Współczynnik przenikania ciepła czy mówiąc inaczej, współczynnik przewodzenia ciepła służy do określania zdolności przewodzenia ciepła danego materiału przez swoją strukturę. W tym artykule przyjrzymy się bliżej definicji i metodzie obliczania współczynnika przenikania ciepła oraz omówimy jego znaczenie.

Współczynnik przenikania ciepła to zdolność materiału do przewodzenia ciepła. Jest zazwyczaj oznaczany literą "U", a jednostką współczynnika przenikania ciepła są W/m²K (waty na metr kwadratowy na kelwin). Współczynnik określa ilość energii cieplnej, która przenika przez poszczególne przegrody termiczne w budynku. Materiały o niskim współczynniku przenikania ciepła są bardziej izolujące i lepiej zatrzymują ciepło wewnątrz budynku, co jest korzystne w chłodniejszych klimatach. Materiały o wysokim współczynniku przenikania ciepła przewodzą ciepło bardziej efektywnie i są bardziej odpowiednie do stosowania w gorących klimatach. Bez względu na to, czy w budynku ważne jest zatrzymanie ciepła czy chłodu, izolacyjność jest bardzo ważna. 

Współczynnik przenikania ciepła zależy od wielu czynników, w tym takich jak:

• rodzaju materiału - różne materiały mają różne właściwości przewodzenia ciepła, np. przykład metal jest dobrym przewodnikiem ciepła, podczas gdy drewno jest słabym przewodnikiem ciepła; materiały izolacyjne, takie jak wełna mineralna, pianka poliuretanowa czy styropian, mają niski współczynnik przenikania ciepła,
• grubość materiału - grubość warstwy materiału wpływa na jego zdolność do przewodzenia ciepła; im grubszy jest materiał, tym trudniej ciepło przenika przez niego,
• struktura materiału - struktura materiału, w tym jego porowatość i gęstość, wpływa na jego zdolność do przewodzenia przenikanie ciepła; materiały o dużej porowatości, takie jak pianki izolacyjne, mają niski współczynnik przenikania ciepła, ponieważ powietrze w porach działa jako izolator cieplny,
• stan powierzchni materiału - stan powierzchni materiału, w tym jego gładkość, chropowatość i wilgotność, wpływa na zdolność materiału do przewodzenia ciepła,
• różnica temperatur - omawiany współczynnik zależy również od różnicy temperatur między dwiema stronami materiału; im większa jest różnica temperatur, tym większy jest przepływ ciepła przez materiał.

Jak oblicza się współczynnik izolacyjności cieplnej? Obliczanie współczynnika przenikania ciepła (U) dla poszczególnych przegród budowlanych takich jak ściany, dachy i stropodachy, jest kluczowe dla zapewnienia odpowiedniej izolacji termicznej budynku. Współczynnik U określa ilość energii (wyrażonej w watach) przenikającej przez 1 metr kwadratowy przegrody, gdy różnica temperatury z obu jej stron wynosi 1 K (kelwin). Jednostką obliczenia współczynnika przenikania ciepła jest W/(m²·K). Im niższy współczynnik przewodzenia ciepła U przegrody, tym lepszą izolacyjność cieplną przegrody budowlanej zastosowano.

Obliczając współczynnik przenikania ciepła U dla przegrody warstwowej, potrzebujemy grubości i parametrów cieplnych wszystkich warstw, z jakich zbudowana jest przegroda. Te dane są konieczne do obliczenia oporu cieplnego poszczególnych warstw przegrody, a następnie do obliczeń współczynnika przenikalności cieplnej.

Opór cieplny całej przegrody wyraża się symbolem R i oblicza według wzoru:

R = d/λ 

gdzie:

R – opór cieplny [m²K/W]

d – grubość materiału wyrażana w metrach [m]

λ – współczynnik przewodzenia ciepła materiału wyrażany w [W/mK] (współczynnik lambda jest podawany w normie PN-EN ISO 10456 lub deklaracjach producentów)

Obliczając współczynnik przenikalności cieplnej przegrody, trzeba zsumować opory cieplne wszystkich warstw. Następnie oblicza się współczynnik przenikania ciepła U według wzoru:

U = 1/RT

gdzie:

RT to całkowity opór cieplny warstwy przegrody budowlanej.

Współczynnik (U) jest jednym z głównych parametrów uwzględnianych w normach i przepisach dotyczących efektywności energetycznej budynków. Ważnymi parametrami są też:

Współczynnik przejmowania ciepła

Współczynnik przejmowania ciepła, nazywany również współczynnikiem wymiany ciepła, określa ilość ciepła przekazywaną między dwoma medium (np. powietrzem wewnętrznym a powietrzem zewnętrznym) przez jednostkową powierzchnię w jednostce czasu, gdy różnica temperatury między medium wynosi 1 K (kelwin). Oznaczany jest literą h i jednostką jego miary jest W/(m²·K).

