Współczynnik przenikania ciepła

Z Encyklopedia materiałów budowlanych
Wersja Admin (dyskusja | edycje) z dnia 15:57, 18 lip 2013

(różn.) ← poprzednia wersja | przejdź do aktualnej wersji (różn.) | następna wersja → (różn.)

Współczynnik przenikania ciepła jest parametrem całej przegrody budowlanej, nie zaś materiału budowlanego, z którego została wykonana. Nie pisałbym tu o nim jednak, gdyby nie było takiej potrzeby. W końcu jest to encyklopedia materiałów budowlanych i nie ma sensu odsyłać czytelników gdzieś indziej aby przeczytali tylko kilka słów. Choć nazywa się podobnie, jest to zupełnie inny parametr, niż współczynnik przewodzenia ciepła λ.

A zatem, współczynnik przenikania ciepła U (dawniej -- k, w literaturze anglojęzycznej) jest parametrem charakteryzującym daną przegrodę budowlaną z punktu widzenia ochrony cieplnej. Im jego wartość jest niższa, tym dana przegroda lepiej izoluje, tj. straty ciepła przez przegrodę są mniejsze. Nie jest to parametr określający dany materiał budowlany, tylko konkretną przegrodę o znanych wymiarach i budowie.

Jednostką współczynnika przenikania ciepła jest wat na metr kwadrat kelwin (W/m²K). Wyraża on wielkość przepływu ciepła przez jednostkową powierzchnię danej przegrody budowlanej, jeśli po dwóch jej stronach panuje różnica temperatur w wysokości 1 K.

Zależność do wyznaczenia współczynnika przenikania ciepła jest następująca:

U = Q' / (S ΔT) [W/m²K]

gdzie:

Q' – natężenie przepływu ciepła [W],
S – pole przekroju przez który przepływa ciepło [m],
ΔT – różnica temperatur w kierunku przewodzenia ciepła [K].

Odwrotnością współczynnika przenikania ciepła jest tzw. opór cieplny (RT).

Współczynnik przenikania ciepła dla materiałów jednorodnych

Dla materiałów jednorodnych, można obliczyć współczynnik przenikania ciepła z zależności:

U = λ / d [W/m²K]

gdzie:

λ - współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK],
d - grubość warstwy materiału.

Jednocześnie dla tego materiału opór cieplny wynosi:

RT = 1/U = d/λ [m²K/W].

Współczynnik przenikania ciepła dla przegród wielowarstwowych

Dla przegród wielowarstwowych współczynnik przenikania ciepła oblicza się jako odwrotność oporu cieplnego całej przegrody. Ten zaś, podobnie jak w przypadku oporu elektrycznego kilku elementów na jednym przewodzie, stanowi sumę oporów cieplnych poszczególnych warstw.

Przy obliczaniu strat ciepła przez przegrody budowlane uwzględnia się dodatkowo opór unoszenia ciepła z powierzchni przegrody. Opór ten uwzględnia trudność, z jaką zmienia się temperatura powierzchni przegrody przy zmianach temperatury -- np. po stronie wewnętrznej odzwierciedla tempo nagrzewania powierzchni przez opływające powietrze. Ten opór jest zależny od kierunku przepływu ciepła. Jest on jednak niewielki i w uproszczonych obliczeniach można go z powodzeniem pominąć.

Współczynnik przenikania ciepła dla okien i drzwi

W przypadku okien, współczynnik przenikania ciepła całego okna (Uw) jest zależny od współczynnika dla przeszklenia (Ug) i dla ramy (Uf).

Niestety, często w materiałach reklamowych producenci prezentują współczynnik przenikania ciepła dla szyby jako charakteryzujący całe okno. Tymczasem zawsze współczynnik dla okna jest znacząco wyższy od współczynnika dla samej szyby (przeszklenia), co wynika m.in. z gorszych parametrów cieplnych charakteryzujących ramę okna.

Znaczenie współczynnika przenikania ciepła w budownictwie

Współczynniki przenikania ciepła przegród powinny przyjmować jak najmniejsze wartości. Im mniejsza wartość U, tym mniejsze są straty ciepła. W przypadku przegród wewnętrznych między pomieszczeniami ogrzewanymi do tej samej temperatury (ściany wewnętrzne nośne i działowe, stropy), jego wartość ma niewielkie znaczenie.

Im większa grubość przegrody, tym mniejszy jej współczynnik przenikania ciepła. Ta zależność nie jest jednak liniowa. Dla materiałów izolacyjnych niewielka grubość jest w stanie zastąpić dużą grubość materiału konstrukcyjnego (np. betonu) przy zachowaniu tej samej wartości U.

W chwili obecnej, polskie prawo (w szczególności tzw. warunki techniczne budynków) wymuszają wykonywanie przegród o określonych wartościach współczynnika U. Przykładowo, dla ścian zewnętrznych, jego wielkość nie może być wyższa, niż U = 0,3 W/m²K, co jest wartością dość konserwatywną (trzykrotnie większą, niż dla dotrzymania standardów domu pasywnego[1]).

  1. Jak dostosować dom do standardów domu pasywnego?, artykuł w serwisie DrewnoZamiastBenzyny.pl