Jakie znaczenie ma współczynnik przenikania ciepła U i jak go samodzielnie wyliczyć?

W dobie rosnącej popularności domów energooszczędnych i pasywnych, coraz częściej słyszymy o czymś takim jak współczynnik przenikania ciepła U. Dowiedz się, czym jest ten tajemniczy parametr i jak sprawdzić, czy Twój dom jest tak ciepły, jak powinien.

Współczynnik przenikania ciepła U, podawany w jednostce W/(m2·K), określa wielkość przepływu ciepła przez jednostkową powierzchnię danej przegrody budowlanej, jeśli po dwóch jej stronach panuje różnica temperatur w wysokości 1 Kelwina. Znając współczynnik U, możemy obliczyć zatem, ile ciepła ucieka przez ściany i ile nas to kosztuje. Dzięki temu, będziemy wiedzieć jak grubą warstwę ocieplenia zastosować i po jakim czasie ta inwestycja się zwróci.

Ile powinien wynosić współczynnik U?

Jeszcze w latach 80. ubiegłego wieku wymagane było, aby współczynnik U dla ścian zewnętrznych wynosił 1,16 W/(m2·K). Istnieją również osobne wytyczne dla dachów, okien, drzwi i podłóg na gruncie. Wobec wszystkich tych elementów domu w ostatnich latach nastąpiło zaostrzenie wymagań. Na przestrzeni kolejnych lat dopuszczalna wartość współczynnika U dla tych elementów domu ulegała stopniowemu zmniejszaniu. I tak dla ścian zewnętrznych od 2014 r. współczynnik U nie mógł przekroczyć 0,25 W/(m2·K), a od 2017 r. - 0,23. Obecnie, czyli od 2021 r., współczynnik U ścian zewnętrznych nie może być większy niż 0,20 W/(m2·K). Mając tę świadomość, warto przemyśleć, jakich materiałów chcemy użyć do budowy, aby nasz dom spełniał aktualne normy. A może warto użyć takich, które sprawią, że współczynnik U będzie jeszcze niższy? Oczywiście jest również bardziej wymierna korzyść takiej decyzji, a mianowicie obniżenie rachunków za ogrzewanie. Dzięki temu na pewno nie pożałujemy pieniędzy, które wydaliśmy na kilka centymetrów ocieplenia więcej.

Czym się różni przenikanie ciepła od przewodzenia ciepła?

Przy wybieraniu materiałów do budowy domu spotkamy się również ze współczynnikiem przewodzenia ciepła λ (lambda). Jest to co innego niż współczynnik przenikania ciepła i nie należy mylić tych dwóch parametrów, choć są ze sobą ściśle powiązane. Wartość λ mówi nam jaką ochronę cieplną zapewnia dany materiał, a wartość U opisuje izolacyjność przegrody. Dwie ściany wykonane z tego samego materiału (czyli o takiej samej λ), mogą mieć inny współczynnik U za sprawą różnej grubości. A to dlatego, że parametr U uzyskujemy poprzez podzielenie λ przez grubość przegrody (U=λ/d). Co na pewno warto zapamiętać? Że im niższe wartości obu współczynników, tym lepiej dla naszego komfortu cieplnego i portfeli.

Jakie są wartości lambda dla różnych materiałów budowlanych?

Przykładowe parametry λ [W/(m·K)] dla różnych materiałów budowlanych wyglądają następująco:

• Żelbet – 1,70
• Mur z cegły ceramicznej pełnej – 0,77
• Mur z cegły silikatowej pełnej – 1,00
• Keramzytobeton - w zależności o gęstości – 0,40–0,90
• Mur z betonu komórkowego na zaprawie cienkowarstwowej – w zależności o gęstości – 0,14–0,29
• Wełna mineralna – 0,031-0,040
• Styropian – 0,031–0,045

Są to wartości orientacyjne, jednak pokazują, jakiego rzędu wielkości możemy się spodziewać. Każdy producent powinien podać dokładny parametr dla swojego konkretnego wyrobu. Należy pamiętać, że λ dla materiału (tę wartość podaje producent) może być inna niż λ dla ściany wykonanej z tego materiału. Dzieje się tak przez wpływ rodzaju użytej zaprawy i grubości spoin. Błędnym myśleniem jest, że przy bardzo niskim parametrze λ, nieważne są już cyfry na trzecim miejscu po przecinku. Dobrym przykładem są tu styropiany, które mają λ na poziomie od około 0,030 do 0,045. Różnica wydaje się minimalna, ale aby zastąpić 10 cm lepszego styropianu (o λ=0,031), musimy zastosować 15 cm gorszego (o λ=0,045), czyli o 50% więcej.

Sam oblicz współczynnik U dla swojej ściany

Aby obliczyć współczynnik przenikania ciepła U dla swojej ściany musimy znać materiały, z jakich zostały wykonane poszczególne warstwy, oraz ich grubości. Następnie należy wyszukać parametry λ dla naszych materiałów i całość zebrać w kilku bardzo prostych działaniach. Najlepiej zaprezentować to na przykładowej ścianie:

• Beton komórkowy o grubości 24 cm i λ = 0,14 W/(m·K)
• Styropian grafitowy o grubości 15 cm i λ = 0,031 W/(m·K)

Wpływ tynków jest bardzo mały, więc możemy je pominąć. Teraz należy obliczyć tzw. opory cieplne poszczególnych warstw, dzieląc ich grubość (liczoną w metrach) przez λ. Trzeba pamiętać również o oporach przejmowania ciepła na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni (dla poziomego przepływu ciepła są stałe i wynoszą odpowiednio 0,04 i 0,13 m2·K/W):

• Beton komórkowy - 0,24 / 0,14 = 1,714 [m2·K/W]
• Styropian grafitowy - 0,15 / 0,031 = 4,839 [m2·K/W]
• opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni - Rsi = 0,13 m2·K/W
• opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni - Rse = 0,04 m2·K/W

Zsumować otrzymane wartości i policzyć ich odwrotność:

• 0,13 + 1,714 + 4,839 + 0,04 = 6,723 [m2·K/W]
• U = 1 / 6,723 = 0,149 [W/(m2·K)]

W powyższym przykładzie otrzymaliśmy bardzo ciepłą ścianę, która nie tylko z dużym zapasem spełnia wymogi na rok 2021, ale jest również odpowiednia dla domów energooszczędnych. Oczywiście są to tylko wyliczenia i aby w rzeczywistości uzyskać zbliżoną wartość, należy zadbać o staranne wymurowanie i ocieplenie ściany, aby nie dopuścić do powstania mostków termicznych.