchni oszklenia. Zagadnienie podatności na kondensację wewnętrznych powierzchni przegród przeszklonych zostało szczegółowo omówione w artykule zamieszczonym w „Świecie Szkła” 12/2006 r. i 1/2007 r. Ewentualne okresowe występowanie kondensacji na zewnętrznej powierzchni przegród z oszkleniami (np. na szybach w pasie nieprzeziernym ścian osłonowych metalowo-szklanych) może mieć naturalne przyczyny. M.in. jest związane ze złożoną wymianą ciepła przez konwekcję z powietrzem i przez promieniowanie z otoczeniem (nieboskłon, powierzchnia gruntu, powierzchnie budynków i innych obiektów). O ile otoczenie „widziane” przez wewnętrzną powierzchnię przegrody w pomieszczeniu ma na ogół temperaturę bardzo zbliżoną do temperatury powietrza to temperatura promieniowania otoczenia w środowisku zewnętrznym może być okresowo istotnie niższa od temperatury powietrza. W środowisku zewnętrznym często występują wysokie, bliskie stanu nasycenia, wartości wilgotności względnej powietrza.

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

21


Robert Geryło Zachowanie się przegród przezroczystych w rzeczywistych warunkach Rozkład temperatury w obudowie budynku jest trójwymiarowy i zmienia się w czasie. W przegrodach przezroczystych ma charakter jednowymiarowy jedynie w centralnych obszarach oszkleń, poza zasięgiem oddziaływania mostków cieplnych tworzących się przy połączeniach konstrukcyjnych, mocowaniach mechanicznych i ramach. Na powierzchniach przegród występuje złożona wymiana ciepła, przy czym w opisie tego zjawiska korzysta się z założenia, że gęstość strumienia ciepła na powierzchni jest równa sumie gęstości strumieni ciepła: • przez promieniowanie, • przez konwekcję, • przez przewodzenie w przegrodzie, • od promieniowania słonecznego.

Rozkład temperatury promieniowania w środowisku zewnętrznym jest zróżnicowany i może zmieniać się w czasie. Wykonanie obliczeń temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody jest praktycznie możliwe wyłącznie metodą numerycznej symulacji komputerowej. Na wykresie (rys. 1) podano przykładowe wyniki obliczeń temperatury zewnętrznej powierzchni hipotetycznej przegrody o dużym oporze cieplnym i małej bezwładności cieplnej, przy założonych periodycznie zmiennych wartościach temperatury powietrza i niższej od niej temperatury promieniowania w środowisku zewnętrznym.

Z uwagi na zjawisko powierzchniowej kondensacji pary wodnej, oprócz izolacyjności cieplnej przegrody, istotne znaczenie mają pierwsze dwa z wyżej wymienionych. Strumień ciepła w wyniku konwekcji zależy w sposób nieliniowy od różnicy temperatury powierzchni i powietrza. Przy założeniu małych wartości tej różnicy można przyjąć uproszczony opis w postaci zlinearyzowanej: Rys. 1.

w którym: hc – lokalna wartość współczynnika konwekcyjnego przejmowania ciepła, w W/(m2×K), – temperatura powietrza, °C, – temperatura powierzchni przegrody, °C, Składową strumienia ciepła wymienianego przez promieniowanie na powierzchni przegrody można określić wg wzoru:

w którym: Jj – suma strumieni emisji promieniowania i odbicia promieniowania dochodzącego do powierzchni wymieniających ciepło z powierzchnią przegrody, Js – suma strumieni emisji promieniowania i odbicia promieniowania od powierzchni przegrody, określony wg wzoru podanego poniżej:

Wartość temperatury powierzchni zależy od: izolacyjności cieplnej przegrody przezroczystej, temperatury powietrza w sąsiedztwie powierzchni przegrody , średniej temperatury promieniowania , wartości konwekcyjnego współczynnika przejmowania ciepła hc, wartości umownego radiacyjnego współczynnika przejmowania ciepła hr, Wartość współczynnika hc wynika z intensywności przepływu powietrza przy powierzchni przegrody (konwekcja naturalna, konwekcja wymuszona – działanie wiatru, w pomieszczeniach działanie wentylacji, ewentualnego celowego nawiewu powietrza na szyby).

• • • • •

Wartość umownego współczynnika hr zależy od wartości współczynnika es emisyjności powierzchni przegrody (niskimi wartościami charakteryzują się np. powłoki niskoemisyjne na szkle, powierzchnia naturalnie utlenionego aluminium). W celu określenia wpływu wybranych parametrów na temperaturę zewnętrznej powierzchni wybranej hipotetycznej przegrody wykonano obliczenia wg opisanych powyżej wzorów (przy przyjęciu stanu ustalonego wymiany ciepła). Na podanym na rys. 2 wykresie przedstawiono przykładową zależność wartości temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody od wartości różnicy między temperaturą powietrza zewnętrznego (przyjęto 10°C) a niższą od

w którym:

εs – emisyjność powierzchni przegrody, δ – stała promieniowania równa 5,67×10-8 W/(m2×K4), Ts – temperatura bezwzględna powierzchni przegrody, K. Fs-j – kątowy współczynnik promieniowania między powierzchnią przegrody i powierzchnią „j” w jej sąsiedztwie. W większości pomieszczeń temperatura powierzchni wymieniających ciepło przez promieniowanie z wewnętrzną powierzchnią obudowy jest zwykle zbliżona do temperatury powietrza co m.in. umożliwia uproszczenie opisu wymiany ciepła przez promieniowanie zlinearyzowanej postaci, analogicznej jak w odniesieniu do konwekcji wg wzoru (6): (9) hr – współczynnik przejmowania ciepła w wyniku promieniowania, W/(m2×K), Θr – średnia temperatura promieniowania sąsiedztwa przegrody

22

Rys. 2.

WYDANIE SPECJALNE


Powierzchniowa kondensacja pary wodnej na przegrodach przeszklonych niej średnią temperaturą promieniowania. Temperatura zewnętrznej powierzchni przegrody o małym oporze cieplnym, dzięki dużym stratom ciepła przez przenikanie z wnętrza budynku, pozostaje w przyjętym zakresie temperatury promieniowania wyższa od temperatury powietrza i w ten sposób jest zabezpieczona przed kondensacją pary wodnej. Temperatura zewnętrznej powierzchni przegrody o dużym oporze cieplnym spada poniżej temperatury powietrza wraz z obniżaniem się temperatury promieniowania. Przy odpowiednio wysokich wartościach wilgotności względnej (temperatura odpowiadająca punktowi rosy zbliżona do temperatury powietrza) może wystąpić powierzchniowa kondensacja pary wodnej. Na wykresie podanym na rys. 3 przedstawiono przykładową zależność wartości temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody o dużym oporze cieplnym (bardziej podatnej na kondensację na zewnętrznej powierzchni) od wartości konwekcyjnego współczynnika przejmowania ciepła (w obliczeniach założono temperaturę powietrza 10°C i średnią temperaturą promieniowania niższą od niej o 5 K).

Rys. 4.

Wraz ze zwiększaniem się wartości emisyjności nasila się wymiana ciepła z otoczeniem przez promieniowanie i w konsekwencji, przy niższej od temperatury powietrza zewnętrznego temperaturze promieniowania, następuje obniżenie temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody. Przy niższych wartościach emisyjności temperatura powierzchni nie spada poniżej temperatury powietrza w związku z czym nie występuje ryzyko kondensacji pary wodnej.

Posumowanie

Rys. 3.

Większym wartościom konwekcyjnego współczynnika przejmowania ciepła (większe prędkości powietrza) odpowiadają większe wartości temperatury powierzchni. Ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchni zewnętrznej rośnie przy mniej wietrznej pogodzie. Na kolejnym wykresie (rys. 4) przedstawiono przykładową zależność wartości temperatury zewnętrznej powierzchni przegrody o dużym oporze cieplnym od wartości jej emisyjności (przyjmując zakres od wartości 0,1 w odniesieniu do materiałów niskoemisyjnych do 0,9 charakterystycznej w odniesieniu do większości materiałów stosowanych w budownictwie). Wartości temperatury powietrza i średniej temperatury promieniowania przyjęto jak obliczeniach powyżej.

W celu ochrony przed występowaniem kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni typowych współczesnych przegród przeszklonych powinno się utrzymywać cieplne i wilgotnościowe warunki w pomieszczeniach, w których punkt rosy jest niższy od minimalnej temperatury powierzchni przegrody. Należy zapewnić odpowiednie ogrzewanie i dostosować intensywność wentylacji do emisji wilgoci. Przy dużej emisji, np. w krytych pływalniach, można stosować nawiew ciepłego powietrza na powierzchnie oszklenia. Przezroczyste przegrody o dużym oporze cieplnym są bardziej podatne na kondensację pary wodnej na zewnętrznej powierzchni. Jej ryzyko rośnie w czasie występowania niskiej temperatury promieniowania w środowisku zewnętrznym, przy czym istotne są również inne szczególne warunki cieplne-wilgotnościowe (odpowiednio wysoka wilgotność, warunki konwekcji przy powierzchni przegrody). Na ogół niestety konieczna jest szczegółowa ocena indywidualnych przypadków.

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

dr inż. Robert Geryło Instytut Techniki Budowlanej

23


Martin Heßler

Unikanie kondensacji i pleśni Eksperci z Centrum Technicznego instytutu IFT Rosenheim oraz osoby obsługujące linię telefoniczną do kontaktów z klientami i inwestorami zauważyli, że użytkownicy często jeszcze dziś skarżą się na kondensację pary wodnej występującą na szybach i ramach okiennych. Taka kondensacja może prowadzić do tworzenia się pleśni na powierzchni okna i węgarka. Dlaczego kondensacja pary wodnej na oknie jest zła? W sytuacjach związanych z kondensacją i tworzeniem się pleśni na oknie jest zawsze kilka możliwych przyczyn ich powstawania i wielu winnych temu stanowi. Odpowiedzialność musi być zatem zawsze ustalana indywidualnie dla każdego przypadku. Tym bardziej, że wymogi prawne i normatywne dotyczące analizy przyczyn wystąpienia kondensacji i pleśni są też raczej niejasne i mogą być interpretowane w różny sposób. Strony sporu są często dość sztywne w swojej ocenie sytuacji: pracownicy budowlani mają skłonność do postrzegania sytuacji w ten sposób, że metody jakie stosują mieszkańcy i użytkownicy aby ogrzać i przewietrzyć swoje budynki oraz styl ich życia są główną przyczyną problemów. Z drugiej strony użytkownicy będą upierać się, że zrobili wszystko perfekcyjnie, a konstrukcja okna lub montaż były błędne. W celu identyfikacji rzeczywistych przyczyn powstałych uszkodzeń związanych z powstawaniem kondensacji i pleśni angażowane są sądy i biegli eksperci. Skargi i reklamacje, które powodują proces sądowy, w efekcie mogą być kosztowne dla wszystkich, zabierają dużo czasu i powodują sporo stresu.

Fizyka procesu kondensacji Obszar, w którym kondensacja pojawia się na powierzchni elementów jest zasadniczo określony przez:

Rys. 1. Kondensacja na dolnej krawędzi okna wynikająca z efektu mostku termicznego wywołanego „zimną” ramką dystansową – szczegóły wg DIN 4108-2 z opisem sytuacji, w których może występować kondensacja

• •

bezwzględną zawartość wody w powietrzu wewnątrz pomieszczenia (cząstkowe ciśnienie pary wodne), temperaturę na powierzchni elementu.

Gdy tylko temperatura powierzchni spadnie poniżej punktu rosy (zależnego od wilgotności powietrza w pomieszczeniu), na powierzchni tej można zauważyć kondensującą się parę wodną. Oba te parametry zmieniają się znacznie: bezwzględna zawartość wody w powietrzu wewnątrz pomieszczenia zmienia się w ciągu dnia, gdyż wilgoć stale jest uwalniana (np. podczas gotowania) i usuwana (np. za pomocą wentylacji). Temperatura powierzchni okna zmienia się w zależności od temperatury po-

Wilgotność powietrza – zawartość pary wodnej w powietrzu. Wilgotność charakteryzuje się na różne sposoby. Najpopularniejsze to: • wilgotność bezwzględna – masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w 1 m3 powietrza, • wilgotność względna – wyrażony w procentach stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do prężności pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze, wyrażana w % • prężność pary wodnej – ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu. • temperatura punktu rosy – temperatura w której nastąpi skraplanie pary wodnej zawartej w powietrzu. Temperatura punktu rosy lub punkt rosy – temperatura, w której para wodna zawarta w powietrzu osiąga na skutek schładzania stan nasycenia (przy zastanym składzie i ciśnieniu powietrza), a poniżej tej temperatury staje się przesycona i skrapla się lub resublimuje. Prężność pary wodnej – ciśnienie cząstkowe wywierane przez parę wodną zawartą w powietrzu. Prężność maksymalna (nasycająca) – najwyższa wartość ciśnienia, jaka może wystąpić w danej temperaturze, odpowiada ciśnieniu pary nasyconej w tej temperaturze. Rośnie ona z temperaturą. Osiągnięcie ciśnienia nasycającego jest warunkiem rozpoczęcia się procesu kondensacji (skraplania) – w stanie tym następuje równowaga między parowaniem i skraplaniem.

24

wietrza na zewnątrz budynku, ilości ciepła przenoszonego przez konwekcję i izolacyjności termicznej samego elementu. Powyższe czynniki różnią się również w czasie oraz są zależne od miejsca montażu okna. Pleśń zaczyna się tworzyć, gdy zarówno wystarczająca wilgotność, jak i niezbędne substancje odżywcze dla grzybni są obecne w pomieszczeniu. Od kilku lat, wiadomo, że wilgoć nie musi być obecna w postaci płynnej: pleśń może rosnąć bez wody, jeśli tylko wilgotność otaczającego powietrza osiąga wartość 80% lub więcej. Substancje odżywcze mogą mieć postać różnych materiałów organicznych, takich jak tapety ze zrębkami drewna lub nawet cienka warstwa kurzu. Pleśń jest zazwyczaj wynikiem występującej przez dłuższy okres kondensacji pary wodnej.

Oznaki zagrożenia ryzykiem kondensacji Zbiór opinii i porad ekspertów z ostatnich lat pokazuje szereg szczególnie powszechnych przyczyn kondensacji. Są one opisane poniżej.

Jakość konstrukcji W sytuacjach opisanych poniżej, odpowiedzialność spoczywa głównie na projektantach, wykonawcach budowlanych, projektantach i montażystach okien.

WYDANIE SPECJALNE


Unikanie kondensacji i pleśni a) Usytuowanie okien w ścianie zewnętrznej W monolitycznych ścianach zewnętrznych (to znaczy ścianach wykonanych z jednego materiału, takiego jak np. cegła) okna powinny być zainstalowane w środkowej płaszczyźnie każdej ściany. W konstrukcjach ścian zawierających warstwę izolacyjną najlepiej jest, gdy okna znajdują się w obszarze izolacji. Im dalej od tej optymalnej pozycji znajdują się okna, tym bardziej prawdopodobne jest, że nastąpi kondensacja i pleśń. Norma DIN 4108-2 wymaga, aby dla węgarków okiennych przedstawić dowody na osiągnięcie odpowiedniej wielkości wskaźnika, jakim jest „czynnik temperaturowy na powierzchni wewnętrznej” (fRsi) – tylko dla okien wbudowanych na pozycjach opisanych w Załączniku 2 normy DIN 4108 nie jest to konieczne. b) Niewystarczające osłony okien od zewnątrz W miastach i innych gęsto zaludnionych obszarach warto korzystać z zewnętrznych osłon okiennych (rolety, żaluzje lub okiennice), aby zapewnić prywatność w godzinach wieczornych i nocnych (a także ochronę przed wścibskimi spojrzeniami w czasie dnia). Pokrycia te zapewniają także pewną izolację termiczną w ciągu nocy (ochrona przed tzw. wychłodzeniem nocnym). Użytkownicy, którzy nie mają zainstalowanej tego rodzaju osłony okiennej są zmuszeni stosować nieprzezroczyste zasłony wewnątrz pomieszczeń, aby chronić swoją prywatność. Jednak zasłony wewnętrzne mogą w znacznym stopniu sprzyjać kondensacji na powierzchni okna.

Ponieważ te budynki były zazwyczaj wykonane z litych materiałów murowych (np. cegły lub bloczki betonowe bez pustek powietrznych), obłożenie ścian zewnętrznych izolacją termiczną jest praktycznie zawsze konieczne, jeżeli wymagania normy DIN 4108-2 mają być przestrzegane. Okna z szerokimi profilami i uszczelkami przylgowymi po wewnętrznej stronie praktycznie zmonopolizowały rynek okienny, a szyby zespolone z „ciepłymi” ramkami dystansowymi też powoli stają się standardem. W przypadku wystąpienia kondensacji na dwukomorowej szybie zespolone z „ciepłą” ramką dystansową, jest to wyraźny sygnał, że powietrze w pomieszczeniu zawiera zbyt dużo pary wodnej (jest zbyt wilgotne). W wielu mieszkaniach i domach już nie wystarcza przewietrzanie mieszkanie wyłącznie przez ręczne otwieranie okien. Ta sytuacja powoduje konieczność zainstalowania urządzeń dostarczających świeże powietrze do pomieszczenia, aby zapewnić podstawowy poziom wentylacji i wymiany powietrza. Należy też upewnić się, że wszystkie urządzenia wentylacyjne działają prawidłowo i są akceptowane przez użytkowników, zawsze też musi być dokładnie wyjaśnione użytkownikom, jak ich prawidłowo używać.