Współczynnik lambda danego materiału

Współczynnik lambda (λ) jest jednym z najważniejszych parametrów określających właściwości izolacyjne materiału. Określa on zdolność materiału do przewodzenia ciepła. Im niższa wartość współczynnika lambda, tym lepsze właściwości izolacyjne materiału. Współczynnik ten jest podawany w jednostkach [W/mK].

Wartość współczynnika lambda zależy od rodzaju materiału. Na przykład:

Wełna mineralna: λ = 0,035 - 0,045 W/mK

Styropian: λ = 0,030 - 0,040 W/mK

Beton: λ = 1,5 - 2,5 W/mK

Warunki Techniczne (WT) to przepisy, które określają normy i zasady w specyfikacji technicznej materiałów budowlanych, jakie muszą spełniać budynki. Głównie dotyczą one cech wskazujących na energooszczędność budynków. Aktualne Warunki Techniczne z 2021 roku określają, że współczynnik (U) nie może przekraczać 0,2 W/m²K dla ścian zewnętrznych i 0,9 W/m²K dla okien zwykłych oraz drzwi balkonowych. W przypadku nowych domów jednorodzinnych zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną (EP) nie może przekroczyć 70 kWh/(m2*rok) Współczynnik U określa jakość termoizolacji, a współczynnik EP to wskaźnik rocznego zapotrzebowania budynku na nieodnawialną energię pierwotną, niezbędną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia oraz podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Warunki techniczne od lat stają się normą i oznaczają, że domy, które budujemy, są energooszczędne. Wystarczy zadbać o odpowiedni współczynnik (U) materiałów budowlanych, jak np. okna i utrzymanie odpowiedniego wskaźnika EP, instalując pompę ciepła, rekuperację lub panele fotowoltaiczne.

Normy dla współczynnika przenikania ciepła dla (U) dla różnych przegród budowlanych są określone w Warunkach Technicznych i różnią się w zależności od rodzaju przegrody i temperatury w pomieszczeniach. Oto normy dla niektórych przegród:

Ściany zewnętrzne:

Temperatura w pomieszczeniach ≥ 16°C: U maksymalnie 0,20 W/(m²·K)

Temperatura w pomieszczeniach wynosi między 8 a 16°C: U maksymalnie 0,45 W/(m²·K)

Temperatura w pomieszczeniach < 8°C: U maksymalnie 0,9 W/(m²·K)

Dachy i stropodachy:

Temperatura w pomieszczeniach ≥ 16°C: U maksymalnie 0,15 W/(m²·K)

Temperatura w pomieszczeniach wynosi między 8 a 16°C: U maksymalnie 0,30 W/(m²·K)

Temperatura w pomieszczeniach < 8°C: U maksymalnie 0,7 W/(m²·K)

Współczynnik przenikania ciepła zależy od rodzaju materiału, jego grubości oraz warunków otoczenia. Oto przykładowe wartości współczynnika przenikania ciepła dla różnych materiałów:

Beton: 1,7 - 2,3 W/m²·K

Cegła: 0,6 - 1,0 W/m²·K

Drewno: 0,12 - 0,16 W/m²·K

Szkło: 0,9 - 1,1 W/m²·K

Wełna mineralna: 0,03 - 0,04 W/m²·K

Pianka poliuretanowa: 0,02 - 0,03 W/m²·K

Stal: 50 - 80 W/m²·K

Aluminium: 200 - 250 W/m²·K

Warto zauważyć, że im niższy współczynnik (U), tym lepsza izolacja termiczna danego materiału.

Ograniczenie strat ciepła w domu to kluczowy element oszczędzania na rachunkach za ogrzewanie. Poprzez zastosowanie kilku prostych technik i inwestycji w odpowiednie rozwiązania można znacząco zmniejszyć zużycie energii na ogrzewanie i tym samym obniżyć rachunki. Poniżej przedstawimy kilka praktycznych wskazówek, które pomogą ograniczyć straty ciepła w domu i cieszyć się komfortowym i ciepłym wnętrzem bez konieczności płacenia wysokich rachunków za ogrzewanie.

Czytaj także: "Mostki termiczne - skąd się biorą, gdzie wystepują i jak im zapobiegać?"

