Blog


Słoma w podczerwieni

autor: Paweł Noszczyk / 5 Wrzesień 2016

Chyba wszyscy oglądaliśmy Predatora w młodości… przynajmniej Ci co byli młodzi kilkanaście lat temu. Przybysz z obcej planety wyposażony w pokaźną ilość kosmicznych technologii i śmiercionośnych broni w swoim egzoszkielecie. Jedną z nich była także zintegrowana w hełmie termowizja. Mógł dostrzegać w terenie obiekty emitujące ciepło. Wyobraźmy sobie, co by się stało, gdyby Predator wpadł na pomysł zbudowania domu z kostek słomy… pewnie zobaczyłby to co Paweł Noszczyk robiąc swoje badania.



Zrobiłeś badania termowizyjne kilku obiektów wykonanych w technice kostki słomy. Na czym polega takie badanie, jak działa kamera ?

Kamera termowizyjna działa bardzo podobnie do kamery, którą nagrywamy zwykłe filmy i robimy zdjęcia. Największa różnica to oczywiście otrzymany obraz, który pokazuje rozkład temperatury na powierzchni badanego elementu. Każde ciało emituje ciepło w postaci fali elektromagnetycznej. Takimi falami są np. fale radiowe odbierane przez radio, światło widzialne – nagrywane przez zwykłe kamery czy też właśnie ciepło (inaczej zwane promieniowaniem podczerwonym), które rejestruje kamera termowizyjna. Drogę od wyemitowania ciepła przez ciało do otrzymania obrazu pokazuje Ryc.1.





Jak można zobaczyć na Ryc. 1 człowiek widzi budynek w świetle widzialnym, ale w tym samym czasie, kiedy my widzimy kolor i kształt budynku, to obiekt taki nieprzerwanie emituje ciepło do otoczenia (ciepło, którego człowiek nie zobaczy, gdyż nie posiada w oku odpowiednich receptorów). Promieniowanie cieplne trafia do kamery termowizyjnej, następnie pada na detektor i natężenie tego ciepła zamieniane jest na sygnał elektryczny analogowy a następnie na sygnał cyfrowy. Wewnętrzny system kamery zamienia otrzymany sygnał cyfrowy na zdjęcie termowizyjne (inaczej termogram), który operator kamery może już oglądać jak zwykłe zdjęcie. Co ważne każdemu pikselowi na obrazie przypisana jest konkretna wartość temperatury zbadanej powierzchni. Jeśli chcemy, żeby wartość ta była jak najbliżej wartości rzeczywistej, podczas badania kamerą termowizyjną, należy wprowadzić do urządzenia szereg parametrów tj.: emisyjność powierzchni (określa zdolność do odbijania promieniowania cieplnego przez badane ciało, najlepiej gdy wartość ta jest jak najbliższa 1,0. Dla materiałów budowlanych najczęściej wynosi około 0,9), wartość temperatury powietrza między kamerą a badanym obiektem, odległość kamery od obiektu oraz wartość wilgotności względnej powietrza. Wszystkie te parametry mają wpływ na odczyt kamery termowizyjnej i są uwzględniane przy obliczaniu temperatury, pokazywanej na termogramie.





Powyżej opisałem pokrótce samo działanie kamery termowizyjnej. Jeśli chodzi o badanie termowizyjne (lub inaczej badanie termograficzne) to trzeba pamiętać o jednej fundamentalnej zasadzie – przy badaniu przegród budowlanych musi występować odpowiednia różnica temperatury powietrza po obu stronach badanej przegrody. Najlepiej gdy ta różnica wynosi około 20°C, minimum jest wartość różnicy powyżej 10°C. Przy mniejszych różnicach temperatury ciepło przepływa przez przegrodę „zbyt słabo” aby można było uchwycić widoczne różnice na termogramie. Przeprowadzone przeze mnie badania termowizyjne budynków wykonanych w technologii kostek słomy były wykonywane ostatniej zimy, w lutym 2015 roku. Udało mi się dzięki uprzejmości właścicieli domów oraz pomocy osób z Cohabitatu i Ogólnopolskiego Stowarzyszenia Budownictwa Naturalnego (OSBN), wykonać badania czterech obiektów budowlanych. Części wyników można było się spodziewać, chociaż część z nich była dla mnie zaskoczeniem. Wracając jeszcze do metodyki wykonywania badań termowizyjnych, ważne jest aby pomiar był dokonywany w pochmurny dzień lub kilka godzin po zachodzie słońca (tak aby wyeliminować wpływ chwilowego nagrzewania powierzchni przez promienie słoneczne) oraz aby unikać opadów atmosferycznych, gdyż mokre i zawilgocone powierzchnie mogą dawać przekłamane wyniki pomiaru. Na szczęście podczas wykonywania przeze mnie badań, pogoda dopisała i zostały spełnione wszystkie warunki umożliwiające dokonanie pomiarów.