Zachowanie użytkowników Skraplanie się pary wodnej na oknach jest często spowodowane zachowaniem użytkowników budynku. Warto wymienić w szczególności następujące przyczyny:

c) Rodzaj ogrzewania Głównym źródłem ciepła w nowych budynkach jest ogrzewanie podłogowe. Jest korzystne dla zapewnienia trwałego ustalenia określonego układu temperatury w pomieszczeniu (przy zachowaniu jednolitego rozwarstwienia powietrza) i utrzymania temperatury zasilania dla systemu grzewczego na niskim poziomie. Jednakże, ten typ rozprowadzania ciepła w pomieszczeniach sprzyja kondensacji na oknach i ścianach zewnętrznych, ponieważ nie wymaga praktycznie żadnej konwekcji gorącego powietrza (w przeciwieństwie do ogrzewania za pomocą grzejników). Meble i zasłony nie mogą być przeszkodą rozchodzenia się ciepła w krytycznych strefach przed oknami. Pętle grzewcze powinny być wzmocnione na brzegach podłogi przy oknach, szczególnie w przypadku wykuszy i przeszklonych narożników. d) Montaż okien w istniejących budynkach Gdy nowe okna montowane są w starszych budynkach mieszkalnych, istnieje zwiększone ryzyko wystąpienia kondensacji i pleśni, szczególnie na powierzchni węgarków okiennych.

Podstawy oceny ryzyka kondensacji 1. Ponieważ okna i fasady są bardzo cienkie w porównaniu do ścian zewnętrznych, są one zawsze najsłabszym punktem na powierzchni budynku w zakresie zapobiegania ucieczce ciepła. Nie jest zatem możliwe, aby całkowicie wyeliminować ryzyko kondensacji na tych elementach. 2. Wartość Uw zawsze jest średnią wartością dla poszczególnych składników. Natomiast kondensacja i powstawanie pleśni są zawsze wynikiem geometrycznych i materiałowych mostków termicznych, np. ramki dystansowej wokół krawędzi w szybach zespolonych. Nie jest zatem możliwe, aby określić prawdopodobieństwo kondensacji wynikające z wartości Uw okna. 3. Ryzyko kondensacji i pleśni może być oceniona na podstawie obliczenia przebiegu izoterm. Pierwszy parametr dla tego obliczenia jest wymagany dla temperatury powierzchni okna po stronie wewnętrznej, która zgodnie z „kryterium pleśni”, powinna być większa od 12,6°C. 4. Drugą ważną zmienną określającą prawdopodobieństwo kondensacji jest względna wilgotność powietrza w pomieszczeniu. Wilgotność względna i temperatura powietrza wewnątrz pomieszczeń wahają się tak znacznie, że jednorazowe pomiary nie są wystarczające. Dane dotyczące temperatury i wilgotności powinien być zbierane przez okres kilku tygodni, podczas sezonu grzewczego. Wskazane jest, aby korzystać przy tym z rejestratorów danych. 5. W dokumentacji „klimatu wewnętrznego”, temperatury 20°C oraz wilgotność względna 50% podane w DIN 4108-2 stosuje się w projektowaniu elementów. Często sugeruje się, że te wartości są średnimi rzeczywistych wielkości dla typowego wnętrza pomieszczenia, ale tak nie jest. Niestety, nie istnieją przepisy lub normy określające maksymalną dopuszczalną wilgotność w pomieszczeniu. 6. Stwierdzono, że temperatura powietrza w pomieszczeniach, w sytuacjach, w których wystąpiły zniszczenia w wyniku pojawienia się kondensacji lub pleśni, osiąga często 23°C lub więcej. W wyniku znacznie większego przepływu ciepła występują większe straty ciepła, wysoka temperatura również zwiększa zdolność powietrza do pochłaniania wilgoci, a tym samym powoduje podwyższenie punktu rosy. W temperaturze powietrza 24°C i przy wilgotności względnej 50%, kondensacja pojawia się, gdy temperatura powierzchni elementu okiennego osiąga wartość 12,9°C (przy temperaturze powietrza 20°C i wilgotności względniej 50% kondensacja zaczyna się przy temperaturze powierzchni okna 9,3°C ).

Rys. 2. Szafki kuchenne obok drzwi tarasowych. Wystąpienie kondensacji i pleśni wzdłuż dolnej krawędzi szyby (zaznaczone czerwonym okręgiem) w tym przypadku jest praktycznie nieuniknione

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

7. Przez pełne wykorzystanie wszystkich możliwości optymalizacji dostępnych obecnie (dobra izolacja cieplna, unikanie mostków termicznych, wysoki poziom szczelności, określenie wymagania stosowania wentylacji przez użytkownika) można w jakimś zakresie zredukować problemy występowania kondensacji.

25


Martin Heßler z czynników ryzyka opisanych w poprzednim rozdziale, to aby je zminimalizować, należy zoptymalizować okna pod względem termicznym, na ile jest to jeszcze możliwe. Na przykład, zaleca się stosowanie termoizolacyjnych szyb zespolonych z „ciepłymi ramkami“ dystansowymi. Dwukomorowe szyby zespolone z „ciepłą ramką” są najbardziej efektywnym rozwiązaniem dostępnym obecnie dla uniknięcia kondensacji pary wodnej na krawędzi szyby. Dodatkowo, płaszczyzna uszczelniająca po stronie wewnętrznej powinna być tak szczelna, jak to tylko możliwe, przy czym elementy uszczelniające powinny być rozmieszczone zgodnie z zasadą „szczelniej od środka niż od zewnątrz”, w celu uniknięcia kondensacji pary wodnej i pleśni we wrębie okna. Dalej, dla zmniejszenia kondensacji należy również nalegać na postępowanie zgodne z DIN 1946- 6, ponieważ użytkownicy, zapew-

Rys. 3 Warunki występowania kondensacji i pleśni

Rys. 4. Symulacja przebiegu izoterm w profilu okiennym

a) Konwekcyjne przekazywanie ciepła Ciepło dociera zwykle do powierzchni elementów przez promieniowanie lub konwekcję. Okna zwykle zapewniają mniejszą izolacyjność termiczną niż ściany zewnętrzne (temperatura powierzchni okien jest więc zwykle mniejsza niż ścian), a więc jest szczególnie ważne, aby zapewnić swobodny dopływ ciepła do powierzchni okien. Zwisające od sufitu do podłogi, nieprzewiewne zasłony, duże wewnętrzne parapety zastawione dużą ilością roślin doniczkowych oraz komody, sofy i wysokie szafki kuchenne stojące blisko okien, są często przyczyną zwiększonej kondensacji, gdyż zaburzają konwekcyjny ruch powietrza, dostarczający ciepło do ogrzania powierzchni okien. b) Ogrzewanie pośrednie Użytkownicy budynku często nie ogrzewają sypialni, spiżarni i rzadko używanych pokoi wystarczająco, a nawet w ogóle. Gdy tylko powietrze z pokoi, które są ogrzewane i używane rozprzestrzenia się w te nieogrzewane obszary, pojawienie się w nich kondensacji jest bardzo prawdopodobne. Powietrze w pomieszczeniach cieplejszych może „zawierać” więcej wilgoci bez ryzyka

26

Rys. 5. Symulacja przebiegu izoterm w przeszkleniu narożnym

kondensacji, gdy jednak to powietrze przepływa do pomieszczeń nieogrzewanych, zostaje ono schłodzone – wskutek czego występuje duże prawdopodobieństwo kondensacji pary wodnej.) c) Zwiększenie wilgotności w powietrzu (wynikłe z zachowania domowników) W wielu przypadkach kondensacja wynika z niezwykle wysokiej wilgotności panującej w pomieszczeniu. Zauważono następujące tego przyczyny: • wiszące pranie w domu • duża liczba roślin doniczkowych, duże akwaria, itp. • zbyt wiele osób mieszkających w mieszkaniu • nawilżacze powietrza, intensywne gotowanie. Wprawdzie niektórzy biolodzy budowlani proponują, ze względów konstrukcyjnych, aby maksymalna wilgotność względna nie przekraczała 60%, ale jest to o wiele za dużo.

Zalecenia dotyczące zapobiegania uszkodzeniom Jeżeli przed rozpoczęciem prac budowlanych stwierdzono, że mogą wystąpić niektóre

niając odpowiednią wentylację, mogą znacznie zmniejszyć wilgotność powietrza w pomieszczeniach. mgr inż. Martin Heßler ift Rosenheim Artykuł powstał na podstawie wykładu wygłoszonego na International Rosenheim Window&Facade Conference 2013. Pełna oryginalna wersja wykładu dostępna na stronie www.ift-rosenheim.de Bibliografia [1] DIN 4108-2:2013-02 Ochrona cieplna i oszczędzanie energii w budynkach. Minimalne wymagania izolacyjności cieplnej. Beuth Verlag GmbH, Berlin [2] DIN Fachbericht (Technical Report) 4108-8:2010-09 Izolacja cieplna i oszczędność energii w budynkach. Unikanie pleśni w budynkach mieszkalnych. Beuth Verlag GmbH, Berlin [3] DIN 1946-6:2009-05 Wentylacja i klimatyzacja. Część 6: Wentylacja w budynkach mieszkalnych. Wymagania ogólne, wymagania dotyczące projektowania, wykonania i oznakowania, dostaw/odbioru (kontroli i certyfikacji) i konserwacji. Beuth Verlag GmbH, Berlin

WYDANIE SPECJALNE


Światło w pomieszczeniu a klimat wewnętrzny i infekcje

Światło w pomieszczeniu a klimat wewnętrzny i infekcje Nasza odporność na antybiotyki staje się faktem. Wszystko wskazuje na to, że będziemy musieli sięgnąć po nowe metody walki z infekcjami. W opublikowanym artykule dr Richard Hobday, autorytet w dziedzinie badań nad światłem słonecznym, przekonuje, że naszą kluczową bronią powinno być zapewnienie zdrowego klimatu wewnątrz budynków – z odpowiednim dostępem do światła dziennego i świeżego powietrza. Bakterie odporne na leki oraz trudne do zwalczenia patogeny stanowią rosnące zagrożenie dla zdrowia ludzi. Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), świat zmierza w kierunku ery poantybiotykowej, w której lekarstwa na wiele popularnych dziś infekcji, wkrótce mogą okazać się nieskuteczne. Problem ten wyjaśnia na łamach naukowego magazynu „Journal of Hospital Infection” dr Richard Hobday*). Autor artykułu o zdrowiu w XXI w. (The Healing Sun: Sunlight and Health in the 21st Century) ostrzega, że musimy działać efektywniej, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się infekcji. Jako skuteczne rozwiązanie wskazuje ulepszanie klimatu wewnątrz budynków.

Należy zaostrzyć przepisy Również eksperci firmy VELUX z niepokojem obserwują, jak na przestrzeni dziesięcioleci zmienia się klimat wewnątrz budynków. Według nich głównym problemem jest widocz-

Światło dzienne i świeże powietrze zabijają zarazki 30% współczesnych budynków nie zapewnia zdrowych warunków klimatycznych, a to właśnie ich brak jest związany z występowaniem wielu chorób zakaźnych, narażających na szwank zdrowie ludzi. Informacje te są tym bardziej niepokojące, że blisko 90% naszego czasu spędzamy wewnątrz pomieszczeń. Zanim odkryto antybiotyki, wysoki poziom wentylacji oraz dostęp do światła dziennego były ważnymi metodami zapobiegania rozprze*)

dr Richard Hobday: członek International Light Association, autor publikacji: The Healing Sun: Sunlight and Health in the 21st Century (2000), oraz The Light Revolution: Health Architecture and the Sun (2006).

strzeniania się infekcji. Współcześnie nie kładzie się już takiego nacisku na zapewnienie zdrowego klimatu w pomieszczeniach. Przepisy z reguły promują dobrze wyizolowane i szczelne budynki, które oferują lepsze warunki energetyczne niż starsze obiekty, jednak nie gwarantują odpowiedniego dostępu do światła słonecznego i świeżego powietrza, co zwiększa ryzyko rozprzestrzenienia infekcji. Według Richarda Hobdaya, w przyszłości, aby skutecznie walczyć z infekcjami, trzeba będzie zwra-

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

27

dokończenie na s. 37

cać większą uwagę na tworzenie zdrowego klimatu wewnątrz budynków. Aby to osiągnąć potrzebny będzie znacznie wyższy, niż obecnie, poziom wiedzy.


Barbara Szudrowicz

Izolacyjność akustyczna lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych – wymagania, metody badań Ściany zewnętrzne muszą zapewniać odpowiednią do danego rozpatrywanego przypadku ochronę pomieszczeń przed przenikaniem hałasu zewnętrznego. Wymagania akustyczne w stosunku do izolacyjności akustycznej ściany nie są zatem zależne od konstrukcji ściany a jedynie od warunków akustycznych, w jakich zlokalizowany jest budynek oraz od wymaganego komfortu akustycznego pomieszczenia wynikającego z przeznaczenia tego pomieszczenia. Usytuowanie właściwości akustycznych ścian osłonowych w normalizacji Specyfika lekkich ścian osłonowych o konstrukcji słupowo-ryglowej dotyczy natomiast metod oznaczania ich izolacyjności akustycznej, które oparte są przede wszystkim na badaniach – w warunkach laboratoryjnych – wzorców fragmentów tych ścian. Bardzo duża liczba czynników wpływających na izolacyjność akustyczną ścian, powoduje niejednokrotnie konieczność przyjęcia stosunkowo rozbudowanych programów badawczych. Izolacyjność akustyczna ścian osłonowych ujęta jest w dwóch grupach norm: w normach odnoszących się do ściany osłonowej jako wyrobu oraz do ścian zewnętrznych w budynku. W pierwszej grupie norm wiodącą rolę ma norma zharmonizowana PN-EN 13830:2015 Ściany osłonowe. Norma wyrobu. Norma ta w grupie wymaganych właściwości użytkowych wymienia między innymi izolacyjność akustyczną – zastrzegając, że dotyczy to tylko tych przypadków, w których parametr ten jest wymagany. Norma nie podaje wymagań w stosunku do właściwości akustycznych ścian osłonowych, ponieważ wymagania te zależą od przeznaczenia budynku, w którym ściana ma być zastosowana oraz od warunków akustycznych panujących w otoczeniu tego budynku. Norma podaje natomiast, jakimi parametrami powinna być określana izolacyjność akustyczna ściany osłonowej oraz jakie należy stosować metody do wyznaczania tych parametrow. Podstawową metodą określenia izolacyjności akustycznej ściany osłonowej jako wyrobu jest pomiar wzorca ściany, przeprowadzony w warunkach laboratoryjnych. Norma zharmonizowana przywołuje normę pomiarową EN ISO 10140-2, wg której wyznacza się izolacyjność akustyczną ściany w poszczególnych pasmach częstotliwości dźwięku oraz normę EN ISO 717-1 określającą metodę wyznaczania jednoliczbowych wskaźników izolacyjności akustycznej ściany na podsta-

28

wie wyników pomiarów. Obie metody – pomiaru i wyznaczania wskaźników – są uniwersalne i dotyczą izolacyjności od dźwięków powietrznych wszystkich rodzajów przegród, bez względu na ich konstrukcję. Zapis w normie PN-EN 13830:2015 wskazuje, że badania akustyczne powinny odnosić się

do ściany przeznaczonej do zastosowania w konkretnym obiekcie. Wynika to z zamieszczonego w normie przykładu informacji o oznakowaniu CE. Odniesienie, przy oznakowaniu CE, parametrów akustycznych ściany osłonowej do konkretnego obiektu wskazuje, że norma zharmonizowana w pośredni sposób powiązana

W październiku 2015 roku została ustanowiona nowa norma dot. wymagań akustycznych w budynkach PN-B-02151-3:2015 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych. Zasadniczą różnicą w sposobie formułowania wymagań akustycznych w stosunku do przegród zewnętrznych budynku jest zrezygnowanie z dotychczas stosowanych 5dB klas akustycznych i wprowadzenie w to miejsce bezpośredniego wzoru na wymaganą wartość wskaźnika oceny przybliżonej izolacyjności akustycznej przegrody zewnętrznej (R’A = R’A2 lub R’A1 – w zależności od typu hałasu zewnętrznego): æS  R' A = LA,zew − LA,wew +10 lg   + 3 æA æ

gdzie: R’A – wskaźnik oceny przybliżonej izolacyjności akustycznej właściwej przegrody zewnętrznej, dB LA,zew – miarodajny poziom hałasu zewnętrznego przy danej przegrodzie zewnętrznej, dB LA,wew – poziom odniesienia, tj. dopuszczalny poziom w pomieszczeniu, w zależności od pory dnia i nocy oraz przeznaczenia pomieszczenia (wartości poziomu odniesienia w zależności od pory dnia i nocy oraz przeznaczenia pomieszczenia zostały podane w normie), dB A – chłonność akustyczna pomieszczenia w oktawowym paśmie o środkowej częstotliwości f = 500 Hz, bez wyposażenia pomieszczenia i obecności użytkowników, m2 S – pole rzutu powierzchni przegrody zewnętrznej na płaszczyznę fasady lub dachu widzianej od strony pomieszczenia, m2 przy czym:

A = 0,16 ×

V T

gdzie: V objętość pomieszczenia, m3 T przewidywany czas pogłosu w pomieszczeniu, w oktawowym paśmie o środkowej częstotliwości f = 500 Hz, s Zmiana sposobu wyznaczania wymaganej izolacyjności przegród zewnętrznych pozwoli na dokładniejsze jej określenie, co w niektórych przypadkach może doprowadzić do mniejszych, niż wynikało to z poprzednio stosowanych 5 dB klas akustycznych, wymaganych wartości. Nowa norma PN - B - 02151 - 3:2015 nie jest na razie wprowadzona do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Budownictwa „Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki…”. Nastąpi to prawdopodobnie w 2017 r, przy okazji nowelizacji tego Rozporządzenia.

