Współczynnik przenikania ciepła i ClimateCoating

W poprzednim artykule pokazaliśmy, jak obliczyć współczynnik przenikania ciepła U oraz opór cieplny R konstrukcji budowlanej. Dziś będę kontynuował ten temat i podam przykład z praktyki – zastosujemy obliczenia współczynnika przenikania ciepła do domu jednorodzinnego zbudowanego z cegły ceramicznej, który zostanie ocieplony systemem ociepleń ISOTEX.

Podam również przykład tego samego domu z cegły, który będzie miał ściany zewnętrzne zabezpieczone powłoką termorefleksyjną ClimateCoating ThermoProtect.

Poprzedni artykuł: Obliczanie oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła

Ile wynosi współczynnik przenikania ciepła „U”?

Współczynnik przenikania ciepła podaje nam całkowitą wymianę ciepła pomiędzy przestrzeniami oddzielonymi konstrukcją budynku. Im mniejsza wartość, tym lepsze właściwości termoizolacyjne konstrukcji. Oznaczany jest dużą literą „U” i ma jednostkę wat na metr kwadratowy razy kelwin [W/m²K].

Jego obliczenie następuje wówczas z całkowitego oporu cieplnego i wygląda następująco:

U = 1 / (R_i + R + R_e)

Gdzie:

• R_i – opór przejmowania ciepła od wewnątrz
• R_e – opór przejmowania ciepła na zewnątrz
• R – opór cieplny konstrukcji

Współczynnik przenikania ciepła jest tak naprawdę odwrotnością wartości oporu cieplnego „R” konstrukcji przy przenoszeniu ciepła. Informuje on, ile ciepła jest tracone przez 1 m2 powierzchni konstrukcji budynku dla jednostkowej różnicy temperatur pomiędzy otaczającymi środowiskami, czyli pomiędzy środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym.

Zależność między współczynnikiem przenikania ciepła U a oporem cieplnym R:

U = 1 / (R_i + R + R_e)

R = 1 / U – (R_i + R_e)

Zgodnie z normą państwową (Ochrona cieplna) wartość współczynnika przenikania ciepła „U” zewnętrznej ściany obwodowej powinna wynosić:

• U_n = 0.32 – wartość znormalizowana ważna do 2015 r.
  
• U_r1 = 0.22 – Wartość wymagana dla nowych i remontowanych budynków obowiązująca po 2015 r.
• U_r2 = 0.15 – Wartość wymagana dla nowych i remontowanych budynków obowiązująca po 2020 r.

W dzisiejszym artykule pokażemy, że w domu energooszczędnym bez styropianu możemy mieszkać bez pleśni i alergii – ale ocieplimy dom systemem ociepleń z tynkiem ISOTEX. Jako przykład do obliczenia współczynnika przenikania ciepła wybrałem standardową cegłę Heluz Family 30 na ściany obwodowe o grubości 30 cm, zamiast klasycznego tynku elewacyjnego zastosowałem tynk termoizolacyjny ISOTEX o grubości 3,5 cm, na który została nałożona termoizolacyjna powłoka refleksyjna ClimateCoating.

Wpływ wilgoci w materiałach budowlanych na przewodność cieplną i obniżoną izolacyjność

Wiadomo, że wartość przewodności cieplnej stosowana w fizyce budowlanej wzrasta znacząco przy wyższych wartościach wilgotności, a pomiędzy różnymi rodzajami materiałów budowlanych mogą występować duże różnice.