Twoje badanie wykazało kilka dość typowych błędów popełnianych w budownictwie drewnianym, jednym z nich jest wypuszczanie belek stropowych poza zewnętrzne lico budynku. Mógłbyś skomentować konsekwencje takiej decyzji projektowej, zwłaszcza dla konstrukcji słomianej i komfortu wewnątrz budynku?


Konsekwencją takiego układu konstrukcyjnego budynku będzie obniżona temperatura ściany wokół belki stropowej. Wielkość różnicy temperatury (pomiędzy środkiem ściany a miejscem przy belce) w tym newralgicznym miejscu, będzie uzależniona od konstrukcji materiałowej ściany (grubości izolacji cieplnej oraz właściwości izolacyjnych użytych materiałów). ?Na Ryc.2 widoczne jest lokalne obniżenie temperatury do około 17°C. Nie stanowi to żadnego zagrożenia dla konstrukcji przegrody, jednakże należy mieć na uwadze, że badanie było wykonywane przy temperaturze zewnętrznej około 5°C. Co się wydarzy gdy lokalnie przymrozi do -10 czy -20°C Przy ocenie takiego przypadku, pomocna może być analiza komputerowa, która pozwoli wykazać wartość temperatury w newralgicznym miejscu na poziomie 12°C lub mniej – a to już stanowi realne ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej pary wodnej (zacznie wykraplać się woda uwięziona w powietrzu i zawilgacać stopniowo powierzchnię). W najgorszym przypadku, przy takim rozwiązaniu konstrukcyjnym może dojść do zawilgacania materiału wewnątrz przegrody, co w konsekwencji doprowadzi do pogorszenia jego izolacyjności termicznej i jeszcze bardziej napędzi proces zawilgacania i przemarzania wnętrza ściany. To są oczywiście skrajne przypadki, należy pamiętać, że taki indywidualny projekt najlepiej sprawdzić w newralgicznych punkach za pomocą programów komputerowych do analizy mostków cieplnych. Najlepszym rozwiązaniem jest unikanie mostków cieplnych (miejsc wzmożonej ucieczki ciepła z budynku) i ich minimalizacja. W przytoczonym przykładzie rozwiązaniem jest np. ocieplanie zewnętrzne belek stropowych lub opieranie ich jedynie na konstrukcji wewnętrznej nośnej bez przebijania izolacji termicznej.
 


We wszystkich badanych budynkach słabymi miejscami są narożniki. Czy to może wynikać z nieszczelności zewnętrznej powłoki tynków czy może po prostu z geometrii budynku i związanymi z nią stratami generowanymi przez owiew wiatru ?


Narożniki zawsze będą „wypadały” gorzej, jeśli chodzi o rozkład pola temperatury. Jest to związane ściśle z geometrią ściany. Takie mostki termiczne są zwane geometrycznymi mostkami termicznymi i nie mamy na nie większego wpływu – optymalne byłyby narożniki zaokrąglone. Na Ryc. 3 mostek termiczny jest akceptowalny, gdyż różnica temperatury w narożu nie przekracza 3°C. Oczywiście w budynkach o konstrukcji szkieletowej ocieplonej kostkami słomy występuje w narożach dodatkowy problem: w miejscu tym często występuje dużo więcej materiału drewnianego (o słabszych właściwościach termoizolacyjnych) niż materiał termoizolacyjnego jakim jest słoma. Duży względny udział pola powierzchni drewna w narożu, w niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych, może być powodem znaczącego zwiększenia mostka termicznego (ciepło będzie uciekać z budynku przez elementy drewniane). Również liczne skomplikowane połączenia konstrukcji drewnianej i kostek słomy w takim miejscu jak naroże, mogą nie być idealne i powodować wolne przestrzenie przy połączeniu obu materiałów (wraz ze spękanym, nieszczelnym tynkiem glinianym). Przez te miejsca może dochodzić w konstrukcji do lokalnego przewiewania i jej wychładzania, co będzie widoczne (od wewnątrz budynku) na termogramie w postaci obniżonej temperatury naroża.




Jak można zapobiegać sytuacjom, w których czuć chłodne podmuchy w gniazdkach elektrycznych ?