WYDANIE SPECJALNE


Izolacyjność akustyczna lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych – wymagania... jest z wymaganą izolacyjnością akustyczną ściany w tym obiekcie. W polskiej normalizacji istnieją normy, które są odpowiednikami norm przywołanych w normie zharmonizowanej. Są to: • PN-EN ISO 10140-2:2011 Pomiary izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Pomiary laboratoryjne izolacyjności akustycznej elementów budowlanych; • PN-EN ISO 717-1:2013 Akustyka. Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Izolacyjność od dźwięków powietrznych. W drugiej grupie norm odnoszących się do ścian zewnętrznych w budynku (a więc i do ściany osłonowej) mamy normę krajową określającą wymaganą izolacyjność akustyczną ścian zewnętrznych oraz normy PN-EN określające metody pomiaru izolacyjności ściany zewnętrznej „in situ”. Warto podkreślić, że poziom wymagań akustycznych został w przepisach europejskich pozostawiony do decyzji poszczególnych państw, natomiast parametry, jakimi określa się izolacyjność akustyczną oraz metody pomiaru tej izolacyjności w warunkach laboratoryjnych i terenowych są domeną norm europejskich EN, a właściwie norm międzynarodowych EN-ISO. Wymagania w stosunku do izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej podane są w normie krajowej PN-B-02151-3:1999 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania. Metody pomiaru izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych w budynku (a więc i ścian osłonowych) podane są w normach: • PN-EN 20140-5:1999 Pomiary izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Pomiary terenowe izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych ściany zewnętrznej i jej elementów; • PN-EN ISO 10052:2007 Akustyka. Pomiary terenowe izolacyjności od dźwięków powietrznych i uderzeniowych oraz hałasu od urządzeń wyposażenia technicznego. Metoda uproszczona

lub PN-EN ISO, co zapewnia porównywalność wyników badań przeprowadzonych w Polsce i w innych państwach europejskich.

Wskaźniki stosowane do określania izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych (w tym ścian osłonowych o konstrukcji słupowo-ryglowej) Rodzaj stosowanych wskaźników do oceny izolacyjności akustycznej przegród budowlanych jest znany w Polsce od 1999 r., tj. od ustanowienia normy PN-EN ISO 717-1:1999 oraz normy PN-B-02151-3:1999. Powinno się zatem przyjąć, że są to zagadnienia ogólnie znane. Jednak, jak wykazuje praktyka i liczne kontakty Zakładu Akustyki ITB z projektantami budynków oraz producentami i wykonawcami ścian osłonowych, przy formułowaniu wymagań akustycznych w stosunku do izolacyjności akustycznej ścian osłonowych popełnianych jest wiele błędów.

Fot. 2. Tablica z cytatem z Schillera na murach miejskich, Marbach am Neckar. Aby zapewnić o p t y c z n ą harmonię za wzór tła dla modułów PV przyjęto strukturę i kolorystykę kamienia tworzącego

Rys. 1. Przykłady charakterystyk izolacyjności akustycznej właściwej przegrody budowlanej (wynik pomiaru przeprowadzonego w warunkach laboratoryjnych)

określanego charakterystyką izolacyjności akustycznej w funkcji częstotliwości R(f)). Pierwszym takim wskaźnikiem był tzw. wskaźnik ważony izolacyjności akustycznej właściwej Rw, stosowany w Polsce do 1999 r. Metoda obliczania tego wskaźnika ujęta jest w normie EN ISO 717-1. Liczne badania wykazały, że wartość tego wskaźnika nie jest proporcjonalna do subiektywnej oceny zmniejszenia poziomu hałasu przenikającego przez daną ścianę. Subiektywna ocena izolacyjności akustycznej ściany (zarówno wewnętrznej jak i zewnętrznej) o danej charakterystyce R w funkcji częstotliwości zależna jest od widma hałasu, przed którym ściana ma chronić dane pomieszczenie. W związku z tym w 1995 r. zostały wprowadzone normą EN-ISO 717-1 dwa dodatkowe widmowe wskaźniki adaptacyjne C i Ctr, których zadaniem jest zbliżenie obiektywnej oceny izolacyjności akustycznej przegrody do oceny subiektywnej, przy uwzględnieniu widma hałasu, pod którego działaniem znajduje się dana przegroda. Wskaźnik C jest dostosowany do hałasów o średnich i wysokich częstotliwościach (np. hałas zewnętrzny przy drogach szybkiego ruchu, hałas lotniczy w pobliżu lotnisk, hałas wewnętrzny tzw. bytowy), wskaźnik adaptacyjny Ctr dostosowany jest do hałasów niskoczęstotliwościowych (np. hałas drogowy w mieście). Zgodnie z normą zharmonizowaną izolacyjność akustyczną ściany osłonowej określa się za pomocą 3 wskaźników podawanych łącznie w postaci: Rw(C, Ctr), dB

(1)

Uznano więc, że warto w niniejszym artykule przypomnieć podstawowe zasady oceny izolacyjności akustycznej ścian osłonowych za pomocą jednoliczbowych wskaźników, zwłaszcza, że nie jest to jeden rodzaj wskaźnika, a wybór właściwego wskaźnika do danego obiektu zależy od rodzaju hałasu zewnętrznego występującego w otoczeniu budynku. Izolacyjność akustyczną przegród budowlanych określa się w poszczególnych, kolejnych 1/3 oktawowych pasmach częstotliwości, w przedziale minimum 100-3150. Wynikiem badania jest więc minimum 16 wartości. Badania uproszczone można przeprowadzić w pasmach oktawowych w przedziale 125-2000 Hz, co prowadzi do uzyskania 5 wartości izolacyjności akustycznej danej ściany. Najczęściej jednak stosuje się badania w pasmach 1/3 oktawowych. Przykład wyniku pomiaru podano na rys 1. Operowanie zbiorem danych przy formułowaniu wymagań akustycznych a także przy ocenie izolacyjności akustycznej konkretnych rozwiązań byłoby bardzo uciążliwe (nawet w przypadku ograniczenia liczebności zbioru do 5 danych w pasmach oktawowych). Z tego względu stosuje się wskaźniki jednoliczbowe wyznaczane na podstawie zbioru wartości izolacyjności akustycznej (potocznie

Ten zapis wskaźników jest uniwersalny i dotyczy wszystkich przegród budowlanych bez względu na ich konstrukcję i przeznaczenie. W Polsce zasady obliczania wskaźników Rw(C, Ctr) zostały ujęte w normie PN-EN ISO 717-1:2013. Zapis izolacyjności akustycznej nie jest możliwy do bezpośredniego wykorzystania. Ocenę izolacyjności akustycznej przegrody opiera się więc na sumie wskaźnika ważonego Rw i odpowiedniego wskaźnika adaptacyjnego C lub Ctr przyjmowanego w zależności od widma hałasu, na którego działanie narażona jest dana ściana. W wielu państwach europejskich przy formułowaniu wymagań i przy ocenie izolacyjności akustycznej konkretnych rozwiązań przegrody operuje się zapisem sumy Rw+C lub Rw+Ctr. W Polsce zapis ten uproszczono przyjmując zależności:

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

29

Z przedstawionego zestawienia wynika, że poza normą zharmonizowaną PN-EN 13830:2015 wszystkie pozostałe normy mają charakter ogólny i dotyczą izolacyjności akustycznej przegród budowlanych bez względu na ich konstrukcję. Stosowane w Polsce normy pomiarowe, zarówno odnoszące się do badań laboratoryjnych, jak i terenowych oraz norma określająca metody obliczania jednoliczbowych wskaźników izolacyjności akustycznej, są normami PN-EN

RA1= Rw+C, dB RA2 = Rw+Ctr, dB

(2) (3)

i określając wskaźniki RA1 i RA2 jako wskaźniki oceny izolacyjności akustycznej właściwej (w odróżnieniu do wskaźnika ważonego Rw). Biorąc pod uwagę przypisanie wskaźników C i Ctr odpowiednim rodzajom hałasów, jako


Barbara Szudrowicz wskaźnik podstawowy do formułowania wymagań w stosunku do izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych (bez względu na ich konstrukcję) przyjmuje się wskaźnik RA2, zaś wskaźnik RA1 traktuje się jako uzupełniający. Zasada ta podana jest w normie PNB- 021513:1999, która odwołuje się także do normy PNEN ISO 717-1:1999, gdzie podane są szczegółowe przypadki, w jakich należy stosować adaptacyjne wskaźniki C lub Ctr, a w konsekwencji wskaźniki oceny izolacyjności akustycznej właściwej RA1 lub RA2. Wartości wskaźników adaptacyjnych są ujemne, przy czym wskaźnik Ctr ma większą wartość bezwzględną niż C (w przypadku ścian masywnych mamy niekiedy C=0 dB, w przypadku ścian słupowo-ryglowych taki przypadek nie występuje). Oznacza to więc, że: RA1< RW; RA2< RW; RA2< RA1

(4)

W przypadku ścian osłonowych wskaźnik adaptacyjny C wynosi zazwyczaj od -4 do -1 dB, zaś wskaźnik Ctr od nawet -8 dB do -5 dB. Tak więc wartość wskaźników oceny izolacyjności akustycznej ścian osłonowych RA2 i RA1 jest znacząco mniejsza od wartości wskaźnika ważonego RW. Podanie wymaganej izolacyjności akustycznej lub określenie izolacyjności akustycznej ściany zewnętrznej w postaci liczby decybeli bez sprecyzowania wskaźnika, jakiego ta liczba dotyczy jest bardzo poważnym błędem.

Wymagana izolacyjność akustyczna Wymagania normowe Jak zaznaczono na wstępie wymagana izolacyjność akustyczna ściany zewnętrznej jest niezależna od konstrukcji ściany. Zależy jedynie od poziomu hałasu występującego przy danej elewacji budynku oraz od przeznaczenia budynku i poszczególnych pomieszczeń w budynku. Wymagania ujęte są w normie PN-B-021513:1999 i podawane są w postaci minimalnych

Rys. 2. Przykłady próbek ścian osłonowych zmontowanych na stanowisku badawczym Akredytowanego Laboratorium Akustycznego ITB – badania rozwiązań systemowych (fot.: Zakład Akustyki ITB)

wartości wskaźników oceny R’A2 (R’A1). Należy podkreślić, że wskaźniki R’A2 (R’A1) odnoszą się do izolacyjności akustycznej, jaką osiąga ściana w budynku i nie mogą być bezpośrednio porównywane z wartościami wskaźników izolacyjności akustycznej RA2 (RA1) danego rozwiązania ściany jako wyrobu, określonych na podstawie badań laboratoryjnych. Procedura ustalenia wymagań dla danego obiektu obejmuje określenie poziomu hałasu (poziomu dźwięku A) przy danej elewacji budynku oraz przyjęcie z tabeli podanej w normie wymaganej wartości odpowiednich wskaźników oceny izolacyjności akustycznej ściany zewnętrznej stosownie do przeznaczenia danego obiektu, przy uwzględnieniu przeznaczenia pomieszczeń w danym obiekcie. W przypadku ściany w budynkach, których funkcja zmienia się w zasadniczy sposób w zależności od pory doby (w nocy muszą być zapewnione warunki do snu) wyznacza się poziom hałasu zewnętrznego odrębnie dla pory dziennej i nocnej, określa się wymagania przy uwzględnieniu tych poziomów i jako akustyczne wymaganie dla ściany zewnętrznej przyjmuje się większą wymaganą wartość wskaźnika. Ponieważ hałas zewnętrzny nie jest zjawiskiem stałym w czasie, norma bardzo dokładnie precyzuje rodzaj parametrów, za pomocą których ma być określony poziom hałasu zewnętrznego traktowany jako miarodajny do wyznaczenia minimalnej izolacyjności akustycznej okien.

Tablica 1. Przykłady wymaganej izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych (wg normy PN-B-021513:1999)

W tablicy 1 podano przykłady wymaganej izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych zaczerpnięte z normy PN-B-02151-3:1999. Wartości podane w normie PN-B-021513:1999 oraz przykłady przedstawione w tablicy 1 odnoszą się do wypadkowej izolacyjności akustycznej fragmentu ściany w budynku widzianego od strony wnętrza pomieszczenia. W wypadkowej izolacyjności akustycznej ścian osłonowych nie uwzględnia się zatem tych fragmentów ściany, które osłaniają czoła płyt stropowych, belek obwodowych, czy przestrzeni między stropami a podwieszonymi sufitami. Norma jw. ustosunkowuje się także do izolacyjności akustycznej ściany zewnętrznej jako wyrobu. Wprowadzone jest zalecenie, aby przy projektowaniu obiektów pod względem akustycznym wartości wskaźników oceny izolacyjności akustycznej właściwej określone na podstawie badań laboratoryjnych wzorców konkretnych rozwiązań ścian zewnętrznych były skorygowane o poprawkę wynoszącą (-2 dB). Zgodnie z zapisem normy „korekta ta uwzględnia dokładność wyznaczania wskaźników na podstawie pomiarów laboratoryjnych, różny stopień odtworzenia w badanym wzorcu cech rozwiązania materiałowo-konstrukcyjnego oraz ewentualną niedokładność wykonawstwa i pełni rolę współczynnika bezpieczeństwa przy projektowaniu izolacyjności akustycznej przegród”. Biorąc pod uwagę, że izolacyjność akustyczna jest wielkością logarytmiczną, poprawka (-2 dB) odpowiada współczynnikowi bezpieczeństwa akustycznego 1,6. Skorygowaną o 2 dB laboratoryjną wartość wskaźników oceny izolacyjności akustycznej RA2- (RA1) przyjmuje się jako wartość projektową RA1R(RA1R), a zatem mamy: RA1R(RA1R) = RA1(RA1) - 2 dB

(5)

Należy zaznaczyć, że omawiana poprawka (a zatem i wartość projektowa) nie jest określeniem relacji między izolacyjnością akustyczną ściany zewnętrznej jako wyrobu (RA2/RA1) i ściany w budynku (R’A2/R’A1). Różnica między izolacyjnością ściany zewnętrznej jako wyrobu a izolacyjnością tej samej ściany w budynku związana jest z wpływem bocznego przenoszenia dźwięku przez przegrody wewnętrzne,

30

WYDANIE SPECJALNE


Izolacyjność akustyczna lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych – wymagania... które są pobudzane do drgań przez ścianę zewnętrzną znajdującą się pod wpływem padającej na nią fali akustycznej. Różnica ta zależna jest od konstrukcji zarówno ściany zewnętrznej, jak i przegród wewnętrznych raz rodzaju złączy między nimi. W przypadku lekkiej ściany osłonowej, zgodnie z normą PNEN 12354-3:2002 Akustyka Budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Część 3: Izolacyjność od dźwięków powietrznych przenikających z zewnątrz, wpływ bocznego przenoszenia dźwięku na jej izolacyjność akustyczną w budynku może być pominięty. Wynika to z zapisu p. 4.3 normy: Udział przenoszenia bocznego można zazwyczaj pominąć. W większości przypadków nie jest zatem konieczne obliczanie udziału przenoszenia bocznego. Aby zachować bezpieczeństwo, w przypadkach sztywnych elementów wystarcza uwzględnić przenoszenie boczne w sposób ogólny, obniżając izolacyjność akustyczną tego typu sztywnych ciężkich elementów przegrody zewnętrznej zazwyczaj o 2 dB. Można przyjąć, że wspomniana w zapisie p. 4.3 normy PN-EN 12354-3:2002 poprawka minus 2 dB jest już uwzględniona, dzięki korekcie wartości laboratoryjnych wskaźników izolacyjności akustycznej wg wzoru (5). Każda ściana zewnętrzna ma natomiast wpływ na stopień bocznego przenoszenia dźwięku w budynku, co odbija się na izolacyjności akustycznej między pomieszczeniami. Wymaganie w tym zakresie nie jest zapisane wprost w odniesieniu do ścian zewnętrznych, ale wynika z wymaganej izolacyjności akustycznej przegród wewnętrznych. W przypadku lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych (a także elementowych) to pośrednie wymaganie jest szczególnie ważne i musi być uwzględniane przy projektowaniu zarówno ściany osłonowej, jak i całego budynku.

wskaźnika ważonego i odpowiedniego, do danego rodzaju hałasu zewnętrznego, widmowego wskaźnika adaptacyjnego. Bardzo ważnym elementem zapisu kontraktowego powinno być także sprecyzowanie, czy zapisane wymaganie odnosi się do ściany osłonowej jako wyrobu (wtedy wymaganie powinno być podane we wskaźniku RA2 lub RA1), czy dotyczy ściany w budynku (wtedy wymaganie powinno być podane we wskaźniku R’A2 lub R’A1). Z każdym z tych przypadków wiąże się inna metoda potwierdzenia uzyskania parametrów akustycznych ściany osłonowej zgodnych z zapisem kontraktowym.