Patrz rysunek: Wpływ wilgoci na zmierzone wartości przewodności cieplnej materiałów budowlanych

Przykłady dotyczące wzrostu przewodności cieplnej materiałów budowlanych w wyniku wzrostu wilgotności o 1% zawiera poniższa tabela:

Wpływ wilgotności materiałów budowlanych na przewodność cieplną można wyrazić w następujący sposób:

λ(w) = λ₀ (1 + b w/ρ_s)

Gdzie:

• λ(w) – przewodność cieplna mokrego materiału budowlanego w W/m.K
• λ₀ – przewodność cieplna suchego materiału budowlanego w W/m.K
• ρ_s – gęstość brutto suchego materiału budowlanego w kg/m³
• b – dodatek do przewodności cieplnej w %/M.-%

Jeśli dla uproszczenia zastąpimy termin (b w/ρ_s) współczynnikiem F_TS, to dla każdego rodzaju materiału budowlanego można określić współczynnik pozwalający na uwzględnienie powłoki ClimateCoating w obliczeniach współczynnika U poprzez zbadanie wartości równoważnego przewodnictwa cieplnego.

Zmniejszając wilgotność muru o 1%, możemy uzyskać oszczędności w ogrzewaniu nawet do 10%!

Współczynnik pokrycia jest przelicznikiem przewodności cieplnej materiału budowlanego na stan o niższej wilgotności, co poprawia efekt izolacyjny nawet przy wyższym poziomie dyfuzji pary wodnej.

Na podstawie badania wpływu wilgoci na przewodność cieplną materiałów budowlanych zidentyfikowano pierwsze czynniki powłokowe F_TS. Przy tym założono, że czynniki te mogą być uwzględnione bezpośrednio w obliczeniach współczynnika przenikania ciepła „U” elementów budowlanych bez zasadniczej zmiany metodyki obliczeń i czyniąc tego typu obliczenia nieskomplikowanymi w obsłudze przez projektanta.

Przykład obliczenia

Obliczenie współczynnika przenikania ciepła U (współczynnika przenikalności cieplnej) przeprowadza się z wykorzystaniem zależności:

lub również:

U = 1 / ( R_si + ∑ [ d / ( λ_R ( 1 – f_TS ) ) ] + R_se )

Gdzie

• λ_R – obliczona wartość przewodności cieplnej wg DIN 4108 v W/m.K
• R_si – współczynnik (opór) przejmowania ciepła wewnątrz w m².K/W (R_si = 0.13 ; θ_ai = 20°C )
• R_se – współczynnik (opór) przenikania ciepła na zewnątrz w m².K/W (R_se = 0.04 ; θ_ae = -13°C )
• d – grubość warstwy materiału budowlanego w metrach (m)
• f_TS – współczynnik (TS) powłoki ClimateCoating dla przewodności cieplnej
• θ_ai – obliczona temperatura powietrza wewnętrznego (theta)
• θ_ae – obliczeniowa temperatura powietrza zewnętrznego (theta)

Wartości współczynnika pokrycia f_TS w odniesieniu do wilgotności materiału zostały obliczone przez Prof. Dr Manfreda Sohna (Berlin) dla tego samego produktu = ThermoShield (od 2021 r. produkt zmienił nazwę na ClimateCoating) i są przedstawione w poniższej tabeli. Prof. Dr. Manfred Sohn zbadał łączne działanie tynku termoizolacyjnego i ClimateCoating i na podstawie pomiarów i obliczeń opracował raport z wynikami wyznaczenia współczynników przeliczeniowych dla specyfikacji współczynników przenikania ciepła części budynku pokrytych ClimateCoating.

Standard obliczeniowy – tylko cegła Heluz Family 30

Skład konstrukcji	Gęstość kg/m3	Warstwa d [m]	Przewodność cieplna λ W/m.K	Współczynnik TS FTS	Opór cieplny R m2 .K/W
Tynki wewnętrzne	1800	0,015	0,87		0,017
Cegła Heluz Family 30	670	0,300	0,093		3,22
Tynk zewnętrzny	1800	0,030	0,87		0,034
Opór cieplny po stronie wewnętrznej RSI					0,130
Przejściowy opór cieplny na zewnątrz RSE					0,040

R = d / λ            [ λ = d / R ]

U = 1 / ( R_si + ( ∑ R ) + R_se )

U = 1 / ( 0.130 + ( 0.017 + 3.22 + 0.034 ) + 0.040 )

