Cechy cieplne materiałów budowlanych

Lambda, opór cieplny, współczynnik przewodzenia ciepła, strumień, wartość deklarowana i obliczeniowa... Jakie parametry kryją się pod tymi określeniami - i jak to się ma do tego wszechobecnego współczynnika przenikania ciepła U?

W projekcie zazwyczaj nie ma konkretnych nazw handlowych materiałów. Podane są tylko ich parametry - te, które w danej przegrodzie są najważniejsze, dla elementów murowych i izolacji termicznych są to między innymi cechy cieplne. To my, jako inwestorzy, musimy na tej podstawie sami kupić odpowiednie materiały. Jak czytać to, co przedstawiają nam producenci?

W odniesieniu do jednorodnego materiału, czyli pojedynczej składowej przegrody - elementu murowego, płyty styropianowej, maty wełnianej itp. - podstawową wartością charakteryzującą parametry cieplne jest intensywność wymiany ciepła przez przewodzenie. Jest ona stała i niezależna od grubości warstwy, a jej wyznacznikiem jest współczynnik przewodzenia ciepła λ. Najczęściej to właśnie tę wartość spotkamy w odniesieniu do wszelkich izolacji termicznych. Według definicji λ określa ilość ciepła przepływającego w ustalonych warunkach przez jednostkowy sześcian materiału (czyli kostkę o boku 1 m) w czasie 1 s, przy różnicy temperatury po obu stronach wynoszącej 1 K. Jednostką λ jest W/(m^.K). Im współczynnik λ mniejszy, tym materiał lepiej izoluje termicznie. Przykładowo beton może mieć na przkład λ = 1,350; bloczek silikatowy λ = 0,800; płyta wiórowa λ = 0,140; a popularny polistyren tylko λ = 0,035 W/(m^.K). Warto tu zauważyć, że o ile w przypadku bloczków λ rośnie wraz z gęstością (czyli pogarsza się), o tyle polistyren im ma większą gęstość, tym mniejsze (lepsze) λ.

Opór cieplny R

Wykorzystuje się go do określenia ruchu ciepła przez konkretną warstwę materiału. Uwzględnia on współczynnik przewodzenia ciepła materiału (λ) oraz jego grubość (d) i wyraża się stosunkiem:

R = d / λ [m²^.K / W]

Oczywiście sam opór pojedynczej warstwy materiału nic nam nie da. Przegrody budowlane składają się zawsze z kilku warstw. Przykładowo gotowa ściana składa się kolejno z warstwy płyt gipsowo-kartonowych (R₁), muru (R₂), izolacji (R₃)i tynku zewnętrznego (R₄). Opór każdej warstwy oblicza się osobno, a następnie sumuje i dodatkowo powiększa o tak zwane opory przejmowania ciepła, czyli opór wejścia (R_si) i wyjścia (R_se), które przegroda stawia ciepłu odpowiednio na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni (>>> zobacz więcej o oporach przejmowania).

R = R_si + R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + ... + R_se

Opór cieplny całej przegrody jest więc wartością złożoną. W przypadku dachu albo ściany o konstrukcji szkieletowej kwestia jest bardziej skomplikowana, bo trzeba uwzględnić ich niejednorodność - w przekrojach wzdłuż szkieletu opór jest inny niż w przekrojach przez pole wypełniające, a wszystkie strefy należą do jednej płaszczyzny przenikania ciepła. Opory poszczególnych stref podstawia się wówczas do odpowiednich wzorów i oblicza całkowitą wartość oporu R dla kompletnej przegrody.

