Co oferuje nowoczesny budynek drewniany?

Niezależnie czy budynek będzie wykonany z bali okrągłych, prostokąt­nych, prefabrykatów CNC lub konstrukcji szkieletowej, użytkownicy mają konkretne oczekiwania co do swojego miejsca zamieszkania, pracy, wypoczynku czy nauki. Aby przedstawić zalety nowoczesnego budynku drewnianego, zadajmy sobie kilka pytań.

 

Czego oczekuje się od budynku?

Ma on spełniać swoją funkcję, odpowiadać wyma­ganiom pod względem wizualnym, być niedrogi w utrzymaniu, ale przede wszystkim użytkownicy mają się czuć w nim komfortowo.

 

Co to znaczy komfortowo?

Czy chodzi tu o duże, przestronne wnętrza, przytul­ną atmosferę? Pewnie też, ale „komfortowo” ozna­cza znacznie więcej. Niezwykle ważnym jest, aby przebywając wewnątrz, odczuwać przyjemny chłód latem oraz ciepło zimą. Powietrze, które znajduje się w pomieszczeniach, musi być na tyle „świeże”, aby użytkownikom dobrze się oddychało i nigdy nie było „duszno”.

 

Jak to uzyskać?

Na podstawie różnych badań dowiedziono, iż ist­nieje szereg zależności pomiędzy temperaturą przedmiotów, którymi się otaczamy, temperaturą i wilgotnością powietrza, którym oddychamy, a tzw. temperaturą odczuwalną.

W praktyce pojawia się wąski przedział pomiędzy ww. zależnościami, w którym człowiek czuje się komfortowo. Największy komfort cieplny zostanie uzyskany w granicach temperatur powietrza 15-20°C, przy założeniu, że tempe­ratura powierzchni ścian wewnątrz bu­dynku kształtuje się w przedziale 17-27°C. W praktyce najefektywniejszym jest utrzyma­nie temperatury powierzchniowej ściany na po­ziomie ok. 20°C, wówczas temperatura powietrza może kształtować się w zakresie 17-20°C.

 

Dlaczego temperatura powietrza nie powinna być wyższa niż 20°C?

Odpowiedź jest bardzo prosta. Im niższa tempera­tura powietrza, tym więcej znajduje się w nim tlenu i łatwiej utrzymać jego stabilną wilgotność, a to wła­śnie te parametry decydują o jego „świeżości” oraz o tym, czy w pomieszczeniu będzie „duszno”, czy nie. Dzięki nowoczesnym systemom wentylacyj­nym z odzyskiem ciepła powietrze zużyte wyciąga­ne z budynku nagrzewa powietrze czyste. Utrzyma­nie temperatury w takim zakresie jak przedstawiono powyżej usprawnia działanie central wentylacyj­nych oraz obniża koszty energii potrzebnych na ich działanie.

 

Czy taka temperatura na pewno wy­starczy?

Ma na to wpływ kilka czynników, przy czym ważnym jest bezwarunkowo, aby nie zbagatelizować żadne­go z nich, bo uzyskanie żądanego efektu będzie wówczas bardzo trudne. Należą do nich:

– temperatura elementów w budynku,

– jego osłona termiczna, czyli właściwa izola­cja oraz brak mostków termicznych,

-optymalna bezwładność cieplna przegród,

-szczelność powietrzna i wiatroszczelność w połączeniu z otwartością dyfuzyjną, czyli zdolnością wysychania,

-wentylacja mechaniczna z odzyskiem cie­pła.

Jak na komfort cieplny (termiczny) wpływa temperatura elementów budynku? Zapewne każdy dotykał kiedyś przedmiotów wykonanych z kamienia, metalu lub drewna. Które z nich były ciepłe, a które zimne?

 

Od czego to zależy?

