Wstęp

Obecnie, kiedy potrzeba zrównoważonego rozwoju coraz bardziej oddziałuje na wszystkie dziedziny życia, także budownictwo musi jemu sprostać. Projektując i wznosząc budynki, należy pamiętać nie tylko o aspektach architektoniczno-budowlanych, takich jak funkcjonalność czy bezpieczeństwo użytkowania oraz wszystkie zagadnienia z tym związane, ale też o aspektach społecznych i socjalnych, ekonomicznych oraz  środowiskowych.

Budowa i eksploatacja budynków w Unii Europejskiej odpowiada za zużycie ponad 40% energii końcowej oraz emisję 35% gazów cieplarnianych do atmosfery. Wiąże się to oczywiście ze znacznym zużyciem surowców naturalnych, takich jak woda i kruszywo. Należy także pamiętać, że pozostałości po rozbiórkach obiektów budowlanych stanowią ogromne obciążenie i zagrożenie dla środowiska naturalnego.

Z punktu widzenia ekonomicznego cały sektor budowlany w krajach UE  generuje również około 10% PKB, a zatrudnia blisko 10% siły roboczej.

Przede wszystkim należy jednak pamiętać, że przeciętny człowiek w krajach rozwiniętych spędza we wnętrzach budynków blisko 80% swojego życia. A zatem to, jakie jest środowisko wewnętrzne budynków, jaki jest komfort użytkowania mieszkań i biur, ma ogromny wpływ na jakość życia ludzi.

W wielu krajach funkcjonują wielokryterialne systemy oceny budynków, z których najbardziej znane i popularne to systemy Breeam, Leed i DGNB. Powstają też lokalne systemy oceny uwzględniające krajowe  przepisy i cechy charakterystyczne klimatu. Wszystkie systemy oceniające budynki kładą nacisk między innymi na czynniki wpływające na środowisko naturalne, na kwestie zdrowia i komfortu użytkowania. Oceniają one między innymi materiały użyte do budowy, energię,  jaką zużywa budynek, oraz parametry powietrza wewnętrznego, które składają się na komfort użytkowania wnętrza budynku. Ocena taka wymaga sprawdzenia parametrów cieplno-wilgotnościowych (m.in. izolacyjności cieplnej) obudowy budynku, jego stateczności cieplnej oraz skuteczności ochrony pomieszczeń przed przegrzewaniem się w lecie. 

Elementy zewnętrznej obudowy budynku oddzielają mikroklimat wnętrz, mający określone, względnie niezmienne parametry (takie jak temperatura, wilgotność, szybkość ruchu powietrza itp.), od zmiennego  otoczenia zewnętrznego.  Rodzaj materiałów, z których zbudowane są przegrody, ich układ i sposób połączenia ma wpływ na zjawiska w nich zachodzące i ich intensywność. Współczesne metody wymiarowania elementów konstrukcyjnych pozwalają na bardzo dobre wykorzystanie cech wytrzymałościowych materiałów i projektowanych z nich przegród budowlanych, tworząc elementy o coraz mniejszych wymiarach. Dlatego konieczne jest skupienie się na procesach fizycznych zachodzących w konstrukcyjnych elementach przegród, gdyż zmniejszenie ich grubości  powoduje zintensyfikowanie ruchu ciepła i wilgoci przez te elementy,  powodując znaczne straty ciepła,  pogarszając ich parametry akustyczne,  zmniejszając ich zdolności akumulacji ciepła i w konsekwencji pogarszając warunki wewnątrz pomieszczeń. Wiedza ta jednak nie powinna ograniczać się do zwiększania grubości materiałów o dobrych parametrach izolacyjnych.

Dobra znajomość cech materiałów i procesów fizycznych zachodzących w budynkach i ich elementach  pozwala na odpowiednie wykorzystywanie nowych materiałów i coraz bardziej wyrafinowanych zdobyczy techniki, a w konsekwencji właściwe projektowanie obudowy budynku,  co wpływa na komfort użytkowania wnętrz. Powstają dzięki temu obiekty określane mianem "inteligentnych". Umożliwia to tworzenie budynków o coraz mniejszym zapotrzebowaniu na energię: energooszczędnych, niskoenergetycznych, pasywnych, zeroenergetycznych, aż wreszcie dodatnioenergetycznych. Do tego niezbędna jest szeroka wiedza z fizyki budowli, której zagadnienia zostaną omówione w tej książce.