Im opór cieplny jest większy, tym dana wartwa materiału lepiej izoluje termicznie. Ze względu na to, że opór cieplny dotyczy konkretnej grubości, zazwyczaj to właśnie tę wartość podaje się w odniesieniu do muru. Tym bardziej, że w murze są przecież spoiny, zakłócające jednorodność - opór je uwzględnia. Jeżeli spotkamy wartość R jako określenie cech cieplnych danego materiału, musimy sprawdzić, dla jakiej podano go grubości. I tu uwaga - nie ma wartości R niezależnej od grubości warstwy! Chcąc porównać parametry cieplne materiałów od różnych producentów, musimy albo oceniać warstwy tej samej grubości - i tylko wtedy możemy sugerować się wartością oporu R (im wyższa, tym dany materiał lepiej izoluje) - albo porównywać przewodność cieplną λ (im niższa, tym lepsza izolacyjność), wówczas grubość warstwy nie ma znaczenia.

Współczynnik przenikania ciepła U

Jest odwrotnością całkowitego oporu:

U = 1 / R [W/(m^2.K)]

Mówiąc potocznie - im U mniejsze, tym przegroda cieplejsza. Trzeba pamiętać, że współczynnik przenikania ciepła U odnosi się zawsze do kompletnej przegrody, nie należy wyznaczać U samego muru (chyba że jest to ściana jednowarstwowa, choć wtedy też uwzględnia się jej wykończenie) czy połaci wyłącznie między krokwiami. To nie jest miarodajne, a niestety często jest wykorzystywane jako chwyt marketingowy. Prosty przykład - współczynnik przenikania ciepła połaci obliczony wyłącznie w strefie między krokwiami będzie niski nawet przy niewielkiej grubości izolacji. To obecność krokwi pogarsza całkowite parametry cieplne. Jeśli zatem jeden producent poda U tylko tego fragmentu i na tej podstawie wymaganą grubość ocieplenia na przykład 15 cm, a drugi rzetelnie wyliczy U całej połaci, z uwzględnieniem mostków wzdłuż krokwi, i okaże się, że izolacji potrzeba 25 cm - to nie jest to żadne porównanie jakości materiałów ociepleniowych. To zwykły blef. W ten sposób można porównywać opory cieplne R poszczególnych stref, a nie ich współczynniki U. Przenikalność cieplna niejednorodnych konstrukcji jest funkcją geometrii i parametrów wszystkich jej materiałów składowych. Maksymalna wymagana przez normę wartość U dotyczy całości przegrody, a nie jej fragmentu. Interesuje nas tylko całkowite U kompletnej przegrody.

Oznaczenia w kartach produktów

Na stronach producentów często można spotkać wartości parametrów cieplnych z dodatkowymi oznaczeniami. Jak je interpretować? Otóż cechy cieplne danego materiału pozostają w mniej lub bardziej ścisłym związku z jego strukturą, czyli gęstością, odkształcalnością pod wpływem obciążenia i sposobem, w jaki reaguje na zmianę wilgotności powietrza. Ten sam materiał pracuje inaczej w różnych warunkach. Dlatego w badaniach określa się kilka wartości tego samego współczynnika, odpowiednio je oznaczając. Wartością bazową jest zawsze ta deklarowana, oznaczana w indeksie dolnym symbolem "D" (λ_D; R_D). Jest ona określana zaraz po wyprodukowaniu materiału w ustalonych warunkach laboratoryjnych - w temperaturze 10⁰C, w stanie powietrzno-suchym. W rzeczywistości żadne materiały budowlane nie pracują w stałych warunkach laboratoryjnych, są poddawane ciągłym zmianom temperatury, wilgotności, starzeją się. Dlatego podczas projektowania należy korzystać z wartości obliczeniowych parametrów cieplnych, oznaczanych w indeksie dolnym symbolem "ob" (λ_ob; R_ob), które uwzględniają te czynniki konwersji. W gotowym projekcie natomiast - dla inwestora - podaje się już odpowiednią dla właściwej obliczeniowej - deklarowaną wartość cechy cieplnej danego materiału λ_D lub R_D. I tę wartość uznać należy za wiążącą podczas zakupu.

Data publikacji: 23 maja 2018