Komentaro autorius – dr. Raimondas Bliūdžius, Kauno technologijos universiteto Architektūros ir statybos instituto dėstytojas
Viešojoje erdvėje girdisi kaltinimai Aplinkos ministerijai, kad 2019 m. sausio 11 d. aplinkos ministro įsakymu Nr. D1-23 įteisinant STR 2.04.01:2018 „Pastatų atitvaros. Sienos, stogai, langai ir išorinės įėjimo durys“ pakeitimus, nepagrįstai panaikinta šilumos laidumo koeficiento pataisa dėl šiluminės konvekcijos poveikio, skaičiuojant projektinę termoizoliacinės medžiagos ar gaminio šilumos laidumo koeficiento vertę. Teigiama, kad šis sprendimas neturi mokslinio pagrindo, bet nepateikiama jokių nuorodų į mokslinę literatūrą, o Europos standartų nuostatos šiluminės konvekcijos vertinimo atžvilgiu interpretuojamos neteisingai. Siekiant geresnio visuomenės, ypač statybos sektoriaus atstovų supratimo apie šiluminę konvekciją pastatų atitvarose ir jos poveikį pastatų šilumos izoliacijai, pateikiama bazinė informacija apie šilumos perdavimą konvekcija, šio reiškinio priežastis ir sukeliamas pasekmes bei su ja susijusius Europos standartų ir Statybos techninių reglamentų (STR) reikalavimus.
Pradžioje reikia dar kartą paaiškinti, kas yra termoizoliacinės medžiagos šilumos laidumo koeficientas: tai pagal Europos standartuose numatytas sąlygas išmatuotas šilumos srautas vatais, praeinantis pro 1 m2 ploto ir 1 m storio medžiagos sluoksnį, esant 1 oC temperatūrų prie priešingų medžiagos paviršių skirtumui. Matavimo sąlygos ir procedūros sudarytos taip, kad būtų įvertintas tik šilumos perdavimas per bandinį laidumu: pakankamai didelis bandinio plotas, lyginant su matavimo plotu užtikrina, kad nebus jokių šilumos mainų pro bandinio šonus, šiltos viršutinės plokštės naudojimas užtikrina, kad nebus konvekcinio šilumos pernešimo (šiltesnis oras žemyn nesileidžia), o šildymo plokščių paviršiaus spalva nesukelia spindulinių šilumos srautų. Išmatavus medžiagos šilumos laidumo koeficientą, pagal standartuose nustatytas sąlygas apskaičiuojama medžiagos arba gaminio deklaruojamoji šilumos laidumo koeficiento vertė, kuri nurodoma tiekiant gaminius į statybos rinką. Nėra metodų ir logikos išmatuoti termoizoliacinės medžiagos šilumos laidumo koeficientą, įskaitant šilumos perdavimą konvekcijos būdu.
Akivaizdu, kad statybinės termoizoliacinės medžiagos, sumontuotos pastatų atitvarose, bus esant kitokioms sąlygoms nei matuojant šiluminį laidumą, todėl aplinkos pokyčiai įvertinami apskaičiuojant jų projektinę šilumos laidumo koeficiento vertę. Perskaičiavimo tvarka, nurodyta LST EN 10465 „Statybinės medžiagos ir gaminiai. Higroterminės savybės. Lentelinės projektinės vertės ir deklaruotų bei projektinių šiluminių verčių nustatymo procedūros“ , numato 3 pataisas projektinei šilumos laidumo koeficiento vertei apskaičiuoti: dėl medžiagos temperatūros, drėgnumo ir senėjimo. Kadangi termoizoliacinių medžiagų šilumos laidumo koeficientas pagal standartų reikalavimus matuojamas esant vidutinei bandinio temperatūrai + 10 oC, o šių medžiagų naudojimo pastatų atitvarose šildymo sezono metu vidutinė temperatūra taip pat artima + 10 oC, pataisa dėl temperatūros netaikoma. Pataisa dėl termoizoliacinių medžiagų įdrėkimo konstrukcijose taikoma pagal STR 2.01.02:2016 „Pastatų energinio naudingumo projektavimas ir sertifikavimas“ 3 priedo reikalavimus. Medžiagos senėjimo įtaka termoizoliacinių medžiagų šilumos laidumui įvertinama parengiant bandinius matavimui pagal gaminių standartų reikalavimus. Taigi visi standartuose numatyti termoizoliacinių medžiagų projektinės šilumos laidumo koeficiento vertės nustatymo reikalavimai vykdomi.