W konstrukcjach szkieletowych gniazdka elektryczne powinny być montowane najlepiej w jak najpłytszych puszkach, w taki sposób aby nie dochodziło do przebijania folii, która umieszczona wewnątrz przegrody nie pozwala na przewiewanie konstrukcji na wskutek działania wiatru. Przebicie folii będzie najczęstszą przyczyną przewiewania konstrukcji i dostawania się do wnętrza budynku zimnego powietrza poprzez gniazdka elektryczne. Przy montażu tradycyjnych gniazdek z zastosowaniem puszki, warto dodatkowo uszczelnić dno otworu pod puszkę. Najlepiej puszki montować już na etapie budowy podczas montażu folii i "scalać" puszki oraz uszczelniać przy ich kontakcie z folią. Najlepszym rozwiązaniem oczywiście będzie montaż gniazdek elektrycznych natynkowych. W przypadku doboru puszek pod gniazdka elektryczne, pamiętajmy, że są one dostępne w różnych rodzajach –  od bardzo głębokich (80mm), po płytkie (40mm). Na rys. 4, po lewej stronie, widać wychładzanie się gniazdka na skutek zimnych podmuchów powietrza. Zdjęcie po prawej pokazuje nie tylko przedmuchy, ale także mostek termiczny na połączeniu podłogi na gruncie ze ścianą zewnętrzną (obniżona temperatura pod szeroką listwą przypodłogową). Bardzo prawdopodobne jest występowanie wolnych przestrzeni w tym połączeniu co prowadzi do obniżenia temperatury przy gniazdkach nawet do wartości około 13°C. 



Czy mógłbyś skomentować mostek cieplny, który widoczny jest w badaniach budynku w miejscowości Piskórka ?

Na wstępie należy sobie uświadomić, że połączenie podłogi na gruncie ze ścianą zewnętrzną, jest jednym z najtrudniejszych mostków termicznych do zminimalizowania. Czy to mówimy o budownictwie tradycyjnym (murowanym) czy tez konstrukcjach szkieletowych ocieplanych kostkami słomy. Powodem takiego stanu rzeczy jest trudność lub czasem niemożność zachowania ciągłości izolacji w tym połączeniu. W badanym obiekcie, dobrze widoczny jest mostek na ścianie cokołowej (temperatura po stronie zewnętrznej miejscami jest wyższa o 5°C od jednorodnej ocieplonej ściany budynku). Taki stan rzeczy jest wywołany najprawdopodobniej przez brak izolacji termicznej między podwaliną a murowaną warstwą cokołową. Dodatkowo nie ma możliwości zachowania ciągłości izolacji termicznej podłogi na gruncie, z izolacją termiczną w ścianie zewnętrznej. Możliwe, że występują również w połączeniu nieszczelności na styku konstrukcji drewnianej z kostkami słomy, na wskutek czego dochodzi do dodatkowej ucieczki ciepła z wnętrza budynku. Taki stan rzeczy stanowi problem z uwagi na możliwość wystąpienia kondensacji pary wodnej po wewnętrznej stronie przegrody. Detal jakim jest połączenie podłogi na gruncie ze ścianą zewnętrzną, powinien być zaprojektowany w sposób poprawny, ale to należyte wykonanie na budowie będzie świadczyć o jego rzeczywistej termoizolacyjności. Nie zapominajmy o dokładnym wykonawstwie, które błędnie przeprowadzone, może skutkować problemami w późniejszym użytkowaniu budynku. 




Podsumowując, muszę przyznać, że badania termowizyjne jakie udało mi się wykonać tej zimy pozytywnie mnie zaskoczyły. Przed badaniami obawiałem się wzmożonej ucieczki ciepła przez drewnianą konstrukcję nośną takich obiektów oraz przy jej połączeniach ze słomą (te miejsca ścian zewnętrznych wydawały mi się słabymi punktami obudowy cieplnej budynków), gdzie mogły występować nieszczelności. Jednakże badania wykazały dobrą izolacyjność cieplną w tych miejscach we wszystkich badanych obiektach. Oczywiście słabymi punktami, które zlokalizowano podczas badań to połączenie podłogi na gruncie ze ścianą zewnętrzną oraz miejsca przebicia izolacji cieplnej (słomy) przez elementy konstrukcyjne. Jednakże wystarczy być świadomym projektantem i konstruktorem i już na etapie projektowania minimalizować mostki cieplne i detale rozwiązywać w sposób poprawny, a później dopilnować wykonawcy na placu budowy, dzięki czemu obejdzie się bez przykrych konsekwencji podczas użytkowania takich domów.



Paweł Noszczyk

Z wykształcenia budowlaniec, doktorant na Politechnice Wrocławskiej. Jako młody naukowiec zgłębia wiedzę z zakresu fizyki budowli oraz budownictwa naturalnego i ekonomiczno-energo-oszczędnego. W swojej pracy badawczej specjalizuje się badaniami termowizyjnymi. Prywatnie, miłośnik gór i biegania. 


Najnowsze i najpopularniejsze dawki wiedzy

Zamknij

Podaj tutaj swój adres email: