Współczynnik przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych

Wymagania

Na podstawie Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. – Dz.U.2015.0.1422 t.j. współczynnik przenikania ciepła Umax dla budynku mieszkalnego przy ti > 16°C dla ścian zewnętrznych wynosi 0,23 W/m2*K i obowiązuje od 1 stycznia 2017 r. Normy dotyczące współczynnika przenikania ciepła są coraz bardziej restrykcyjne. Należy stosować odpowiednią grubość materiału izolacyjnego, aby spełnić wyżej wymienione warunki. Należy zauważyć, że odpowiednia izolacyjność cieplna ścian zewnętrznych jak i innych przegród budowlanych wywiera bardzo duży wpływ na koszty związane z ogrzewaniem budynku i zapewnieniem optymalnej temperatury wewnętrznej.

Teoria

Współczynnik przenikania ciepła wyraża  wielkość przepływu ciepła przez powierzchnię danej przegrody budowlanej, Jego wartość pozwala na określenie strat ciepła dla każdej przegrody. Im niższa wartość współczynnika przenikania ciepła, tym straty ciepła będą mniejsze Wartość współczynnika U zależy od rodzaju i grubości materiału, z którego wykonane są ściany, ale także od charakteru przegrody, różnicy temperatur, przeznaczenia budynku.

Współczynnik przenikania ciepła przegrody U jest kluczową właściwością decydującą o  jakości cieplnej  przegrody rozpatrywanej w polu jednowymiarowym i jest odwrotnością oporu przenikania ciepła.

Opór przenikania ciepła przegrody RT jest równy sumie oporów przewodzenia ciepła przez materiał przegrody oraz oporów przejmowania ciepła na jej zewnętrznych powierzchniach.

RT=Rsi+R1+R2+…+Rse,  m2∙K/W  (1)

Zatem

U=1/RT,  W/(m^2∙K) (2)

W artykule chciałbym porównać dwa rozwiązania dotyczące budowy ścian zewnętrznych.
Pierwsze rozwiązanie to ściana z pustaków z betonu komórkowego SOLBET ocieplona styropianem gr. 12 cm, otynkowana tynkiem cienkowarstwowym.

Drugie rozwiązanie zakłada ścianę z pustaków ceramicznych POROTHERM ocieploną styropianem gr. 12 cm, otynkowana tynkiem cienkowarstwowym.

Następnie zwiększę grubość ocieplenia do 20 cm i porównam z wynikami współczynnika przenikania ciepła przy grubości termoizolacji równej 12 cm.

Rys. 1 Modele obliczeniowe
Źródło: Opracowanie własne

Obliczenia

I przypadek – grubość izolacji 12 cm

Obliczenia współczynnika przenikania ciepła U oraz całkowitego oporu cieplnego RT  wg
PN-EN ISO 6946:2008 dla ściany z betonu komórkowego SOLBET, gr. izolacji 12 cm
Lp. Warstwy d  [m] λ  [W/(m*K)] R  [(m2*K)/W]
1 opór przejmowania ciepła pow. wewnętrznej Rsi 0,13
2 Tynk cementowo-wapienny 0,015 0,820 0,0183
3 Pustak z betonu komórkowego SOLBET (500) 0,24 0,140 1,714
4 Styropian EPS 70-040 0,12 0,040 3,000
5 Tynk cienkowarstwowy 0,007 0,820 0,009
6 opór przejmowania ciepła pow. zewnętrznej Rse 0,04
RT=RsiRi+Rse 4,911

Współczynnik przenikania ciepła 

U=1/RT =1/4,911=0,204=0,20 W/(m2∙K)<Umax=0,23 W/(m2∙K)

II przypadek – grubość izolacji 12 cm

Obliczenia współczynnika przenikania ciepła U oraz całkowitego oporu cieplnego RT  wg
PN-EN ISO 6946:2008 dla ściany z pustaka ceramicznego POROTHERM, gr. izolacji 12 cm
Lp. Warstwy d  [m] λ  [W/(m*K)] R  [(m2*K)/W]
1 opór przejmowania ciepła pow. wewnętrznej Rsi 0,13
2 Tynk cementowo-wapienny 0,015 0,820 0,0183
3 Pustak ceramiczny POROTHERM 0,25 0,313 0,799
4 Styropian EPS 70-040 0,12 0,040 3,000
5 Tynk cienkowarstwowy 0,007 0,820 0,009
6 opór przejmowania ciepła pow. zewnętrznej Rse 0,04
3,996

Współczynnik przenikania ciepła 

U=1/RT =1/3,996=0,25 W/(m2∙K)>Umax=0,23 W/(m2∙K)

Widzimy, że dla ściany z pustaka ceramicznego współczynnik przenikania ciepła nie spełnia wymagań rozporządzenia. Różnica między wsp. przenikania ciepła wynosi 0,05 W/m2*K.