Papildomai koreguoti termoizoliacinių medžiagų šilumos laidumo koeficiento vertę dėl konvekcijos poveikio nėra ir mokslinio pagrindo, kadangi tai medžiagos savybė praleisti šilumą laidumu, o šiluminė konvekcija susijusi su šilumos perdavimu per atitvaras. Šiluminės konvekcijos poveikis įvertinamas skaičiuojant atitvaros šilumos perdavimo koeficientą. Prieš pristatant šio įvertinimo tvarką, reikia aptarti, kas yra šiluminė konvekcija pastatų atitvarose.
Šilumine konvekcija vadinamas reiškinys, kai šilumą perneša judančios dujos arba skysčiai. Pastatų atitvarose šiluminė konvekcija vyksta šiais atvejais:
- šiltas vidaus patalpų oras, judėdamas šalia išorinių atitvarų vidinio paviršiaus, jas sušildo (šiluma perduodama iš oro atitvarai); skaičiuojant atitvaros šiluminę varžą, ši šiluminė konvekcija įvertinama pridedant vidinio paviršiaus šiluminę varžą.
- šaltas išorės oras, judėdamas šalia atitvarų išorinių paviršių, jas atšaldo (atitvaros šiluma atiduodama orui); skaičiuojant atitvaros šiluminę varžą, ši šiluminė konvekcija įvertinama pridedant išorinio paviršiaus šiluminę varžą.
- dėl oro slėgių skirtumo šiltas patalpų oras pro atitvarų nesandarumus skverbiasi į pastatų išorę, o į patalpas atitinkamai patenka šaltas išorės oras. Toks šilumos perdavimo iš patalpų į išorę būdas dažniau vadinamas oro filtracija. Tai daug intensyvesnis šilumos perdavimas nei kitų šiluminės konvekcijos rūšių atvejais, o šilumos nuostolių dėl filtracijos išvengiama užtikrinant pastato atitvarų sandarumą.
- uždarose erdvėse, prie priešingų skirtingos temperatūros paviršių susidaro skirtingos temperatūros oro sluoksniai, kurių tankis taip pat skirtingas. Tai sukelia šilto oro judėjimą aukštyn ir šalto oro srautą žemyn, kuris sušildamas perneša šilumą nuo aukštesnės temperatūros paviršiaus ir atvėsdamas atiduoda žemesnės temperatūros paviršiui. Toliau aptariamas tik šis šiluminės konvekcijos variantas.
Vertinant šiluminės konvekcijos poveikį pastatų atitvarų šilumos perdavimui, dažniausiai analizuojamas atitvaros vidiniais ir išoriniais sluoksniais apribotas termoizoliacinės medžiagos sluoksnis, nes jo įtaka atitvaros šilumos perdavimui didžiausia. Termoizoliacinio sluoksnio medžiagos šiluminės konvekcijos vertinimo atžvilgiu skirstomos taip:
- orui laidžių termoizoliacinių medžiagų gaminiai;
- orui nelaidžių termoizoliacinių medžiagų gaminiai;
- birios termoizoliacinės medžiagos, užpildančios joms skirtas erdves;
- putintomis termoizoliacinėmis medžiagomis užpildyti atitvarų termoizoliaciniai sluoksniai, kuriuose šilumos konvekcija dažniausiai nevyksta.
