Co to jest współczynnik przenikania ciepła?

Współczynnik przenikania ciepła – definicja

Przy budowie domu niezwykle ważne jest nie tylko jego wykonanie, ale także użyte materiały. To one wpływają na izolację cieplną, która pozwoli oszczędzić sporo pieniędzy na ogrzewaniu. Przez źle skonstruowaną izolację cieplną, może uciekać nawet 30% ciepła z domu. To powoduje znacznie wyższe rachunki za ogrzewanie. Większe zużycie energii wiąże się również z zanieczyszczeniem środowiska. W planowaniu odpowiedniej izolacji cieplnej domu pomocny będzie współczynnik przenikania ciepła. Definicja tego wskaźnika pozwoli lepiej zrozumieć jego zastosowanie.

Parametr ten zazwyczaj oznaczany jest literą U i podawany jest w Watach na metr kwadratowy na 1 Kelwin (W/(m²K). Zatem co on wyraża i co to jest współczynnik przenikania ciepła? W ten sposób oznacza się ilość energii wyrażoną w Watach, która ucieka przez wszelkie przegrody w domu, przy założeniu, że po obu jej stronach różnica temperatur wynosi 1 Kelwin. W ten sposób łatwo jest określić straty ciepła dla konkretnej przegrody: drzwi, okien, ścian zewnętrznych czy dachu. Im współczynnik ten jest niższy, tym izolacja cieplna domu jest lepsza.

Od czego jednak zależy współczynnik przenikania ciepła? Definicja niestety tego nie określa. Parametr ten zależy głównie od rodzaju przegrody, od jej grubości, a także od użytych materiałów. Przy obliczaniu tego współczynnika można łatwo zaplanować izolację cieplną dachu czy ścian. Pomocny okaże się także współczynnik przenikania ciepła (lambda λ) każdego z użytych materiałów, który jest niezbędny do obliczenia U. Często lepszej jakości materiał o mniejszym współczynniku lambda pozwoli na zastosowanie cieńszej warstwy izolacji.

Takie rozwiązanie oczywiście zazwyczaj wiąże się z większymi kosztami, jednak biorąc pod uwagę przyszłe oszczędności na ogrzewaniu domu – inwestycja ta szybko się zwróci.

Współczynnik przenikania ciepła nie bierze jednak pod uwagę wszelkich nieszczelności powstałych na ich skutek mostków termicznych. Z tego powodu warto dopilnować prawidłowej i szczelnej budowy izolacji cieplnej każdej przegrody w domu.

Współczynnik przenikania ciepła – kiedy ma znaczenie?

Współczynnik przenikania ciepła i jego wartość są istotne tam, gdzie może dochodzić do utraty ciepła z pomieszczenia poprzez jego przenikanie na zewnątrz przez przegrodę. Szczególną funkcję pełni on w przypadku przegród zewnętrznych, które oddzielają przestrzenie, w których panują duże różnice temperatur. Jego wartość ma więc największe znaczenie w przypadku ścian zewnętrznych, okien, drzwi. Odpowiednie standardy cieplne powinny także spełniać dachy, stropodachy, fundamenty czy podłogi na gruncie.

W przypadku przegród wewnętrznych, które oddzielają pomieszczenia o tej samej temperaturze, współczynnik przenikania ciepła nie jest już tak ważny. Warto jednak dodać, że o ile wiele elementów konstrukcyjnych naszego domu powinno spełniać wskazane prawem normy, na właściwości izolacyjne niektórych z nich możemy wpłynąć osobiście. Mowa szczególnie o oknach i drzwiach – można zdecydować się na modele, które charakteryzują się niższym lub wyższym współczynnikiem przenikania ciepła, dzięki czemu ograniczymy straty uciekającego przez nie ciepła.

W wielu wypadkach na polepszenie (czyli obniżenie) współczynnika przenikania ciepła wpływa także grubość samej przegrody – im jest większa, tym lepiej.

Kiedy już wiadomo, co to jest współczynnik przenikania ciepła, warto zastanowić się nad jego zastosowaniem w praktyce. Jaki współczynnik przenikania ciepła powinien być dla poszczególnej przegrody? O jakich przegrodach budowlanych właściwie mowa? Parametr ten jest niezwykle ważny w każdej przegrodzie zewnętrznej domu. W przypadku ścian wewnętrznych, kiedy temperatura w oddzielnych przez nią pomieszczeniach nie różni się, ma on mniejsze znaczenie.

Ściany zewnętrzne

Jaki współczynnik przenikania ciepła uzyska się dla ścian zewnętrznych, zależy w głównej mierze od grubości i rodzaju warstw izolacji cieplnej. Należy pamiętać, że dobra izolacja cieplna szybko zwróci się podczas sezonowego ogrzewania domu. Przy obliczaniu współczynnika dla tej przegrody budowlanej warto wziąć pod uwagę także usytuowanie domu. Dobrze też zwrócić uwagę na to, która ze ścian jest lepiej nasłoneczniona, a która pozostając w cieniu, będzie wystawiona na chłodniejszą temperaturę i większą wilgotność.

Okna i drzwi

Kolejnymi powierzchniami, przez które może uciekać ciepło, są okna i drzwi. Przy ich wyborze warto zwrócić uwagę na współczynnik przenikania ciepła dla całego okna czy drzwi podany przez producenta. Niestety w tym przypadku ciężko jest obliczyć go samodzielnie. Na wartość parametru wpływa nie tylko największa powierzchnia szyby czy drzwi, ale także ram okiennych, ościeżnicy i połączeń pomiędzy np. ramą okna a szybą.

