Toplotni most: toplotni mostovi na stiku temelja in zunanje stene

Toplotni mostovi lahko pomembno vplivajo na izgube toplote v stavbi, še pomembnejše pa je, da se zavedamo nevarnosti za zdravje, ki jo lahko predstavljajo. Na mestih toplotnih mostov pogosto opazimo nastanek plesni, ki jo povezujejo z različnimi simptomi, kot so zamašen nos, oteženo dihanje ter rdečina ali srbenje oči ali kože, povezana pa je tudi s pojavom sindroma bolne stavbe. 

V Sloveniji morajo objekti v skladu z Gradbenim zakonom izpolnjevati osem bistvenih zahtev, pri čemer s toplotnimi mostovi povezujemo najmanj 3. in 6. bistveno zahtevo, ki določata, da morajo objekti zagotavljati higiensko in zdravstveno zaščito ter varčevanje z energijo in ohranjanje toplote. Na podlagi tega nam tudi Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah (PURES) nalaga, da je potrebno stavbe projektirati in graditi tako, da je vpliv toplotnih mostov na letno potrebo po energiji za ogrevanje in hlajenje čim manjši in da toplotni mostovi ne povzročajo škode stavbi ali njenim uporabnikom. V nadaljevanju vam predstavljamo nekaj splošnih dejstev o toplotnih mostovih, podrobneje pa smo se posvetili toplotnim mostovom, ki nastajajo na stiku temelja in zunanje oz. fasadne stene.

Kaj je toplotni most?

Toplotni most je mesto povečanega prehoda toplote v konstrukciji ali napravi zaradi spremembe materiala, debeline ali geometrije konstrukcije. V osnovi toplotne mostove delimo na konstrukcijske, geometrijske in kombinirane.

Konstrukcijski toplotni most nastaja na mestih, kjer se pojavljajo različne toplotne prevodnosti materialov v konstrukcijskem sklopu. Praviloma so to stiki nosilne konstrukcije in toplotne izolacije pri skeletnih konstrukcijah ali na primer podkonstrukcija fasade. Pomembno dejstvo je, da se lahko s premišljeno zasnovo ovoja stavbe izognemo konstrukcijskim toplotnim mostovom, ni pa to vedno smiselno.

Geometrijski toplotni mostovi se pojavljajo v delih ovoja, kjer je zunanja površina, preko katere prehaja toplota, večja od notranje površine. Geometrijskim toplotnim mostovom se v večini primerov ne moremo izogniti, lahko pa jih omilimo z dovolj debelo toplotno izolacijo, saj se tako zmanjša celotni toplotni tok skozi konstrukcijski sklop. Tovrstni mostovi se običajno razvijejo na vogalih stavb.

Kombinirani toplotni mostovi so posledica prepleta tako konstrukcijskega kot geometrijskega toplotnega mostu in se največkrat pojavljajo na balkonih, terasah in atikah ravnih strehah.

Toplotne mostove lahko pričakujemo na celotnem ovoju stavbe. Tokrat se bomo osredotočili na stik temelja in zunanje oz. fasadne stene. V preteklosti pogosto prakso temeljenja na pasovnih temeljih  danes čedalje bolj nadomešča temeljenje na temeljni plošči. Glavna razlika med tema dvema tipoma temeljenja je način raznosa obtežbe v temeljna tla in možnost zagotavljanja sklenjenega toplotnega ovoja. Pri pasovnih temeljih govorimo o armiranobetonskih pasovih, praviloma pravokotne oblike, ki preko nosilnih sten prenašajo vse obremenitve v tla. Med posameznimi pasovi sta pripravljena utrjeno nasutje in talna plošča, ki prenaša zgolj lastne in koristne obtežbe. Pri temeljni plošči pa govorimo o armiranobetonski plošči, ki nosi celotno obtežbo stavbe in jo ploskovno prenaša v temeljna tla. Te plošče pogosto postavimo na toplotno izolacijo, ki mora imeti zadostno nosilnost, in tako preprečimo nastanek konstrukcijskega toplotnega mostu.

Toplotni mostovi na področju temeljev

Pri pasovnem temelju opazujemo zelo izrazit toplotni most, ki je v večji meri posledica konstrukcijske zasnove. Pri temeljni plošči, predvsem če je ta postavljena na toplotno izolacijo, pa govorimo o toplotnem mostu, ki nastaja zaradi geometrije stavbe.