Ograniczenie strat ciepła na dachu to jeden z najbardziej skutecznych sposobów na obniżenie rachunków za ogrzewanie. Dach jest jednym z miejsc, przez które ucieka najwięcej ciepła z wnętrza domu. Oto kilka sposobów na ograniczenie strat ciepła na dachu:

• izolacja dachu - jednym z najważniejszych kroków w ograniczaniu strat ciepła na dachu jest odpowiednia izolacja; warto zainwestować w materiały izolacyjne o wysokiej jakości i odpowiedniej grubości,
• zapewnienie odpowiedniej wentylacji dachu - odpowiednia wentylacja dachu jest kluczowa dla zapobiegania kondensacji i wilgoci, które mogą prowadzić do uszkodzeń dachu i strat ciepła; warto zadbać o odpowiednią cyrkulację powietrza na poddaszu, aby unikać problemów z wilgocią i utratą ciepła,
• uszczelnienie wszelkich nieszczelności - nieszczelności na dachu mogą prowadzić do znaczących strat ciepła; warto regularnie sprawdzać dach pod kątem nieszczelności i uszczelniać wszelkie miejsca, przez które może uciekać ciepło,
• zastosowanie materiałów odbijających ciepło - niektóre materiały dachowe mogą odbijać ciepło z powrotem do wnętrza domu, co może pomóc w ograniczeniu strat ciepła.

Ograniczenie strat ciepła przez ściany to kolejny ważny krok w obniżaniu rachunków za ogrzewanie. Ściany są jednym z głównych miejsc, przez które ucieka ciepło z wnętrza domu. Oto kilka sposobów na ograniczenie strat ciepła przez ściany:

• izolacja ścian - podobnie jak w przypadku dachu, odpowiednia izolacja ścian jest kluczowa dla ograniczenia strat ciepła; warto zainwestować w materiały izolacyjne o wysokiej jakości i odpowiedniej grubości,
• uszczelnienie wszelkich nieszczelności - nieszczelności w ścianach, takie jak szczeliny wokół okien i drzwi, mogą prowadzić do znaczących strat ciepła; warto regularnie sprawdzać i uszczelniać wszelkie miejsca, przez które może uciekać ciepło,
• zastosowanie materiałów odbijających ciepło - niektóre materiały ścienne mogą odbijać ciepło z powrotem do wnętrza domu, co może pomóc w ograniczeniu strat ciepła,
• zastosowanie zewnętrznej izolacji termicznej o odpowiedniej jakości i grubości - zewnętrzna izolacja termiczna polega na nałożeniu warstwy izolacyjnej na zewnętrzną powierzchnię ścian; jest to skuteczny sposób na ograniczenie strat ciepła przez ściany.

• Odpowiedni rodzaj okien - nowoczesne okna i drzwi są znacznie bardziej energooszczędne niż starsze modele i mogą znacząco zmniejszyć straty ciepła, 
• ciepły montaż i uszczelnienie nieszczelności - nieszczelności wokół okien i drzwi mogą prowadzić do znaczących strat ciepła; warto regularnie sprawdzać okna i drzwi zewnętrzne pod kątem nieszczelności i uszczelniać wszelkie miejsca, przez które może uciekać ciepło,
• zastosowanie zasłon i rolet - zasłony i rolety mogą pomóc w izolacji okien i drzwi i ograniczeniu strat ciepła; mogą również pomóc w odbijaniu ciepła słonecznego latem, co może obniżyć koszty klimatyzacji.

Czytaj także: " Ocieplenie domu - rodzaje, metody, wykonanie"

• Zapewnienie odpowiedniej wentylacji - odpowiednia wentylacja jest kluczowa w zapobieganiu kondensacji i wilgoci, które mogą prowadzić do uszkodzeń i strat ciepła; warto zadbać o odpowiednią cyrkulację powietrza w domu, aby unikać problemów z wilgocią i utratą ciepła,
• zastosowanie rekuperatora - rekuperator to urządzenie, które pozwala na odzyskiwanie ciepła z powietrza wywiewanego na zewnątrz i wykorzystywanie go do ogrzewania powietrza nawiewanego do wnętrza; jest to skuteczny sposób na ograniczenie strat ciepła przez wentylację.

• Izolacja podłogi - podobnie jak w przypadku dachu i ścian, odpowiednia izolacja podłogi jest kluczowa dla ograniczenia strat ciepła; warto zainwestować w materiały izolacyjne o wysokiej jakości i odpowiedniej grubości,
• zastosowanie podłóg z materiałów odbijających ciepło - niektóre materiały podłogowe mogą odbijać ciepło z powrotem do wnętrza domu, co może pomóc w ograniczeniu strat ciepła.

Materiały izolacji cieplnej są używane do zmniejszenia przenikania ciepła przez ściany, dachy, podłogi i inne elementy budynku. Poniżej przedstawiamy popularne materiały izolacji cieplnej i ich cechy.

