Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła

Joanna Ryńska
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

materiałλ
[W/(m·K)]
materiałλ
[W/(m·K)]
żelbet1,70styropian0,040-0,045
mur z cegły
ceramicznej pełnej

0,77wełna mineralna
granulowana
0.050
płyty i bloki z gipsu0,35tynk lub gładź
cementowa
1.00
drewno sosnowe
lub świerkowe
wzdłuż włókien
w poprzek włókien
0,30     
0,16
płyty gipsowo- kartonowe0.23

Inne materiały                                                Metale

materiałλ
[W/(m·K)]
materiałλ
[W/(m·K)]
papa asfaltowa0,18stal
budowlana
58,00
szkło okienne

0,80żeliwo50,00
pleksiglas0,19miedź370,00

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)

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła

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.
Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła

strumień ciepła przez nadproże - typowy mostek cieplny

 

Określenie rzeczywistego wpływu mostka cieplnego wymaga dokładnych obliczeń, uwzględniających symulację zachowania mostka w konkretnej sytuacji. Można jednak określić wpływ mostka w sposób uproszczony, stosując poprawkę ΔU zależną od rodzaju ścian, wg. wzoru:
U = Uo + ΔU
Uo- wartość obliczeniowa współczynnika przenikania ciepła.

Poprawka na mostek cieplny zależna od rodzaju przegrody.

Rodzaj przegrodyΔU [W/(m²·K)]

Ściany zewnętrzne pełne0,00
Ściany zewnętrzne z otworami okiennymi i drzwiowymi

0,05
Ściany zewnętrzne z otworami okiennymi i drzwiowymi
oraz płytami balkonów lub loggii przenikającymi ścianę
0,15

Na koniec należy sprawdzić, czy współczynnik przenikania ciepła spełnia warunki określone w normie - wartość obliczeniowa nie może przekraczać wartości maksymalnej Umax. Jeśli wartość jest przekroczona, budynek powinien być docieplony (lub należy zmienić projektowane warstwy).

Wymagania dla ścian w budynku mieszkalnym w zabudowie jednorodzinnej
wg normy PN-B/81-02020

Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniuUmax [W/(m²·K)]

Ściany zewnętrzne  (stykające się z powietrzem zewnętrznym) 
przy Ti > 16°C  warstwowe
0,30
Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym) 
przy Ti > 16°C  pozostałe

0,50
Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym) 
przy Ti ≤ 16°C (niezależnie od rodzaju ściany)
0,80

Ti - wewnętrzna temperatura obliczeniowa (wg. normy)
*tynku wewnętrznego i zewnętrznego nie traktujemy jako warstwy.

Przykład obliczeniowy
Obliczamy współczynnik przenikania ciepła dla ściany zewnętrznej w domku jednorodzinnym. Ściana jest dwuwarstwowa, ma drzwi i okna, warstwy są następujące (współczynniki przewodności cieplnej odczytujemy z normy dla danego materiału).

materiałgrubość [m] λ [W/(m·K)]
tynk wewnętrzny cementowo-wapienny

0,015

1,00
cegła pełna0,250,77
styropian0,150,040
tynk wewnętrzny cementowo-wapienny

0,0101,0

Obliczenia współczynników oporów cieplnych poszczególnych warstw

warstwaobliczeniaR [m²·K/W]
tynk wewnętrzny cementowo-wapienny

R1 = 0,015/1,00

0,015
cegła pełnaR2 = 0,25/0,770,324
styropianR3 = 0,15/0,043,75
tynk wewnętrzny cementowo-wapiennyR4 = 0,010/1,00

0,01

Opór przegrody
Rp = R1 + R2 + R3 + R4 = 0,015 + 0,324 + 3,75 + 0,01 = 4,099 [m²·K/W]

Opór całkowity R:
R = Rp + Rse + Rsi = 4,099 + 0,17 = 4,269 [m²·K/W]

Współczynnik przenikania ciepła

U =1/R = 1/4,269 = 0,234 [W/(m²·K)]

Dodajemy poprawkę wyrażającą wpływ mostków cieplnych. Z tabeli odczytujemy, że dla ściany z oknami i drzwiami poprawka wynosi:

ΔU = 0,05 [W/(m²·K)]

Stąd wartość współczynnika przenikania ciepła
U = 0,234 + 0,05 = 0,284 [W/(m²·K)]

Wartość zaokrąglamy do dwóch miejsc znaczących:
U = 0,29 [W/(m²·K)]

Porównujemy wartość współczynnika z wartościami określonymi w normie. Temperatura w budynku mieszkalnym Ti = 20ºC; stąd przyjmujemy wartość Umax dla Ti > 16ºC; czyli: Umax = 0,30 W/(m²·K).

Wartość U = 0,29 W/(m²·K) jest mniejsza od Umax, ściana spełnia więc wymagania pod względem oszczędności ciepła.

Dołącz do nas na Facebooku!

Publikujemy najciekawsze artykuły, wydarzenia i konkursy. Jesteśmy tam gdzie nasi czytelnicy!

Polub nas na Facebooku!

Kontakt z redakcją

Byłeś świadkiem ważnego zdarzenia? Widziałeś coś interesującego? Zrobiłeś ciekawe zdjęcie lub wideo?

Napisz do nas!

Wyższy podatek od nieruchomości od 2023 roku - video flesz

Komentarze

Komentowanie artykułów jest możliwe wyłącznie dla zalogowanych Użytkowników. Cenimy wolność słowa i nieskrępowane dyskusje, ale serdecznie prosimy o przestrzeganie kultury osobistej, dobrych obyczajów i reguł prawa. Wszelkie wpisy, które nie są zgodne ze standardami, proszę zgłaszać do moderacji. Zaloguj się lub załóż konto

Nie hejtuj, pisz kulturalne i zgodne z prawem komentarze! Jeśli widzisz niestosowny wpis - kliknij „zgłoś nadużycie”.

Podaj powód zgłoszenia

Nikt jeszcze nie skomentował tego artykułu.
Wróć na e-instalacje.pl e-instalacje.pl
Dodaj ogłoszenie