Opór cieplny R - czym jest i jak go obliczyć, sprawdź!

Parametr, jakim jest opór cieplny przegrody jest konieczny do tego, by określić jak dany materiał budowlany zapobiega stratom ciepła z budynku. Im wyższa wartość oporu cieplnego, tym lepiej.

Do obliczenia oporu cieplnego R trzeba znać grubości warstwy np. materiału izolacyjnego wyrażonej w metrach [d] oraz wartość współczynnika przewodzenia ciepła [λ]. Im wyższy opór, tym mniejsze straty, a dokładnie mówiąc przez przegrodę przepływa mniej ciepła przy tej samej różnicy temperatury między wnętrzem budynku a otoczeniem.

Wzór na opór cieplny

Opór cieplny obliczamy ze wzoru d/λ. Gdzie: d to grubość przegrody (podawana w metrach), λ to współczynnik przewodzenia ciepła danego materiału. Uwaga - λ jest właściwością fizyczną materiału i nie zależy od jego grubości. Im niższa λ, tym materiał lepiej izoluje, niemniej to jak dobrze izoluje cała ściana lub dach zależy również od grubości.

Przewodzenie ciepła vs przenikanie ciepła

Często mylone są te dwa parametry. Współczynnik przewodzenia ciepła to w przypadku materiałów izolacyjnych współczynnik lambda [λ]. Informuje, jaki strumień ciepła przepływa przez jednostkową powierzchnię warstwy materiału o grubości 1 m, przy różnicy temperatury po obydwu stronach tej warstwy 1 K. Współczynnik przewodzenia ciepła materiału λ [W/(m•K)] jest wielkością charakterystyczną danego materiału. Zależy od jego składu chemicznego, porowatości, ale i od wilgotności.

Natomiast współczynnik przenikania ciepła ma symbol U i określa ile ciepła (podanego w watach) przepływa przez 1 metr kwadratowy danej przegrody budowlanej, jeśli po dwóch jej stronach panuje różnica temperatury 1 K (Kelwin). Stąd jednostka współczynnika przenikania ciepła U - W/(m2·K).

Warunki Techniczne a współczynnik U

Wraz z dbałością o efektywność energetyczną budynków i koszty eksploatacji 3 etap Warunków Technicznych uchwalonych w 2013 roku wprowadził nowe wartości dla współczynnika U. Na przykład dla ścian zewnętrznych od 2021 r. wartość ta wynosi 0,20 W/(m²·K).

Wartość R konieczna do obliczenia współczynnika U

Projektując budynki, trzeba obliczać współczynnik przenikania ciepła U, do obliczenia, którego konieczne jest obliczenie wartości R. Weźmy za przykład ścianę dwuwarstwową. Jak obliczyć opór cieplny dla takiej ściany?

Obliczanie oporu cieplnego warstwowych ścian zewnętrznych

Na początek potrzebny jest opór cieplny poszczególnych warstw ściany. Wzór na opór cieplny: R = d/λ. R – opór cieplny, d – grubość warstw materiału w ścianie, λ – współczynnik przewodzenia ciepła materiału (W/mK), który jest podawany w specyfikacji technicznej materiałów budowlanych.

W wypadku ściany dwuwarstwowej trzeba zsumować opory cieplne wszystkich warstw. Przyjmijmy, że ściana dwuwarstwowa jest wykonana z ceramiki poryzowanej oraz ma ocieplenie z wełny skalnej ROCKWOOL o grubości 12 cm.

Lambda wełny skalnej to λ=0,035 W/(mK), lambda ceramiki poryzowanej to λ= 0,25 W/(mK). Obliczamy, jaką przenikalność cieplną U ma ściana dwuwarstwowa z ceramiki poryzowanej o grubości d=25 cm (0,25 m), ocieplona warstwą wełny skalnej o grubości 12 cm (0,12 m).

ETICS, renovation, installation guidelines

Do obliczeń należy dodać opór przejmowania ciepła na powierzchni wewnętrznej (Rsi) i opór przejmowania ciepła na powierzchni zewnętrznej (Rse). Suma wartości R + Rsi + Rse wyznacza całkowitą wartość oporu cieplnego.

Opór cieplny wyniesie: R = Rsi + d/λ ściany + d/λ ocieplenia +Rse.

Obliczenie oporu cieplnego: R = 0,13 (m²K)/W + 0,25 m/0,25 W/(mK) + 0,12 m/0,035 W/(mK) + 0,04 (m²K)/W  = 4,60 (m²K)/W. Zatem opór cieplny dwuwarstwowej ściany wynosi 4,60 (m²K)/W.

Współczynnik przenikania ciepła U to 1/R. W tym przypadku U wyniesie 1/4,60 (m²K)/W, czyli 0,22 W/(m²K).

Oznacza to, że aby uzyskać współczynnik przenikania ciepła, który spełni wymogi Warunków Technicznych na rok 2021 powinniśmy zwiększyć grubość izolacji np. do 15 cm.

ETICS, renovation, installation guidelines

Obliczanie oporu cieplnego dachu

Licząc opór cieplny dachu, należy pamiętać,  że połać dachowa jest przegrodą niejednorodną, więc należy obliczyć kresy górny i dolny całkowitego oporu cieplnego - albo dla całej przegrody, albo dla powtarzalnego wycinka przegrody (tzw. komponentu). W przypadku połaci dachowej, tym powtarzalnym wycinkiem jest komponent o szerokości równej rozstawowi osiowemu krokwi i jednostkowej długości, czyli 1 m. Po obliczeniu kresu górnego RT’ i dolnego RT’’ oraz uśrednieniu ich, czyli RT = (RT’ + RT’’)/2, dalsze obliczenia cieplne są identyczne, jak dla przegród jednorodnych.
Należy jednak pamiętać, że takie obliczenia są dość skomplikowane, dlatego najlepiej wykonywać je za pomocą kalkulatorów obliczeń współczynników U.

pitched roof, how to insulate, step 4

Możemy również przyjąć uproszczony sposób liczenia współczynnika przenikania ciepła U, sprowadzając obliczenia do przegrody jednorodnej. Jednak wówczas obliczenia są obarczone pewnym błędem.

W obliczeniach oporu cieplnego metodą uproszczoną schemat będzie podobny, jak w przypadku ścian.

Sumujemy wartości oporów cieplnych poszczególnych warstw przegrody, dokonując wcześniej ich wyliczeń zgodnie ze wzorem
R = d/λ. R – opór cieplny, d – grubość warstw materiału w ścianie, λ – współczynnik przewodzenia ciepła materiału (W/mK), który jest podawany w specyfikacji technicznej materiałów budowlanych.

installing RW on roof HU 02, pitched roof

Powiązane artykuły