Współczynnik przenikania ciepła – co to jest i dlaczego jest taki ważny?

Współczynnik przenikania ciepła – jeden z kluczowych parametrów, który warto brać pod uwagę już na etapie formalności związanych z budową domu. Zrozumienie go zapewni wiele lat spokoju i komfortu mieszkania „na swoim”… albo pokaże, jak duże będą koszty i straty wynikające z niedostosowania oczekiwań do aktualnych wymogów i standardów. Bo trzeba podkreślić, że omawiany współczynnik wiąże się zarówno ze standardem życia, jak i z wymogami prawa.

Co to jest współczynnik przenikania ciepła?

Co prawda rozporządzenie, które reguluje warunki techniczne dla budynków, nie podaje definicji, ale na powszechnie przyjmuje się, że jest to parametr wskazujący na ilość ciepła przenikającego przez przegrody. Żeby lepiej przyswoić sobie jego znaczenie, opiszmy go inaczej: to ilość energii, która przeniknie przez ścianę, dach albo sufit (a dokładniej: przez 1 metr kwadratowy takiej powierzchni), gdy różnica temperatur po obu stronach wynosi 1 stopień Kelwina. Ilość tej energii wyraża się w watach.

Jak obliczyć współczynnik przenikania ciepła?

Literą W (wat) określa się ilość przenikającej (uciekającej) energii. Natomiast współczynnik przenikania ciepła oznacza się literą U. Jednostką jest W/m2K (wat na metr kwadratowy razy Kelwin). Im mniejszy będzie wynik tego działania, tym niższy parametr współczynnika U, a tym samym niższe straty ciepła przenikające przez daną przegrodę. Termin przegroda wskazuje na konkretną barierę taką jak ściana, strop, dach czy fundament.

U=W/m^2K

Współczynnik przenikania ciepła – wzór

Do obliczenia albo przybliżonego oszacowania współczynnika przenikania ciepła U bardzo pomocny okazuje się współczynnik przewodzenia ciepła λ (lambda). Różnica między tymi podobnie brzmiącymi określeniami jest znacząca.

Co to jest współczynnik przewodzenia ciepła?

Ten parametr wyrażany grecką literą lambda (λ) informuje o tym, ile ciepła przejdzie (ucieknie) przez 1 metr kwadratowy konkretnego materiału o grubości 1 metra i w czasie 1 sekundy przy założeniu, że różnica temperatur po obu stronach materiału wynosi 1 stopień w skali Kelwina. Wzór opisujący wartość tego współczynnika to λ=W/mK (wat na metr razy Kelwin).

λ=W/mK

Zazwyczaj o wiele lepszym wyjaśnieniem jest to, że λ określa stopień termoizolacji jednego konkretnego materiału, natomiast U wskazuje na poziom izolacji termicznej całej przegrody.

Dla przykładu: współczynnik izolacji cieplnej (lambda) informuje, jak dobre właściwości termoizolacyjne ma tylko jedna z warstw: płyta żelbetowa, piana poliuretanowa, płyta gipsowo-kartonowa, warstwa tynku znajdująca się na niej albo powłoka z farby. A przenikalność cieplna (parametr U) wskazuje na skuteczność izolacji całej tej przegrody, czyli wszystkich jej warstw, a także ewentualnych przestrzeni pomiędzy nimi.

W obu przypadkach im niższy wynik tym lepsze właściwości izolacyjne wykazuje materiał lub przegroda. Widać także ważną korelację między nimi: na parametr U wpływa parametr λ i grubość materiału.

Wybór izolacji nanoszonej za pomocą systemu poliuretanowego sprawi, że zostanie użyty materiał o najlepszym współczynniku przewodzenia ciepła (lambda). Tym samym współczynnik przenikania ciepła dla całej przegrody wyraźnie się poprawi. Jeżeli przełożymy współczynniki na realia, to po prostu uzyskamy znakomitą termoizolację dowolnej przegrody. W dodatku taniej i szybciej niż w przypadku innych materiałów.

Współczynniki U i λ na przykładach

Policzymy parametr U dla: ściany zewnętrznej wykonanej z betonu komórkowego o średniej gęstości i grubości 42 cm. Dla takiej przegrody współczynnik U równa się 0,25 W/m2K.

Jeżeli policzymy parametr U dla surowej ściany zewnętrznej wykonanej z tego samego materiału, ale o grubości 24 cm, to otrzymamy wynik 0,425 W/m2K.