Spis treści

Okładka Strona tytułowa Strona redakcyjna Spis treści Wstęp 1. Fizyka budowli w kontekście współczesnego budownictwa 1.1. Przyczyny rozwoju fizyki budowli 1.2. Uregulowanie zagadnień fizyki budowli w Polsce 1.3. Podstawowe pojęcia fizyki budowli Literatura 2. Podstawowe zagadnienia cieplno-wilgotnościowe materiałów budowlanych 2.1. Wymiana ciepła 2.2. Sposoby wymiany ciepła 2.3. Właściwości cieplno-wilgotnościowe materiałów budowlanych 2.4. Przewodność cieplna materiałów budowlanych 2.4.1. Parametry fizyczne materiału kształtujące jego przewodność cieplną 2.4.2. Zależność przewodności cieplnej od gęstości materiału 2.4.3. Zależność przewodności cieplnej od wilgotności 2.4.4. Zależność przewodności cieplnej od struktury materiałów 2.4.5. Zależność przewodności cieplnej od temperatury 2.5. Parametry wilgotnościowe materiałów budowlanych 2.5.1. Współczynnik paroprzepuszczalności materiału 2.5.2. Współczynnik oporu dyfuzyjnego materiału i dyfuzyjnie równoważna warstwa powietrza 2.5.3. Właściwości sorpcyjne materiałów Literatura 3. Ruch ciepła przez przegrody budowlane 3.1. Strumień ciepła i gęstość strumienia ciepła 3.2. Jednowymiarowy ustalony przepływ ciepła przez przegrodę 3.3. Opór cieplny przegród budowlanych 3.3.1. Opory przejmowania ciepła 3.3.2. Opór cieplny warstwy materiałowej 3.3.3. Całkowity opór cieplny przegrody 3.3.4. Rozkłady temperatury w przegrodach 3.4. Współczynnik przenikania ciepła przez przegrody 3.5. Mostki termiczne 3.6. Straty ciepła przez elementy przylegające do gruntu 3.7. Straty ciepła przez przegrody przezroczyste 3.8 Współczynnik przenikania ciepła dla elementów o zmiennej grubości warstwy 3.9. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie 3.10. Przedstawianie zagadnień cieplnych w budownictwie z wykorzystaniem badań termowizyjnych Literatura ZAŁĄCZNIK 4. Bilans energetyczny budynku - zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną w certyfikacji energetycznej budynków 4.1. Pojęcia podstawowe - współczynniki EP, EK, EU 4.2. Roczne zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji 4.2.1. Straty ciepła z budynku przez przenikanie i wentylację 4.2.2. Zyski ciepła od źródeł wewnętrznych (bytowe) oraz od nasłonecznienia 4.2.3. Współczynnik wykorzystania zysków ciepła 4.3. Roczne zapotrzebowanie na energię użytkową do przygotowania ciepłej wody użytkowej 4.4. Roczne zapotrzebowanie na energię końcową 4.5. Roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną 4.6. Udział odnawialnych źródeł energii w rocznym zapotrzebowaniu na energię końcową oraz wielkość emisji dwutlenku węgla Eco2 4.7. Świadectwa charakterystyki energetycznej Literatura 5. Wilgoć w przegrodach budowlanych 5.1. Pojęcia podstawowe (wilgotność bezwzględna, wilgotność względna, punkt rosy, dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy powietrza, opór dyfuzyjny itp.) 5.2. Klasyfikacja pomieszczeń w zależności od wilgotności względnej powietrza wewnętrznego 5.3 Przyczyny zawilgocenia przegród budowlanych 5.3.1. Wilgoć budowlana 5.3.2. Wilgoć z opadów atmosferycznych 5.3.3. Wilgoć podciągana kapilarnie 5.3.4. Sorpcja wilgoci 5.3.5. Zawilgocenie w wyniku powierzchniowej kondensacji pary wodnej 5.4. Dyfuzja pary wodnej przez przegrody budowlane oraz ryzyko wystąpienia kondensacji międzywarstwowej 5.5. Temperatura krytyczna ryzyka rozwoju grzybów pleśniowych 5.6. Skutki nadmiernego zawilgocenia przegród 5.7. Przykłady obliczeniowe 5.7.1. Ryzyko wystąpienia kondensacji powierzchniowej 5.7.2. Ryzyko rozwoju grzybów pleśniowych 5.7.3. Dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy powietrza i współczynnik oporu dyfuzyjnego 5.7.4. Możliwość wystąpienia międzywarstwowej kondensacji pary wodnej oraz obliczenia ilości kondensatu 5.8. Zasady projektowania przegród budowlanych pod kątem uniknięcia kondensacji powierzchniowej, ryzyka rozwoju grzybów i kondensacji międzywarstwowej Literatura 6. Komfort cieplny człowieka w budynku 6.1. Parametry komfortu cieplnego 6.2. Temperatura w pomieszczeniach w okresie zimy i w okresie lata 6.3. Wilgotność powietrza 6.4. Temperatura powierzchni przegród 6.5. Ruch powietrza w pomieszczeniach 6.6. Stateczność i aktywność cieplna 6.6.1. Stateczność cieplna przegrody w okresie zimy 6.6.2. Stateczność cieplna przegrody w okresie lata 6.6.3. Aktywność cieplna materiałów w kontekście ciepłochłonności podłóg Literatura 7. Wymagania cieplno-wilgotnościowe w odniesieniu do budynków i przegród budowlanych 7.1. Wprowadzenie 7.2. Historia wymagań cieplno-wilgotnościowych 7.3. Aktualne i przyszłe wymagania cieplne dla budynków 7.3.1. Aktualne i przyszłe wymagania dotyczące maksymalnych wartości współczynnika przenikania ciepła U dla przegród zewnętrznych budynków 7.3.2. Aktualne i przyszłe wymagania dotyczące maksymalnych wartości wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną dla budynków EP 7.3.3. Ograniczenie wielkości elementów przeszklonych 7.3.4. Wymagania grubości izolacji instalacji 7.4. Ograniczenia wilgotnościowe dla budynków 7.4.1. Wymagania dla kondensacji powierzchniowej 7.4.2. Wymagania dla kondensacji międzywarstwowej Literatura 8. Zagadnienia akustyki budowlanej 8.1. Podstawowe wiadomości o dźwięku 8.1.1. Źródła dźwięku, typy dźwięków, fale dźwiękowe, parametry charakterystyczne fal dźwiękowych 8.1.2. Drogi rozprzestrzeniania się dźwięku - przenoszenie dźwięku między środowiskami 8.1.3. Hałas i jego parametry - ocena i określenie parametrów dopuszczalnych 8.1.4. Obciążenie hałasem 8.2. Badanie izolacyjności akustycznej 8.2.1. Izolacyjność akustyczna przegrody od dźwięków powietrznych 8.2.2. Izolacyjność akustyczna przegrody od dźwięków uderzeniowych 8.3. Izolacyjność akustyczna przegród 8.4. Izolacyjność akustyczna elementów budynku 8.5. Wymagana izolacyjność akustyczna przegród wewnętrznych i zewnętrznych dla różnych typów budynków Literatura 9. Kierunki rozwoju i implementacji fizyki budowli w kontekście budownictwa zrównoważonego 9.1. Budownictwo szanujące energię - definicje 9.2. Materiały do izolacji cieplnej - współczesność i przyszłość 9.3. Cechy obiektów energooszczędnych 9.4. Źródła energii w budynkach energooszczędnych 9.5. Cykl życia budynku i ślad węglowy 9.6. Budynki ekologiczne - budynki zielone Literatura

