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
materiał | λ [W/(m·K)] |
materiał | λ [W/(m·K)] |
żelbet | 1,70 | styropian | 0,040-0,045 |
mur z cegły |
0,77 | wełna mineralna granulowana |
0.050 |
płyty i bloki z gipsu | 0,35 | tynk lub gładź cementowa |
1.00 |
drewno sosnowe lub świerkowe wzdłuż włókien w poprzek włókien |
0,30 0,16 |
płyty gipsowo- kartonowe | 0.23 |
Inne materiały Metale
materiał | λ [W/(m·K)] |
materiał | λ [W/(m·K)] |
papa asfaltowa | 0,18 | stal budowlana |
58,00 |
szkło okienne |
0,80 | żeliwo | 50,00 |
pleksiglas | 0,19 | miedź | 370,00 |
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
Rp= R1 + R2 + R3 + ....
Aby obliczyć całkowity opór cieplny przegrody, musimy uwzględnić opory przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej Rsi i zewnętrznej Rse przegrody.
Wartości tych oporów zależą od rodzajów przegrody. Dla przepływu poziomego (czyli w praktyce dla ściany zewnętrznej):
Rsi = 0,13 m²·K/W
Rse= 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 = Rp + Rse + Rsi
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