Facebook

Stolarka w przegrodach

Z:A 83

KATEGORIA: Praktyka

Na temat obsadzania stolarki okienno-drzwiowej w ścianach zewnętrznych krąży w kraju tyle samo prawd, co i mitów. W świecie budowlanym zagadnienie to należy chyba do najbardziej lekceważonych nie tylko przez architektów, ale też przez monterów stolarki oraz inwestorów.

Na przestrzeni lat zauważamy wyraźną ewolucję w miejscu montażu ram stolarki. Od zamierzchłych czasów, kierując się wyczuciem, sytuowano ją w okolicach osi muru. Od czasu wprowadzenia ociepleń ścian metodą bezspoinową bso (nazywaną także etics) stolarkę lokuje się równo z licem muru. W kilku ostatnich latach stał się modny montaż (nazywany ciepłym), w którym stolarka jest wysunięta poza lico muru – czyli znajduje się w warstwie termoizolacji. Ponadto coraz częściej szczeliny między ramą stolarki a murem, zarówno od zewnątrz, jak i od wewnątrz, zaklejane są najróżniejszymi taśmami.

     W dyskusji na temat lokowania stolarki w ścianie padają różne argumenty, ale nie są one poparte ani analizami cieplno-wilgotnościowymi (c-w), ani obliczeniami. Główne karty rozdaje marketing – zwykle nie mający uzasadnienia merytorycznego, ale za to bardzo przekonujący, bo oddziałujący na psychikę klientów. Doprowadziło to do sytuacji, że dzisiaj niemal nie mówi się o innym montażu stolarki, jak tylko o ciepłym. Można by uznać tę sytuację za normalną, gdyby nie to, że obliczenia i analizy cieplno-wilgotnościowe detali obsadzenia ram stolarki wykazują, że są przypadki niemające uzasadnienia ekonomicznego – gdzie inwestor przepłaca kilkaset złotych na jednym tylko oknie czy drzwiach.

     Zdarza się też, że stosowanie wspomnianych taśm po obrzeżach pogarsza warunki wilgotnościowe w szczelinie między ramą a ościeżem, bo wywołuje niedopuszczalną w tym miejscu kondensację pary wodnej. Ta zaś skutkuje kumulacją wilgoci. Dochodzi do sytuacji, w której dopiero kilkuletnia eksploatacja budynków weryfikuje jakość montażu stolarki i potwierdza wykazywane analizą cieplno-wilgotnościową zagrożenie kondensacją pary wodnej. W takich przypadkach zwykle mamy do czynienia ze spychaniem winy na projektantów, producentów albo montażystów. Bywa, że obwinia się także użytkowników budynków za... wydzielanie zbyt dużej ilości wilgoci i szczelne zamykanie okien.

Rys. 1. Schematy obsadzania stolarki w murze ocieplonym metodą BSO, il. Jerzy Bogdan Zembrowski

POŁOŻENIE RAMY W ŚCIANIE

Na wyniki obliczeń i analiz c-w detali obsadzenia stolarki wpływa kilka czynników, których istnienia wielu projektantów po prostu sobie nie uświadamia. Zwykle są one zaskakujące, a nawet szokujące, bo zadają kłam powszechnie krążącym mitom. Można wyróżnić trzy przypadki sytuowania ram stolarki względem ściany, pokazane na rysunku 1:

• rama równo z licem muru;

• rama częściowo wysunięta do warstwy termoizo- lacyjnej;

• rama całkowicie wysunięta do warstwy termoizo- lacyjnej.

     Rozwiązanie ostatnie jest popularnie, choć niepoprawnie, nazywane ciepłym montażem. Na rysunku 1 wskazano dane geometryczne mające wpływ na wynik obliczeń i analizy c-w:

 – grubość szczeliny s między ramą stolarki a murem;

– zachodzenie termoizolacji z na ramę;

– wystawanie ramy w poza lico muru;

– grubość ramy stolarki;

– grubość i rodzaj materiału muru;

– rodzaj oraz grubość tynku wokół stolarki;

– rodzaj i grubość termoizolacji.