Styropian jest jednym z najbardziej popularnych materiałów izolacyjnych stosowanych w budownictwie. Jest lekki, łatwy w użyciu i skuteczny w izolacji termicznej. Współczynnik przenikania ciepła dla styropianu zależy od kilku czynników, takich jak gęstość, grubość przegrody i rodzaj użytego polistyrenu. Wartości te mogą się różnić w zależności od producenta i konkretnego produktu. Ogólnie rzecz biorąc, współczynnik przewodnictwa cieplnego dla styropianu wynosi około 0,032-0,038 W/m·K. Oznacza to, że materiał ten jest bardzo skuteczny w zatrzymywaniu przepływu ciepła, co sprawia, że jest doskonałym wyborem do izolacji termicznej budynków.

Polistyren ekstrudowany jest materiałem izolacyjnym o wysokiej wydajności, który jest bardziej odporny na wilgoć niż styropian. Jest produkowany przez ekstruzję polistyrenu, co nadaje mu bardziej jednolitą strukturę i lepsze właściwości izolacyjne. Współczynnik przewodnictwa cieplnego dla XPS wynosi zazwyczaj od 0,029 do 0,038 W/m·K. Jest często stosowany do izolacji fundamentów, dachów i ścian zewnętrznych.

Pianka poliuretanowa jest materiałem izolacyjnym o bardzo niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego, który wynosi zazwyczaj od 0,022 do 0,028 W/m·K. Jest to materiał o wysokiej wydajności, który jest stosunkowo droższy niż inne materiały izolacyjne. Jest stosowany w izolacji dachów, ścian, podłóg i rur. Może być aplikowany jako pianka natryskowa lub w postaci płyt.

Czytaj także: " Izolacja fundamentów - jak prawidłowo wykonać izolację przeciwwilgociową i cieplną?"

Wełna mineralna to materiał izolacyjny wykonany z naturalnych surowców, takich jak bazalt i żużel. Jest odporna na ogień i wilgoć, a jej współczynnik przewodnictwa cieplnego wynosi zazwyczaj od 0,032 do 0,040 W/m·K. Jest stosowana w izolacji strony wewnętrznej ścian, dachów, podłóg i sufitów. Jest również używana do izolacji akustycznej.

Wełna szklana jest materiałem izolacyjnym wykonanym z włókien szklanych. Jest lekka, elastyczna i łatwa w użyciu. Jej współczynnik przewodnictwa cieplnego wynosi zazwyczaj od 0,032 do 0,040 W/m·K. Jest stosowana w izolacji ścian, dachów, podłóg i sufitów. Jest również używana do izolacji akustycznej.

Włókna celulozowe są materiałem izolacyjnym wykonanym z recyklingu papieru. Są traktowane chemicznie, aby były odporne na ogień i szkodniki. Ich współczynnik przewodnictwa cieplnego wynosi zazwyczaj od 0,035 do 0,040 W/m·K. Są stosowane w izolacji ścian, dachów i podłóg. Są również używane do izolacji akustycznej.

Wszystkie te materiały izolacyjne mają swoje unikalne właściwości i zastosowania. Wybór odpowiedniego materiału zależy od konkretnego projektu i wymagań dotyczących izolacji termicznej i akustycznej.

Aby sprawdzić, którędy ucieka ciepło z domu, można skorzystać z kilku metod:

• termowizja - najbardziej dokładną metodą jest użycie kamery termowizyjnej, która pokazuje, gdzie w budynku występują różnice temperatur; można zobaczyć, które miejsca są cieplejsze lub zimniejsze niż inne, co może wskazywać na miejsca, gdzie ucieka ciepło,
• badanie przepływu powietrza - można również przeprowadzić badanie poziomego przepływu ciepła powietrza w domu, aby zobaczyć, gdzie występują przeciągi; można to zrobić za pomocą profesjonalnych narzędzi, takich jak anemometr, lub w domu za pomocą zwykłej świecy; jeśli płomień świecy faluje w określonym miejscu, oznacza to, że tam występuje przeciąg,
• ocenianie stanu izolacji - można również ocenić stan izolacji w domu, sprawdzając, czy jest ona odpowiednio gruba i czy nie ma widocznych uszkodzeń; można to zrobić samodzielnie lub skorzystać z pomocy profesjonalisty,
• sprawdzanie stanu okien i drzwi - okna i drzwi są często miejscami, przez które ucieka najwięcej ciepła; można sprawdzić, czy są one szczelne i czy nie ma w nich widocznych uszkodzeń,
• sprawdzanie stanu dachu- dach jest jednym z głównych miejsc, przez które ucieka ciepło z domu; można sprawdzić, czy dach jest odpowiednio izolowany i czy nie ma na nim widocznych uszkodzeń.