Do podstawowych właściwości termicz­nych materiałów należy ciepło właściwe „c” [J/kgK). Jest to ilość energii, jaką należy do­starczyć do materiału o masie 1 kg celem zwiększenia jego temperatury o 1K (je­den Kelwin). Przedstawia zatem ilość energii, jaką kumuluje w sobie dany przedmiot.

Drewno i two­rzywa drzewne posiadają dużo większe ciepło właściwe niż stal czy beton. Z tej właśnie przyczyny mate­riały, które potrafią skumulować więcej energii, będąc w takiej samej temperaturze otoczenia, są w dotyku cieplejsze od tych o mniejszym cieple właściwym.

 

I co z tego?

Otóż działa to również w drugą stronę. Od ciepła właściwego, czyli energii zgroma­dzonej w przegrodach budowlanych, a mó­wiąc prościej, w ścianach, stropach, połaciach dachowych, ściśle zależy wyżej wspomniany komfort termiczny.

 

Czy budynek komfortowy termicznie jest budynkiem energooszczędnym?

Śmiało można powiedzieć, że to właśnie dzięki wręcz fe­nomenalnym właściwościom drewna i materiałów z włók­na drzewnego, które potrzebują mniej energii, aby utrzy­mać ich temperaturę na optymalnym poziomie, dużo łatwej uzyskać komfort cieplny i jednocześnie znacznie zredukować rachunki za ogrzewanie budynku zimą oraz chłodzenie go latem.

 

Ale jest coś jeszcze…

Energooszczędność wiąże się ściśle (choć nie tylko) z ogra­niczeniem strat ciepła przez przenikanie. Dochodzi do nich na skutek różnicy temperatur we wnętrzu budynku i na zewnątrz.

 

Czy mamy wpływ na te wartości?

Oczywiście, że tak. Pole powierzchni przegród zale­ży od wielkości domu, ale nie tylko. Liczy się również zwartość bryły budynku, a ściślej mówiąc, korelacja pomiędzy jego kubaturą a powierzchnią ogrzewaną ? zwana współczynnikiem kształtu budynku. Nie mają jednak na niego wpływu materiały budowlane

 

Różnica temperatur

Po stronie zewnętrznej temperatura zmienia się w zależności od pory roku. Osłona termiczna budyn­ku, którą stanowią najczęściej przegrody zewnętrzne, ma pozwolić na utrzymanie stabilnych warunków w pomieszczeniach. Im mniejsza będzie różni­ca temperatur wewnątrz i na zewnątrz, tym mniej energii będzie przenikać przez ściany, stropy, dachy i fundamenty. Jeżeli zatem w budynku z materiałów z drewna wystarczy użytkownikom do mieszkania, wypoczynku, pracy lub nauki niższa temperatura powietrza niż w budynkach ze ścianami murowany­mi, zmniejsza się różnica pomiędzy temperaturami po wewnętrznej i zewnętrznej stronie przegrody. W następstwie tego redukuje się straty ciepła przez przenikanie, czyli oszczędza energię na ogrzewanie lub chłodzenie.

 

Współczynnik przenikania ciepła U [W/m² ? K]

To chyba najbardziej popularna wartość, ponieważ jest dość jednoznacznie określona w Rozporządze­niu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

Współczynnik ten określa ilość energii, jaka przenika przez przegrodę o powierzchni 1 m2, przy różnicy temperatur po obu jej stronach wynoszącej jeden Kelwin. Jest on wprost proporcjonalny do współ­czynnika przewodzenia ciepła p ? poszczególnych materiałów, z których składa się przegroda i odwrot­nie proporcjonalny do grubości tychże materiałów.

Wartość współczynnika przenikania ciepła „U” obli­cza się zgodnie z PN?EN ISO 6946.

W pewnym uproszczeniu, dla przegrody jednorod­nej, składającej się z kilku warstw, przedstawia się on następująco:

U=1/?R

Gdzie:

?R ? to suma oporów cieplnych R poszczególnych warstw przegrody, R = d/l [m2 ? K/W],

? ? współczynnik przewodzenia ciepła [W/m ? K],

d ? grubość warstwy [m].