Znaczenie ma też współczynnik przenikania ciepła Uf ramy oraz temperatura i wilgotność powietrza zarówno wewnątrz pomieszczenia, jak i na zewnątrz budynku.

KRYTERIA OBLICZEŃ I ANALIZ C-W

Podczas projektowania obsadzenia stolarki w ścianie, w każdym rodzaju budynku ogrzewanego, muszą być spełnione następujące kryteria:

• najniższe spodziewane (w danej lokalizacji budynku) temperatury: tpa w pachwinie między ramą stolarki a tynkiem w ościeżu oraz tra na ramie stolarki od strony wnętrza – muszą być przynajmniej o 1oC wyższe niż temperatura punktu rosy tr w danym pomieszczeniu;

• materiał termoizolacyjny (wełna mineralna, pianka pur otwartokomórkowa lub zamkniętokomórkowa) wypełniający szczelinę między ramą a ościeżem nie może powodować w niej kondensacji pary wodnej w takim zakresie, by kumulowała się wilgoć przed najbliższym sezonem grzewczym. Należy przy tym określić: odpowiednią grubość szczeliny – s, wysunięcie ramy – w, i zachodzenie termoizolacji na ramę – z. Jeśli to nie przynosi rezultatów, trzeba korygować wyniki zastosowaniem odpowiednich taśm przyklejanych z obu stron ramy, tylko od strony wewnętrznej lub tylko od zewnętrznej. Oblicza się też wymagany opór dyfuzji Sd każdej z tych taśm względem pary wodnej;

• koszt zastosowanej termoizolacji w szczelinie, stelaży mocujących ramę oraz taśmy po obwodzie, a także robocizny powinien być zoptymalizowany tak, aby zrównoważył koszt energii cieplnej traconej przez liniowy mostek cieplny po obwodzie ramy stolarki, nadproża i parapetu.

Dzięki jednoczesnemu spełnieniu tych kryteriów minimalizuje się wydatek inwestora na montaż stolarki oraz wyklucza kondensację pary wodnej w szczelinie między ramą a ościeżem na tyle, że nie dojdzie w niej do kumulacji wilgoci przed kolejnymi sezonami grzewczymi.

Rys. 2. Zmiany temperatury pachwiny między ramą a murem z betonu komórkowego 600 w zależności od zachodzenia styropianu EPS-80 na ramę dla różnych stref Polski, il. Jerzy Bogdan Zembrowski

WPŁYW STREFY KLIMATYCZNEJ I ZACHODZENIA TERMOIZOLACJI NA RAMĘ

Rysunek 2. przedstawia zmiany temperatury pachwiny tpa między ramą okna a murem wykonanym z betonu komórkowego gęstości 600 kg/m3 w pomieszczeniu o temperaturze 20 oC wybranej ramy okna – w zależności od zachodzenia z termoizolacji ze styropianu eps-80 na ramę przy szczelinie s = 5 mm w różnych strefach klimatycznych Polski. O tym, jak duży wpływ na temperaturę tpa ma lokalizacja budynku w strefie klimatycznej Polski świadczy fakt, że dla uzyskania tego samego efektu termicznego, jaki w strefie i daje zachodzenie styropianu na ramę z = 10 mm, w strefie iv musi ono być trzy razy większe i wynosić z = 30 mm. Widać, jak duże znaczenie ma zaprojektowanie odpowiedniego zachodzenia termoizolacji na ramę stolarki. Trzeba zaznaczyć, że wyników nie można uogólniać, gdyż uzyskuje się zupełnie inne relacje dla pomieszczeń o odmiennych temperaturach, materiałach budowlanych i szerokości szczeliny s.

