Do obliczenia współczynnika przenikania ciepła bierze się pod uwagę grubość przegrody i poszczególnych jej warstw oraz rodzaj zastosowanych materiałów. Pamiętajmy, że obliczenia współczynnika U najczęściej nie uwzględniają mostków termicznych, które zmniejszają izolacyjność cieplną przegrody. Dlatego bardzo istotne jest prawidłowe wykonanie szczelnych komór i systemów termoizolacyjnych.
Pierwszym krokiem obliczeń jest określenie oporu cieplnego. Współczynnik oporu cieplnego wyraża się symbolem R i oblicza według wzoru: R = d/λ
Gdzie: R – opór cieplny, d – grubość ściany wyrażana w metrach, λ – współczynnik przewodzenia ciepła wyrażany w W/m2K (znajdziemy go w specyfikacji technicznej materiałów budowlanych).
Do obliczeń należy dodać współczynnik przejmowania ciepła od strony wewnętrznej (Rsi) oraz współczynnik przejmowania ciepła od strony zewnętrznej (Rse). Dodanie współczynników R + Rsi + Rse wyznacza całkowitą wartość oporu cieplnego.
Współczynnik przenikania ciepła U jest wyrażony wzorem: U=1/R
Oto przykład jak obliczyć przenikalność cieplną ścian zewnętrznych (Rsi = 0,13, Rse = 0,04 [m2 K/W]) składających się z następujących warstw jednorodnych:
- tynk cementowo - wapienny wewnętrzny, gr. 1,5 cm, λ = 0,82 W/(m2K)
- mur z betonu komórkowego odmiany 600, gr. 24 cm, λ = 0,21 W/(m2K)
- wełna skalna, gr. 12 cm, λ = 0,042 W/(m2K)
- tynk mineralny cienkowarstwowy, gr. 5 mm, λ = 0,82 W/(m2K)
Całkowity opór cieplny ściany wynosi:
R=0,13 + 0,015/0,82 + 0,24/0,21 +0,12/0,042 + 0,005/0,82 + 0,04=4,194 m2 K/W
Jaka jest zatem przenikalność cieplna ścian zewnętrznych?
Współczynnik przenikania ściany zewnętrznej wynosi: U=1/R czyli U=1/ 4,194=0,24 W/m2K
Budowanie ścian jednowarstwowych, nawet z materiałów o najlepszych parametrach termicznych, nie jest ekonomicznym rozwiązaniem. Ściana jednowarstwowa ma bowiem kilkakrotnie gorsze właściwości cieplne niż dobre materiały termoizolacyjne. Dlatego też zaleca się budowanie ścian dwuwarstwowych oraz trójwarstwowych, które mają zdecydowanie mniejszą przenikalność cieplną, a więc lepiej izolują termicznie.
Dla przypomnienia - współczynnik przewodzenia ciepła λ to ilość energii cieplnej przepływającej przez próbkę w wyniku różnicy temperatur po obu jest tronach. Charakteryzuje więc sam materiał izolacyjny. Z kolei współczynnik przenikania ciepła U jest określany dla danej przegrody, czyli ile energii przepływa przez 1m2 w ciągu 1 sekundy przy różnicy temperatur 1K po obu stronach przegrody np. dwu- czy trójwarstwowej ściany zewnętrznej.
W wypadku jednowarstwowej ściany z cegły, szczególnie wykonanej z materiałów otworowych, nie poprawimy jej przenikalności cieplnej zwiększając jej grubość. Spowoduje to wzrost kosztów budowy ściany zewnętrznej i zmniejszenie powierzchni użytkowej. Zatem lepszą metodą na poprawę współczynnika przenikania ciepła jest zwiększenie grubości zewnętrznej izolacji termicznej. Dla przykładu – ocieplenie ściany z cegły o grubości 35 cm wełną skalną o grubości 10 cm, spowoduje zmniejszenie utraty ciepła nawet o ¾.
Jak obliczyć przenikalność cieplną ściany dwuwarstwowej?
Ściany dwuwarstwowe składają się z murowanej warstwy nośnej oraz odpowiednio dobranej, grubej izolacji termicznej. Jako warstwę wykończeniową najczęściej stosuje się tynki cienkowarstwowe.
Obliczenie izolacyjności cieplnej ściany warstwowej z ociepleniem wymaga znajomości współczynników przenikalności cieplnej wszystkich użytych materiałów. W wypadku ściany dwuwarstwowej sumujemy opory cieplne poszczególnych warstw. Przyjmijmy, że ściana dwuwarstwowa jest wykonana z ceramiki poryzowanej oraz ocieplenia z wełny skalnej o grubości 12 cm.
Ocieplenie z wełny skalnej to λ=0,035 W/(mK), ceramika poryzowana to λ= 0,25 W/(mK).
Obliczamy, jaką przenikalność cieplną U ma ściana dwuwarstwowa o grubości d=25 cm (0,25 m) ocieplona wełną skalną o grubości 12 cm (0,12 m).
Opór cieplny wyniesie: R = d/λ ściany + d/λ ocieplenia. Czyli: R = 0,25 m/0,25 W/(mK) + 0,12 m/0,035 W/(mK)= 1 + 3,428 (m²K)/W
Współczynnik przenikania ciepła U = 1/R wyniesie U = 1 / 4,428 (m²K)/W = 0,023 W/(m²K).
Liczymy przenikalność cieplną ściany trójwarstwowej
Ściana trójwarstwowa jest skonstruowana z warstwy nośnej, izolacyjnej oraz osłonowej, zwanej też elewacyjną. W tym wypadku trzecia warstwa wykończeniowa to np. cegła klinkierowa, licowa, cegła cementowa albo kamień, czyli materiały, które doskonale chronią całość przed uszkodzeniami mechanicznymi i szkodliwym wpływem warunków atmosferycznych. Taka elewacja nie wymaga już tynkowania.
Obliczenia przenikalność cieplnej dla ściany trójwarstwowej wykonuje się analogicznie, jak w wypadku dwuwarstwowej, sumując opory cieplne poszczególnych trzech warstw.