U = 1 / 3,441

Współczynnik przenikania ciepła U w W/m².K                U = 0,29 W/m².K

W pierwszym przykładzie obliczenia współczynnika przenikania ciepła obliczyliśmy ścianę obwodową, która została wymurowana z cegły ceramicznej o grubości 30 cm (Heluz Family 30 grunt), od wewnątrz i na zewnątrz została otynkowana tynkiem wapienno-cementowym o grubości 1,5 cm (od wewnątrz) i 3 cm (od zewnątrz). Wykonano to przy temperaturze wewnętrznej 20°C i zewnętrznej -13°C. Współczynnik przenikania ciepła U wyniósł 0,29 W/m².K , co jest wartością niespełniającą wymagań normy krajowej (wartość wymagana dla budynków nowych i remontowanych obowiązujących po 2015 roku: U_r1 = 0,22 ; wartość wymagana dla budynków nowych i remontowanych obowiązujących po 2020 roku: U_r2 = 0,15).

Kalkulacja: cegła Heluz Family 30 + system ociepleń ISOTEX (tynk termoizolacyjny ISOTEX /4cm/ + ClimateCoating)

Skład konstrukcji	Gęstość kg/m3	Warstwa d [m]	Przewodność cieplna λ W/m.K	Współczynnik TS FTS	Opór cieplny RTS m2 .K/W
Tynki wewnętrzne	1800	0,015	0,87	0,6	0,043
Rodzina Heluzów 30 cegieł	670	0,300	0,093	0,35	4,962
Tynk ISOTEX	360	0,040	0,08	0,65	1,428
Opór przepływu ciepła po stronie wewnętrznej RSI					0,130
Przejściowy opór cieplny na zewnątrz RSE					0,040

R_TS = d / ( λ ( 1 – f_TS ) )

U = 1 / ( R_si + ∑ ( R_TS ) + R_se )

U = 1 / ( R_si + ∑ [ d / ( λ_R ( 1 – f_TS ) ) ] + R_se )

U = 1 / ( 0.130 + [ ( 0.015 / ( 0.87 (1 – 0.6) ) ) + ( 0.30 / ( 0.093 (1 – 0.35) ) ) + ( 0.040 / ( 0.08 (1 – 0.65) ) ) ] + 0.040 )

U = 1 / ( 0.130 + [ 0.043 + 4.962 + 1.428  ] + 0.040 )

U = 1 / 6,603

Współczynnik przenikania ciepła U w W/m².K                    U = 0,15 W/m².K

Drugi przykład

W drugim przykładzie obliczeniowym obliczyliśmy ścianę obwodową, która została wymurowana z cegły ceramicznej o grubości 30 cm (Heluz Family 30), od wewnątrz została otynkowana tynkiem wapienno-cementowym o grubości 1. 5 cm, a od zewnątrz został ocieplony systemem ociepleń ISOTEX, czyli został otynkowany tynkiem termoizolacyjnym ISOTEX o grubości 4 cm, na który nałożono ochronną elewacyjną powłokę termo ClimateCoating. Wszystko to przy temperaturze wewnętrznej 20°C i zewnętrznej -13°C. Współczynnik przenikania ciepła U osiągnął wartość 0,15 W/m².K , co jest wartością spełniającą wymagania normy krajowej (wartość wymagana U_r1 = 0,22 , U_r2 = 0,15) dotyczącej ochrony cieplnej obiektów budowlanych.