Kai atitvaros termoizoliaciniam sluoksniui skirta erdvė visiškai užpildyta orui laidžiais termoizoliaciniais gaminiais, šiluminė konvekcija gali vykti tik termoizoliacinėje medžiagoje. Konvekcijos susidarymo rizika apibūdinama Rayleigh skaičiumi, kurio apskaičiavimo formulė pateikta LST EN 10456 „Statybinės medžiagos ir gaminiai. Higroterminės savybės. Lentelinės projektinės vertės ir deklaruotų bei projektinių šiluminių verčių nustatymo procedūros“ (ISO 10456:2007). Pagal pateiktą formulę, šiluminės konvekcijos susidarymas ir jos intensyvumas priklauso nuo termoizoliacinės medžiagos šiluminio laidumo ir orinio laidžio, termoizoliacinio sluoksnio storio ir jį ribojančių išorinio ir vidinio paviršių temperatūros skirtumo. Šio standarto 2 lentelėje nurodytos kritinės Rayleigh skaičiaus vertės, kurioms esant, šiluminės konvekcijos poveikis atitvaros šilumos perdavimui bus reikšmingas. Standarte nurodyta, kad šiuo metu nėra tinkamų būdų įvertinti medžiagose vykstančios šiluminės konvekcijos poveikį atitvarų šiluminėms savybėms, todėl tokios konstrukcijos nenaudojamos, arba jų šiluminės savybės turėtų būti nustatytos pripažintais tyrimais.
Kai atitvaros termoizoliacinis sluoksnis užpildytas termoizoliaciniais gaminiais, kurių orinis laidis pakankamai mažas, kad juose nevyktų šiluminė konvekcija arba jie nelaidūs orui, termoizoliacinis gaminys pritvirtintas prie izoliuojamo paviršiaus, užpildo visą jam skirtą erdvę, nėra plyšių arba ertmių tarp termoizoliacinio gaminio ir jį ribojančių sluoksnių, taip pat nėra plyšių tarp gaminių, šiluminė konvekcija nevyksta. Tačiau kai termoizoliacinis gaminys sumontuotas taip, kad susiformuoja oro ertmės tarp gaminio ir izoliuojamos sienos paviršiaus (pvz., dėl išsikišusios mūro siūlės), tarp gaminio ir karkaso elementų, tarp pačių termoizoliacinių gaminių (dėl karkaso elementų, gaminių ir jų pjaustymo matmenų nuokrypių), atitvaroje susidaro sąlygos šiluminei konvekcijai. Kadangi tokie nuokrypiai galimi pastatų atitvarų įrengimo praktikoje, LST EN ISO 6946:2008 „Statybiniai komponentai ir elementai. Šiluminė varža ir šilumos perdavimo koeficientas. Skaičiavimo metodas (ISO 6946:2007)“ nustatyta plyšiuose ir ertmėse vykstančios šiluminės konvekcijos įvertinimo, skaičiuojant atitvaros šilumos perdavimo koeficientą, tvarka. Šio standarto F priede nurodyta, kad termoizoliaciniame sluoksnyje susidarančių plyšių ir ertmių įtaka šilumos perdavimui vertinama prie atitvaros šilumos perdavimo koeficiento pridedant priedą dėl oro ertmių įtakos.
Priede nurodyta pataisos apskaičiavimo formulė ir koregavimo vertės, atitinkančios termoizoliacinio sluoksnio oro ertmių aprašą: kai termoizoliaciniame sluoksnyje nėra oro ertmių arba jos labai mažos, koregavimo vertė lygi 0; kai ertmė kerta termoizoliacinį sluoksnį, sujungdama šiltąjį ir šaltąjį paviršius, tačiau yra tokia maža, kad oro cirkuliacija tarp išorinio ir vidinio termoizoliacinį sluoksnį ribojančių paviršių nevyksta, koregavimo vertė yra 0,01 W/(m2·K). Kai atitvaroje susidaro sąlygos oro cirkuliacijai pro termoizoliacinį sluoksnį kertančius plyšius, susisiekiančius su didesnėmis ertmėmis, koregavimo vertė yra 0,04 W/(m2·K). Išsamiai šis vertinimas pateiktas standarte, tačiau trumpas pristatymas parodo, kad yra standartas su aiškiais nurodymais, kaip turi būti suprojektuota ir pastatyta atitvara, kad joje šiluminė konvekcija nevyktų, arba kaip tai turi būti įvertinta skaičiuojant atitvaros šilumos perdavimo koeficientą, kai išvengti šiluminės konvekcijos pastatų atitvarose dėl įvairių priežasčių negalima.