W obu przypadkach są to bardzo wysokie wyniki, a więc wyjątkowo niekorzystne z punktu widzenia komfortu i ekonomii mieszkania. Oczywiste jednak jest to, że ściana zbudowana jest z licznych warstw i należy je wziąć pod uwagę. W tym celu dodaliśmy jeszcze jeden element.

Policzmy ponownie parametr U dla ściany zewnętrznej wykonanej z betonu komórkowego o średniej gęstości i grubej na 42 cm, ale z warstwą termoizolacyjną w postaci systemu do piany PUR zamkniętokomórkowej i o grubości 25 cm. Uzyskany wynik to 0,071 W/m2K.

W drugim przypadku, czyli przy cieńszej ścianie, rezultat obliczeń to 0,081 W/m2K.

Jak widać, dzięki izolacji termicznej z użyciem pianki poliuretanowej o komórkach zamkniętych otrzymane parametry są kilkukrotnie lepsze. Jednak wciąż niewystarczające.

Współczynnik przenikania ciepła U w świetle prawa

W roku 2010 dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE wprowadziła regulacje dla państw członkowskich dotyczące charakterystyki energetycznej budynków. Ważność tych postanowień potwierdza rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z 5 lipca 2013 roku.

Zgodnie z rozporządzeniem wszystkim nowym budynkom stawia się określone wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej ich przegród. Dokument wprowadza trzy daty, a każda wiąże się z bardziej restrykcyjnymi wytycznymi. Ponadto ustalono odrębne wartości dla poszczególnych przegród. Dla przykładu: dla ściany zewnętrznej i w przypadku temperatury w pomieszczeniu wyższej niż 16 stopni Celsjusza:

U ≤ 0,25 W/m2K dla domów budowanych od 2014 roku,
U ≤ 0,23 W/m2K dla domów budowanych od 2017 roku,
U ≤ 0,20 W/m2K dla domów budowanych od 2021 roku.

Współczynnik przenikanie ciepła – norma PN-EN ISO 6946:2017 oraz PN-EN ISO 13370:2017 pozwalają na dokładne obliczenia powyższych limitów.

Ciekawostką niech będzie to, że zgodnie ze starymi przepisami do 1997 roku parametr U mógł wynosić 0,55 W/m2K, a 5 lat wcześniej było to 0,75 W/m2K. Jak widać, przepisy stały się o wiele bardziej restrykcyjne. Żeby osiągnąć współczesne normy, należy sięgnąć po naprawdę nowoczesne materiały izolacyjne, ponieważ wiele starszych rozwiązań nie jest w stanie sprostać regulacjom prawnym. Tylko dla materiałów o wyśrubowanych warunkach technicznych współczynnik U pozwoli sprostać wymaganiom formalnym.

Dlaczego współczynnik przenikania ciepła U jest ważny?

Komfort – życie w zimnym domu jest nieprzyjemne i niezdrowe.
Finanse – żeby ogrzać budynek o wysokim przewodnictwie cieplnym, trzeba zużyć o wiele więcej energii, a to oznacza znacznie wyższe opłaty za ogrzewanie.
Ślad węglowy – zużywanie energii do ogrzewania domu (bez względu na jej rodzaj) ma niekorzystny wpływ na środowisko. O ile na razie nie ma kar za niespełnianie wyżej wymienionych progów, o tyle pomiary emisji zanieczyszczeń są istotną częścią polityki zrównoważonego rozwoju. Warto dbać o stan środowiska naturalnego ze względu na przyszłe pokolenia.

Certyfikat energetyczny – co trzeba o nim wiedzieć?

Od 28 kwietnia 2023 roku w niektórych przypadkach obowiązkowe staje się przeprowadzenie audytu energetycznego, którego wynikiem jest certyfikat energetyczny. A dokładniej:

certyfikat jest obowiązkowy dla wszystkich budynków stawianych od wyżej wskazanej daty,
w przypadku sprzedaży lub wynajmu domu albo mieszkania wybudowanego wcześniej trzeba wykonać stosowny audyt.

Certyfikat energetyczny (nazywany też świadectwem energetycznym domu) opiera się w ogromnej mierze na tym, jakie są parametry przewodzenia ciepła użytych materiałów i jakie w efekcie jest przenikanie cieplne powstałych ścian, podłóg, sufitów i dachów.

Naruszenie zasad, o których jest mowa wyżej, może skutkować karą w wysokości nawet 10 tysięcy złotych. Jednak trzeba pamiętać, że ideą przewodnią tego pomysłu jest to, aby firmy budowlane oraz prywatni inwestorzy zawsze brali pod uwagę przenikalność cieplną przegród w budynkach jako bardzo istotny parametr. Ma on przecież wpływ na zdrowie i życie nas wszystkich.