III przypadek – grubość izolacji 20 cm

Obliczenia współczynnika przenikania ciepła U oraz całkowitego oporu cieplnego RT  wg
PN-EN ISO 6946:2008 dla ściany z betonu komórkowego SOLBET, gr. izolacji 20 cm
Lp. Warstwy d  [m] λ  [W/(m*K)] R  [(m2*K)/W]
1 opór przejmowania ciepła pow. wewnętrznej Rsi 0,13
2 Tynk cementowo-wapienny 0,015 0,820 0,0183
3 Pustak z betonu komórkowego SOLBET (500) 0,24 0,140 1,714
4 Styropian EPS 70-040 0,20 0,040 5,000
5 Tynk cienkowarstwowy 0,007 0,820 0,009
6 opór przejmowania ciepła pow. zewnętrznej Rse 0,04
6,911

Współczynnik przenikania ciepła 

U=1/RT =1/6,911=0,144=0,14 W/(m2∙K)<Umax=0,23 W/(m2∙K)

IV przypadek – grubość izolacji 20 cm

Obliczenia współczynnika przenikania ciepła U oraz całkowitego oporu cieplnego RT  wg
PN-EN ISO 6946:2008 dla ściany z pustaka ceramicznego POROTHERM, gr. izolacji 20 cm
Lp. Warstwy d  [m] λ  [W/(m*K)] R  [(m2*K)/W]
1 opór przejmowania ciepła pow. wewnętrznej Rsi 0,13
2 Tynk cementowo-wapienny 0,015 0,820 0,0183
3 Pustak ceramiczny POROTHERM 0,25 0,313 0,799
4 Styropian EPS 70-040 0,20 0,040 5,000
5 Tynk cienkowarstwowy 0,007 0,820 0,009
6 opór przejmowania ciepła pow. zewnętrznej Rse 0,04
5,996

Współczynnik przenikania ciepła 

U=1/RT =1/5,996=0,167=0,17 W/(m2∙K)<Umax=0,23 W/(m2∙K)

Przy zwiększeniu grubości izolacji do 20 cm możemy zauważyć, że obydwa przypadki spełniają wymagania dotyczące współczynnika przenikania ciepła stawiane w rozporządzeniu. Różnica między wsp. przenikania ciepła wynosi 0,023 W/m2K. Należy zaznaczyć, że tak obliczone wartości współczynników przenikania ciepła nie zawierają poprawek ze względu na łączniki mechaniczne oraz pustki powietrzne oraz nie uwzględniają wpływu liniowych mostków cieplnych.

Zestawienie wyników obliczeń
Nazwa Rodzaj materiału konstrukcyjnego Grubość izolacji [cm] Całkowity opór cieplny [(m2*K)/W] Współczynnik przenikania ciepła [W/(m2*K)]
Przypadek I Beton komórkowy 12 4,911 0,20
Przypadek II Pustak ceramiczny 12 3,996 0,25
Przypadek III Beton komórkowy 20 6,911 0,14
Przypadek IV Pustak ceramiczny 20 5,996 0,17

Wnioski

Wniosek, który nasuwa się jest taki, że im większą grubość izolacji termicznej zastosujemy, tym mniejsze znaczenie mają pozostałe warstwy przegrody. Oczywiście nie jest to nic odkrywczego, jednakże w każdym przypadku należy znaleźć optymalną grubość izolacji termicznej, która zapewni dobrą izolacyjność a zarazem będzie uzasadniona ekonomicznie. Obecnie mamy możliwość zastosowania materiałów termoizolacyjnych o niskich współczynnikach przewodzenia ciepła λ takich jak poliuretan, ale nie tylko. Bardzo popularne są styropiany
z dodatkiem grafitu  o wsp. λ=0,031 W/mK.  Musimy przy nich zwracać uwagę na to czy producent podaje wartość obliczeniową współczynnika, czy też wartość deklarowaną.

Literatura

[1] Dylla A.: Praktyczna fizyka cieplna budowli. PWN, Warszawa 2015.
[2] PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku.Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła.Metoda obliczania.
[3] Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. – Dz.U.2015.0.1422.
[4] https://www.solbet.pl (dostęp na dzień 11.09.2018 r.)
[5] https://wienerberger.pl. (dostęp na dzień 11.09.2018 r.)