Metody badań izolacyjności akustycznej ścian osłonowych słupowo-ryglowych Pomiary w warunkach laboratoryjnych Zgodnie z normą zharmonizowaną PN-EN 13830:2015 izolacyjność akustyczną lekkiej ściany osłonowej, traktowanej jako wyrób bu-

przede wszystkim systemodawca, bowiem te dane są niezbędne aby wprowadzić na rynek wyrób o określonych parametrach akustycznych, b) w celu wyznaczenia izolacyjności akustycznej ściany osłonowej dla konkretnego obiektu: przeprowadzeniem tego rodzaju badań zainteresowany jest wykonawca ściany osłonowej szczególnie w przypadku, gdy zobowiązany jest on potwierdzić, iż spełnia wymagania akustyczne zapisane w kontrakcie na wykonanie ściany. W każdym z wymienionych przypadków inne jest podejście do programowania badań laboratoryjnych oraz rożne są potrzeby i możliwości uogólnienia wyników badań. Ponieważ wynik każdego badania określa izolacyjność akustyczną konkretnego, szczególnego przypadku, nie tylko ze względu na rozwiązania konstrukcyjne charakteryzujące dany system, ale także ze względu na rodzaj wypełnień przeziernych i nieprzeziernych oraz wymiary modułów, ocenę akustyczną rozwiązania systemowego należy zawsze traktować

Rys. 3. Przykłady próbek ścian osłonowych zmontowanych na stanowisku badawczym Akredytowanego Laboratorium Akustycznego ITB – badania rozwiązań systemowych: A - ściana z oknem, B – ściana z kamiennymi zebrami po stronie zewnętrznej (fot.: Zakład Akustyki ITB)

dowlany, określa się w warunkach laboratoryjnych na podstawie badań wykonanych wg normy EN ISO 10140-2 (polski odpowiednik PNEN-ISO 10140-2:2011). Norma pomiarowa jest norma ogólną, na podstawie której przeprowadza się pomiary izolacyjności akustycznej przegród (ścian, płyt stropowych), bez względu na ich konstrukcję i przewidziany zakres stosowania – zarówno przegrody zewnętrzne, jak i wewnętrzne. Zgodnie z normą pomiary należy przeprowadzać na próbkach o powierzchni S≥10 m2, w których, w maksymalnie możliwym stopniu, powinny być odtworzone cechy techniczne rze-czywistego rozwiązania. Ten warunek wskazuje na specyfikę badań izolacyjności akustycznej lekkich ścian osłonowych słupoworyglowych, jako przegrody powierzchniowo niejednorodnej. W praktyce laboratoryjne badania izolacyjności akustycznej ścian osłonowych przeprowadza się w dwóch przypadkach: a) w celu oceny akustycznej danego rozwiązania systemowego: przeprowadzeniem tego rodzaju badań zainteresowany jest

jako przykładową. Przy doborze przykładów powinny być uwzględnione przypadki występujące najczęściej w praktyce w odniesieniu do: • rozstawu słupów i rygli (co decyduje o wymiarach poszczególnych modułów), • rodzaju modułów oszklonych – oszklenie stałe lub okna, • rodzaju oszklenia przy uwzględnieniu zróżnicowanej izolacyjności akustycznej rożnego typu szyb zespolonych, • rodzaju wypełnień nieprzeziernych, przy czym badania akustyczne można ograniczyć do rozwiązań spełniających minimalne wymagania w zakresie izolacji termicznej.

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

31

Zapis wymagań akustycznych w kontrakcie na wykonanie ściany osłonowej w budynku Pomimo, że norma PN-B-02151-3:1999 jest przywołana w Rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, wynikające z tej normy zasady formułowania wymagań w stosunku do izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych nie są w wielu przypadkach respektowane. W kontraktach na wykonanie ścian osłonowych w obiektach spotyka się przypadki, że podana jest wymagana liczba decybeli, tylko nie wiadomo, jakiego parametru izolacyjności one dotyczą. Często podawane są wymagania w postaci wskaźników ważonych RW, które w świetle stosowanych obecnie norm PN nie mają racji bytu. Wymaganie powinno być określone zawsze za pomocą wskaźników oceny będących sumą

Przykłady rożnych próbek do badań akustycznych rozwiązań systemowych przedstawiono na rys.2 (foto Zakład Akustyki ITB). Liczba i rodzaj przykładowych rozwiązań danego systemu poddanych ocenie akustycznej zależy wyłącznie od Zleceniodawcy badań. Tej kwestii nie regulują żadne przepisy. W Akredytowanym Laboratorium Akustycznym ITB spotykamy się zarówno z przypadkami, gdy syste-


Barbara Szudrowicz modawca decyduje się na określenie izolacyjności akustycznej tylko jednego rodzaju rozwiązania z zastosowaniem jednego rodzaju szyb zespolonych, jak i z przypadkami, gdy przykładowych rozwiązań jest kilka, a różnice między nimi odnoszą się przede wszystkim do zastosowania szyb o bardzo zróżnicowanej izolacyjności akustycznej. W tym drugim przypadku systemodawca może oferować na rynku ściany osłonowe danej konstrukcji o rożnych parametrach akustycznych, co ma niewątpliwie wpływ na konkurencyjność rozwiązania. Jeżeli w ramach oceny akustycznej ścian osłonowych danego systemu zostały przeprowadzone badania akustyczne, umożliwiające określenie izolacyjności akustycznej odrębnie części przeszklonej i pełnej, wówczas można uogólnić wyniki badań na rozwiązania z wypełnieniem mieszanym przy rożnym procencie przeszklenia. W takim przypadku korzysta się z ogólnie znanego wzoru na wypadkową izolacyjność akustyczną ściany składającej się z fragmentów o rożnej izolacyjności akustycznej. Norma zharmonizowana PN-EN 13830:2015 nie przewiduje uogólniania wyników badań izolacyjności akustycznej ścian osłonowych. Z tego względu wyniki uzupełniających obliczeń nie mogą być wykorzystane do znakowania CE, tym niemniej dają one projektantowi szerszy pogląd na właściwości akustyczne danego systemu niż pojedyncze wyniki badań i pomagają w doborze rozwiązań do konkretnych wymagań akustycznych. Takie uogólniające dane mogą być zestawione w odrębnym dokumencie przygotowanym przez Laboratorium badawcze (poza akredytacją) lub np. wykorzystane w Rekomendacjach Technicznych ITB. Jeżeli celem badań jest dopracowanie pod względem akustycznym ściany osłonowej dla konkretnego obiektu, przy uwzględnieniu konkretnych wymagań akustycznych lub tylko potwierdzenie spełnienia wymagań zapisanych w kontrakcie, jednym z ważniejszych zadań jest prawidłowy dobór próbki do badań. Na podstawie dokumentacji obiektu należy wybrać te fragmenty ściany osłonowej, które można traktować jako reprezentatywne dla całej ściany (lub poszczególnych elewacji) a jednocześnie uwzględniające przypadki najbardziej niekorzystne pod względem akustycznym. Jako najbardziej niekorzystne należy uznać fragmenty ściany z największym przeszkleniem oraz z modułami przeszklonymi o największej powierzchni i stosunku wymiarów liniowych najbardziej zbliżonym do 1 (czyli modułów o kształcie zbliżonym do kwadratu). W programie badań powinny być uwzględnione także fragmenty z oknami oraz wszelkiego rodzaju dodatkowe elementy architektoniczne w postaci np., żeber, żaluzji itp. Przykłady tego rodzaju próbek przedstawiono na rys. 3. Wewnętrzne podziały konstrukcyjne określające wymiary poszczególnych modułów badanej ściany osłonowej powodują, że nie zawsze można zachować zalecaną w normie pomiaro-

32

a)

b) Rys. 4. Pomiar izolacyjności akustycznej ściany osłonowej w budynku: A - ogólny widok obiektu z widocznym dźwigiem, na którego platformie ustawiony był głośnik; B - widok badanej ściany od strony pomieszczenia. (fot.: Zakład Akustyki ITB)

wej powierzchnię próbki. Górna granica powierzchni próbki zależna jest od wymiarów otworu stanowiska badawczego; w Laboratorium Akustycznym ITB wynosi ona S=11,6 m2 (wymiar stanowiska badawczego: HxL=2770x4230 mm). Można dopuścić całkowity wymiar próbki

nieco mniejszy niż 10 m2, jeżeli wynika to z wymiarów podziału wewnętrznego. W takim przypadku niezbędne jest dostosowanie wymiaru otworu badawczego do wymiaru próbki przez zamknięcie fragmentu otworu przegrodą o dostatecznie dużej izolacyjności akustycznej.

WYDANIE SPECJALNE


Izolacyjność akustyczna lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych – wymagania... Nie można natomiast określać izolacyjności akustycznej ściany osłonowej na podstawie pomiarów izolacyjności akustycznej pojedynczych modułów przy zastosowaniu metod badań izolacyjności akustycznej okien (np. modułów zamocowanych w masywnej ścianie stanowiska badawczego). Badania takie mogą być przeprowadzone tylko jako uzupełniające, porównawcze, dające dodatkowe informacje niezbędne do uogólnienia wyników badań podstawowych przeprowadzonych na pełnowymiarowych próbkach. Jak wykazały badania wykonane w Laboratorium Akustycznym ITB, różnice między wynikami badań części przeszklonych ściany osłonowej przeprowadzonymi na pojedynczych modułach lub na pełnowymiarowych próbkach (składających się z kilku modułów) nie są stałe a zależą zarówno od wymiarów modułów, jak i od rodzaju oszklenia. Wartości wskaźników izolacyjności akustycznej pojedynczego modułu są większe niż fragmentu ściany osłonowej zestawionego z takich samych modułów. Jeżeli badania izolacyjności akustycznej ściany osłonowej przeznaczonej dla konkretnego obiektu mają na celu zoptymalizowanie niektórych rozwiązań szczegółowych w ramach tej samej konstrukcji ściany i tego samego układu modułów, można wprowadzać pewne modyfikacje próbki zmontowanej na stanowisku badawczym (np. wymiana oszkleń, zastosowanie rożnych uszczelek, kitów itp.). Niezależnie od celu badania dokumentem potwierdzającym izolacyjność akustyczną danego rozwiązania jest Raport Akredytowanego Laboratorium Akustycznego, jeżeli wymagane jest znakowanie CE badania muszą być prowadzone wg normy zharmonizowanej PN-EN 13830:2015 a laboratorium badawcze musi być laboratorium notyfikowanym. Laboratorium Akustyczne ITB spełnia oba te warunki. Ponieważ, zgodnie z normą zharmonizowaną wynik badania przedstawia się w postaci Rw (C,Ctr), niezbędne jest dodatkowo określenie wskaźnika, za pomocą którego przedstawione są w kontrakcie wymagania akustyczne (powinien być to wskaźnik RA2 lub w szczególnych przypadkach RA1).

Pomiary w warunkach terenowych Pomiary izolacyjności akustycznej ściany osłonowej w warunkach terenowych mają charakter kontrolny. Wymóg przeprowadzenia takich badań nie eliminuje potrzeby przeprowadzenia wcześniejszych badań w warunkach laboratoryjnych, aby określić parametry akustyczne ściany jako wyrobu i sprawdzić, czy projektowane rozwiązanie ma szanse pełnić wymagania akustyczne w stosunku do ściany w obiekcie. W takim przypadku wynik badań laboratoryjnych powinien być zinterpretowany w odniesieniu do wymaganej izolacyjności akustycznej ściany w budynku i powinien wykazać, że ściana po zastosowaniu w budynku

(zakładając prawidłowe wykonawstwo) uzyska wymaganą izolacyjność akustyczną. Metody pomiarów izolacyjności akustycznej ściany w budynku są określone w normie PN-EN ISO 140-5:2000 a ich dobór zależy od konkretnego przypadku, tj. usytuowania fragmentu ściany, ktory ma być poddany badaniom akustycznym a także od poziomu hałasu występującego w otoczeniu budynku. Rozróżnia się dwie metody (określone jako globalne, ponieważ odnoszą się do izolacyjności całej ściany zewnętrznej w danym pomieszczeniu): • metoda przy zastosowaniu źródła dźwięku w postaci głośnika usytuowanego na zewnątrz badanej ściany, przy czym miejsce usytuowania głośnika w stosunku do badanej ściany oraz kąt padania fali akustycznej na badany fragment ściany są w normie ściśle określone; • metoda przy wykorzystaniu jako źródła dźwięku, hałasu komunikacyjnego. Przy zastosowaniu każdej z tych metod wyznacza się rożne parametry akustyczne ściany osłonowej, które dopiero muszą być odpowiednio zinterpretowane, aby na ich podstawie określić izolacyjność ściany w budynku. Najczęściej izolacyjność akustyczna ściany osłonowej w budynku jest na tyle duża, że nie jest możliwe przeprowadzenie kontrolnych badań jej właściwości akustycznych przy wykorzystaniu hałasu komunikacyjnego jako źródła dźwięku. Pozostaje więc zastosowanie metody, w której hałas na zewnątrz emitowany jest przez głośnik o dużej mocy akustycznej. Ze względu na ściśle określone warunki usytuowania głośnika przeprowadzenie takich pomiarów jest organizacyjne a niekiedy i technicznie bardzo trudne. Zwłaszcza w przypadkach konieczności skontrolowania izolacyjności akustycznej ściany osłonowej w wysokich budynkach. Zdjęcia z takiego przedsięwzięcia przedstawiono na rys. 4. Badania zostały przeprowadzone na 28 i 29 kondygnacji a głośnik usytuowany był na platformie dźwigu zamocowanego na zewnątrz budynku. Pomiary izolacyjności akustycznej ściany osłonowej w budynku mogą być przeprowadzone metodą uproszczoną wg normy PN-EN ISO 10052:2007. Określenie „metoda uproszczona” jest jednak w tym przypadku pozorne, bowiem nie dotyczy najtrudniejszych do spełnienia warunków określonych w normie PN-EN ISO 1405:2000. Uproszczenie dotyczy możliwości pominięcia pomiaru czasu pogłosu pomieszczenia i zastąpieniu danych dotyczących pogłosu wartościami zaczerpniętymi z tablic oraz pewnych uproszczeń w procedurze pomiaru poziomu ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu. Różnice w metodach i warunkach pomiaru izolacyjności akustycznej ściany zewnętrznej w warunkach laboratoryjnych i w budynku są na tyle duże, że uzyskanie pełnej zgodności wartości wskaźników izolacyjności akustycznej wzorca ściany, określonych na podstawie badań labora-

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

toryjnych i ściany w budynku, może być w wielu przypadkach problematyczne i to niezależnie od jakości wykonawstwa i ewentualnych różnic w szczegółach rozwiązania próbki do badań laboratoryjnych i rzeczywistej konstrukcji ściany zewnętrznej (w modelu poddanym badaniom laboratoryjnym nie zawsze jest możliwe odtworzenie wszystkich szczegółów rozwiązania rzeczywistego). Na ten fakt zwracają uwagę niektóre zapisy normy pomiarowej. Z tego względu do wyników terenowych badań izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych osłonowych należy podchodzić z dużą ostrożnością.

Uwagi końcowe 1. Wymagania w stosunku do izolacyjności akustycznej ściany zewnętrznej są niezależne od jej konstrukcji. A zatem, określając wymagania akustyczne dla lekkich ścian osłonowych należy korzystać z norm ogólnych, uzależniających wymaganą izolacyjność akustyczną ściany od przeznaczenia budynku i przeznaczenia pomieszczenia oraz od poziomu hałasu występującego (aktualnie lub w przyszłości) w otoczeniu budynku. Norma tą jest norma PN-B02151-3:1999. 2. Ściana osłonowa słupowo-ryglowa jest z punktu widzenia akustycznego ustrojem bardzo złożonym. W wyniku tego nie można określić izolacyjności akustycznej tego typu ścian metodami obliczeniowymi. Metody obliczeniowe mogą być stosowane jedynie w bardzo ograniczonym zakresie, przy uogólnianiu wyników badań laboratoryjnych. 3. Badania izolacyjności akustycznej ścian osłonowych w warunkach laboratoryjnych powinny odbywać się na pełnowymiarowych próbkach (powierzchnia nie powinna być mniejsza od ok. 10 m2) odwzorowujących w możliwie maksymalnym stopniu rozwiązania w budynku. Jako wzorzec ściany do badań akustycznych przyjmuje się fragment ściany widziany od strony pomieszczenia. Oznacza to, że w badaniach akustycznych nie uwzględnia się fragmentów ściany osłaniających np. czoła płyt stropowych czy żebra obwodowe. 4. Nie można określić izolacyjności akustycznej ściany osłonowej na podstawie badań izolacyjności pojedynczych modułów. Badania takie mogą być jedynie traktowane jako wspomagające, np. ułatwiające uogólnienie wyników pomiarów na próbkach pełnowymiarowych. 5. Przeprowadzone przez Akredytowane Laboratorium Akustyczne ITB badania ścian osłonowych słupowo-ryglowych o rożnej konstrukcji i rożnym wypełnieniu modułów dały bardzo bogaty zbiór danych. AUTOR dr hab. inż. Barbara Szudrowicz, prof. ITB Instytut Techniki Budowlanej Zakład Akustyki

33


Barbara Szudrowicz

Izolacyjność akustyczna lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych – właściwości Ściany osłonowe aluminiowe o konstrukcji słupowo-ryglowej (a także ściany elementowe o konstrukcji aluminiowej) są rozwiązaniami bardzo skomplikowanymi pod względem akustycznym. Dane ogólne Izolacyjność akustyczna tych ścian jest wypadkową transmisji dźwięku przez poszczególne elementy składowe, do których należą przede wszystkim: • elementy szkieletu (słupy, rygle), • moduły wypełnienia przeziernego (oszklenie stałe, w tym strukturalne, okna otwierane), • moduły wypełnienia nieprzeziernego (dobierane głownie ze względu na wymagania termiczne), • nawiewniki powietrza zewnętrznego, (jeżeli występują). Istotny wpływ na izolacyjność akustyczną ściany mają także uszczelki, które decydują nie tylko o szczelności pod względem akustycznym całego rozwiązania, ale także określają warunki zamocowania elementów wypełnienia, co ma wpływ na ich izolacyjność akustyczną, a także na stopień przenoszenia dźwięków materiałowych z konstrukcji aluminiowej na wypełnienie i odwrotnie. Nie bez znaczenia są także wymiary liniowe i powierzchniowe poszczególnych modułów, zwłaszcza modułów przeziernych. Nie jest możliwe obliczeniowe określenie izolacyjności akustycznej ściany osłonowej jako wypadkowej izolacyjności akustycznej poszczególnych elementów składowych ze względu na brak możliwości określenia izolacyjności akustycznej samej konstrukcji aluminiowej (słupów, rygli) oraz ze względu na przedstawione wyżej wzajemne oddziaływania między poszczególnymi elementami składowymi. Izolacyjność akustyczna szyb podawana przez producentów nie może być traktowana jako izolacyjność oszklenia ściany osłonowej ze względu na inne warunki badań laboratoryjnych obowiązujące przy określaniu izolacyjności akustycznej szyb. Odnosi się to warunków zamocowania tafli szklanej na stanowisku badawczym oraz jej wymiarów. Wyniki normowych badań izolacyjności akustycznej szyb (PN-EN 20140-3:1999) służą jedynie do cechowania pod względem akustycznym poszczególnych rodzajów szyb i do porównywania ich właściwości akustycznych.

