Co to jest i jak obliczyć współczynnik przenikania ciepła?

Opublikowano: 01.12.2023Autor: Katarzyna BarczykDrukujUdostępnij

Co to jest współczynnik przenikania ciepła?

Współczynnik przenikania ciepła to najważniejszy parametr, używany do określenia izolacji termicznej budynku. Wyrażamy go symbolem U. W uproszczeniu współczynnik przenikania ciepła określa nam, ile energii grzewczej jest w stanie przedostać się przez przegrodę. Im niższa wartość współczynnika U, tym mniejsze straty ciepła i niższe rachunki za ogrzewanie budynku. Do obliczania współczynnika przenikania ciepła (wyrażanego w W/m²K) bierze się pod uwagę grubość przegrody i wszystkich jej warstw oraz rodzaj zastosowanego materiału. Podczas obliczeń współczynnika U najczęściej nie uwzględnia się tak zwanych mostków termicznych. Ich obecność zmniejsza izolacyjność ciepła w przegrodzie i powoduje duże straty energii grzewczej, dlatego oprócz obliczania współczynnika przenikania ciepła, bardzo istotne jest prawidłowe wykonanie szczelnych komór i systemów termoizolacyjnych. Przy planowaniu tych i innych robót budowlanych przyda ci się kalkulator kosztów budowlanych, dzięki któremu w bardzo łatwy sposób oszacujesz wydatki na inwestycję.

Obliczanie współczynnika przenikania ciepła

Wartość spółczynnika U obliczamy, korzystając z uproszczonego wzoru. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła możemy wykonać samodzielnie. Przyda nam się do tego kalkulator i kartka do zapisywania wyników.

Pierwszym etapem naszych obliczeń jest określenie oporu cieplnego. Współczynnik oporu cieplnego wyraża się symbolem R i oblicza według wzoru:

R = d/λ

Gdzie:

• R – opór cieplny.
• d – grubość ściany wyrażana w metrach.
• λ – współczynnik przewodzenia ciepła, wyrażany w W/mK.

Do ostatecznych obliczeń należy też dodać współczynnik przejmowania ciepła od strony zewnętrznej (Rsi) oraz współczynnik przejmowania ciepła od strony wewnętrznej (Rse).

Dodanie współczynnika R + Rsi + Rse wyznacza całkowitą wartość oporu cieplnego.

Z powyższego wzoru, który uwzględnia współczynnik przejmowania ciepła λ, wynika, że obliczanie współczynnika przenikania ciepła jest ściśle związane z przewodzeniem materiału. Współczynnik przewodzenia ciepła lambda jest uzależniony od rodzaju zastosowanego tworzywa. Współczynnik przewodzenia ciepła możemy obliczać samodzielnie, jednak znacznym ułatwieniem będzie tu kalkulator online. Współczynnik przewodzenia ciepła lambda powinien być też wskazany w specyfikacji technicznej materiałów budowlanych. Im mniejsza będzie jego wartość, tym niższy współczynnik przenikania ciepła ścian zewnętrznych.

Znając już całkowity współczynnik przewodzenia ciepła, w tym też ścian zewnętrznych, możemy skorzystać z kolejnego wzoru, który pomoże określić nasz współczynnik przenikania ciepła:

U = ^d/_R1

Gdzie:

• d – oznacza grubość ściany wyrażana metrach.
• R1 – oznacza całkowity opór cieplny przegrody.

Wynik obliczenia trzeba już tylko porównać z dopuszczalną granicą współczynnika przewodzenia ciepła dla ścian wielowarstwowych.

Jeśli nasza przegroda składa się z kilku warstw o odmiennych właściwościach, musimy obliczyć współczynnik U dla każdej z nich.

Jak widzimy, obliczanie współczynnika dla wszystkich przegród może być dość skomplikowane. Na szczęście do obliczeń możemy wykorzystać kalkulator online, który uprości działania. Innym ułatwieniem może okazać się zastosowanie gotowych modeli konstrukcyjnych. Producenci podają współczynnik przenikania ciepła w parametrach technicznych materiału. Dzięki temu nie musimy samodzielnie dokonywać wszystkich obliczeń. Największym udogodnieniem okazuje się jednak kalkulator online, który wyliczy za nas parametry wskazanych przegród zewnętrznych.

