Opór cieplny, a przenikalność termiczna przegród budowlanych

Parametry ciepłochronne przegród budowlanych

O ciepłochronności przegrody decyduje rodzaj i grubość użytych materiałów. Wykorzystywane w budownictwie materiały ze względu na ich walory ciepłochronne można podzielić umownie na dwie grupy - jako wyroby konstrukcyjne lub ociepleniowe.

W grupie produktów konstrukcyjnych znajdują się materiały o bardzo zróżnicowanych własnościach wytrzymałościowych jak i termoizolacyjnych, co pozwala niekiedy na rezygnację z budowy przegród warstwowych składających się z produktów konstrukcyjnych i izolacyjnych.

Co to jest współczynnik przewodności cieplnej materiału budowlanego?

Własności termoizolacyjne wszelkich produktów określa ich współczynnik przewodności cieplnej λ definiowany jako ilość energii w dżulach (J) przenikającej przez przegrodę o grubości 1 metra (m) i powierzchni 1 metra kwadratowego (m²) w czasie 1 sekundy (s) i przy różnicy temperatur po obu stronach przegrody 1 kelwina (K) który określa się wzorem:

λ = J m /m² s K

Ponieważ dżul na sekundę (J/s) to Wat (W), jednostką współczynnika przewodności cieplnej λ staje się W/m K.

Wełna mineralna i XPS marki URSA

Typowe współczynniki przewodności cieplnej λ popularnych materiałów budowlanych

• Beton konstrukcyjny: 1,0-1,7 W/m K
• Cegła ceramiczna pełna: 0,5-0,6 W/m K
• Cegła silikatowa: 0,6-0,8 W/m K
• Pustaki ceramiczne: szczelinowe 0,25-0,45 W/m K
• Beton komórkowy:  0,09-0,4 W/m K
• Drewno: 0,12-0,21 W/m K
• Styropian: 0,031-0,040 W/m K
• Wełna mineralna: 0,032-0,045 W/m K
• Tynk cementowo-wapienny: 0,7-0,9 W/m K
• Tynk gipsowy: 0,3-0,4 W/m K

Jak wyznaczyć współczynnik przenikalności cieplnej U ściany?

W przypadku przegrody monolitycznej z jednego materiału, wyliczenie współczynnika przenikalności cieplnej będzie łatwe - wystarczy podzielić współczynnik przewodności λ przez grubość tego materiału d wyrażoną w metrach wg wzoru poniżej:

U = λ/d

Przykładowo dla ściany z cegły silikatowej grubości 25 cm (λ = 0,7 W/m K) przenikalność cieplna wyniesie U = 0,7 W/m K: 0, 25 m = 2, 8 W/m²K. Wyliczenie to co prawda nie uwzględnia powierzchniowych współczynników napływu i odpływu ciepła , ale wartości te są małe i nie wpływają istotnie na wynik wyliczenia.

Jeśli zechcemy wyliczyć przenikalność cieplną U dla ściany wielowarstwowej np. jak powyższym przykładzie, ale z ociepleniem styropianem i obustronnym tynkiem, obliczenia mocno się skomplikują gdyż wynik będzie suma składników cząstkowych w postaci ułamków o różnych wartościach podstawy i wyliczymy go wg wzoru:

1/U_c = 1/U₁ + 1/U₂ + 1/U₃ + 1/U_n

Co to jest opór cieplny przegrody?

Dlatego dla ułatwienia obliczeń wprowadza się pojęcie oporu cieplnego przegrody R , który będzie odwrotnością przenikalności cieplnej U i wyznaczymy go ze wzoru:

R = d/ λ

a w powyższym przykładzie wyniesie on: R = 0,25 m: 0,7 W/m K = 0,38 m²K /W

W ścianie wielowarstwowej całkowity opór cieplny przegrody będzie natomiast sumą oporów poszczególnych jej warstw, który wyliczymy wg wzoru:

R_c = R₁ + R₂ + R₃ + R_n

Ściana z betonu komórkowego ocieplana szarym styropianem gr. kilkunastu centymetrów. fot. Termo Organika

Zatem ściana po ociepleniu np. styropianem grubości 15 cm i o przewodności cieplnej 0,031 W/m × K, oraz z obustronnym tynkiem grubości 2 cm o przewodności 0,7 W/m × K wyniesie:

• R muru  0,25 m: 0,7 W/m K = 0,38 m² K/W
• R ocieplenia 0,15 m : 0, 031 W/m K = 4,84 m² K /W
• R tynków 2 x 0,02 m: 0,7 W/m K = 0,06 m² K/W

Łączny opór cieplny to suma poszczególnych warstw ściennych czyli:

 R_c = 0,38 m² K/W + 4,84 m² K/W + 0,06 m² K/W = 5,28 m² K/W

Dla takiej wartości oporu cieplnego współczynnik przenikalności cieplnej U wyniesie odwrotność tej wartości zatem:

 U= 1/R = 1 : 5,28 m² K/W = 0,189 W/m²K, co spełnia obecne wymagania normatywne, które wynoszą nie więcej niż U < 0,2 W/m² K.

Jeśli do ocieplenia wykorzystano by gorszy styropianu np. z λ = 0,036 W/m K, to dla uzyskania takiej samej ciepłochronności jego grubość powinna wynieść ponad 17 cm (4,84 m² K/W 0,036 W/m K)

Posłużenie się oporem cieplnym umożliwia też łatwy dobór zestawienia rodzajów użytych do budowy ściany zewnętrznej materiałów i ich grubości w różnych konfiguracjach.

W prosty sposób obliczymy tez grubość potrzebnego ocieplenia na starej ścianie zbudowanej np. z wewnętrzną termoizolacją lub pustką powietrzną.

Oczywiście w ten sam sposób można dobrać grubości ocieplenia dla innych przegród -  dachu czy podłogi na gruncie - przyjmując deklarowane przez producentów wartości przewodności cieplnej oferowanych materiałów.

Jednak w praktyce obliczeniowa ciepłochronność będzie nieco gorsza co może wynikać z niestaranności ułożenia termoizolacji jak i nieuniknionych mostów cieplnych czy zawilgocenia.

Orientacyjnie zmniejszenie rzeczywistej ciepłochronności wynosi z reguły 5-10 % w stosunku do wartości obliczeniowych, co warto uwzględnić planując nieco grubsze warstwy termoizolacyjne lub z bardziej ciepłochronnego materiału.

Autor: Cezary Jankowski

Opracowanie: Aleksander Rembisz

Zdjęcie: Isover (zdjęcie główne), Ursa, Termo Organika