1. Fizyka budowli w kontekście współczesnego budownictwa

1.1. Przyczyny rozwoju fizyki budowli

Fizyka budowli zajmuje się procesami fizycznymi zachodzącymi w obiektach budowlanych. Podstawowe z nich to:

ruch ciepła w przegrodach budowlanych, ruch masy (wilgoci) w przegrodach budowlanych, zagadnienia związane z doświetleniem pomieszczeń, akustyka budowlana, komfort użytkowania pomieszczeń, zagadnienia związane z bezpieczeństwem pożarowym.

Tak szeroki zakres zagadnień powoduje, że fizyka budowli stanowi punkt wyjścia do zagadnień związanych ze zrównoważonym rozwojem w budownictwie.

Fizyka budowli jest to względnie młoda dziedzina wiedzy, która zaczęła się rozwijać w połowie XX wieku, ale okres dynamiczny tego rozwoju rozpoczął się w latach siedemdziesiątych XX wieku. Stało się tak z kilku powodów.

Po pierwsze zaczęto dostrzegać problemy cieplno-wilgotnościowe w budownictwie, a w tym okresie nastąpił szybki rozwój gospodarczy, co wiązało się z rozwojem między innymi rynku materiałów budowlanych. Coraz większa dostępność materiałów, między innymi izolacyjnych, umożliwiła upowszechnienie ich użycia.

Po drugie rozwój gospodarczy generował coraz większe zużycie energii. W początkowej fazie wydobycie surowców kopalnych odbywało się w sposób ograniczony jedynie możliwościami technicznymi. Ludzie nie brali pod uwagę możliwości wyczerpania się tych źródeł. Dopiero pierwszy kryzys energetyczny dał impuls do zrozumienia konieczności racjonalnego korzystania z ograniczonych, tradycyjnych źródeł energii nieodnawialnej. Zmniejszenie zużycia energii mogłoby się wiązać z wyhamowaniem rozwoju gospodarczego, dlatego zaczęto szukać możliwości oszczędzania energii, zwłaszcza że kolejne kryzysy energetyczne spowodowały ponowne duże wzrosty cen energii.

Kolejny powód to rewolucja technologiczna, która spowodowała rozwój nowoczesnych technologii, coraz większe możliwości prowadzenia prac badawczych oraz wykorzystywania technik komputerowych. Efektem było coraz dokładniejsze poznanie, a co za tym idzie, zrozumienie zjawisk fizycznych, takich jak wymiana ciepła i wilgoci, najpierw w materiałach, potem w przegrodach o złożonej budowie, aż wreszcie w obiektach budowlanych jako całości. Dało to podstawy do określenia najkorzystniejszych parametrów mikroklimatu wnętrz, co umożliwiło stworzenie ludziom jak najlepszych warunków życia, pracy i wypoczynku.

Jednocześnie zwiększyła się świadomość społeczna dotycząca zarówno własnych potrzeb, jak i problemów globalnych. Ten wzrost świadomości i dążenie do poprawy warunków życia w celu zapewnienia komfortu użytkowania spowodował chęć zrównania warunków życia w miastach i na wsiach. Z drugiej strony globalne problemy zanieczyszczenia środowiska oraz nieubłaganego kurczenia się nieodnawialnych zasobów energetycznych dały impuls generujący zainteresowanie efektami rozwijającej się młodej nauki i większe dla niej zrozumienie.

W wyniku coraz silniejszego trendu oszczędzania energii budownictwo, generujące zużycie więcej niż jednej trzeciej energii wykorzystywanej w Europie, musiało pójść w kierunku jej oszczędzania. Zaczęły się rodzić idee budownictwa energooszczędnego i niskoenergetycznego. Pod koniec XX wieku zaczęła powstawać idea budownictwa pasywnego, czyli charakteryzującego się bardzo niskim zapotrzebowaniem na energię do ogrzewania. Kolejnymi krokami były idee budynków samowystarczalnych, czyli tzw. zeroenergetycznych, a następnie budynków dodatnioenergetycznych, które nie tylko nie wymagają energii z zewnątrz, ale generują na etapie użytkowania dodatkową energię. Wszystkie te rodzaje budownictwa wymagają znajomości fizyki budowli. Powoduje to jednak, że nauka ta staje się bardzo złożona, a wręcz interdyscyplinarna.

Wymusza to konieczność z jednej strony powstania (jak to się już dzieje w krajach Europy Zachodniej) specjalizacji inżynierskiej odpowiedzialnej za wszystkie wcześniej opisane zagadnienia, a z drugiej strony upowszechnienia wiedzy z tej dziedziny, zwiększając świadomość społeczną zarówno na poziomie użytkowników obiektów budowlanych, jak i wszystkich uczestników procesu budowlanego. W krajach niemieckojęzycznych Europy skutkuje to prowadzeniem kursu fizyki budowli na uniwersytetach technicznych przez kilka semestrów, realizowanych w formie wykładów, ćwiczeń oraz laboratoriów. W etapie zaś zarówno projektowania, jak i realizacji obiektów uczestniczą inżynierowie o specjalizacji fizyk budowli, tzw. bauphysikers. Zauważając te trendy, nasze uczelnie techniczne również wprowadzają i rozszerzają kursy fizyki cieplnej czy fizyki budowli. Coraz częściej pojawiają się również przedmioty związane z kompleksową rewitalizacją obiektów, których zagadnienia dotyczą podnoszenia komfortu użytkowania obiektów oraz obniżenia zapotrzebowania na energię, zwłaszcza starych obiektów nierzadko stanowiących dziedzictwo kulturowe.

