Jak obliczyć współczynnik przenikania ciepła?

Energooszczędność domu zależy w dużej mierze od stopnia izolacji danej przegrody zewnętrznej, czyli fundamentów, ścian zewnętrznych i dachu. Do określania stopnia izolacji stosuje się współczynnik przenikania ciepła. Każda przegroda ma określone wymagania, jeśli chodzi o termoizolacyjność. Tylko dom budowany zgodnie z przepisami technicznymi ma możliwość stać się domem energooszczędnym, a to obecnie bardzo istotna i niezwykle pożądana cecha budynków mieszkalnych. Czym jest współczynnik przenikania ciepła? Jak obliczyć współczynnika przenikania ciepła? Do czego służy ten parametr?

Współczynnik przenikania ciepła — definicja

Współczynnik przenikania ciepła określa, ile energii przenika przez jeden metr kwadratowy przegrody, w przypadku różnicy temperatur wynoszącej 1 kelwin po obu jej stronach. Jednostką współczynnika przenikania ciepła jest W/(m²·K). Im niższy współczynnik przewodzenia ciepła, tym lepszą zastosowano w budynku izolacyjność cieplną przegrody budowlanej. Co istotne, poszczególne przegrody termiczne mogą mieć różny opór cieplny i generować większe lub mniejsze straty ciepła. Ważne jest także to, że na opór cieplny całej przegrody nie ma wpływu strefa klimatyczna, wilgotność powietrza, czy temperatury zewnętrzne.

Co wpływa na wartość współczynnika przenikania ciepła?

Każdy, kto chce wybudować dom, oczekuje, że projekt będzie zakładał energooszczędne rozwiązania, co przełoży się między innymi na niższe rachunki za prąd. Warto więc wiedzieć nie tylko jak obliczyć współczynnik przenikania ciepła, ale także, co wpływa na ten parametr. Uwzględnić należy między innymi ściany zewnętrzne, materiały budowlane i grubość przegrody.

Wzór na współczynnik przenikania ciepła

Do obliczania współczynnika przenikania ciepła niezbędny będzie współczynnik przenikania ciepła każdego z użytych materiałów (lambda λ [W/(m·K)]). Często lepszej jakości materiał budowlany o mniejszym współczynniku lambda pozwala na zastosowanie cieńszej warstwy izolacji. Aby obliczyć współczynnik przenikania ciepła, wykorzystuje się znormalizowane wartości przewodzenia ciepła λ albo dane udostępnione przez producentów materiałów budowlanych.

Do obliczenia współczynnika przenikania ciepła niezbędna jest znajomość tego parametru dla każdego z zastosowanych materiałów budowlanych do izolacji danej przegrody, a także znajomość tego, jaka jest grubość każdej z tych warstw. Dodatkowo należy obliczyć opór cieplny z warstwy według wzoru: R1 = d1/ λ1 – R1 oznacza opór, d1 – grubość warstwy, a λ1 – współczynnik lambda danego materiału.

Kolejnym krokiem jest zsumowanie wszystkich uzyskanych wartości, a następnie dodać do nich stałe wartości oporu cieplnego dla poziomego przepływu ciepła, czyli Rsi i Rse. Uzyskana wartość to R, czyli opór cieplny danej przegrody. Ostatnim etapem jest znajomość tego, że współczynnik przenikalności cieplnej jest odwrotnością oporu cieplnego przegrody. Można go obliczyć, gdy do wzoru podstawi się uzyskaną wartość – U = 1/R.

Normy dla współczynnika U

Normy współczynnika przenikania ciepła są różne, w zależności od rodzaju materiału. Dla ścian zewnętrznych, od stycznia 2021 roku, nie może przekraczać 0,20 W/(m²·K) – gdzie temperatura w pomieszczeniach jest wyższa niż 16°C oraz 0,45 W/(m²·K) – gdzie temperatura w pomieszczeniach wynosi między 8 a 16°C. Należy także wspomnieć o tym, że współczynnik przenikania ciepła został określony w Warunkach Technicznych dla dachów i stropodachów:

• współczynnik przenikania ciepła maksymalny 0,15 W/(m²·K) – gdzie temperatura w pomieszczeniach jest wyższa niż 16°C,
• U maksymalne 0,30 W/(m²·K) – gdzie temperatura w pomieszczeniach wynosi między 8 a 16°C,
• dla pomieszczeń, w których temperatura jest niższa niż 8°C wymagania maksymalnego współczynnika to 0,7 W/(m²·K).

Jeśli chodzi o podłogę na gruncie w ogrzewanym pomieszczeniu, jej izolacja termiczna powinna mieć opór cieplny co najmniej 2,0 (m²K)/W. Natomiast w przypadku okien i drzwi, normy zależne są od ich usytuowania:

• balkonowe — współczynnik przenikania ciepła maksymalny 0,9 W/(m²·K) w pomieszczeniach z temperaturą wyższą niż 16°C oraz 1,4 W/(m²·K) w pomieszczeniach o temperaturze niższej niż 16°C,
• okna połaciowe — współczynnik przenikania ciepła maksymalny 1,1 W/(m²K) pomieszczeniach z temperaturą wyższą niż 16°C oraz 1,4 W/(m²·K) w pomieszczeniach o temperaturze niższej niż 16°C,
• drzwi zewnętrzne — U maksymalne 1,3 W/(m²K).

Obliczając współczynnik przenikania ciepła, istotne jest to, by znać parametry danych przegród zewnętrznych, co pozwoli trafniej ocenić przenikanie ciepła.