Kalkulacja: cegła Heluz Family 30 + tylko ClimateCoating

Skład konstrukcji	Gęstość kg/m3	Warstwa d [m]	Przewodność cieplna W/m.K	Współczynnik TS FTS	Opór cieplny RTS m2 .K/W
Tynki wewnętrzne	1800	0,015	0,87	0,6	0,043
Rodzina Heluzów 30 cegieł	670	0,300	0,093	0,35	4,962
Tynk zewnętrzny	1800	0,030	0,87	0,6	0,086
Opór przepływu ciepła po stronie wewnętrznej RSI					0,130
Przejściowy opór cieplny na zewnątrz RSE					0,040

R_TS = d / ( λ ( 1 – f_TS ) )

U = 1 / ( R_si + ∑ ( R_TS ) + R_se )

U = 1 / ( R_si + ∑ [ d / ( λ_R ( 1 – f_TS ) ) ] + R_se )

U = 1 / ( 0.130 + [ ( 0.015 / ( 0.87 (1 – 0.6) ) ) + ( 0.30 / ( 0.093 (1 – 0.35) ) ) + ( 0.03 / ( 0.87 (1 – 0.6) ) ) ] + 0.040 )

U = 1 / ( 0.130 + [ 0.043 + 4.962 + 0,086 ] + 0.040 )

U = 1 / 5,261

Współczynnik przenikania ciepła U w W/m².K                    U = 0,19 W/m².K

Przykład trzeci

W trzecim przykładzie obliczeniowym obliczyliśmy tę samą ścianę obwodową z cegły ceramicznej o grubości 30 cm (Heluz Family 30), otynkowaną od wewnątrz i na zewnątrz tynkiem wapienno-cementowym o grubości 1,5 cm (od wewnątrz) i 3 cm (od zewnątrz). Na zewnątrz zastosowano termiczną powłokę ceramiczną ClimateCoating. Wszystko to przy temperaturze wewnętrznej 20°C i zewnętrznej -13°C. Współczynnik przenikania ciepła U osiągnął wartość 0,19 W/m².K , co jest wartością częściowo spełniającą wymagania normy państwowej (wymagana wartość dla budynków nowych i remontowanych obowiązująca po 2015 roku: U_r1 = 0,22) dotyczącej ochrony cieplnej obiektów budowlanych.

W każdym przypadku – budynek potraktowany ClimateCoating będzie miał swoje niezaprzeczalne zalety wynikające z właściwości termoizolacyjnej powłoki refleksyjnej. ClimateCoating ThermoProtect tworzy tarczę ochronną, która dzięki swojej unikalnej formule odprowadza wilgoć, ale nie pozwala na ponowne przenikanie wilgoci ze środowiska zewnętrznego do materiału budowlanego = utrzymuje mur w stanie suchym. ClimateCoating zapewnia stabilność temperaturową, a tym samym brak degradacji (pęknięć) muru lub ścian na skutek dużych różnic temperatur. Jest paroprzepuszczalna – przyczynia się więc w znacznym stopniu do utrzymania ścian zewnętrznych w stanie suchym i tym samym nie stanowi pożywki (wilgoci) dla pleśni i glonów.

Wynik

Aby Twój dom spełniał wymagania normy państwowej dotyczącej ochrony cieplnej obiektów budowlanych i aby ta konstrukcja miała wymagane wartości współczynnika przenikania ciepła „U” – nie trzeba pokrywać go styropianem, a z czasem borykać się z wilgocią w domu i tworzeniem się pleśni. Obecnie, dzięki nowoczesnym materiałom budowlanym, możemy ocieplić dom stosując tynkowe systemy ociepleń (np.: ISOTEX), w których szkodliwy styropian zastąpiony jest tynkiem termoizolacyjnym ISOTEX.

W przypadku budowy nowego domu jednorodzinnego najlepiej zastosować grubość ściany obwodowej ok. 44 cm + system ociepleń ISOTEX lub powłokę ClimateCoating. W naszych obliczeniach wykazaliśmy, że przy ścianie obwodowej o grubości 30 cm wystarczy nam 3,5 cm warstwa tynku termoizolacyjnego, aby spełnić normę wymaganą od 2020 roku (U = 0,15). Gdybyśmy mieli ściany obwodowe o grubości 44 cm – wystarczyłoby zastosować cieńszą warstwę tynku termoizolacyjnego (ok. 2,5 cm). Przeciwnie – w razie potrzeby tynk termoizolacyjny ISOTEX można zastosować od wewnątrz budynku = nadaje się również do wnętrz.