Warunki techniczne, a współczynnik U

Współczynnik przenikania ciepła komór nowo wybudowanego budynku nie może przekraczać pewnych granic. Wartości maksymalnych współczynników odnajdziemy w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. W styczniu 2017 weszły w życie zmiany warunków technicznych, które mają zmierzać ku zwiększeniu energooszczędności. Współczynnik przenikania ciepła jest istotnym (aczkolwiek nie jedynym) parametrem, który należy brać pod uwagę podczas budowy nowych obiektów. Aktualny, maksymalny współczynnik U, dla poszczególnych elementów, wynosi:

Ściany zewnętrzne:

• przy ti ≥ 16°C - 0,23 W/(m2·K)
• przy 8°C ≤ ti< 16°C – 0,45 W/(m2·K)
• przy ti < 8°C - 0,90 W/(m2·K)

Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami:

• przy ti ≥ 16°C – 0,18 W/(m2·K)
• przy 8°C ≤ ti< 16°C – 0,30 W/(m2·K)
• przy ti < 8°C – 0,70 W/(m2·K)

Podłogi na gruncie:

• przy ti ≥ 16°C – 0,30 W/(m2·K)
• przy 8°C ≤ ti< 16°C –1,20 W/(m2·K)
• przy ti< 8°C – 1,50 W/(m2·K)

Stropy nad pomieszczeniami nieogrzewanymi i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi:

• przy ti ≥ 16°C –  0,25 W/(m2·K)
• przy 8°C ≤ ti< 16°C  –  0,30 W/(m2·K)
• przy ti < 8°C – 1,00 W/(m2·K)

Ti oznacza temperaturę ogrzewanego pomieszczenia.

Warunki techniczne określają także maksymalny współczynnik przenikania ciepła okna. Od 1 stycznia 2017 roku maksymalny współczynnik przenikania ciepła okna w pomieszczeniu, w którym temperatura nie przekracza 16 ⁰C, nie może być większy niż 1,1 W/(m2·K). W pomieszczeniach mieszkalnych panują wyższe temperatury. Maksymalny współczynnik przenikania ciepła okna przy temperaturze przekraczającej 16 ⁰C nie może być większy niż 1,6 W/(m2·K).

Rozporządzenie określające warunki techniczne i usytuowanie budynku precyzuje też maksymalne współczynniki (w tym współczynnik przenikania ciepła okna) dla okien połaciowych i drzwi. Aktualne wartości, dla wybranych elementów, nie mogą przekraczać:

Okna połaciowe:

• przy ti ⩾ 16°C – 1,3 W/(m2·K)
• przy ti < 16°C – 1,6 W/(m2·K)

Okna w ścianach wewnętrznych:

• przy ti ⩾ 8°C – 1,3 W/(m2·K)
• przy ti < 8°C  – bez ograniczeń

Współczynnik przenikania ciepła oddzielającego pomieszczenie ogrzewane od nieogrzewanego nie może przekroczyć 1,3 W/(m2·K) Drzwi w przegrodach zewnętrznych lub w przegrodach między pomieszczeniami ogrzewanymi i nieogrzewanymi nie mogą przekraczać 1,5 W/(m2·K).

Rozporządzenie przewiduje kolejne zaostrzenie norm i zmniejszenie maksymalnych współczynników przenikania ciepła. Stosowne przepisy wejdą w życie dopiero od stycznia 2021 roku.

Jak sprawdzić współczynnik przenikania ciepła okna?