Dach

Przez dach może uciekać ogromna ilość ciepła z domu. Warto zatem dobrze rozplanować izolację cieplną dachu. Współczynnik przenikania ciepła oblicza się w taki sam sposób jak w przypadku ścian. Najważniejszy w tym wypadku jest współczynnik lambda dla konkretnego materiału. Obecnie największą popularnością cieszy się wełna mineralna, która ma bardzo niski współczynnik lambda, a jej duża elastyczność pozwala na uniknięcie nieszczelności i mostków termicznych. Coraz częściej wybierana jest także pianka poliuretanowa, która pozwala znacznie obniżyć współczynnik przenikania ciepła przy niewielkiej grubości izolacji.

Podłoga

Nie należy zapominać także o podłodze, szczególnie tej, która odgradza dom od gruntu. W tym wypadku dobra izolacja termiczna również pozwoli na spore oszczędności na ogrzewaniu. Obliczając współczynnik przenikania ciepła dla podłogi, postępuje się tak samo, jak w przypadku dachu czy ścian.

Jak obliczyć współczynnik przenikania ciepła?

Dobra izolacja domu nie może zostać przeprowadzona bez obliczenia parametru, jakim jest współczynnik przenikania ciepła. Norma wyznaczana jest przez Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. Jej wartość różni się nieco dla poszczególnych przegród. W 2017 roku nastąpiło zaostrzenie przepisów, a wartość współczynnika znacznie zmalała. Kolejna zmiana obniżająca normy współczynnika zaplanowana jest na 2021 rok. Zanim poznasz normy dla poszczególnych przegród, warto wiedzieć jak obliczyć współczynnik przenikania ciepła.

Współczynnik przenikania ciepła – wzór

Wzór na obliczenie współczynnika przenikania ciepła wygląda następująco: U = 1/R [W/(m²·K)]. Aby dobrze zrozumieć ten zapis, warto najpierw poznać wszelkie komponenty wchodzące w jego skład oraz dane niezbędne do obliczenia tego parametru.

Aby obliczyć współczynnik przenikania ciepła, potrzebne są wartości współczynnika lambda (podane w jednostce: W/m²K) wszystkich użytych w danej przegrodzie materiałów izolacyjnych oraz ich grubość wyrażona w centymetrach.

Potrzebne będą także wartości oporu cieplnego danej warstwy na wewnętrznej (R_si) i zewnętrznej R_se powierzchni dla poziomego przepływu ciepła. Wartości te są stałe i wynoszą kolejno 0,13 i 0,4 m²*K/W.

Obliczanie współczynnika przenikania ciepła – krok 1

Pierwszym krokiem jest obliczenie oporu przyjmowania ciepła dla każdej warstwy. Obowiązuje tu wzór: R1 = d1/λ1, R2 = d2/λ2 itd., gdzie d oznacza grubość danej warstwy.

Obliczanie współczynnika przenikania ciepła – krok 2

Następnie należy zsumować wartości oporu każdej konkretnej warstwy izolacji oraz wartości oporu przejmowania ciepła na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni według wzoru: R = Rsi + R1 + R2+ ... + Rse [m²·K/W]

Obliczanie współczynnika przenikania ciepła – krok 3

Ostatnim etapem jest podstawienie wyniku do wzoru na współczynnik przenikania ciepła U. Parametr ten jest odwrotnością oporu cieplnego, zatem skomplikowany z początku wzór U = 1/R [W/(m²·K)] jest teraz jasny i przejrzysty.

Współczynnik przenikania ciepła dla konkretnych przegród budowlanych

Jak już zostało wspomniane, to odpowiednia ustawa reguluje współczynnik przenikania ciepła. Norma dla konkretnej przegrody budowlanej nieco się różni. Od stycznia 2017 roku normy współczynnika przenikania ciepła wyglądają następująco:

• ściany zewnętrzne – 0,23 W/(m²)K
• ściany wewnętrzne – 1 W/(m²)K
• ściany oddzielające pomieszczenie ogrzewane od nieogrzewanego – 0,3 W/(m²)K
• dachy i stropodachy – 0,18 W/(m²)K
• podłogi na gruncie – 0,3 W/(m²)K

Od 2021 roku według przepisów zostaną obniżone normy regulujące izolację dachów i ścian zewnętrznych do następujących wartości:

• ściany zewnętrzne – 0,20 W/(m²)K
• dachy i stropodachy – 0,15 W/(m²)K

Normy współczynnika przenikania ciepła dla okien i drzwi wynoszą:

• okna i drzwi balkonowe – 1,1 W/(m²)K
• okna dachowa – 1,3 W/(m²)K
• drzwi zewnętrzne – 1,5 W/(m²)K

W przypadku okien i drzwi należy zwrócić uwagę na wartość współczynnika przenikania ciepła podaną przez producenta i odnoszącą się do całej powierzchni okna czy drzwi. W przypadku okien wartość tego parametru dla całego okna zależy od współczynnika dla środkowej części szyby zespolonej, kształtowników ram ościeżnicy i skrzydła oraz dla mostka cieplnego tworzącego się na styku szyby z ramą. Obliczenie tego parametru jest obowiązkiem producenta.

Wybierając drzwi zewnętrzne, należy również zwrócić uwagę na współczynnik przenikania ciepła dla całej powierzchni drzwi. Jego wartość zależy od materiału, z którego wykonane jest skrzydło. Przykładowo współczynnik dla skrzydła z litego drewna wynosi 1,8–2,6 W/m2K, a z włókna szklanego 1,3–1,6 W/m2K. Współczynnik całych drzwi może zostać obniżony przez dodatkowe wyposażenie, takie jak próg z przekładką termiczną czy podwójne, a nawet potrójne uszczelki.