Zanimivo je opazovati oba primera na sliki, saj nudita konstrukciji tal in stene v obeh primerih enako toplotno zaščito oz. dosegata enako toplotno prevodnost (U-faktor). Potrebno se je osredotočiti na detajl stika med konstrukcijskim sklopom tal in zunanje stene. Opazimo, da sta ti dve konstrukciji precej različni. Ker inženirska praksa od nas zahteva, da operiramo z računskimi dokazi in ne zgolj z občutki, lahko pokažemo, katera konstrukcija se bo iz vidika energijske učinkovitosti ter varovanja zdravja uporabnikov obnašala bolj optimalno.

Inženirska obravnava toplotnih mostov

V skladu s standardom SIST EN ISO 10211, ki podaja pravila in robne pogoje za numerične simulacije ter enačbe za izračun linijske toplotne prevodnosti toplotnega mostu (ψ), smo pripravili model konstrukcije. Spodnje slike prikazujejo robne pogoje obeh konstrukcij ter pomembne podatke, ki jih računsko določimo. Toplotne prehodnosti so bile določene v skladu s standardom SIST EN ISO 6946 in znašajo U_stena = 0,15 W/m²K in U_tla = 0,16 W/m²K, robni temperaturni pogoji pa T_zunaj = -15 °C in T_notri = 20 °C.

Za določitev linijske toplotne prehodnosti potrebujemo podatek o geometriji konstrukcije ter o toplotnem toku skozi konstrukcijo. Izračun kaže, da sta oba toplotna mostova manjša od 0, kar v skupnem izračunu transmisijskih izgub pomeni nižanje teh izgub in je lahko zavajajoče, da na tem mestu ni toplotnega mostu. Zavedati se moramo, da do tega pride zaradi načina obravnave stavbe, saj pri izračunu gradbene fizike upoštevamo zunanje dimenzije toplotnega ovoja. Zato je smiselno, da preverimo, kakšne so najnižje površinske temperature na notranji strani konstrukcije. V obeh primerih je to notranji vogal, pri čemer je temperaturna razlika 5,5 °C. Na podlagi tega izračunamo faktor f_Rsi, ki kaže na potencial za nastanek kondenza na notranji površini. Ta naj bo čim bližje 1 oz. naj ne presega vrednosti 0,75, saj v tem primeru že obstaja določena nevarnost za kondenzacijo.

Vpliv toplotnih mostov na zdravje uporabnikov stavb

Pogost pokazatelj toplotnega mostu je nastanek plesni v notranjem prostoru. Do tega pride, ker vodna para v zraku kondenzira na hladni površini, s čimer se ustvarja vlažno okolje, ki je idealno za razraščanje plesni. Na posnetkih, narejenih z IR kamero, se dobro vidi vpliv povečanega toplotnega toka skozi toplotni most. V notranjosti so ta področja hladnejša, na zunanji strani stavbnega ovoja pa so toplejša. Zelo podobno situacijo nastanka kondenza lahko opazujemo na ogledalih ali steklenih površinah v kopalnici po prhanju ali pa v poletnem času, ko topel zrak kondenzira na kozarcu ohlajene pijače.

Toplotni most vodi do večje toplotne izgube, kar pomeni večje stroške ogrevanja. Nastanek plesni pa je še posebej neželen izraz toplotnega mostu, ne samo zaradi slabšanja estetike prostora, pač pa neposredno vpliva na zdravje uporabnikov stavbe. Spore plesni, ki se nahajajo v zraku, so lahko povzročitelj različnih respiratornih obolenj.

Kako preprečiti toplotne mostove?

Idealno je, da toplotni most zaznamo že v fazi projektiranja ter ga poskusimo omiliti. Načrtovalci naj bi bili na njih pozorni pri vseh križanjih konstrukcijskih sklopov, prebojih ali stikih s stavbnim pohištvom. Standardi, katalogi ali izkušnje nas lahko opozorijo na potencialna mesta toplotnih mostov. Včasih se srečamo tudi z mejnimi primeri, za katere nismo prepričani, ali predstavljajo nevarnost za kondenzacijo, zato je v teh primerih smotrno izvesti numerično simulacijo, kjer lahko opazujemo toplotni tok in preverimo pričakovane površinske temperature ter izračunamo faktor (f_Rsi), ki kaže na potencial za nastanek kondenza.

V izogib nastanku toplotnega mostu torej pomembno vlogo igra izbira optimalnega konstrukcijskega sklopa. Če je le možno, pa se držimo načela sklenjenosti toplotnega ovoja, saj se le tako zares izognemo konstrukcijskim toplotnim mostovom.