W dzisiejszych czasach balkony są bardzo ważnym elementem naszego mieszkania. To właśnie tutaj spędzamy czas wolny i odpoczywamy, jak również jest to miejsce, gdzie realizujemy swoje pasje ogrodnicze, hodowlane czy kolekcjonerskie. Balkony są również ważnym elementem budowlanym wpływającym na bilans energetyczny mieszkania. Z punktu widzenia architekta i wykonawcy stanowią one jednak duże wyzwanie. Jako wyeksponowane na zewnątrz elementy budynku są poddawane częstym wpływom zmiennych warunków atmosferycznych, muszą wytrzymywać wysokie wahania temperatur, a także być odporne na wilgoć w trakcie długotrwałych deszczy. Ponadto są miejscem szczególnie narażonym na powstawanie szkodliwych mostków termicznych, powodujących niekontrolowaną ucieczkę ciepła z mieszkania. Znalezienie kompromisu pomiędzy wizją architekta a realnymi potrzebami związanymi z oszczędnością energii to wyzwanie dla producentów nowoczesnych materiałów budowlanych.

Foto: Lainer + Partner/Dimko

Czy z budynku mieszkalnego można skutecznie odprowadzić ciepło?
To z pozoru abstrakcyjne pytanie może znaleźć potwierdzenie w rzeczywistości. Jednym z czynników, który może mieć na to wpływ - są niewłaściwie zaprojektowane żelbetowe płyty balkonów, gzymsów, daszków - czyli elementów „wychodzących" na zewnątrz budynku.

Powyższa fotografia ilustruje, jak wiele takich żelbetowych elementów może posiadać budynek mieszkalny. Co nastąpi, kiedy te elementy żelbetowe zostaną bezpośrednio połączone z konstrukcją budynku? Pojawi się w tym miejscu tzw. mostek termiczny, czyli miejsce, w którym poprzez brak izolacji w przegrodzie zewnętrznej następuje duży „odpływ" energii cieplnej z budynku. Skutkuje to obniżeniem się temperatury na powierzchni wewnętrznej przegrody. W tym przypadku mamy do czynienia z efektem, który uzyskuje się np. w radiatorach, czyli urządzeniach, których rolą jest szybkie odprowadzenie energii cieplnej poprzez zastosowanie elementów o dużej powierzchni, które dobrze przewodzącą ciepło .

Efekt mostka termicznego w płycie balkonu ilustruje poniższa fotografia:

Widać tutaj wyraźnie obniżenie temperatury na powierzchni wewnętrznej, na styku ściany i sufitu temperatura ta wynosi poniżej 10oC (*), a co za tym następuje - ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchni ściany jest bardzo duże. O wielkości strat ciepła przez płytę balkonu informuje nas wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Y, która w tym przypadku wynosi ponad 0,80 W/(m*K) (*). Czy budynek musi być takim dużym radiatorem? Z pewnością nie.

W wielu jeszcze projektach budynków, jako rozwiązanie problemu mostka termicznego - stosuje się zaizolowanie płyty balkonu (gzymsu, daszku) wokół niej. W tym rozwiązaniu została jednak tylko zmniejszona szybkość odprowadzania ciepła poprzez zastosowanie izolacji. W dalszym ciągu nie został wyeliminowany jeden bardzo ważny czynnik - duża powierzchnia, poprzez którą odprowadzane jest ciepło - efekt radiatora nadal więc tutaj występuje. Ilustruje to poniższa fotografia, obrazująca płytę balkonu zaizolowaną od góry i dołu izolacją o gr. 5 cm i przedstawiająca temperatury w przekroju przez płytę balkonu.

Widać tutaj efekt ogrzanej płyty balkonu (radiator). W konsekwencji następuje odprowadzanie ciepła poprzez dużą powierzchnię balkonu na skutek różnicy temperatur płyty balkonu i zewnętrznego otoczenia (-20oC). W stosunku do rozwiązania „z mostkiem termicznym" - temperatura na powierzchni wewnętrznej, na styku ściany i sufitu wynosi ok. 13,5oC(*). Ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchni ściany zostało więc wyeliminowane. Nie wyeliminowano natomiast w dalszym ciągu stosunkowo dużych strat ciepła przez płytę balkonu - wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Y jest ciągle wysoka i wynosi ok. 0,40 W/(m*K) (*).
Czy to rozwiązuje problem mostków termicznych? Odpowiedź brzmi: tylko częściowo i nie we wszystkich sytuacjach. O ile to rozwiązanie może być jeszcze skuteczne na płaskich ścianach, o tyle w narożach budynków, loggiach już się nie sprawdza , co ilustruje fotografia przedstawiająca naroże budynku z balkonem zaizolowanym od góry i dołu.