Rys. 3. Zmiany temperatury pachwiny między ramą a murem w zależności od współczynnika przewodzenia ciepła muru w różnych strefach Polski, il. Jerzy Bogdan Zembrowski

Rys. 4. Zmiany temperatury ramy w zależności od współczynnika przewodzenia ciepła muru w różnych strefach Polski, il. Jerzy Bogdan Zembrowski

Rys. 5. Zmiany temperatury pachwiny między ramą a murem w zależności od szerokości szczeliny i zachodzenia styropianu na ramę dla dwóch stref Polski, il. Jerzy Bogdan Zembrowski

 

WPŁYW STREFY KLIMATYCZNEJ I MATERIAŁU MURU

Rysunek 3. przedstawia przykładowe zmiany temperatury tpa w pachwinie między ramą a murem w zależności od współczynnika przewodzenia ciepła ë materiału muru w pomieszczeniu o temperaturze 20oC w budynku zlokalizowanym w różnych strefach klimatycznych Polski. Bardzo interesujący przebieg zmian temperatury tpa występuje w przypadkach, gdy mur jest wykonany z materiałów o niskich wartościach współczynnika przewodzenia ciepła ë, gdzie mamy do czynienia nie tylko z dużym jej gradientem, ale i z lokalnym ekstremum funkcji dla wartości, wynoszącym ë ok. 0,17 W/mK (w danym przypadku), co odpowiada takim materiałom jak beton komórkowy o gęstości 600 kg/m3, niektóra ceramika poryzowana czy drewno sosnowe. Z rysunku widać, że temperatura tpa uzyskuje tym wyższą wartość, im wyższa jest temperatura zewnętrzna oraz im lepiej materiał muru przewodzi ciepło. Rysunek 4 przedstawia zmiany temperatury tra ramy tego okna w zależności współczynnika przewodzenia ciepła muru w poszczególnych strefach klimatycznych Polski. Widać, że im lepiej mur przewodzi ciepło, tym mniej ucieka go przez ramę stolarki i tym wyższa jest jej temperatura. Detal obsadzenia ramy stolarki w murze rządzi się swoimi prawami – odbiegającymi od powszechnej opinii, że im mur słabiej przewodzi ciepło, tym lepsze są efekty cieplne.

Rys. 6. Zmiany temperatury ramy w zależności od szerokości szczeliny i zachodzenia styropianu na ramę dla dwóch stref Polski, il. Jerzy Bogdan Zembrowski

WPŁYW GRUBOŚCI SZCZELINY MIĘDZY RAMĄ A MUREM

Rysunek 5. przedstawia przykładowe zmiany temperatury tpa w pachwinie między ramą a murem wykonanym z betonu komórkowego gęstości 400 kg/m3 w zależności od grubości szczeliny s i zachodzenia z styropianu eps-80 na ramę okna – w odniesieniu do dwóch różnych stref klimatycznych Polski (i oraz iv). Rysunek 6 przedstawia zmiany temperatury tra w tym oknie. Widać, że w tym przypadku wzrost grubości s szczeliny w zakresie do 20 mm powoduje bardzo dużą zmianę temperatury tpa w pachwinie, natomiast w zakresie grubości między 20 a 30 mm niemal na nią nie wpływa. Oczywiście, dla strefy zimniejszej (iv) temperatury tpa oraz tra są dużo niższe niż dla strefy cieplejszej (i), co oznacza że nie można uogólniać wyników obliczeń takiego detalu z jednej lokalizacji budynku na inną, lecz każdy obiekt musi mieć wykonane oddzielne obliczenia i analizę c-w. Na rysunku 6. widać, że temperatura ramy okna tra tylko w niewielkim stopniu zależy od grubości szczeliny w strefie klimatycznej i, ale w strefie iv ten wpływ jest zauważalny – szczególnie przy mniejszym zachodzeniu styropianu na ramę okna.