Niestety, do tej pory, w naszym kraju zagadnienia związane z fizyką budowli często ograniczane były do izolacji cieplnej na przegrodach zewnętrznych. Stan ten powoli zmienia się w wyniku coraz większych wymagań stawianych obiektom budowlanym, zarówno w kontekście przepisów prawnych jak i, a może przede wszystkim, komfortu użytkowania obiektów. Jest to również związane z coraz większą świadomością możliwości perspektywicznego zaoszczędzenia energii, a co za tym idzie obniżenia kosztów eksploatacji budynków w wyniku wcześniej poczynionych nierzadko kosztownych inwestycji.

Kolejną przyczyną hamującą w naszym kraju rozwój budownictwa o zmniejszonym zapotrzebowaniu na energię jest wciąż niewystarczający system ułatwień i dotacji, o które mogą się starać inwestorzy, zarówno na poziomie krajowym - ustawy i rozporządzenia odpowiednich ministerstw, jak i na poziomie lokalnym - dofinansowanie inwestycji lokalnych, takich jak np. ogniwa fotowoltaiczne.

1.2. Uregulowanie zagadnień fizyki budowli w Polsce

Na wyższych uczelniach technicznych w Polsce fizyka budowli, jako samodzielnie wykładany przedmiot, prowadzona jest od końca lat 70. XX wieku. Nieprawdą byłoby stwierdzenie, że na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat niewiele się zmieniło. W latach 50-70. ubiegłego stulecia z zakresu fizyki budowli funkcjonowały dwie normy dotyczące szeroko pojętej ochrony cieplnej budynków oraz kilka norm temperaturowych. Wykaz tych norm zawiera tabela 1.1.

Tabela 1.1. Normy dotyczące ochrony cieplnej budynków przed rozpoczęciem starań o członkostwo w Unii Europejskiej

PN/B-03404 Współczynnik przenikania ciepła k (dla przegród budowlanych) PN/B-02020 Ochrona cieplna budynków PN/B-02403 Najniższe temperatury obliczeniowe otoczenia budynków nieogrzewanych przestrzeni zamykanych PN/B-02402 Temperatura obliczeniowa pomieszczeń ogrzewanych w budynkach

Sytuacja zaczęła się zmieniać już w okresie, kiedy Polska zaczęła pretendować do grona krajów członkowskich Unii Europejskiej. Wymusiło to rozpoczęcie prac nad dostosowywaniem krajowych przepisów do przepisów unijnych. W tym okresie weszło w życie wiele norm, które były sukcesywnie aktualizowane. Na podstawie danych Polskiego Komitetu Normalizacyjnego w tabeli 1.2 przedstawiono zestawienie najważniejszych norm dotyczących zagadnień cieplnych z podanym rokiem ich ostatniej aktualizacji lub wycofania.

Oprócz przedstawionych norm niezwykle istotne są ustawy i rozporządzenia, które dotyczą omawianych zagadnień. Szczególnie istotne są trzy z nich:

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w  sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (Dz.U. 18 marca 2015 r. poz. 376) - zwane potocznie Metodologią. Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lipca 2015 roku w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie - zwane Warunkami Technicznymi. Ustawa o charakterystyce energetycznej budynków (Dz.U. z 2014 r., poz. 1200).

