Poniższy artykuł przedstawia wykorzystanie badań termowizyjnych do analizy przyczyn nieszczelności okien, drzwi i elementów fasad przeszklonych w budownictwie. Pokazane są zastosowania termowizji w wykrywaniu i lokalizacji miejsc największych strat ciepła z budynków przy badaniach od wewnątrz i z zewnątrz, ze szczególnym uwzględnieniem stolarki okiennej i obszarów przeszklonych. Pokazane będzie, jaki wpływ na straty ciepła, wynikający z nieszczelności, mogą mieć błędy projektowe, błędy w produkcji czy montażu i jakość zastosowanych przeszkleń.

Wprowadzenie

W budownictwie energooszczędnym chodzi o trzy rzeczy, co do których wszyscy naukowcy są zgodni: o pomniejsze strat energii, o maksymalizację zysków energii ze źródeł odnawialnych oraz optymalizację komfortu wnętrz. Znajduje to swe odniesienia także przy kształtowaniu przegród zewnętrznych.

Wszystko to ma prowadzić do budowania obiektów energooszczędnych odpowiednio zaizolowanych, o niższym koszcie eksploatacji. Stosuje się też duże powierzchnie przeszklone ścian zewnętrznych, zwłaszcza od strony południowej i zachodniej, rzadziej od strony wschodniej, celem uzyskania dodatkowych zysków ciepła w bilansie cieplnym budynku od nasłonecznienia. Maksymalizacja zysków energii ze źródeł odnawialnych może nastąpić tylko w przypadku przegród przezroczystych i przeświecających, gdzie dodatkowo dochodzi efekt szklarniowy, potęgujący skuteczność termiczną przegrody. Spełniająca energetyczne wymogi przegroda musi być szczelna.

Rys. 1. Rozkłady temperatury na powierzchniach zewnętrznych budynków w obszarze okien, drzwi i fasad przeszklonych, obserwowane pod kątem oceny szczelności obudowy
budynku

Napływ świeżego, niezbędnego powietrza winien podlegać kontroli, co zapewniają oddzielne systemy, do tego celu specjalnie powołane. Komfort wnętrz pomieszczeń z przegrodami zewnętrznymi jest powiązany w sposób kompleksowy. Na stabilność temperatury duży wpływ wywiera pojemność cieplna przegród, zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych. Komfort wnętrz pomieszczeń z przegrodami zewnętrznymi jest powiązany w sposób kompleksowy.

Na stabilność temperatury duży wpływ wywiera pojemność cieplna przegród, zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych. Współczesne budownictwo powinno być nastawione w coraz większym stopniu na oszczędzanie energii, a zarazem na zapewnienie użytkownikom budynków odpowiedniego komfortu cieplnego wewnątrz pomieszczeń w każdych warunkach atmosferycznych.

(...)

Jak rozumieć pojęcie szczelności budynków?
Szczelność budynków, rozumiana jako szczelność przegród budowlanych i połączeń między przegrodami, jest istotną cechą każdego budynku. Zarówno przepisy budowlane, jak i badania pokazują, że należy dążyć do osiągnięcia całkowitej szczelności przegród budowlanych i połączeń między nimi.

Wysoka szczelność ogranicza straty ciepła, eliminuje zagrożenia budowlane spowodowane zawilgoceniem przegród i umożliwia osiągnięcie systemom wentylacji/klimatyzacji optymalnych warunków działania. Doprowadzenie i usuwanie powietrza wentylacyjnego musi następować poprzez miejsca do tego przeznaczone, a nie szczeliny w przegrodach.

Dopływ świeżego powietrza poprzez okna lub nawiewniki poza tym, że może być regulowany, nie powoduje szkód budowlanych, jak ma to miejsce w przypadku przepływu powietrza przez nieszczelności w przegrodach. Należy więc podkreślić, że szczelność obudowy budynku jest cechą bardzo pożądaną i poprawiającą proces wymiany powietrza w budynku.

Ocena stanu i jakości szczelności powietrznej okien, drzwi i fasad przeszklonych ścian budynków od zewnątrz i od wnętrza budynku
Znaczne straty ciepła w budownictwie z wnętrza pomieszczeń, oprócz słabej termoizolacyjności wynikającej z gorszej jakości materiałów, braku właściwej izolacji wynikającej z niestaranności wykonawstwa, powoduje niedostateczna szczelność konstrukcji. Występuje to często na ścianach zewnętrznych w okolicy otworów okiennych, dotyczy okien u góry ram okiennych u dołu przy parapetach, okien połaciowych w stropodachach oraz okien balkonowych przy podłodze.