Rys. 7. Zmiany wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła po obwodzie ramy okna w zależności od współczynnika przewodzenia ciepła muru , il. Jerzy Bogdan Zembrowski

ZMIANY LINIOWEGO WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA Ø

Każde obsadzenie stolarki tworzy też po obwodzie liniowe mostki cieplne, których nie da się zlikwidować, ale można zminimalizować ich wartość oraz wpływ na straty ciepła. Rysunek 7 przedstawia zmiany wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła Ø mostka cieplnego wzdłuż obwodu wybranego okna pvc, osadzonego równo z licem muru, przy różnych zachodzeniach styropianu na ramę – z, oraz jego różnych grubościach w zależności od współczynnika przewodzenia ciepła ë materiału muru. Widać, że najwyższą wartość Ø osiąga w murach wykonanych z materiałów o dobrym przewodnictwie cieplnym, zaś najniższą o słabym, gdzie duży jest gradient jego wartości. Co ciekawe, współczynnik Ø osiąga wyższą wartość wraz z grubszym ociepleniem muru. Spowodowane jest to większą powierzchnią wymiany ciepła po stronie zewnętrznej ramy, co wpływa na wartość Ø jako różnicę przepływu ciepła z mostkiem i bez niego. Analizy c-w wykazują, że na uzyskiwane wyniki decydujący wpływ ma mur w odległości do 300 mm od skraju ramy. Tak więc do analiz c-w należy brać pod uwagę materiał muru leżący w tej właśnie odległości.

fot. Shutterstock/ Studio Harmony

ZAWARTOŚĆ WILGOCI W SZCZELINIE

W ostatnich latach wśród monterów stolarki, a w ślad za tym w opinii inwestorów i architektów, przyjęła się zasada, że szczeliny w ościeżach między ramą stolarki a murem trzeba oklejać taśmą od zewnątrz oraz od wewnątrz. Panuje wiele poglądów co do rodzajów taśm. Oględziny w obiektach, w których w pachwinach między ramą a ościeżem pojawiła się pleśń wykazały, że nie można stworzyć reguły występowania takich objawów, ponieważ po zastosowaniu tych samych taśm w innych budynkach pleśni w tych miejscach po prostu nie ma. Analizy cieplno-wilgotnościowe detali obsadzenia stolarki wyjaśniają to zagadnienie. Otóż, są takie mury, ramy stolarki, pomieszczenia i lokalizacje budynków, w których taśm nie należy używać, bo doprowadzają one do kondensacji pary wodnej w szczelinie – często intensywnej. Jednak są też takie rozwiązania, gdzie taśmy trzeba stosować, ale nie dowolne, lecz o ściśle określonym oporze dyfuzji Sd wobec pary wodnej. W takich przypadkach ogromną rolę odgrywa również rodzaj materiału muru, o czym mało kto wie, jeśli nie korzysta z analiz c-w detali obsadzenia ramy w ścianie. Rysunek 8 przedstawia przykładowy wynik analizy cieplno-wilgotnościowej obsadzenia okna z pvc w murze w pokoju o temperaturze 20°C i wilgotności zimą 45% w budynku mieszkalnym w Warszawie. Mur ocieplony jest styropianem eps-80 grubości 150 mm, zachodzącym na ramę okna na 1 cm. Krzywe przedstawiają zawartość wilgoci w szczelinie wypełnionej wełną mineralną. Linia czerwona – mur z bloczków betonu komórkowego 400 kg/m3, linia czarna – ściana z betonu C20/25, linia zielona – mur z bloczków silikatowych, linia żółta – mur z ceramiki poryzowanej. Na rysunku widać, że w każdym przypadku w szczelinie dochodzi do zbyt dużego wzrostu zawartości wilgoci zimą, bo ponad dopuszczalny 0,5 kg/m3. W każdym z nich konieczne jest zastosowanie taśmy hamującej dyfuzję pary wodnej w szczelinie. Opór dyfuzyjny względem pary wodnej Sd musi być tak dobrany, by wzrost wilgoci w szczelinie w sezonie grzewczym nie przekraczał dopuszczalnego – będzie więc różny dla każdego z murów.