34

Wykorzystanie w ograniczonym zakresie metod obliczeniowych opartych na wzorach odnoszących się do wypadkowej izolacyjności akustycznej przegrody niejednorodnej powierzchniowo może być natomiast traktowane jako metoda wspomagająca przy szacowaniu wpływu zmian niektórych składowych elementów ściany osłonowej na jej izolacyjność akustyczną. Zagadnienie to zostanie naświetlone w dalszej kolejności.

Izolacyjność akustyczna ścian o wypełnieniu mieszanym W przypadku mieszanego wypełnienia ściany osłonowej słupowo-ryglowej mamy do czynienia z przegrodą, w której poszczególne fragmenty mają w znacznym stopniu zróżnicowaną izolacyjność akustyczną. Izolacyjność akustyczna fragmentów z wypełnieniem nie-

Rys. 1. Przykładowe charakterystyki izolacyjności akustycznej właściwej ściany osłonowej systemu X1 przy różnych oszkleniach szybami zespolonymi ——szyby 6/16/6; Rw(C, Ctr), = 33(-1,-6), dB ——szyby 8/16/44.2; Rw(C, Ctr), = 40(-1,-4), dB ——szyby 10/16/6 ; Rw(C, Ctr), = 41(-1,-5), dB ——szyby 88.2/16/66.2; Rw(C, Ctr), = 46(-1,-6), dB

przeziernym (np. pasy podokienne) wynika z rozwiązań warstwowych podporządkowanych wymaganiom izolacji termicznej. W zależności od szczegółowych rozwiązań (szczególnie od rodzaju zewnętrznych i wewnętrznych okładzin) wskaźniki izolacyjności akustycznej właściwej mieszczą się zazwyczaj w przedziale Rw=48-55 dB, RA2=45-48 dB. Są to więc wartości znacznie większe niż w przypadku fragmentów przeszklonych. Znając, na podstawie badań pełnowymiarowych próbek, izolacyjność akustyczną części nieprzeziernych i przeziernych można obliczyć wypadkową izolacyjność akustyczną fragmentu ściany osłonowej o danej powierzchni, w zależności od procentu przeszklenia. Ponieważ przebieg izolacyjności akustycznej w funkcji częstotliwości dla każdej z rozpatrywanych części jest rożny (świadczą o tym rożne wartości wskaźnika adaptacyjnego Ctr) obliczenia należy przeprowadzać w poszczególnych pasmach częstotliwości i na podstawie tak uzyskanych charakterystyk wypadkowej izolacyjności akustycznej należy wyznaczyć wskaźniki RW(C, Ctr).

Rys. 2. Wpływ wypełnienia piaskiem słupów i rygli ściany osłonowej systemu X2 z oszkleniem szybami zespolonymi 88.2SI/20/44.2SI na jej izolacyjność akustyczną ——kształtowniki aluminiowe bez wypełnienia piaskiem Rw(C,Ctr) = 42(-1,-4) dB ——kształtowniki aluminiowe wypełnione piaskiem Rw(C,Ctr) = 44(-2,-5) dB

WYDANIE SPECJALNE


Izolacyjność akustyczna lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych – właściwości Wzór, na podstawie którego można obliczyć wypadkową izolacyjność akustyczną ściany przy rożnym procencie przeszklenia ma postać:

(1) gdzie: Rwyp – wypadkowa izolacyjność akustyczna właściwa w poszczególnych pasmach częstotliwości fragmentu ściany osłonowej o powierzchni S przy wypełnieniu mieszanym, dB Rp – izolacyjność akustyczna właściwa w poszczególnych pasmach częstotliwości części z wypełnieniem nieprzeziernym, dB R0 – izolacyjność akustyczna właściwa części w poszczególnych pasmach częstotliwości z wypełnieniem przeziernym, dB SP – powierzchnia fragmentu ściany z wypełnieniem nieprzeziernym, m2 S0 – powierzchnia fragmentu ściany z wypełnieniem przeziernym, m2 S – całkowita powierzchnia rozpatrywanego fragmentu ściany osłonowej, m2; S = Sp + S0 Przykład obliczeń przeprowadzonych przy jednym rodzaju wypełnienia nieprzeziernego i dwóch rodzajach oszkleń przestawiono w tablicy 1. Dane przy przeszkleniu 0% określają izolacyjność akustyczną modułów nieprzeziernych, przy przeszkleniu 100% – izolacyjność akustyczną modułów oszklonych. Należy zaznaczyć, że wartości wskaźników izolacyjności akustycznej przy rożnym wypełnieniu określono na podstawie badań przeprowadzonych na próbkach pełnowymiarowych (S ~10 m2) a nie na pojedynczych modułach. Dlaczego ta uwaga ma istotne znaczenie wyjaśnione zostało w artykule B. Szudrowicz Izolacyjność akustyczna lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych – wymagania, metody badań. Obliczenia wg wzoru (1) przeprowadza się w odniesieniu do poszczególnych pasm częstotliwości i dopiero na podstawie tak uzyskanej charakterystyki wypadkowej izolacyjności aku-

stycznej właściwej określa się wartości poszczególnych wskaźników oceny RA2 i RA1 lub wskaźnika ważonego Rw, wykorzystując metodę obliczeń wg PN-EN ISO 717-1:1999. Ponieważ wartości wskaźników podaje się z dokładnością do 1 dB niewielka zmiana wartości procentu przeszklenia może nie uwidocznić się w wartości wskaźnika izolacyjności wypadkowej. W przypadku, gdy zmianie procentu przeszklenia towarzyszyć będzie zmiana wymiarów poszczególnych modułów przeszklonych, wyniki obliczeń należy traktować jako przybliżone.

Izolacyjność akustyczna ścian osłonowych słupowo-ryglowych całkowicie przeszklonych w zależności od rodzaju zastosowanych szyb zespolonych Izolacyjność akustyczna części przeszklonych ścian osłonowych zależy przede wszystkim od rodzaju zastosowanych szyb zespolonych. Istotne znaczenie ma także sposób zamocowania szyb, przenoszenie dźwięku przez szkielet aluminiowy a także wymiary modułów szklanych. Wpływ zastosowania rożnego rodzaju szyb na izolacyjność akustyczną ściany osłonowej systemu X1 przy oszkleniu stałym można zaobserwować na rys. 1. Obniżenie izolacyjności akustycznej ściany w przedziale wysokich częstotliwości jest spowodowane koincydencją szyb zespolonych. Zjawisko to związane jest z grubością szyb składowych szyby zespolonej. Częstotliwość koincydencji fc przemieszcza się w kierunku niskich częstotliwości wraz ze wzrostem grubości szyby. Można to zaobserwować na rysunku 1; przy grubości jednej z szyb składowych h = 6 mm częstotliwość koincydencji wynosi fc =2500 Hz, przy grubości h=10 mm przesuwa się do pasma fc =1250 Hz. Zjawisku koincydencji przeciwdziała stosowanie szyb klejonych, obniżenie izolacyjności akustycznej jest w tym przypadku znacznie mniejsze. Ma to jednak wpływ przede wszystkim na wartość wskaźnika Rw i RA1, w mniejszym stopniu na wartość wskaźnika RA2, który

Tablica 1. Przykłady obliczonej wypadkowej izolacyjności akustycznej ściany osłonowej o wypełnieniu mieszanym przy różnych szybach i różnym procencie przeszklenia

zależy przede wszystkim od izolacyjności akustycznej w paśmie niskich częstotliwości. Porównanie izolacyjności fragmentów oszklonych ściany osłonowej w zależności od rodzaju zastosowanych szyb zespolonych może dotyczyć tylko przypadków, w których pozostałe rozwiązania są identyczne, tj. jednakowa jest wielkość modułów przeszklonych oraz jednakowy sposób zamocowania szyb w konstrukcji aluminiowej. Nie ma pełnych danych na temat wpływu wielkości modułów szklanych na izolacyjność akustyczną ściany osłonowej, które umożliwiałyby obliczeniowe ujęcie tego zjawiska. Z badań wynika, że większe moduły, zwłaszcza o kształcie zbliżonym do kwadratu, powodują obniżenie izolacyjności akustycznej ściany. Pewne światło na to zagadnienie rzucają dane zawarte w normie zharmonizowanej PN-EN 14351-1+A1:2010 w załączniku B i przeznaczone są do szacunkowego określania wskaźników izolacyjności akustycznej okien jednodzielnych o powierzchniach większych niż powierzchnie próbek standardowych (1480x1230 mm). Z danych tych wynika, że przy ocenie izolacyjności akustycznej może być pominięty wpływ zmiany wielkości powierzchni okna jednoskrzydłowego przy powierzchni S ≤ 2,7 m2. Przy powierzchni 2,7 m2<S≤3,6 m2 omawiana norma zaleca stosowanie poprawki ∆= -1 dB, zaś przy powierzchni 3,6 m2<S≤4,6 m2 – zastosowanie poprawki ∆= -2 dB. Do zastosowania tych poprawek należy jednak podchodzić z dużą ostrożnością bowiem nie odnoszą się do ścian osłonowych oraz nie uwzględniają wpływu zmiany proporcji wymiarów liniowych rozpatrywanego elementu. Rzucają jednak pewne światło na zjawiska zaobserwowane także przy ścianach osłonowych. Innym istotnym problemem jest wpływ sposobu zamocowania tafli szklanych w konstrukcji aluminiowej. Na podstawie nielicznych dostępnych wyników badań zauważono, że przy zastosowaniu systemu mocowania szyb za pomocą silikonu konstrukcyjnego uzyskuje się lepsze wartości izolacyjności niż przy mocowaniu za pomocą uszczelek osadczych. Różnica ta przy szybach 6/16/6 wynosiła 2-3 dB na korzyść zamocowania za pomocą silikonu. Wyniku tego nie można jednak traktować jako zasady o charakterze ogólnym.

Wpływ przenoszenia dźwięku przez konstrukcje aluminiowe Na izolacyjność akustyczną części przeszklonych ścian osłonowych należy spojrzeć, jak na wypadkową izolacyjność akustyczną wynikająca z przenoszenia dźwięku przez szyby oraz przez elementy konstrukcji aluminiowej. Pomimo, że nie dysponujemy danymi o izolacyjności akustycznej samej konstrukcji aluminiowej, do jakościowej oceny tego zjawi-

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

35


Barbara Szudrowicz ska można wykorzystać zależność wynikającą ze wzoru na wypadkową izolacyjność akustyczną przegrody składającej się z fragmentów o rożnej izolacyjności akustycznej. Z zależności tej wynika, że negatywny wpływ przenoszenia dźwięku przez konstrukcje aluminiowe jest tym większy im większa jest izolacyjność akustyczna zastosowanych szyb. Potwierdzające ten wniosek zestawienie przykładowych wyników badań ścian systemów Y1, Y2 i Y3 przedstawiono w tablicy 2. Przy innych systemach wartości ∆ mogą być rożne, ale ogólna tendencja będzie zachowana. Wskazuje ona, że zwiększenie izolacyjności akustycznej szyb zespolonych zastosowanych w ścianie osłonowej nie przekłada się wprost na wzrost izolacyjności akustycznej tej ściany. Wzrost wskaźników izolacyjności akustycznej ściany osłonowej będzie mniejszy niż wzrost wskaźników izolacyjności akustycznej zastosowanych w tej ścianie szyb zespolonych. Powstaje zatem pytanie, czy istnieją możliwości zmniejszenia przenoszenia dźwięku przez konstrukcje aluminiowe. Na rys. 2 przedstawiono wpływ wypełnienia piaskiem kształtowników aluminiowych na izolacyjność akustyczną ściany osłonowej oszklonej szybami 88.2SI/20/44.2SI (a więc o bardzo dużej izolacyjności akustycznej). Wzrost izolacyjności jest widoczny, ale niewystarczający w porównaniu z izolacyjnością akustyczną szyby. Nie dysponujemy odpowiednimi wynikami badań, ale można zakładać, iż wypełnienie kształtowników aluminiowych płytami gipsowo-kartonowymi w wersjach ściany osłonowej o podwyższonych właściwościach ogniochronnych będzie także miało korzystny wpływ na właściwości akustyczne ściany w przypadku zastosowania w niej szyb zespolonych o dużej izolacyjności akustycznej. Przedstawione zależności dają również pewne światło na problem stosowania okien w miejsce oszklenia stałego. Przy wypełnieniu modułu ściany osłonowej oknem mamy większą powierzchnię kształtowników aluminiowych. W przypadku zastosowania szyb o malej izolacyjności akustycznej można oczekiwać, że zastosowanie okien spowoduje niewielki wzrost izolacyjności, natomiast w przypadku oszkleń o dużej izolacyjności akustycznej może okazać się, że fragmenty ściany osłonowej z okami będą charakteryzowały się izolacyjnością mniejszą niż przy zastosowaniu oszklenia stałego. Opisane relacje odnoszą się do okien szczelnych, których przymyki nie maja wpływu na ich izolacyjność akustyczną.

Szczególne rozwiązania ścian osłonowych słupowo-ryglowych Jak wynika z przedstawionych danych na temat izolacyjności akustycznej ścian słupoworyglowych oszklonych szybami zespolonymi, możliwości zwiększenia izolacyjności akustycz-

36

Rys.3. Porównanie izolacyjności akustycznej właściwej ściany osłonowej systemu X3 A. Schemat rozwiązania, B. Charakterystyki izolacyjności akustycznej właściwej —— ściana z oszkleniem podwójnym szyba zespoloną 40 mm (z szyby float oraz klejonej z folią akustyczną) i szybą klejoną 6 mm, RW(C,Ctr) = 50(-2,-7) dB —— ściana z oszkleniem pojedynczym szyba zespoloną 40 mm jw. RW(C,Ctr) = 43(-2,-5) dB

Rys. 4. Izolacyjność akustyczna ściany dwupowłokowej o schemacie wg A. (oszklenie ściany słupoworyglowej szybą zespoloną grubości 45,5 mm (z szyb klejonych z folią akustyczną) + tafla szklana 15mm w odległości 600 mm —— ściana dwupowłokowa bez wentylacji na poziomie każdej kondygnacji Rw(C,Ctr) = 62 (-2,-5) dB —— ściana dwupowłokowa z żaluzjami wentylacyjnymi na poziomie każdej kondygnacji Rw(C,Ctr) = 50 (-1,-4) dB Tablica 2. Różnica między wskaźnikami izolacyjności akustycznej części przeszklonej ściany osłonowej słupoworyglowej a izolacyjnością akustyczną samego oszklenia (przykłady na podstawie wyników badan przeprowadzonych w Akredytowanym Laboratorium Akustycznym ITB)

nej tego rodzaju rozwiązań są ograniczone. Poprawy izolacyjności akustycznej ściany osłonowej należy zatem poszukiwać na drodze stosowania układów podwójnych. Izolacyjność akustyczna takich układów zależy zarówno od rodzaju oszklenia jak i od odległości między

poszczególnymi oszkleniami. Zwiększenie odległości, analogicznie jak przy ścianach podwójnych, powoduje wzrost izolacyjności akustycznej całego układu. Charakterystyczne jest, że przy stosunkowo małej odległości (przypadek, gdy obie części oszklenia zamoco-

WYDANIE SPECJALNE


Izolacyjność akustyczna lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych – właściwości wane są do tego samego słupa) wzrost izolacyjności akustycznej następuje głownie w paśmie średnich i wysokich częstotliwości, co powoduje wzrost wartości wskaźników Rw i RA1, w mniejszym stopniu RA2. Przykładowe wyniki badań przedstawiono na rys. 3. Bardzo dobrą izolacyjność akustyczną charakteryzują się konstrukcje podwójne, w których odległość między szybami składowymi jest większa. Przy odległości 300 mm i przegrodach składowych z szyb zespolonych o grubości 41 mm (z szyb klejonych z folią akustyczną) i szybą klejoną 12 mm uzyskano izolacyjność akustyczną od 63 (-2, -7) dB

dokończenie ze s. 27

Podobnie korzystne wyniki uzyskano w przypadku ściany dwupowłokowej, składającej się ze ściany słupowo-ryglowej szklonej szybami zespolonymi 41,5 mm (z szyb klejonych z folią akustyczną oraz z fragmentem wypełnienia nieprzeziernego) oraz tafli szklanej grubości 15 mm zastosowanej w odległości 600 mm. Widoczne obniżenie izolacyjności akustycznej tego układu w paśmie częstotliwości średnich jest związane ze zjawiskami rezonansowymi, jakie zachodzą w szybie grubości 15 mm (tzw. zjawisko koincydencji). Nie ma to jednak znaczącego wpływu na wartość wskaźnika RA2, ktory jest podstawowym wskaźnikiem do oceny izolacyjności akustycznej ściany

osłonowej. W przypadku ścian dwupowłokowych istotne znaczenie z punktu widzenia akustycznego ma sposób rozwiązania wentylacji przestrzeni między zasadniczą ścianą osłonową a dodatkową szklaną płytą izolacyjną. Wprowadzenie na każdej kondygnacji żaluzji wentylacyjnych powoduje w tych miejscach obniżenie prawie do zera izolacyjności akustycznej dodatkowej płyty, w wyniku czego wypadkowa izolacyjność akustyczna całego układu zmniejszyła się o ponad 10 dB. W przypadku zastosowania dodatkowej, szklanej płyty osłaniającej budynek, istotnym problemem są także odbicia energii akustycznej w przestrzeni między powłokami. Jeżeli w podstawowej ścianie osłonowej będą zastosowane okna otwierane, odbicia te doprowadzą do powstania bardzo uciążliwych przesłuchów między pomieszczeniami.

Uwagi końcowe Ściana osłonowa słupowo-ryglowa jest z punktu widzenia akustycznego ustrojem bardzo złożonym. W wyniku tego nie można określić izolacyjności akustycznej tego typu ścian metodami obliczeniowymi. Metody obliczeniowe mogą być stosowane jedynie w bardzo ograniczonym zakresie, przy uogólnianiu wyników badań laboratoryjnych.

W bardzo dużym uproszczeniu można przyjąć, że izolacyjność akustyczna ściany osłonowej kształtuje się pod wpływem energii akustycznej przenikającej przez wypełnienie modułów szkieletu i przez sam szkielet. Przy zastosowaniu wypełnienia szkieletu szybami zespolonymi o dużej izolacyjności akustycznej mamy do czynienia z sytuacją, w której energia akustyczna przenikająca przez szkielet prowadzi do obniżenia wypadkowej izolacyjności akustycznej całej ściany (w wartościach wskaźników – nawet do 5-8 dB). Stąd ograniczone są możliwości wzrostu izolacyjności akustycznej ściany osłonowej słupowo-ryglowej całkowicie przeszklonej przez zastosowanie szyb zespolonych o bardzo dużej izolacyjności akustycznej. W praktyce bardzo trudno jest uzyskać RA2>40 dB i Rw>45 dB Znaczący wzrost izolacyjności akustycznej można uzyskać stosując układy podwójne. W zależności od oszklenia powierzchni składowych i odległości między nimi izolacyjność akustyczna takiego układu wyrażona we wskaźnikach może osiągnąć RA2=45-55 dB, RW=50 do ponad 60 dB. AUTOR prof. dr Barbara Szudrowicz Instytut Techniki Budowlanej Zakład Akustyki

wpływu światła naturalnego na ludzki organizm są: lepsze samopoczucie, poprawa nastroju, redukcja objawów depresji, korzystne oddziaływanie na wzrok. Dlatego powinniśmy dbać o zapewnienie jak najlepszego dostępu do naturalnego światła w naszych domach.

ny brak nacisku na tworzenie budynków o zdrowym klimacie wewnętrznym. Jednym ze sposobów na zwiększenie świadomości społecznej byłoby wprowadzenie bardziej rygorystycznych wytycznych w zakresie świeżego powietrza oraz dostępu do światła dziennego w budynkach. W chwili obecnej są one niewystarczające. Sytuacja ta dotyczy zarówno nowych budynków, jak i renowacji już istniejących obiektów, z których większość będzie w użytkowaniu jeszcze przez wiele lat. Warto podkreślić, iż Polacy dostrzegają duży wpływ światła dziennego na ich zdrowie, co deklaruje 85% respondentów biorących udział w ogólnopolskim badaniu**) przeprowadzonym przez PBS na zlecenie VELUXa. Ponad połowa z nas (63,4%) docenia rolę światła dziennego w poprawie nastroju. Zauważamy również jego wpływ na obniżanie objawów depresji (42,6%) czy efektyw-

Skutki niewłaściwego klimatu w pomieszczeniach

niejsze uczenie się (30%). Co trzeci badany chciałby zwiększyć liczbę lub powierzchnię okien w swoim domu. Na pozytywne działanie światła dziennego zwraca uwagę również dr Paweł Opatczyk, specjalista medycyny rodzinnej z Centrum Medycznego ENEL-MED. Jego zdaniem efektami **) Badanie: „Znaczenie zdrowotne światła dziennego w domu w świadomości Polaków” zostało przeprowadzone przez PBS na zlecenie firmy VELUX, w ramach ogólnopolskiego badania Omnibus przeprowadzonego na reprezentatywnej próbie Polaków w wieku 18 lat i więcej (n=ok.1000). Badanie zostało zrealizowane metodą wywiadów bezpośrednich CAPI w dniach 02-04.08.2013 r.

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

Nieodpowiedni klimat wewnątrz budynków – z niewystarczającą ilością światła dziennego oraz świeżego powietrza – wiąże się z licznymi konsekwencjami, które wpływają na nasze zdrowie i samopoczucie***): • ryzyko chorób związanych z wilgotnością powietrza, takich jak: astma, alergie, kaszel czy chrapanie, • ryzyko Syndromu Chorego Budynku (SBS) skutkującego chorobami somatycznymi, • ryzyko Sezonowych Zaburzeń Afektywnych (SAD), czyli tzw. „depresji sezonowej”, • obniżenie poziomu zdrowia psychicznego i wydolności umysłowej, • zmniejszona zdolność do nauki, • obniżona produktywność. Agnieszka Kamińska VELUX ***) Źródło: VELUX Daylight, Energy and Indoor Climate Basic Book, 2nd edition June 2010.

37


Bartłomiej Sędłak

Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, ściany zewnętrzne budynku (do których to zaliczane są ściany osłonowe) powinny posiadać klasę odporności ogniowej od EI 30 (o↔i) do EI 120 (o↔i) w zależności od klasy odporności pożarowej budynku, przy czym wymagania te dotyczą w głównej mierze pasa międzykondygnacyjnego wraz z połączeniem ze stropem. Wstęp [1], [2], [3] Klasa odporności ogniowej określana jest na podstawie badania w zakresie odporności ogniowej, które należy przeprowadzić w akredytowanym laboratorium (np. Zakład Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej). Ściany osłonowe w pełnej konfiguracji powinny być badane zgodnie z normą PN-EN 1364-3 [2], natomiast części ścian osłonowych (np. pas międzykondygnacyjny) zgodnie z PN-EN 1364-4 [4]. Niniejszy artykuł obejmować będzie tylko metodykę badań ścian osłonowych w kompletnym zestawie, czyli badanych zgodnie z pierwszą z wymienionych norm. Tabela 1 oraz rys. 1 przedstawiają właściwą metodę badania w zależności od typu ściany zewnętrznej.

Rozwiązania techniczne Ściana osłonowa wg PN-EN 1364-3 [2] to ściana, która zwykle składa się z pionowych i poziomych elementów konstrukcyjnych, połączonych razem, zakotwionych do konstrukcji nośnej budynku i wypełnionych tak, by tworzyć lekkie, ciągłe pokrycie zamykające przestrzeń, które spełnia, samodzielnie lub w połączeniu

Rys. 1. Właściwa metoda badania w zależności od typu ściany zewnętrznej (oznaczenia 1÷10 zgodnie z tabelą 1)

Rys. 2. Przykładowy przekrój przez profil metalowy elewacji

38

Rys. 3. Przykładowy przekrój przez profil drewniany elewacji

WYDANIE SPECJALNE


Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych Tabela 1

Tabela 2. Krzywe nagrzewania

Rys. 4. Przykładowy wykres temperatury nagrzewania elementu badanego według krzywej standardowej

Rys. 5 Przykładowy wykres temperatury nagrzewania elementu badanego według krzywej zewnętrznej

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

z konstrukcją budynku, wszystkie normalne funkcje ściany zewnętrznej budynku, ale nie pełni funkcji nośnej. Ściany osłonowe z dużymi przeszkleniami, o określonej klasie odporności ogniowej wykonywane są najczęściej jako konstrukcje o drewnianym, stalowym lub aluminiowym szkielecie. Zastosowane muszą być odpowiednie profile, zapewniające przeniesienie obciążenia dużymi przeszkleniami bez przekroczenia kryteriów danej klasy odporności ogniowej. Przekroje przez przykładowe profile przedstawiono na rys. 2 (profil metalowy) i 3 (profil drewniany). Profile metalowe (aluminiowe lub stalowe) posiadają najczęściej przekrój skrzynkowy. Wewnątrz metalowych profili często umieszczane są specjalne wkłady wzmacniające, najczęściej wykonane z tego samego rodzaju materiału co profil. Ponadto profile te wypełniane są wkładami izolacyjnymi (ogniochronnymi). W zależności od przyjętego rozwiązania, właściwego dla danej klasy odporności ogniowej ściany osłonowej, dobiera się rodzaj (materiał) wkładów izolacyjnych, lub nie stosuje się wypełnienia. Wkłady izolacyjne najczęściej wykonuje się z płyt gipsowo-kartonowych, silikatowo-cementowych lub krzemianowo-wapniowych. Profile drewniane wykonane są najczęściej z drewna klejonego jako profile pełne. Zarówno w przypadku profili drewnianych, jak i metalowych, szyby mocowane są najczęściej przy użyciu metalowych listew dociskowych, które to przykręcane są do profilu śrubami stalowymi (poprzez podkładki), a następnie przykrywane listwą maskującą. Dla uszczelnienia mocowania, po jego obwodzie stosuje się uszczelki z kauczuku syntetycznego EPDM. Istotnym elementem występującym bardzo często zarówno w jednym, jak i w drugim rozwiązaniu są uszczelki pęczniejące. Pod wpływem temperatury zwiększają one swoją objętość i zamykają przestrzenie, przez które mógłby przedostać się ogień. Szyby, podobnie jak sposób wypełnia profili, dobierane są w zależności od przewidywanej klasy odporności ogniowej ściany osłonowej. Najczęściej stosuje się szyby zespolone składające się z szyby ognioochronnej (zestawu tafli szklanych hartowanych przedzielanych pęczniejącym pod wpływem tempe-

39


Bartłomiej Sędłak

Fot. 1. Widok elementu próbnego przed badaniem w warunkach nagrzewania od wewnątrz

ratury żelem) zespolonej z szybą zewnętrzną. Grubość hartowanych tafli szklanych, ich ilość oraz grubość żelu przedzielającego tafle jest precyzyjnie dobierana dla szyb przeznaczonych do stosowania w ścianach osłonowych o danej klasie odporności ogniowej. Metoda przedstawiona w normie PN-EN 1364-3 [2] ma zastosowania do badania systemów ścian osłonowych, zaprojektowanych w celu zapewnienia odporności ogniowej. Odporność ogniowa systemów ścian osłonowych określona być może w 2 przypadkach: • w warunkach nagrzewania od wewnątrz (nagrzewanie wg krzywej standardowej przyjmowanej jako właściwej dla odzwierciedlenia pożaru wewnątrz budynku (rys. 4 i poz. 1 w tabeli 2); • w warunkach nagrzewania od zewnątrz (nagrzewanie wg krzywej zewnętrznej przyjmowanej jako właściwej dla odzwierciedlenia pożaru na zewnątrz budynku (rys. 5 i poz. 2 w tabeli 2).

Fot. 2. Widok elementu próbnego przed badaniem w warunkach nagrzewania od zewnątrz

W obydwu przypadkach: pomiędzy podłogą pomieszczenia badawczego (lub innym elementem pod krawędzią elementu próbnego dającym podparcie) a dolną krawędzią elementu próbnego powinien zostać zachowany prześwit o wysokości przynajmniej 50 mm; wymiary nagrzewanej powierzchni elementu próbnego powinny wynosić przynajmniej 3x3 m (wysokość x szerokość);

wysokość elementu próbnego powinna być wystarczająca na to, aby wystawał on przynajmniej 500 mm ponad wierzchnią powierzchnię górnego stropu (w przypadku nagrzewania od zewnątrz strop jest opcjonalny i zastosować można konstrukcję alternatywną) oraz przynajmniej na 150 mm poniżej wierzchniej powierzchni konstrukcji dolnego stropu z dolną krawędzią niepodpartą.

Rys. 6 Schemat budowy termoelementu piecowego (wymiary w mm)

Element próbny [2] Projekt elementu próbnego powinien być sporządzony w taki sposób aby element próbny był w pełni reprezentowany dla konstrukcji stosowanej w praktyce (łącznie ze złączami kompensacyjnymi, liniowymi uszczelnieniami szczeliny, wykończeniami powierzchni i wyposażeniem, które są istotne i mogą mieć wpływ na zachowanie elementu podczas badania) lub wykonany w celu uzyskania najszerszego zakresu bezpośredniego wykorzystania wyników badania (np. zawierać maksymalne zakładane szerokości i wysokości przeszklonych części). Konfiguracja elementu próbnego, jak i jego wymiary minimalne, zależne są od tego, czy ściana osłonowa badana będzie przy nagrzewaniu od wewnątrz (fot. 1) czy od zewnątrz (fot. 2).

40

Rys. 7. Schemat budowy termoelementu powierzchniowego (wymiary w mm)

WYDANIE SPECJALNE


Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

41


Bartłomiej Sędłak

Rys. 6. Schemat budowy termoelementu ruchomego (wymiary w mm)

W przypadku nagrzewania od wewnątrz element próbny powinien obejmować ścianę osłonową i poziome złącza oraz, jeśli to wymagane, uszczelnienie pionowej szczeliny ze ścianą symulowaną (w takim przypadku element próbny powinien być na tyle szeroki aby na co najmniej 500 mm wystawać poza zewnętrzną powierzchnię symulowanej ściany). Dla nagrze-

Tabela 3. Rozkład termoelementów na powierzchni badanego elementu (numeracja powierzchni zgodnie z rys. 4)

*) Termoelement **)

występuje tylko w przypadku, gdy wymagana jest ocena wg kryterium izolacyjności ogniowej uszczelnienia pionowej liniowej szczeliny Termoelement występuje tylko w przypadku gdy występuje połączenie uszczelnienia P1÷6 Powierzchnie zgodnie z PN-EN 1364-3 UH Uszczelnienie poziomej liniowej szczeliny UV Uszczelnienie pionowej liniowej szczeliny

42

WYDANIE SPECJALNE


Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych Tabela 4. Rozkład termoelementów na nienagrzewanej powierzchni badanego elementu (numeracja powierzchni zgodnie z rys. 5)

wania od zewnątrz element próbny powinna stanowić tylko ściana osłonowa (w tym przypadku powiększenie szerokości o 500 mm może zostać zredukowane lub całkowicie zlikwidowane) Zamocowanie elementu próbnego do konstrukcji górnego i dolnego stropu należy wykonać z zastosowaniem zamocowań używanych w praktyce lub zamocowań reprezentatywnych dla typu zamocowań stosowanych w praktyce. Krawędzie pionowe badanej ściany osłonowej nie powinny być mocowane (krawędzie

swobodne). Należy zastosować takie uszczelnienie szczeliny pomiędzy słupkami i symulowaną konstrukcją ścienną które zapewni swobodny ruch słupków.