Jak widać, zagadnienia cieplne na poziomie materiału, elementu budowlanego oraz obiektu jako całości są coraz lepiej zdefiniowane, a wymagania stawiane nowo powstającym budynkom coraz ostrzejsze. Dzisiejsze obiekty budowlane zużywają o jedną trzecią energii mniej na potrzeby ogrzewania niż budynki niecałe pół wieku temu, a jednak całkowite zapotrzebowanie na energię w budownictwie nie zmalało - wręcz przeciwnie stale rośnie. Wiąże się to między innymi ze zmianą poziomu i stylu życia - zwiększającymi się wymaganiami dotyczącymi komfortu użytkowania obiektów oraz coraz większymi powierzchniami mieszkalnymi przypadającymi na jedną osobę. Coraz chętniej wykorzystuje/adaptuje się stare, zabytkowe często postindustrialne obiekty na obiekty mieszkalne czy użyteczności publicznej. Użytkownicy starych obiektów, których parametry odbiegają znacznie od dzisiejszych standardów również oczekują, aby warunki wewnętrzne dawały im możliwie największe poczucie komfortu użytkowania, co związane jest z koniecznością zwiększenia zapotrzebowania na energię użytkową.

Tabela 1.2. Zestawienie norm PN-EN ochrony cieplnej budynków wraz z datami ostatnich nowelizacji (wycofywania)