Ucieczka ciepła może następować poprzez: pakiet szybowy, ramy skrzydeł i ościeżnic, mostki liniowe połączeń różnych elementów okna, infiltracje powietrza przez uszczelki skrzydeł, infiltrację i przewodzenie przez niewłaściwe osadzenie okien i fasad w murze. Wszystkie te zjawiska mogą być wykryte i ocenione podczas badań termowizyjnych wykonywanych z zewnątrz (rys. 1) i od wewnątrz pomieszczeń (rys. 2).

Rys. 2. Rozkłady temperatury na powierzchniach ścian osłonowych rejestrowane od wewnątrz pomieszczeń w obszarze drzwi, okien i przeszkleń, obserwowane pod kątem
oceny szczelności obudowy budynku

Niekiedy podczas użytkowania budynków, czy to mieszkalnych, czy biurowych, wychodzi sprawa niedostatecznego komfortu cieplnego w strefach przeszklonych w okresie zimowym. Nieszczelności mogą być wykryte od wnętrza pomieszczeń, widoczne jako ciemniejsze obszary zasysanego zimnego powietrza, lub z zewnątrz, jako jaśniejsze obszary wydmuchiwanego cieplejszego powietrza. Mogą one wynikać z niewłaściwego osadzenia i uszczelnienia drzwi i okien, mogą też być skutkiem nie wyregulowanych zawiasów, lub uszkodzonych uszczelek itp.

Rys. 3. Obrazy termalne na powierzchniach okien i w ich sąsiedztwie od wnętrza, na których widać wdmuchiwanie zimnego powietrza, wynikające z istniejących nieszczelności
u góry okna, w środku futryny między skrzydłami oraz w samym górnym narożu okna

Charakterystyczne przykłady słabej szczelności powietrznej ścian w obszarze przeszkleń oraz stolarki okiennej i drzwiowej w badaniach termowizyjnych
Obszarami o słabszej szczelności powietrznej budynku z reguły są obszary w pobliżu otworów okiennych czy drzwiowych oraz w pobliżu ciągów wentylacyjnych, lecz również w innych miejscach, często przypadkowych, wynikających z niestaranności prac budowlanych.

Rys. 4. Obrazy termalne na powierzchniach okien i w ich sąsiedztwie od wnętrza, na których widać zaciąganie zimnego powietrza w strefie bocznej i górnej futryny balkonowej
oraz nieszczelności okien przy parapetach

Rys. 5. Obrazy termalne na powierzchniach okna połaciowego, okna skrzynkowego i drzwi balkonowych od wnętrza, na których widać wdmuchiwanie zimnego powietrza
w ich pobliżu

Rys. 6. Obrazy termalne na powierzchniach przeszklenia i w ich sąsiedztwie od wnętrza, na których widać wdmuchiwanie zimnego powietrza przez drzwi balkonowe przy podłodze

Rys. 7. Pokazane nieszczelności przy drzwiach wejściowych do budynku mieszkalnego i przy bramie garażowej oraz przy szklanych drzwiach wejściowych do budynku biurowego – przy podłodze widoczne od wnętrza ciemniejsze obszary

Rys. 8. Pokazane nieszczelności w obszarach przeszklonych budynku oraz przy oknie i drzwiach wejściowych – z zewnątrz widoczne jaśniejsze obszary wypływu ciepłego powietrza z wnętrza

Zdarza się, że niezbyt dobrze dopasowane są skrzydła do futryn okiennych, powodując napływ niekontrolowanego zimnego powietrza (rys. 3-5), zwłaszcza znaczny przy drzwiach balkonowych (rys. 6). Napływ powietrza przez okna i drzwi spowodowany może być tzw. wypaczeniem się okien i drzwi (rys. 5, 7). Brak dostatecznej szczelności można obserwować metodami termowizyjnymi od wnętrza (rys. 3-7) oraz z zewnątrz budynku (rys. 8). Poniżej przedstawiono termogramy uzyskane podczas typowych badań termowizyjnych w czasie normalnej eksploatacji pomieszczeń.

Termowizyjna kontrola szczelności powietrznej przeszkleń, stolarki okiennej i drzwiowej w badaniach od wnętrza budynku
Badania termowizyjne okien i przeszkleń okiennych tej samej jakości uzmysławiają fakt, jak bardzo istotna jest jakość montażu i staranność wykonania osadzenia ich w murze (rys. 9) oraz dokładność ich uszczelnienia.

