Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła

Współczynnik przenikania ciepła to bardzo ważny parametr przegród budowlanych -
na jego podstawie można określić straty cieplne dla danej przegrody. Wartość współczynnika zależy od rodzaju i grubości materiału, z którego wykonane są ściany, ale także od charakteru przegrody. W artykule zajmiemy się ścianą zewnętrzną nie stykającą się z gruntem.

Aby wyznaczyć współczynnik przenikania ciepła, trzeba znać współczynniki przewodności cieplnej dla materiałów tworzących ścianę oraz dla warstw ocieplających, a także grubości poszczególnych warstw. Współczynnik przewodności cieplnej jest oznaczony jako λ, a jego jednostką jest W/(mK). Wartości współczynników można odnaleźć w normie  PN-EN ISO 6946:1999. Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
Wartości te mogą się zmieniać wraz z udoskonaleniem metod badawczych. Dodatkowo, producenci poszczególnych materiałów prowadzą własne badania.

Przykładowe wartości dla popularnych materiałów wg. PN-EN ISO 6946:1999:

Materiały konstrukcyjne:                                        Materiały osłonowe i izolacyjne

Inne materiały                                                Metale

Współczynnik przenikania ciepła dla przegrody oblicza się, uwzględniając współczynnik oporu cieplnego przegrody oraz poprawki na nieszczelności izolacji i mostki termiczne.

Obliczenia zaczyna się od wyznaczenia współczynnika oporu cieplnego R przegrody. Na jego podstawie wyznacza się obliczeniowy współczynnik przenikania ciepła, który należy następnie skorygować ze względu na rodzaj przegrody.

Obliczenia
Obliczenie współczynnika oporu cieplnego.
Wyznaczamy współczynnik dla każdej warstwy, korzystając ze wzoru:
R=d/λ.
d- grubość warstwy podawana w m;
λ- współczynnik przewodności cieplnej w W/(m·K)

Ściany z różnych materiałów. Każda ściana ma jednakowy opór cieplny (R = 0,25 m²·K/W):
1. styropian; 2.drewno;  3. cegła ceramiczna pełna;  4. żelbet;  5. mur kamienny

Sumujemy wartości oporu cieplnego dla każdej warstwy
R_p= R₁ + R₂ + R₃ + ....

Aby obliczyć całkowity opór cieplny przegrody, musimy uwzględnić opory przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej R_si i zewnętrznej R_se przegrody.
Wartości tych oporów zależą od rodzajów przegrody. Dla przepływu poziomego (czyli w praktyce dla ściany zewnętrznej):
R_si = 0,13 m²·K/W
R_se= 0,04 m² ·K/W
Całkowita wartość oporów przejmowania ciepła wynosi więc 0,17 m²·K/W. W praktyce trzeba więc dodać tę wartość do obliczonej wartości oporu cieplnego przegrody.

Opór całkowity R:

R = R_p + R_se + R_si

Obliczenie współczynnika przenikania ciepła.
Wartość współczynnika przenikania ciepła (oznaczanego dawniej jako k, obecnie jako U) obliczamy ze wzoru:
U = 1/R [W/(m²·K)]

Poprawki do obliczeń
Obliczona wartość powinna być zwiększona o poprawki: na nieszczelność izolacji oraz na łączniki (np. mocujące izolację). Bardzo często jednak wartość tych poprawek jest nie większa niż 3% wartości obliczeniowej współczynnika przenikania ciepła - wówczas nie trzeba ich dodawać.

Wartość współczynnika przenikania ciepła należy też zwiększyć, jeśli w ścianie występują mostki cieplne (termiczne) - miejsca, gdzie izolacyjność przegrody jest wyraźnie niższa. Mostkami cieplnymi są:

• narożniki;
• ościeża okienne;
• nadproża;
• połączenia ścian zewnętrznych ze stropami i ścianami wewnętrznymi;
• słupy i rygle w ścianach;
• spoiny wypełnione zaprawą w ścianach murowanych; żebra w ścianach warstwowych;
• złącza elementów prefabrykowanych.

strumień ciepła przez nadproże - typowy mostek cieplny