Numer normy Tytuł normy Nowelizacja Terminologia PN-EN ISO 7345 Izolacja cieplna. Wielkości fizyczne i definicje 1998 r. PN-EN ISO 9346 Izolacja cieplna. Wymiana masy. Wielkości fizyczne i definicje Norma wycofana i zastąpiona normą PN-EN ISO 9346:2009 - wersja polska Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe budynków i materiałów budowlanych. Wielkości fizyczne dotyczące przenoszenia masy. Słownik PN-EN ISO 9288 Izolacja cieplna. Wymiana ciepła przez promieniowanie. Wielkości fizyczne i definicje 1999 r. PN-EN ISO 9251 Izolacja cieplna. Warunki wymiany ciepła i właściwości materiałów. Słownik 1998 r. Komponenty. Wartości obliczeniowe PN-EN 12524 Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe Norma wycofana PN-EN ISO 8497 Izolacja cieplna. Określanie właściwości przenoszenia ciepła w stanie ustalonym izolacji cieplnej rur cylindrycznych 1999 r. PN-EN 1946 Cieplne właściwości użytkowe wyrobów i komponentów budowlanych. Szczegółowe kryteria oceny laboratoriów wykonujących pomiary właściwości związanych z wymianą ciepła Część 1. Kryteria wspólne Część 2. Pomiary metodą osłoniętej płyty grzejnej Części 1-3: 2000 r. Części 4, 5: 2002 r. Część 3. Pomiary metodą czujników strumienia cieplnego Część 4. Pomiary metodami skrzynki grzejnej Część 5. Pomiary metodą aparatu rurowego PN-EN 12939 Cieplne właściwości użytkowe materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie oporu cieplnego przy użyciu metod osłoniętej płyty grzejnej i ciepłomierza. Grube wyroby o wysokim i średnim oporze cieplnym 2002 r. PN-EN 12664 Cieplne właściwości użytkowe materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie oporu cieplnego przy użyciu metod osłoniętej płyty grzejnej i ciepłomierza. Suche i wilgotne wyroby o niskim i średnim oporze cieplnym 2002 r. PN-EN 12667 Cieplne właściwości użytkowe materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie oporu cieplnego przy użyciu metod osłoniętej płyty grzejnej i ciepłomierza. Wyroby o wysokim i średnim oporze cieplnym 2002 r. PN-EN ISO 10456 Izolacja cieplna. Materiały i wyroby budowlane. Procedury określania wartości deklarowanych i obliczeniowych Norma wycofana i zastąpiona normą PN-EN ISO 10456:2009 - wersja polska Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe i procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych PN-EN ISO 13787 Izolacja cieplna materiałów wyposażenia budowlanego i instalacji przemysłowych. Określanie deklarowanej przewodności cieplnej 2005 r. PN-EN ISO 12572 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie właściwości związanych z przenoszeniem pary wodnej 2004 r. PN-EN ISO 15148 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie współczynnika absorpcji wody przy częściowym zanurzeniu 2004 r. PN-EN 13009 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie współczynnika rozszerzalności wilgotnościowej 2002 r. PN-EN ISO 12571 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie właściwości sorpcyjnych 2013 r. - wersja angielska PN-EN ISO 12570 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie zawartości wilgoci przez suszenie w podwyższonej temperaturze 2002 r. (wersja angielska: 2013 r.) Komponenty budowlane. Właściwości związane z energią. Ogólnie akceptowane wartości obliczeniowe (opracowanie normy zawieszone) Komponenty. Metody określania PN-EN ISO 6946 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczeń 2008 r. PN-EN ISO 10211 Mostki cieplne w budynkach. Obliczanie strumieni cieplnych i temperatury powierzchni Część 1. Metody ogólne Część 2. Liniowe mostki cieplne 2008 r. PN-EN ISO 14683 Mostki cieplne w budynkach. Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne 2008 r. PN-EN ISO 13370 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wymiana ciepła z gruntem. Metoda obliczania 2008 r. PN-EN ISO 10077 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i okiennic. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła Część 1. Metoda uproszczona Część 2. Metoda numeryczna do ram Część 1: Norma wycofana i zastąpiona normą PN-EN ISO 10077-1:2007 - wersja polska Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła - Część 1: Postanowienia ogólne Część 2: 2012 r. PN-EN ISO 12241 Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Zasady obliczeń 2010 r. PN-EN ISO 8990 Izolacja cieplna. Określanie właściwości cieplnych związanych z przenikaniem ciepła w stanie ustalonym. Kalibrowana i osłonięta skrzynka grzejna 1998 r. PN-EN ISO 12567 Cieplne właściwości użytkowe okien i drzwi. Określanie współczynnika przenikania ciepła metodą skrzynki grzejnej Część 1. Kompletne okna i drzwi Część 2. Okna dachowe i inne okna wystające z elewacji Część 1: 2010 r. Część 2: 2006 r. PN-EN 1934 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Określanie oporu cieplnego metodą skrzynki grzejnej przy użyciu ciepłomierza. Mury 1999 r. PN-EN ISO 13788 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe komponentów budowlanych i elementów budynków. Określanie temperatury powierzchni wewnętrznej w celu uniknięcia krytycznej temperatury powierzchni i kondensacja międzywarstwowa 2013 r. - wersja angielska PN-EN ISO 15758 Izolacja cieplna wyposażenia w budynku. Obliczanie dyfuzji pary wodnej. Izolacja zimnych rur 2014 r. - wersja angielska PN-EN 12114 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Przepuszczalność powietrza komponentów budowlanych i elementów budynków. Laboratoryjna metoda badania 2003 r. PN-EN ISO 13786 Cieplne właściwości użytkowe komponentów budowlanych. Dynamiczne charakterystyki cieplne. Metoda obliczeń 2008 r. Budynki. Metody określania i dane klimatyczne PN-EN ISO 13789 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie. Metoda obliczania Norma wycofana i zastąpiona normą PN-EN ISO 13789:2008 - wersja polska Cieplne właściwości użytkowe budynków. Współczynniki przenoszenia ciepła przez przenikanie i wentylację. Metoda obliczania PN-EN 832 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zapotrzebowania na energię do ogrzewania. Budynki mieszkalne Norma wycofana i zastąpiona normą PN-EN ISO 13790:2009 - wersja polska Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia PN-EN ISO 13790 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zapotrzebowania na energię do ogrzewania Norma wycofana i zastąpiona normą PN-EN ISO 13790:2009 - wersja polska Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia PN-EN ISO 13791 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Temperatury wewnętrzne w lecie w pomieszczeniach bez mechanicznego chłodzenia. Ogólne kryteria i procedury sprawdzania 2012 r. PN-EN ISO 13792 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Temperatury wewnętrzne w lecie w pomieszczeniach bez mechanicznego chłodzenia. Uproszczona metoda obliczeń 2012 r. PN-EN ISO 13793 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Projektowanie cieplne fundamentów w celu uniknięcia wysadzin mrozowych 2002 r. PN-EN ISO 13829 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Określanie przepuszczalności powietrza przez budynki. Metoda nadciśnieniowa przy użyciu wentylatora Norma wycofana i zastąpiona normą  PN-EN ISO 9972:2015-10 - wersja angielska Właściwości cieplne budynków. Określanie przepuszczalności powietrznej budynków. Metoda pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora EN-ISO 13187 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Jakościowe wykrywanie wad cieplnych w obudowie budynków. Metoda podczerwieni 2001 r. PN-EN ISO 15927 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe budynków. Dane klimatyczne Część 1. Średnie miesięczne pojedynczych czynników meteorologicznych Część 2. Skrajne godzinowe sekwencje gorącej pogody do symulacji ryzyka przegrzewania budynków z naturalną wentylacją Część 3. Obliczanie wskaźnika deszczu ukośnego na powierzchnie pionowe z godzinowych danych wiatru i deszczu Część 4. Dane do oceny sprawności systemów chłodzenia Część 5. Dane klimatyczne do projektowania budynków. Obliczeniowa temperatura zewnętrzna zimy. Obliczanie i prezentacja Część 6. Obliczanie i prezentacja zakumulowanych różnic czas-temperatura do oceny zużycia energii na ogrzanie pomieszczeń Część 1: Średnie miesięczne niezależnych parametrów meteorologicznych - 2005 r. Część 2:  Dane godzinowe do obliczania mocy chłodniczej - 2010 r. Część 3: Obliczanie wskaźnika zacinającego deszczu dla powierzchni pionowych z danych godzinowych wiatru i deszczu - 2010 r. Część 4: Dane godzinowe do oceny rocznego zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia - 2007 r. Część 5: Dane do wyznaczania obliczeniowej mocy cieplnej systemu ogrzewania - 2006 r. Część 6: Zakumulowane różnice temperatury (stopniodni) - 2010 r. PN-EN ISO 12569 Budynki. Infiltracja powietrza. Pomiary przy użyciu technik gazu znacznikowego 2013 r. - wersja angielska