Ustawodawca określa maksymalne wartości „U” dla poszczególnych elementów budynku. Wymagania co do nich będą co kilka lat rosły.

Jest to bardzo ważny proces wprowadzania coraz to lepszych zasad budownictwa energooszczędnego. Nie­stety przytoczone wyżej rozporządzenie nie precyzuje dokładnie wymagań co do pozostałych czynników mających wpływ na oszczędzanie energii. Śmiało można postawić tezę, że według dzisiejszych przepisów możliwym jest zaprojektowanie i wzniesienie budynku, który będzie miał bardzo niskie wartości „U”, ale wcale nie będzie energooszczędny.

 

Jak projektować i budować energooszczędnie?

Trzeba zadbać o kilka zasad:

– budować z „ciepłych” materiałów, tak aby zapewnić komfort termiczny przy niskiej temperaturze powie­trza wewnątrz budynku;

– ograniczyć straty ciepła ze względu na przenikanie przez przegrody zewnętrzne;

– zniwelować mostki termiczne do wartości pomijalnie małych;

– zadbać o szczelność powietrzną, a także szczelny i ciepły montaż stolarki otworowej;

– przegrody zewnętrzne muszą charakteryzować się optymalną pojemnością cieplną, co przekłada się na ich odpowiednią bezwładność cieplną;

– zapewnić skuteczną wentylację budynku z odzyskiem ciepła.

 

Co to jest mostek termiczny (inaczej cieplny) i jak traktować konstrukcję drewnianą?

Jest to część osłony termicznej budynku, w której opór cieplny jest znacznie zmniejszony poprzez:

– całkowite lub częściowe przebicie obudowy budynku przez materiały o gorszym współ­czynniku przewodzenia ciepła;

– zmianę grubości warstw materiałów.

 

Jak dzielą się mostki termiczne?

– przez niejednorodność budowy przegrody – geometryczne (np. narożniki, okna, drzwi);

– ze względu na zakres oddziaływania – mostki punktowe (w niewielkim obszarze występuje wyższa przewodność cieplna, np. przebicie termoizolacji kołkami metalowymi);

– mostki liniowe – powstają, gdy na pewnym obszarze brakuje termoizolacji lub ma ona zmniejszoną grubość lub ułożona została w sposób nieciągły.

 

Czy konstrukcja drewniana to taki sam liniowy mostek termiczny jak stal czy żelbet?

Oczywiście, że nie. Wynika to ściśle z zależności definicji oporu cieplnego. Jest on odwrotnie pro­porcjonalny do wartości ?, czyli do współczynnika przewodzenia ciepła.

Drewno ma znacznie niższy współczynnik „?” niż stal czy żelbet. Opór cieplny ?R? belki wykonanej z drewna będzie nieporównywalnie większy niż tej z innych materiałów konstrukcyjnych. Liniowy mostek termiczny w tym miejscu będzie za­tem mniejszy dla konstrukcji drewnianej.

 

Jaką technologię wybrać?

Zdecydowanie najbardziej optymalna jest konstrukcja szkieletowa. W porównaniu do wszyst­kich znanych technologii murowanych, betonowych, a nawet do budynków z bali lub masywnej ściany drewnianej, stosując belki i słupy konstrukcyjne, po­między które instaluje się izolację cieplną, uzyskuje­my warstwowy układ przegród, w którym największy udział stanowi termoizolacja. Schemat taki pozwala na stworzenie cieńszej ściany zewnętrznej, która bę­dzie miała lepsze parametry izolacyjne. Dodatkowo, dzięki znacznemu rozwojowi technologii uszlachetniania drewna i produk­cji tworzyw drzewnych, udało się zastąpić lite drewno smukłymi belkami dwuteowymi lub cieńszym, ale bardziej wytrzymałym drewnem klejonym warstwowo z fornirów, zwanym LVL.