Konstrukcja mocująca [2], [5] W przypadku badania ścian osłonowych w pełnej konfiguracji konstrukcję mocującą stanowić będzie strop oraz symulowana konstrukcja ścienna. Zastosować tutaj można:

konstrukcje standardowe – formy konstrukcyjne służące do zamknięcia pieca i umocowania elementu próbnego podlegającego ocenie, które mają możliwy do ilościowego określenia wpływ na przenoszenie ciepła pomiędzy konstrukcją, a elementem próbnym i które mają znaną odporność na odkształcenie termiczne. W przypadku ścian osłonowych dobrym przykładem takiej konstrukcji jest strop żelbetowy o grubości co najmniej 150 mm, szerokości co najmniej 500 mm i gęstości 2000 (+/- 500) kg/m3. konstrukcje niestandardowe – są to szczególne konstrukcje wykorzystywane do

Rys. 9. Schemat budowy termoelementu do pomiaru temperatury otoczenia (wymiary w mm) Fot. 3. Widok nagrzewanej powierzchni elementu próbnego w 15 minucie badania

Rys. 10. Schemat budowy przyrządów do pomiaru ciśnienia (wymiary w mm)

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

Fot. 4. Widok nagrzewanej powierzchni elementu próbnego w 15 minucie badania

43


Bartłomiej Sędłak

Rys. 11. Przykładowy wykres ciśnienia w piecu w trakcie badania

Rys. 12. Przykładowy wykres temperatur średnich dla największej tafli szklanej (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 30, nagrzewanie od wewnątrz)

Rys. 13. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na słupach (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 30, nagrzewanie od wewnątrz)

Rys. 14. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na ryglach (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 30, nagrzewanie od wewnątrz

Rys. 15. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na uszczelnieniu poziomej szczeliny liniowej (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 30, nagrzewanie od wewnątrz)

Rys. 16. Przykładowy wykres temperatur średnich dla największej tafli szklanej (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 30, nagrzewanie od zewnątrz)

Rys. 17. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na słupach (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 30, nagrzewanie od zewnątrz)

Rys. 18. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na ryglach (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 30, nagrzewanie od zewnątrz)

44

WYDANIE SPECJALNE


Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych

Rys. 19. Przykładowy wykres temperatur średnich dla największej tafli szklanej (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 60, nagrzewanie od wewnątrz)

Rys. 21. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na ryglach (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 60, nagrzewanie od wewnątrz)

Rys. 23. Przykładowy wykres temperatur średnich dla największej tafli szklanej (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 60, nagrzewanie od zewnątrz)

Rys. 20. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na słupach (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 60, nagrzewanie od wewnątrz)

Rys. 22. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na uszczelnieniu poziomej szczeliny liniowej (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 60, nagrzewanie od wewnątrz)

Rys. 24. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na słupach (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 60, nagrzewanie od zewnątrz)

zamknięcia pieca, w których element próbny ma być zamocowany w praktyce; zapewniają one takie poziomy zamocowania oraz przepływu ciepła, jakich należy spodziewać się w normalnym użytkowaniu; nie ma w tym przypadku możliwości bezpośredniego zastosowania do innej konstrukcji.

Przygotowanie urządzeń i sprzętu pomiarowego przed badaniem [2], [5], [7] Piec do badań W piecu do badań powinny być zastosowane termoelementy płytkowe (rys. 8) umożliwiające pomiar temperatury wewnątrz pieca. Należy rozmieścić je w taki sposób aby były równomiernie rozłożone w pionowej płaszczyźnie

Rys. 25. Przykładowy wykres temperatur maksymalnych na ryglach (ściana osłonowa o deklarowanej odporności ogniowej EI 60, nagrzewanie od zewnątrz)

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

45


Bartłomiej Sędłak

Fot. 5. Widok nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego w 30 minucie badania (nagrzewanie od wewnątrz)

Fot. 8. Widok nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego w 45 minucie badania (nagrzewanie od zewnątrz)

Fot. 6. Widok nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego w 36 minucie badania (nagrzewanie od wewnątrz)

Fot. 9. Widok nagrzewanej powierzchni elementu próbnego w 45 minucie badania (nagrzewanie od zewnątrz)

w odległości 5÷15 cm od najbliższej płaszczyzny badanego elementu. Na 1,5 m2 nagrzewanej powierzchni elementu próbnego musi być zastosowany przynajmniej jeden termoelement płytkowy, przy czym ich ilość dla całej konstrukcji nie może być mniejsza niż 4 sztuki.

Element próbny Jeżeli ściana osłonowa poddana jest ocenie zgodnie z kryterium izolacyjności ogniowej, to do jej nienagrzewanej powierzchni należy przymocować termoelementy powierzchniowe (rys. 9) służące do pomiaru temperatury średniej i maksymalnej. Rozkład termoelementów zależny będzie od tego, czy element nagrzewany jest od zewnątrz czy od wewnątrz.

46

Fot. 11. Widok nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego po badaniu (nagrzewanie od zewnątrz)

Fot. 7. Widok nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego w 60 minucie badania (nagrzewanie od wewnątrz)

Fot. 10. Widok nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego w 61 minucie badania (nagrzewanie od zewnątrz)

Rozkład termoelementów na danych powierzchniach przedstawiony został w tabelach 3 (nagrzewanie od wewnątrz) i 4 (nagrzewanie od zewnątrz). Termoelementy umieścić można również na zamocowaniach w celu uzyskania informacji służącej do oceny możliwej redukcji wytrzymałości konstrukcji tych zamocowań. Ponadto należy pamiętać o tym, że termoelementy nie mogą być umieszczane bliżej niż 100 mm od części wydzielonej, która nie jest oceniana pod względem izolacyjności ogniowej oraz o tym, że w przypadku, gdy badany element jest niejednorodny (tzn. zawiera powierzchnie wydzielone większe niż 0,1 m2, o spodziewanych innych poziomach izolacyjności ogniowej, czego dobrym przykładem mogą być przeszklenia), wtedy każda część wydzie-

WYDANIE SPECJALNE


Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych lona musi być indywidualnie monitorowana z uwagi na przyrost temperatury średniej. Na każdej części wydzielonej powinny się znajdować przynajmniej 2 termoelementy (jeden termoelement na każde 1,5 m2 powierzchni części wydzielonej). Laboratorium badawcze powinno być również wyposażone w termoelement ruchomy (rys. 8), który umożliwia pomiar temperatury w miejscach innych niż wyszczególnione w tabelach 3 i 4, w których z różnych przyczyn może nastąpić przekroczenie temperatury kryterialnej.

Rozpoczęcie badania [5], [7] Temperatura otoczenia przed badaniem powinna wynosić 20°C (+/-10). Nie dłużej niż 5 minut przed badaniem należy sprawdzić temperaturę początkową zarejestrowaną przez wszystkie termoelementy. Początkowa temperatura nienagrzewanej powierzchni ściany osłonowej oraz uszczelnień szczelin liniowych powinna wynosić 20°C (+/-10) i nie powinna różnić się od początkowej temperatury otoczenia o więcej niż 5°C. Natomiast termoelementy piecowe (płytkowe) powinny wskazywać temperaturę 30°C (+/-20). Badanie rozpoczyna się w momencie, gdy któryś z termoelementów płytkowych wskaże temperaturę 50°C.

Rys. 26. Schemat konstrukcji oraz definicja powierzchni w przypadku nagrzewania od wewnątrz (wymiary w mm)

Przebieg badania oraz kryteria odporności ogniowej sprawdzane podczas testu [2], [7], [8] Nagrzewanie elementu próbnego może być prowadzone wg tzw. krzywej standardowej lub krzywej zewnętrznej. Ponadto należy prowadzić piec w taki sposób ażeby ciśnienie u góry elementu próbnego nie przekraczało 20 [Pa]. Ciśnienie w piecu powinno być monitorowane przez całe badanie, a dopuszczalne odchyłki to +/- 5 Pa w pierwszych 5 minutach badania i +/- 3 Pa w dalszej części badania. Przykładowy wykres ciśnienia w piecu mierzonego 0,25 m poniżej górnej krawędzi elementu próbnego przedstawia rys. 13.

Pomiar przemieszczeń Podczas badania należy prowadzić pomiar przemieszczeń. Chociaż nie ma związanych z nim kryteriów oceny właściwości użytkowych, to może być on istotny przy określeniu rozszerzonego zakresu wykorzystania wyników badania. Przemieszczenia należy mierzyć 50 mm od krawędzi swobodnej oraz w punkcie stanowiącym środek powierzchni nienagrzewanej elementu próbnego (z pominięciem powiększeń elementu poza ramą do badania lub poza symulowanym stropem i ścianami. Należy mierzyć wszystkie znaczące (tj. powyżej 5 mm) przemieszczenia elementu próbnego podczas badania.

Rys. 27. Schemat konstrukcji oraz definicja powierzchni w przypadku nagrzewania od zewnątrz (wymiary w mm)

Kryterium szczelności (E) ogniowej

Szczelność ogniowa zachowana jest, jeżeli:

tampon bawełniany nie ulegnie zapaleniu przez okres 30 sekund od momentu przyłożenia go do elementu próbnego;

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

penetracja szczelinomierzem o grubości 25 mm, lub 6 mm na długości 150 mm, przykładanego do (powstałej w wyniku działania ognia) szczeliny nie była możliwa; nie wystąpiło utrzymanie się płomienia po stronie nienagrzewanej (nie pojawił się tam ogień ciągły trwający dłużej niż 10 s)

47


Bartłomiej Sędłak Podsumowanie Odporność ogniowa ścian osłonowych zależna jest od wielu czynników, takich jak: rodzaj zastosowanych profili szkieletu, wkładów izolacyjnych wewnątrz profili (w przypadku profili metalowych), sposobów ich mocowania do stropu, rozstawu pomiędzy punktami mocowania, a także rodzaju zastosowanego szkła, rozmiarów tafli szklanych, współczynnika kształtu szyb. W przypadku ścian osłonowych z dużymi przeszkleniami ogromne znaczenie ma również sposób, w jaki osadzone są szyby. Nawet niewielka zmiana w konstrukcji ściany osłonowej może w znaczący sposób zmienić jej odporność ogniową, dlatego też określenie rzeczywistej klasy odporności ogniowej danej ściany osłonowej możliwe jest wyłącznie na podstawie wyników badań odporności ogniowej elementów próbnych tych ścian. Fot. 12. Widok nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego po badaniu (nagrzewanie od zewnątrz)

Fot. 13. Widok nagrzewanej powierzchni elementu próbnego po badaniu (nagrzewanie od zewnątrz)

Kryterium Izolacyjności (I) ogniowej

Sposób pomiaru określa norma PN-EN 1363-2 Badania odporności ogniowej. Cześć 2: Procedury alternatywne i dodatkowe [6]. Elementy, dla których zostało ocenione kryterium promieniowania, powinny być zidentyfikowane poprzez dodanie litery W do klasyfikacji (np. EW 30). Klasyfikacja tych elementów powinna być podawana jako czas, przez który maksymalna wartość promieniowania, mierzonego 1,0 m od nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego nie przekroczyła wartości 15 kW/m2.

Izolacyjnością ogniową nazywamy zdolność danego elementu próbnego, będącego oddzielającym elementem konstrukcji budowlanej, poddanego działaniu ognia z jednej strony, do ograniczenia przyrostu temperatury na powierzchni nienagrzewanej powyżej danego poziomu. Weryfikacja przyrostu temperatury średniej i maksymalnej przeprowadzana jest za pomocą termoelementów powierzchniowych (rys. 7), które mocowane są do badanego elementu za pomocą kleju odpornego na temperaturę.

Kryterium Promieniowania (W) Promieniowanie jest zdolnością elementu konstrukcji do wytrzymania oddziaływania ognia tylko z jednej strony tak, aby ograniczyć prawdopodobieństwo przeniesienia ognia w wyniku znaczącego wypromieniowania ciepła do sąsiadujących materiałów.

48

Zakończenie badania [7], [8] Badanie może być zakończone z jednego lub więcej następujących powodów:

• • •

bezpieczeństwa personelu lub zbliżającego się uszkodzenia wyposażenia, osiągnięcia wybranych kryteriów, życzenia Zleceniodawcy.

mgr inż. Bartłomiej Sędłak Zakład Badań Ogniowych ITB Wojskowa Akademia Techniczna Bibliografia [1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2012 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2] PN-EN 1364-3 Badanie odporności ogniowej elementów nienośnych. Część 3: Ściany osłonowe pełna konfiguracja (kompletny zestaw) [3] PN-EN 13501-2 Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 2: Klasyfikacja na podstawie badań odporności ogniowej, z wyłączeniem instalacji wentylacyjnej [4] PN-EN 1364-4 Badanie odporności ogniowej elementów nienośnych. Część 4: Ściany osłonowe częściowa konfiguracja [5] PN-EN 1363-1 Badania odporności ogniowej. Część 1: Wymagania ogólne [6] PN-EN 1363-2 Badania odporności ogniowej. Cześć 2: Procedury alternatywne i dodatkowe [7] Sędłak B.: Metodyka badań odporności ogniowej drzwi przeszklonych Część 1. „Świat Szkła” 3/2012 [8] Roszkowski P., Sędłak B.: Metodyka badań odporności ogniowej przeszklonych ścian działowych „Świat Szkła”, 9/2011

WYDANIE SPECJALNE


Specjalność: oddymianie

Specjalność: oddymianie Statystyki pożarowe w wielu krajach wskazują, że największe zagrożenie dla ludzi w pierwszej fazie pożaru, czyli w czasie kiedy powinna nastąpić ewakuacja ludzi z budynku, stanowią gazowe produkty spalania i rozkładu termicznego. Zagrożenie to wynika głównie ze znacznego stężenia w tych produktach silnie toksycznych gazów, takich jak tlenek węgla, chlorowodór czy cyjanowodór. Tlenek węgla powstaje w czasie większości pożarów, natomiast inne gazy toksyczne, powstają przy spalaniu tworzyw sztucznych. Coraz szerzej stosowanych w budownictwie. Zatrucie trującymi gazami, czyli tzw. zaczadzenie, to przyczyna śmierci ok. 80% ofiar pożaru. Praktycznie stosowane są dwie zasadnicze metody ograniczania tych zagrożeń: • systemy urządzeń służących do usuwania dymu – których zasada działania polega na usuwaniu ciepła i dymu w sposób naturalny lub mechaniczny, co pozwala uzyskać przypodłogowy obszar niezadymiony, poniżej unoszącej się warstwy dymu; • systemy urządzeń zapobiegających zadymieniu – oparte na zapewnieniu różnicy ciśnień pomiędzy przestrzenią objętą pożarem, a przestrzeniami chronionymi, które stosowane przede wszystkim w budynkach wysokich i wysokościowych. Naturalny system wentylacyjny służący do odprowadzania dymu i ciepła (określany jako NSHEVS Natural Smoke and Heat Enhaust Ventilation), jest najczęściej stosowanym systemem bezpieczeństwa w przypadku zagrożenia wybuchem pożaru. Oparty jest on na zasadzie wentylacji grawitacyjnej, wywoływanej siłami unoszenia, powstałymi na skutek różnicy gęstości gazów, wynikającej z różnicy temperatury. Następuje naturalna separacja warstwy górnej, w której znajdują się gorące gazy wymieszane z dymem – są one stopniowo usuwane na zewnątrz przez klapy dymowe lub okna oddymiające – od warstwy dolnej, przypodłogowej, wolnej od dymu, która może być wykorzystana do sprawnej ewakuacji ludzi z budynku w warunkach dobrej widoczności, jak i ułatwia pracę ekipom straży pożarnej w czasie akcji gaśniczej Naturalny system odprowadzania dymu i ciepła zapewnia: • wspieranie ewakuacji ludzi z budynków i innych obiektów budowlanych, • zmniejszenie temperatury pod dachem i opóźnienie rozprzestrzeniania się pożaru w kierunku poziomym, • ułatwienie dostępu w celach gaśniczych poprzez poprawę widzialności, • zmniejszenie szkód pożarowych i strat finansowych poprzez ochronę, przed szkodliwym działaniem gorącego dymu, konstrukcji i wyposażenia budynku. Okna oddymiające, podobnie jak klapy dymowe, podlegają wymaganiom normy PN-EN

12101-2: 2005 [5]. W normie tej określono wymagania i metody badań okien i klap dymowych, które są przewidziane do instalowania jako element grawitacyjnego systemu odprowadzania dymu. Jest to norma zharmonizowana, więc pozwala na oznakowanie CE, co umożliwia sprzedaż okien i klap na terenie całej Unii Europejskiej bez dodatkowych certyfikatów. Badaniu podlega konstrukcja okna wraz z napędem uruchamiającym je w przypadku pożaru. Okienne systemy oddymiania służą do odprowadzanie dymu i ciepła w przypadku pożaru wewnątrz budynku, a najczęściej wykorzystywane są okna umieszczone na klatkach schodowych budynków użyteczności publicznej, w pasażach i atriach centrów handlowych. Okna oddymiające używane są również do codziennej wentylacji (przewietrzania) pomieszczeń w normalnych warunkach eksploatacji, bez wywoływania stanu alarmowego (zapewniają dopływ świeżego powietrza i odprowadzenie zużytego). Koszty utrzymania budynku mogą być zmniejszane przez wykorzystywanie systemu automatycznego otwierania okien do schładzania nocnego. Okna oddymiające zapewniają również dostarczanie naturalnego światła i wzrokowy kontakt z otoczeniem, jak zwykłe okna. Istotną cechą okien w systemie oddymiania jest sprawność działania – otwierania i zamykania. Szczególną uwagę należy zwrócić na dokładne dopasowanie skrzydła do ościeżnicy, zapewniające szczelność i odporność na warunki pogodowe, a jednocześnie nie powodujące zakleszczania się tych elementów. Ostatnio pojawiły się napędy, przeznaczone do pracy w systemach oddymiania, schowane w konstrukcji ramy okiennej – całkowicie niewidoczne i nie zakłócające estetyki okna „w czasie spoczynku”, a jednocześnie szybko i sprawnie otwierające okna w przypadku pożaru oraz przy codziennej wentylacji pomieszczeń.