Podczas zakupu okien warto zwrócić uwagę na współczynnik przenikania ciepła okna U. Tak zwane ciepłe okna to większa oszczędność energii grzewczej oraz mniejsze rachunki za ogrzewanie budynku. Oznaczenie współczynnika przenikania ciepła powinno znajdować się w specyfikacji technicznej produktu, jednak niektórzy producenci wskazują pomiary w sposób bardzo nieprecyzyjny. Czasem spotykamy się z sytuacją, w której współczynnik przenikania ciepła jest podany jedynie dla szyby, nie dla całego okna. To sprytny sposób na poprawę parametrów technicznych, bowiem szyba jest najlepszym izolatorem. Jednak pamiętajmy, że prawdziwy współczynnik U powinien być obliczany zarówno dla pakietu szybowego, ramy, jak i wszystkich połączeń. Czasem okazuje się, że okno z rzekomo świetnymi parametrami izolacyjności (podanymi wyłącznie dla szyby) są słabszym izolatorem niż okna standardowe, oznaczone w sposób prawidłowy. Zwróćmy na to uwagę przed dokonaniem zakupu. Polecamy także lekturę naszego artykułu o oknach trzy- i dwuszybowych, dostępnego tutaj.

Współczynnik przenikania ciepła dla dachów i stropodachów

Omawiając współczynnik przenikania ciepła, nie można pominąć kwestii termoizolacji dachów i stropodachów. Ich niewłaściwa izolacja może doprowadzić do dużych strat energii grzewczej. Obecnie maksymalny współczynnik U dla dachów i stropodachów wynosi 0,18 W/(m2·K).

Wartość współczynnika przenikania ciepła dla dachów obliczamy w taki sam sposób, jak w przypadku ścian. Z pewnością przyda nam się kalkulator online, który przedstawi parametry poszczególnych materiałów. Najważniejsza będzie przewodność cieplna materiału izolacyjnego. Im mniejszy współczynnik lambda, tym lepsze parametry termoizolacji dachu i stropodachu. Obliczając współczynnik przenikania ciepła, często pomija się warstwę pokrycia dachowego. Nie ma ona większego znaczenia dla wydajności izolacji termicznej. Znacznie ważniejszy będzie rodzaj zastosowanego materiału termoizolacyjnego. Do ocieplenia stropów, dachów i stropodachów przeważnie używa się wełny mineralnej. Jej atutem jest niski współczynnik lambda oraz łatwość montażu. Wełna jest elastyczna i bez większego problemu umieścimy ją pomiędzy belkami bądź w trudno dostępnych przestrzeniach, w których nie poradziłby sobie styropian. W ostatnich latach coraz większą popularnością cieszy się ocieplanie pianką poliuretanową. Jej warstwa tworzy szczelną, pozbawioną mostków termicznych barierę ochronną o dobrych parametrach termoizolacyjnych. Jeśli zainteresowała się ta kwestia, zapoznaj się także z naszym artykułem o kosztach ocieplenia domu jednorodzinnego.

Jak wybierać energooszczędne materiały budowlane?

Aby spełnić coraz to bardziej restrykcyjne warunki techniczne, musimy wykorzystać do budowy odpowiednie materiały. Wybierając materiał na ściany zewnętrzne, warto zapoznać się z jego współczynnikiem lambda. Im niższy współczynnik zastosowanego materiału, tym łatwiej będzie spełnić warunki techniczne, jakim muszą odpowiadać budynki.

Wybierając materiał na ściany zewnętrzne, zwróćmy też uwagę na ich bezwładność cieplną. Bezwładność cieplna decyduje o czasie, w którym energia grzewcza będzie przedostawała się przez ścianę. Owe właściwości zależą od specyfiki produkcji oraz jakości materiału. Aby poznać bezwładność, warto przyjrzeć się parametrom technicznym podanym przez producenta. Innym sposobem jest ocena wagi materiału. Ogólnie przyjmuje się, że im materiał budowlany ma większą masę, tym większa jego bezwładność cieplna.

Podczas wyboru materiałów, należy też zwrócić uwagę na rodzaj i grubość termoizolacji budynku. Wybór lepszej jakości, grubszych materiałów sprawi, że izolacyjność ciepła będzie wyższa. Chcąc obniżyć współczynnik przenikania ciepła przez ścianę, warto zainwestować w nieco grubszą warstwę styropianu lub wełny mineralnej o dobrych parametrach. Jest to najprostszy, a jednocześnie najtańszy sposób na spełnienie aktualnych warunków technicznych, jakim muszą odpowiadać budynki i usytuowanie budynku. Widać zatem, że wiedza na temat współczynnika U jest niezbędna przy planowaniu budowy, zwłaszcza gdy chodzi o dom z betonu z ociepleniem.