     Analizy c-w wykazują, że duże znaczenie ma rodzaj materiału wypełniającego szczelinę między ramą a murem. Wniosek ten stoi w sprzeczności z ogólnym przekonaniem, że może być ona wypełniona jakimkolwiek materiałem izolacyjnym, np. dowolną pianką pu. Dla porównania rysunek 9 przedstawia zawartość wilgoci w tej samej szczelinie, ale wypełnionej pianką pu o współczynniku oporu dyfuzji ì= 50.

     Widać, że w przypadku muru z ceramiki poryzowanej czy z bloczków silikatowych w budynku nie ma potrzeby stosowania taśmy paroizolacyjnej od wewnątrz. Obsadzenie stolarki w murze z betonu lub bloczka betonu komórkowego 400 kg/m3 wymaga natomiast zastosowania taśmy powstrzymującej parę wodną o odpowiednim oporze dyfuzji Sd względem pary wodnej. Za pomocą analiz c-w można obliczyć wymagany opór dyfuzyjny taśmy dla każdego przypadku indywidualnie.

Rys. 8. Zawartość wilgoci w szczelinie między ramą a murem, wypełnionej wełną mineralną, na przestrzeni 24 miesięcy, il. Jerzy Bogdan Zembrowski

Rys. 9. Zawartość wilgoci w szczelinie między ramą a murem, wypełnionej pianką PU o wsp. oporu μ = 50, na przestrzeni 24 miesięcy, il. Jerzy Bogdan Zembrowski

PROGRAM KOMPUTEROWY WSPOMAGAJĄCY PROJEKTOWANIE

Wyniki analiz cieplno-wilgotnościowych detali obsadzenia stolarki w ścianach jednoznacznie wykazują, że nie ma dowolności w lokowaniu ram względem lica muru (według lica lub z wysunięciem) ani w stosowaniu taśm okiennych. Obliczenia cieplne mostków cieplnych w strefie stolarki okienno-drzwiowej należy przeprowadzać metodą dokładną. Zmusza do tego skomplikowany rozkład temperatury oraz będący jego efektem rozkład gęstości strumienia przenikającego ciepła i dyfundującej pary wodnej. W celu uniknięcia problemów z kondensacją pary wodnej, pleśnią i przemarzaniem w ościeżach oraz uzyskania rozwiązania optymalnego w zakresie kosztów montażu okien i drzwi, każdorazowo należy wykonać obliczenia energetyczne oraz cieplno-wilgotnościowe z wybranym modelem stolarki, a także zadanym materiałem ściany. Równie interesujące, co zaskakujące otrzymuje się wyniki w strefie parapetów oraz nadproży, z roletami lub bez.

     Obliczenia oraz analizy są jednak trudne i wymagają biegłej wiedzy w zakresie fizyki budowli. Dotąd nie było w Polsce programu komputerowego wspomagającego wykonywanie analiz cieplno-wilgotnościowych detali obsadzenia stolarki. Dlatego przez ponad dwa lata opracowywałem z zespołem informatyków specjalny program bdb-stolarka, służący do wykonywania wszystkich omówionych tu analiz po całym obwodzie stolarki oraz do optymalizacji rozwiązań. Jego obsługa jest na tyle prosta, że analizy może wykonać każdy architekt. Wystarczy wpisać w odpowiednie rubryki dane, o które prosi program, i wcisnąć enter, by uzyskać komplet analiz i obliczeń oraz protokół z wynikami wraz z rysunkiem montażu stolarki. •

 

 

Jerzy Bogdan Zembrowski
Jerzy Bogdan Zembrowski

fizyk budowli, autor książki Sekrety tworzenia murowanych domów bez błędów, wydawca serwisu BDB Baza Doradztwa Budowlanego

reklama

Warto przeczytać