Klasyfikacja W normie PN-EN 12101-2: 2005 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Cz. 2: Wymagania techniczne dotyczące klap dymowych [5] określono warunki eksploatacyjne

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

GEZE

W Rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [4] określono: • rodzaje budynków, które powinny być wyposażone w systemy ochrony przed zadymieniem lub do usuwania dymu, • rodzaje budynków, w których zastosowanie tych urządzeń pozwala na złagodzenie innych wymagań: obniżenie klasy odporności pożarowej budynków, powiększenie dopuszczalnej wielkości stref pożarowych, powiększenie dopuszczalnej długości dojść i przejść ewakuacyjnych (uzyskanie złagodzeń w odniesieniu do wymagań w zakresie ewakuacji, związanych z zastosowaniem samoczynnych urządzeń oddymiających jest możliwe jedynie w przypadku zapewnienia ich uruchomienia za pomocą systemu wykrywania dymu; skala złagodzeń jest największa w przypadku równoczesnego zastosowania samoczynnych urządzeń oddymiających oraz stałych urządzeń gaśniczych tryskaczowych) • wymagania dla instalacji wentylacji oddymiającej.

49


Robert Sienkiewicz i klasyfikację okien oddymiających (traktowanych jako rodzaj klap dymowych) oraz metody badań służące do potwierdzenia spełnienia wymagań.

Niezawodność Okno oddymiające powinno być sklasyfikowane w jeden z następujących sposobów: Re A, Re 50, Re 1000. Oznaczenie A, 50, 1000 odpowiadają liczbie otwarć do pozycji pożarowej otwartej i zamknięć przy braku obciążenia podczas badania zgodnie z normą [5]. Okno oddymiające powinno otwierać się i przechodzić do pozycji pożarowej otwartej w czasie nie dłuższym niż 60 s od momentu uruchomienia i pozostawać w tej pozycji nie wykorzystując zewnętrznego źródła energii (do momentu odwołania polecenia). Jeśli okno oddymiające służy jednocześnie do codziennej wentylacji, powinno się otwierać do swojej normalnej pozycji wentylacyjnej 100 000 razy przy braku obciążenia, zanim zostanie poddane badaniu na niezawodność (przy otwarciu do pozycji pożarowej).

Powierzchnia geometryczna (Av) – pole powierzchni otworu, mierzona w płaszczyźnie określonej przez powierzchnię styku klapy dymowej (okna oddymiającego) z powierzchnią elementów konstrukcyjnych budynku. Wielkość ta nie uwzględnia przewężeń związanych z zastosowaniem sterowników, żaluzji czy innych przeszkód. Współczynnik wypływu (Cv) – określany także jako efektywność aerodynamiczna – stosunek rzeczywistego strumienia masy gazu, mierzonego w określonych warunkach, do teoretycznego strumienia masy gazu przepływającego przez klapę dymową (okno oddymiajace) Powierzchnia czynna (Aa) – iloczyn pola powierzchni geometrycznej otworu i współczynnika wypływu Aa=Av·Cv Pozycja pożarowa otwarta – pozycja klapy dymowej, określona przez producenta, osiągana i utrzymywana podczas odprowadzania dymu i ciepła Wentylacja naturalna (grawitacyjna) – wentylacja wywołana siłami unoszenia, powstałymi na wskutek różnicy gęstości gazów, wynikającej z różnicy temperatury Czas otwarcia – okres między otrzymaniem przez klapy (okna) sygnału otwarcia, a osiągnięciem przez klapę pozycji pożarowej otwartej 25), T(-1, 5) T(-05), T(00), T(A). Oznaczenie 25, 15, 05 i A odpowiadają temperaturze poniżej 0°C, w której okno jest poddawane badaniu zgodnie z normą [5]. Okno w klasie T(00) jest uznawane do stosowania w obiektach budowlanych, gdy temperatura jest wyższa od 0°C.

Projektowanie

D+H

Obciążenie śniegiem

Odporność na wysoką temperaturę

Okno oddymiające powinno być sklasyfikowane w jeden z następujących sposobów: SL 0, SL 125, SL 250, SL 250, SL 500, SL 1000, SL A. Oznaczenia 0, 125, 250, 500, 1000 i A odpowiadają obciążeniu w Pa śniegiem przyłożonemu podczas badania zgodnie z normą [5].

Okno oddymiające powinno być sklasyfikowane w jeden z następujących sposobów: B 300, B 600, B A. Oznaczenia 300, 600 i A odpowiadają temperaturze w °C, w której okno było poddane badaniu zgodnie z normą [5]. Reakcja na ogień materiałów okna powinna być badana i klasyfikowana zgodnie z normą PN-EN 13601-1, z wyjątkiem materiałów uznawanych, że spełniają kryteria klasy A1, które nie wymagają badań. Powierzchnia przewężenia nie powinna ulegać zmniejszeniu o więcej niż 10%, w odniesieniu do pierwotnej powierzchni przewężenia podczas badania zgodnie z normą [5]

Obciążenie wiatrem Okno oddymiające powinno być sklasyfikowane w jeden z następujących sposobów: WL 1500, WL 3000, WL A. Oznaczenia 1500, 3000 i A odpowiadają obciążeniu równoważnemu z wartością ciśnienia ssania w Pa, przyłożonego podczas badania zgodnie z normą [5].

Określenie powierzchni czynnej Odporność na niską temperaturę Okno oddymiające powinno być sklasyfikowane w jeden z następujących sposobów: T(-

50

jącego. W normie PN-EN 12101-2:2005 [5] określono standardowe położenie otwartych okien (klap dymowych), które pozwalają skorzystać z metody uproszczonej i bez badań przyjmować współczynnik wypływu Cv = 0,4. W innych przypadkach powierzchnie czynną Aa określa się doświadczalnie.

Jest to podstawowa cecha okien oddymiających i klap dymowych, która pozwala na racjonalnie zaprojektowanie systemu oddymia-

Pewne wymagania projektowe zawarte są w normie PN-EN 12101-2:2005 [5], ale za dobór wielkości i rozmieszczenia okien oddymiających odpowiada projektant wraz z rzeczoznawcą do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych, z którym jest uzgadniany projekt. Wielu projektantów w obliczeniach posługuje się normą PN-B-02877-4:2001 /Az1:2006 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła. Zasady projektowania [6]. Jest ona co prawda krytykowana przez wielu specjalistów za pewne uproszczenia, ale w prostych przypadkach może mieć zastosowanie. Norma powyższa nie ma odpowiedników w zbiorze norm zagranicznych i międzynarodowych (ISO, EN), ale przyjęta metodyka postępowania przy obliczaniu powierzchni klap dymowych i ich rozmieszczeniu najbardziej jest zbliżona do wymagań niemieckiej normy DIN 183232:2007 [7]. Często wykorzystywana jest np. do obliczania wymaganej powierzchni czynnej okien oddymiających na klatce schodowej budynków niskich i średniowysokich. Według normy [6] powinna ona wynosić co najmniej 5% rzutu podłogi klatki schodowej, a powierzchnia każdego otworu (okna oddymiającego) nie powinna być mniejsza niż 1 m2. Norma ta dba również o zapewnienie dostatecznego dopływu powietrza. W celu zapewnienia pełnego wykorzystania powierzchni czynnej okna oddymiającego należy przewidzieć odpowiednią powierzchnię urządzeń, przez które przedostanie się powietrze uzupełniające. Otwory te powinny być zlokalizowane w dolnych częściach klatki schodowej. Geometryczna powierzchnia otworów wlotowych powietrza powinna być co najmniej o 30% większa od

WYDANIE SPECJALNE


Specjalność: oddymianie sumy geometrycznej powierzchni okien oddymiających umieszczonych w przestrzeni poddachowej. Możliwe jest tu wliczenie okien w dolnej części pomieszczenia oraz drzwi, które w przypadku pożaru powinny się otworzyć. Norma niemiecka DIN 18323-2: 2007 [7] wymaga aby powierzchnia otworów wlotowych przewyższała powierzchnie otworów wylotowych nawet o 50%. W normie niemieckiej podano również standardowe współczynniki korekcyjne, w zależności od rodzaju i kąta otwarcia okna lub innego urządzenia. Zaleca się także aby okna oddymiające były umieszczane po dwóch stronach budynku i aby przy wietrze o prędkości powyżej 1 m/s otwierane były okna po zawietrznej stronie budynku. Wiatr nie będzie przeszkadzał w prawidłowym odprowadzaniu dymu i ciepła w razie pożaru. W Rozporządzeniu w sprawie uzgadniania projektu budowlanego pod względem ochrony przeciwpożarowej [3] podkreślono potrzebę indywidualnego podejścia do zagrożenia pożarowego każdego obiektu i stwierdzono, że jednym z podstawowych zagadnień uzgodnień jest dobór urządzeń przeciwpożarowych w obiekcie, dostosowany do wymagań wynikających z przyjętego scenariusza rozwoju zdarzeń w czasie pożaru, a w szczególności: stałych urządzeń gaśniczych, systemu sygnalizacji pożarowej, dźwiękowego systemu ostrzegawczego, instalacji wodociągowej przeciwpożarowej, urządzeń oddymiających, dźwigów przystosowanych do potrzeb ekip ratowniczych. Podstawą doboru okien oddymiających jest ich powierzchnia czynna wynikająca z uzyskana z badań wg PN-EN 12101-2 [5]. Niektórzy producenci dostarczają dane tabelaryczne pozwalające obliczyć współczynnik Cv dla konkretnego zastosowania ich produktów (Tabela 2).

Tabela 1

Tabela 2

Przykładowo – obliczamy współczynnik Cv dla okna oddymiającego o stosunku boków B/H = 1136 / 836 = 1,36 i kącie otwarcia 55° dla systemu GEZE 100E. Kąt ten znajduje się pomiędzy kątami otwarcia podanymi w tabeli: 49° i 62°. Bierzemy więc odpowiadające im wartości 0,45 i 0,5 i obliczamy Cv jako średnią ważoną, co daje 0,475. Inni producenci, jak np. D+H, dostarczają program komputerowy do wyznaczenia Cv dla swoich wyrobów.

a)

b) Rozchodzenie się dymu w pomieszczeniu bez systemu oddymiającego (a) i z takim systemem (b)

• • •

Polskie przepisy pozwalają w projektowaniu posługiwać się wiedzą techniczną bazującą na normach innych krajów. Szczególnej uwadze polecane są normy i instrukcje: • VdS 2221 Richtlinien für Entrauchungsanlagen in Treppenräumen (EA T). Planung und Einbau (Wytyczne dotyczące urządzeń do oddymiania klatek schodowych. Projektowanie i instalowanie); • NFPA 92B. Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Spaces, 2005 Edition (Standard dla projektowania systemów usuwania dymu w budynkach z dużymi powierzchniami, takimi jak pasaże handlowe i atria oraz w jednoprzestrzennych obiektach wielkokubaturowych). • NFPA 204. Standard for Smoke and Heat Venting, 2002 Edition (Standard dla projektowania systemów usuwania ciepła i dymu z budynków); • BS 7346-4:2003. Components for smoke and heat control systems – Part 4: Functional recommendations and calculation

Elementy systemu Okna oddymiające mogą otwierać się automatycznie do oddymiania reagując na: wzrost temperatury otoczenia pojawienie się dymu sygnał z SAP lub mogą być uruchomiane ręcznie przez użytkownika lub mogą mieć sterowanie mieszane

Alarmowe przyciski oddymiania umożliwiające ręczne wyzwolenie systemu, posiadają w standardzie diody sygnalizujące stan pracy urządzeń systemu i wyświetlanie alarmu.

Różne rodzaje okien oddymiających GEZE

• • •

Okna oddymiające jako napęd mogą wykorzystywać: siłowniki elektryczne (wrzecionowy, łańcuchowy, zębatkowy) siłowniki pneumatyczne sprężyny gazowe

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

51


Robert Sienkiewicz

D+H

GEZE

methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, employing steadystate design fires – Code of practice (Elementy systemów kontroli dymu i ciepła. Część 4 Kodeks zaleceń funkcjonalnych i metod obliczeniowych dla systemów usuwania ciepła i dymu); BS 7346-5. Components for smoke and heat control systems. Part 5. Code of practice on functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, employing time dependent design fires (Elementy systemów kontroli dymu i ciepła. Część 5. Kodeks zaleceń funkcjonalnych i metod obliczeniowych dla systemów usuwania ciepła i dymu).

Ważne jest aby posługując się tymi normami postępować konsekwentnie i stosować je w całości, a nie wybierać tylko fragmenty norm aby uprościć sobie opracowanie projektu.

ESSMANN Okno boczne RWA do wyprowadzania dymu przez ścianę zewnętrzną

Instalacja i konserwacja Ustawa o ochronie przeciwpożarowej [1] nałożyła na właścicieli i zarządców budynków określone obowiązki, a w szczególności stwierdzono że są oni zobowiązani: • wyposażyć budynek w wymagane urządzenia przeciwpożarowe; • zapewnić konserwację oraz naprawy urządzeń przeciwpożarowych w sposób gwarantujący ich sprawne i niezawodne funkcjonowanie.

52

Z obowiązków tych zwolnieni są jedynie właściciele domów jednorodzinnych. Natomiast w Rozporządzeniu w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków [2] obowiązki te bardziej skonkretyzowano: • urządzenia przeciwpożarowe w obiekcie powinny być wykonane zgodnie z projektem uzgodnionym pod względem ochrony przeciwpożarowej przez rzeczoznawcę do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych, a warunkiem dopuszczenia do ich użytkowania jest przeprowadzenie odpowiednich dla danego urządzenia prób i badań, potwierdzających prawidłowość ich działania; • urządzenia przeciwpożarowe powinny być poddawane przeglądom technicznym i czynnościom konserwacyjnym zgodnie z zasadami określonymi w Polskich Normach dotyczących urządzeń przeciwpożarowych, w odnośnej dokumentacji techniczno-ruchowej oraz instruk-

ESSMANN Okno dachowe RWA do klatek schodowych pod skośnym dachem

cjach obsługi. Przeglądy techniczne i czynności konserwacyjne, powinny być przeprowadzane w okresach i w sposób zgodny z instrukcją ustaloną przez producenta, nie rzadziej jednak niż raz w roku. Określono również, co powinno się rozumieć pod terminem „urządzenia przeciwpożarowe”. Są to urządzenia (stałe lub półstałe, uruchamiane ręcznie lub samoczynnie) służące do wykrywania i zwalczania pożaru lub ograniczania jego skutków – czyli przykładowo urządzenia oddymiające oraz drzwi i bramy

przeciwpożarowe, o ile są wyposażone w systemy sterowania. Norma PN-EN 12101-2 [5] zobowiązuje dostawcę okien oddymiających do dostarczenia: • danych montażowych zawierających informację o ⇒ sposobie zamontowania, ⇒ podłączeniu urządzeń zewnętrznych (np. instalacji elektrycznej i pneumatycznej). • danych konserwacyjnych zawierających informację o ⇒ procedurach kontroli i konserwacji, ⇒ zalecanej częstotliwości kontroli działania, ⇒ zalecanej kontroli skutków korozji. Robert Sienkiewicz Literatura [1] Ustawa o ochronie przeciwpożarowej z dnia 24 sierpnia 1991 r. Dz. U. z 2002 r. Nr 147, poz. 1229, z późn. zm. Dz.U.2009.178.1380 (t.j.) z dnia 5 grudnia 2008 r. Dziennik Ustaw z 2009 r. Nr 11 poz. 59. [2] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów z dnia 21 kwietnia 2006 r. Dz.U.2006.80.563. [3] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie uzgadniania projektu budowlanego pod względem ochrony przeciwpożarowej z dnia 16 czerwca 2003 r. (Dz.U- .2003.121.1137). [4] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U.2003.33.270) z późniejszymi zmianami – ostatnia z dnia 12 marca 2009 r. [5] PN-EN 12101-2: 2005 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Cz. 2: Wymagania techniczne dotyczące klap dymowych. [Smoke and heat control systems. Part 2: Specification for natural smoke and heat exhaust ventilators]. [6] PN-B-02877-4: 2001 /Az1:2006 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła. Zasady projektowania. [7] DIN 18323-2: 2007 Rauch- und Wärmefreihaltung - Teil 2: Natürliche Rauchabzugsanlagen (NRA); Bemessung, Anforderungen und Einbau [Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła Część 2: Systemy wentylacji oddymiającej naturalnej (NRA), Projektowanie, wymagania i instalacja] [8] Paweł Królikowski, Wymagania stawiane urządzeniom do usuwania dymu oraz zapobiegającym zadymieniu, „Świat Szkła” 12/2005 [9] Tadeusz Michałowski, Okna w oddymianiu grawitacyjnym, „Świat Szkła” 1/2010

WYDANIE SPECJALNE


WYDAWCA

REDAKCJA

REKLAMA

Euro-Media Sp. z o.o. ul. Rosoła 10a 02-786 Warszawa tel. 22 535 30 62

tel. 22 535 30 62 fax 22 535 30 43 www.swiat-szkla.pl e-mail: szklo@swiat-szkla.pl

tel. 22 535 30 62 fax 22 535 30 43

Katarzyna Polesińska – Prezes

Krzysztof Zieliński – Redaktor Naczelny

Joanna Jaworska – Dyrektor Wydawniczy

Wojciech Kołodziejski – Sekretarz Redakcji

Fasady przeszklone 1. Termika, akustyka, właściwości ppoż.

Justyna Górnowicz tel. kom. 602 786 268 j.gornowicz@swiat-szkla.pl Agnieszka Roguska tel. kom. 698 455 355 a.roguska@swiat-szkla.pl

III


Fasady przeszklone termika akustyka odporność ogniowa 2016  
Fasady przeszklone termika akustyka odporność ogniowa 2016  

Fasady przeszklone - termika akustyka odporność ogniowa 2016 - numer specjalny miesięcznika Świat Szkła omawiający właściwości termiczne, a...

Advertisement