Rys. 9. Porównanie szczelności powietrznej w obszarze okien w tym samym budynku, stwierdzono zauważalne różnice w rozkładach temperatury przy oknach pokazujące różnice w ich szczelności

Rys. 10. Porównanie rozkładów temperatury na powierzchni wewnętrznej w obszarze okien przy ramach, stwierdzono znaczne wychłodzenie dla drzwi balkonowych przesuwnych przy pionowej futrynie, wynikające z uszkodzenia uszczelki oraz dla przeszklenia przy ramach poziomych w środku okna oraz przy podłodze

Rys. 11. Fotogramy i obrazy termalne na powierzchniach przeszklonych budynku użyteczności publicznej od wnętrza, na których widać obszary wdmuchiwania zimnego powietrza oraz miejsc przeszklenia, które są szczelne

Rys. 12. Fotogramy i obrazy termalne na powierzchniach przeszklonych budynku użyteczności publicznej od wnętrza, na których widać obszary wdmuchiwania zimnego powietrza oraz miejsc przeszklenia które są szczelne

Ogromne znaczenie ma też jakość dobranych uszczelek przy ramach okiennych oraz ich trwałość i sposób zamocowania (rys. 10). Wszelkie niedoskonałości i usterki powodują utratę szczelności, co widać na obrazach termalnych.

Nieszczelności takie można wyczuć i potwierdzić przykładając rękę w danym obszarze. Trudniej to zlokalizować w trudnodostępnych obszarach przeszkleń (rys. 11, 12), dlatego wtedy najkorzystniej jest zastosować metody termowizyjne. Wykorzystać je można także do oceny szczelności drzwi oraz do porównania niekontrolowanego i regulowanego napływu powietrza w oknach, bez i z nawiewnikami.

Braki w uszczelnieniu czy izolacji powodować mogą nie tylko bezpośredni napływ powietrza wokół ramy okiennej, ale również infiltrację zimnego powietrza do wnętrza pomieszczeń, pod płyty gipsowo-kartonowe połaci dachowych, ścian kolankowych, a nawet ścianek działowych. Powoduje to wychłodzenie obszarów przy oknach co w oczywisty sposób pogarsza komfort cieplny mieszkańców.

Podsumowanie
Badanie szczelności obudowy budynku można przeprowadzić przy użyciu tzw. Testowego Wentylatora Drzwiowego (Blower Door Test), specjalistycznego urządzenia weryfikującego, czy działanie wentylacji jest zgodne z obowiązującymi normami, mierzącego niekontrolowane ubytki powietrza oraz pomagającemu wskazać miejsca wymagające poprawy. W obu przypadkach, po przeprowadzeniu zgodnych z polskimi normami badań, dostarczane są raporty opisujące uzyskane wyniki wraz ze zwróceniem uwagi na zaobserwowane usterki.

Bardziej znane jest badanie termowizyjne, natomiast mniej popularne badanie szczelności powietrznej domów, również dostarcza wielu istotnych, z punktu widzenia eksploatacji budynku, informacji. Ocenia się, że straty energii spowodowane nieszczelnościami wynoszą 30 do 40% całkowitej energii przeznaczonej do ogrzania pomieszczeń. Jest to szczególnie istotny problem w energooszczędnych domach, z nowymi, oszczędnymi systemami ogrzewania.

Najbardziej polecaną formą badań efektywności energetycznej domu, kontrolującą jednocześnie jakość wykonania prac budowlanych, jest wykonanie badania termowizyjnego równocześnie z badaniem szczelności powietrznej budynku – uzyskujemy dzięki temu bardzo kompleksowy obraz ewentualnych niedomogów, powodujących wzrost kosztów eksploatacji oraz stanowiących zagrożenie degradacji materiałów budowlanych. Niska szczelność powietrzna obudowy budynku prowadzi do niekontrolowanego przepływu powietrza przez szczeliny i pęknięcia w przegrodach.

Przenikanie ciepłego, wilgotnego powietrza (na zewnątrz) przez konstrukcję budynku może prowadzić do międzywarstwowej kondensacji pary wodnej, spowodować pogorszenie izolacyjności cieplnej i trwałości przegrody. Niekontrolowane przenikanie powietrza do wewnątrz obniża jakość środowiska wewnętrznego, powodując lokalne przeciągi i zwiększa straty ciepła na podgrzanie powietrza infiltrującego. Dodatkowe straty ciepła mają znaczący wpływ na charakterystykę energetyczną budynków.

Jeszcze większego znaczenia nabierają w budynkach niskoenergetycznych i pasywnych, gdzie wszystkie rodzaje strat ciepła powinny być ograniczone do minimum. W niektórych sytuacjach osiągnięcie oczekiwanego standardu energetycznego bez szczelnej obudowy jest niemożliwe, pomimo że budynek jest wyposażony w system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.

mgr inż. Józef Osiadły
DIAGNOTERM

Całość artykułu w wydaniu drukowanym  I elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacj: Świat Szkła 04/2014