Šiluminės konvekcijos poveikis dažniausiai pasireiškia sienų konstrukcijose, kuriose gali susiformuoti žymiai aukštesnės oro ertmės nei horizontaliose stogų konstrukcijose. Tinkuojamose sienose, ypatingai renovuojant pastatus, dėl esamos sienos nelygumo, termoizoliacinių gaminių matmenų nuokrypių, vertikalių oro ertmių susidarymo rizika pakankamai aukšta. Tačiau laikantis STR 2.04.01:2018 „Pastatų atitvaros. Sienos, stogai, langai ir išorinės įėjimo durys“. reikalavimų, visos Lietuvoje naudojamos išorinės tinkuojamos termoizoliacinės sistemos turi turėti techninius įvertinimus. Sistemos gamintojas, taikydamas Europos vertinimo dokumentuose nurodytus metodus, turi pasiekti, kad sistemos atitiktų susijusių reglamentų ir standartų reikalavimus, pateikti tai užtikrinančias montavimo instrukcijas. Nuo 2021 metų techniniai įvertinimai taip pat privalomi ir vėdinamoms termoizoliacinėms sistemoms, todėl termoizoliacinių ir vėjo izoliacinių gaminių derinio ir jų sumontavimo būdo parinkimas turi užtikrinti, kad šiluminė konvekcija išorine vėdinama termoizoliacine sistema apšiltintoje atitvaroje nevyks, arba jos poveikis bus tinkamai įvertintas apskaičiuojant atitvaros šilumos perdavimo koeficientą.
Iš pateiktos informacijos matyti, kad susiformavo pakankama norminė bazė objektyviai, pagal statybos techninių reglamentų ir Europos standartų reikalavimus įvertinti šiluminės konvekcijos poveikį atitvarų šilumos perdavimui. Aplinkos ministerija, tobulindama statybos procesus siekiant padaryti teisinį reguliavimą vientisesnį ir aiškesnį, operatyviau reaguojantį į vykstančius pokyčius ir mažinti finansines, žmogiškųjų išteklių ir laiko sąnaudas, įteisino STR 2.04.01:2018 „Pastatų atitvaros. Sienos, stogai, langai ir išorinės įėjimo durys“ pakeitimus atsisakant šilumos laidumo koeficiento pataisos dėl šiluminės konvekcijos poveikio, skaičiuojant projektinę termoizoliacinės medžiagos ar gaminio šilumos laidumo koeficiento vertę, panaikindama šiluminės technikos požiūriu nepagrįstą ir perteklinį reikalavimą.
Analizuojant mokslinę ir techninę informaciją šiluminės konvekcijos pastatų atitvarose tematika pastebėta, kad pasirinkta tyrimų kryptis – išvengti šiluminės konvekcijos pastatų atitvarose ir jos sukelto šilumos nuostolių padidėjimo, o ne tobulinti šiluminės konvekcijos atitvarose vertinimo metodus. Tai atitinka bendrąją pastatų energinio naudingumo didinimo ir racionalaus medžiagų naudojimo tendenciją siekiant tvarumo statybos sektoriuje. Todėl statybinių medžiagų gamintojams, projektuotojams ir statybininkams rekomenduojama sutelkti bendras pastangas kuriant ir diegiant pastatų atitvarų be šiluminės konvekcijos konstrukcinius sprendinius.