Następuje tu nałożenie się na siebie dwóch mostków: materiałowego i geometrycznego. Skutkuje to jeszcze bardziej zwiększonym wyprowadzaniem ciepła z budynku, a w rezultacie jeszcze niższą temperaturą na powierzchni wewnętrznej - temperatura w narożu osiąga wartość ok. 7,5oC(*). W tym przypadku ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchni wewnętrznej ściany jest bardzo wysokie.

Jak można skutecznie przeciwdziałać tym problemom? Trzeba wyeliminować efekt ogrzewanej płyty balkonu poprzez wprowadzenie łącznika termoizolacyjnego, którego rolą jest izolowanie i jednoczesne przenoszenie obciążeń z płyty balkonowej na konstrukcję budynku. Poniższa fotografia ilustruje to rozwiązanie,

Foto: Lainer + Partner/Dimko

W przypadku zastosowania łącznika mamy do wyboru różne grubości izolacji zastosowanej w łącznikach - 8 cm w wersji standardowej i 12 cm w przypadku wyższych wymagań dotyczących izolacyjności budynku (budynki energooszczędne).
Parametry dla rozwiązania z zastosowaniem łączników o gr. izolacji równej 8 cm ilustruje poniższa fotografia:

Widać tutaj wyeliminowany efekt ogrzanej płyty balkonu, która jest zimna. W stosunku do rozwiązania, gdzie płyta balkonu jest izolowana od dołu i góry - temperatura na powierzchni wewnętrznej wzrosła do ok. 15,8oC (*), a ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na powierzchni ściany zostało wyeliminowane i jest zdecydowanie mniejsze niż w przypadku balkonu izolowanego góra-dół. Wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Y zdecydowanie spadła do poziomu 0,15 W/(m*K) (*).

Jeszcze korzystniejsze wartości uzyskamy, kiedy zamiast łącznika z izolacją o gr. 8 cm zastosujemy łącznik z izolacją o gr. 12 cm.

Tutaj temperatura na powierzchni wewnętrznej wynosi ok. 16,3oC (*), a wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Y spadła do 0,09 W/(m*K) (*).

Jak prawidłowo dobrać łącznik termoizolacyjny?

Bardzo ważnym ogniwem w całym procesie projektowania balkonów jest konstruktor oraz architekt. Już w fazie projektu budowlanego powinna zostać podjęta decyzja odnośnie geometrii, konstrukcji oraz statyki płyt balkonowych. Bazując na takich ustaleniach, projektanci mogą w łatwy sposób wykorzystać łączniki termoizolacyjne, aby uzyskać rozwiązanie zgodne z zasadami fizyki budowli, statyki oraz estetyki budynku. W tym miejscu należy wziąć pod uwagę dwa kryteria:

1. Kryterium izolacyjności - łącznik powinien możliwie najskuteczniej izolować. Tutaj niezwykle istotną rolę odgrywają parametry charakteryzujące „izolacyjność" łącznika. O nich decyduje budowa samego łącznika. Obecnie w najnowocześniejszych łącznikach, jako materiał izolujący wykorzystywany jest Neopor firmy BASF posiadający współczynnik przewodzenia ciepła λ = 0,031 W/(m*K) , pręty nośne wykonane są z wysokogatunkowej stali nierdzewnej [fyk=700 N/mm2 ; λ = 15 W/(m*K)], połączone doczołowym zgrzewem z prętami ze stali czarnej [fyk=500 N/mm2 ; λ = 60 W/(m*K)], łożyska oporowe wykonane są z betonu kompozytowego bardzo wysokiej wytrzymałości (B150) z dodatkami zmniejszającymi przewodność cieplną (λ = 0,80 W/(m*K)).

Foto: Schöck Sp. z o.o.

Parametrem decydującym o izolacyjności całego łącznika jest tzw. λeq . Im wartość λeq jest niższa, tym lepsze parametry izolujące posiada łącznik. Przykładowo dla balkonów wspornikowych o wysięgu 150-180 cm wartość λeq łączników osiąga już wartość 0,11-0,12 W/(m*K) , co pozwala uzyskać wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Y na poziomie poniżej 0,15 W/(m*K) (*). Generalnie uzyskanie wartości Y maksymalnie niskiej (na poziomie poniżej 0,15 W/(m*K) gwarantuje uzyskanie optymalnej izolacyjności płyty balkonowej. Zastosowanie wysokiej jakości łączników ma szczególnie istotne znaczenie w miejscach, gdzie płyta balkonu dochodzi do naroża ściany, czyli w miejscu nałożenia się dwóch mostków: geometrycznego i materiałowego.

2. Kryterium nośności - łącznik powinien przenieść obciążenia z płyty balkonu (ciężar własny płyty , obciążenie warstwami okładzin, obciążenie balustradą, obciążenie użytkowe). Znając typ balkonu ,(wspornik, loggia, balkon narożny, balkon na słupach), konstruktor na podstawie obliczeń statycznych dobiera odpowiedni typ łącznika termoizolacyjnego.

(*) - wartości uzyskane na podstawie obliczeń programem AnTherm

Maciej Kowalczyk
Ireneusz Stachura