1.3. Podstawowe pojęcia fizyki budowli

Niezbędne jest upowszechnienie wiedzy, jaką jest fizyka budowli i mimo całej złożoności przedstawianie jej w sposób przystępny pozwalający zarówno na łatwą implementację w budownictwie, jak i zrozumienie jej przez wszystkich uczestników procesu budowlanego od projektantów, przez wykonawców, na inwestorach i użytkownikach skończywszy. Będzie to prowadziło do podniesienia komfortu życia oraz obniżenia kosztów inwestycyjnych, użytkowych i środowiskowych i pozwoli wdrażać zasady zrównoważonego rozwoju w budownictwie.

Zagadnienia cieplne w fizyce budowli opierają się na zmianie energii w układzie na drodze ciepła lub pracy na podstawie I zasady termodynamiki, czyli przekazaniu energii między środowiskami o różnej temperaturze. Przystępując do omówienia podstawowych procesów zachodzących w budynku, należy poznać podstawowe pojęcia niezbędne do omówienia tematu. Wielkości te zostały zestawione w tabeli 1.3, a omówione zostaną w dalszej części niniejszego opracowania.

Tabela 1.3. Wielkość z zakresu przenoszenia ciepła, ich definicje i jednostki miary [1]

Wielkości Oznaczenie Definicje Jednostki Ilość ciepła Q Ilość energii przeniesionej bez wykonania pracy mechanicznej J Strumień cieplny Ilość ciepła przepływająca do lub z układu podzielona przez czas: W Gęstość strumienia cieplnego q Strumień cieplny podzielony przez pole powierzchni: Liniowa gęstość strumienia cieplnego Strumień cieplny podzielony przez długość: Współczynnik przewodzenia ciepła Wielkość zdefiniowana zależnością: Opór cieplny R Różnica temperatury podzielona przez gęstość strumienia cieplnego w stanie ustalonym: Współczynnik przejmowania ciepła h Gęstość strumienia cieplnego przepływającego przez powierzchnię w stanie ustalonym podzielona przez różnicę temperatury między powierzchnią a otoczeniem: Współczynnik przenikania ciepła U Strumień cieplny w stanie ustalonym podzielony przez pole powierzchni i przez różnicę temperatury otoczenia po obu stronach układu: Pojemność cieplna C Wielkość zdefiniowana równaniem: Ciepło właściwe c Pojemność cieplna podzielona przez masę Współczynnik wyrównywania temperatury a Współczynnik przewodzenia ciepła podzielony przez gęstość i przez ciepło właściwe: Aktywność cieplna Pierwiastek kwadratowy z iloczynu współczynnika przewodzenia ciepła, gęstości i ciepła właściwego:

Literatura

[1] PN-EN ISO 7345 Izolacja cieplna. Wielkości fizyczne i definicje.