Izolacyjność cieplna jest jednym z podstawowych wymagań dotyczących obiektów budowlanych, które zawarte są w Ustawie Prawo Budowlane. Można powiedzieć, że prawnie są równie ważne jak nośność (wytrzymałość) konstrukcji lub bezpieczeństwo pożarowe. Regularnie aktualizowane wymagania odnośnie przegród, na przykład ścian i dachów, zawarte są w „Rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie”, które popularnie nazywa się Warunkami Technicznymi.
Wymagania przedstawione są w postaci współczynnika przenikania ciepła Uc. Na podstawie charakterystyki użytych materiałów i konstrukcji ściany, można obliczyć ile energii przenika przez przegrodę w stosunku do powierzchni. Obliczona wartość musi być mniejsza od dopuszczalnej, określonej we wspomnianym Rozporządzeniu.
Cel ograniczeń
Wyznaczenie dopuszczalnego przenikania ciepła przez przegrody to ważny krok w kierunku budownictwa zrównoważonego. Dzięki lepszej izolacyjności ścian i dachów potrzeba mniejszej ilości energii na ogrzanie budynku. To sprawia, że w dłuższej perspektywie oszczędzane są pieniądze oraz ogranicza się wykorzystanie paliwa (np. węgla). Dzięki wkładowi finansowemu w trakcie budowy można zaoszczędzić pieniądze w trakcie użytkowania, a dodatkowo ma to pozytywny wpływ na środowisko, dzięki ograniczeniu zanieczyszczeń i mniejszemu zużyciu zasobów naturalnych.
Izolacja termiczna to pierwszy i najłatwiejszy krok, ale w połączeniu z odpowiednimi instalacjami np. wentylacją mechaniczną i czystymi źródłami energii, może pozwolić na uzyskanie obiektu pasywnego lub nawet zeroenergetycznego, który jest całkowicie samowystarczalny i nie potrzebuje dodatkowej energii.
Współczynnik przenikania ciepła
Większość wymagań w budownictwie potrzebuje precyzyjnego określenia liczbowego. W przypadku izolacyjności cieplnej służy do tego współczynnik przenikania ciepła Uc. Łatwo pokazać jego obliczanie na przykładzie najbardziej powszechnego, w naszym kraju, rozwiązania ściany zewnętrznej.
Przeciętny budynek mieszkalny jedno- lub wielorodzinny ma ściany zewnętrzne wykonane w systemie ETICS (dawniej metoda lekka mokra). Oznacza to taki układ warstw w którym do warstwy nośnej (najczęściej pustaki ceramiczne lub beton komórkowy) przyklejony jest materiał izolacyjny, a warstwę ochronną stanowi tynk cienkowarstwowy. Podstawowe wartości i pojęcia potrzebne do wyznaczenia współczynnika U:
λ (lambda) – jest to współczynnik przewodzenia ciepła materiału, który jest określany przez producenta. Każdy wyrób charakteryzuję się oporem cieplnym, przy czym należy brać pod uwagę, że podawane wartości są zazwyczaj wynikiem badań laboratoryjnych. Jeżeli w trakcie budowy nastąpią błędy wykonawcze, np. dopuści się do zawilgocenia wełny mineralnej, rzeczywisty współczynnik przenikania ciepła może być zdecydowanie gorszy. Jednostka w której podawany jest ten parametr to [W/(mK)], gdzie W to wat, m to metr, a K to kelvin.
R – jest opór cieplny. Dla danej warstwy obliczany jest jako iloraz grubości (podawanej w metrach) i współczynnika przewodzenia ciepła: R = d/λ.
Całkowity opór cieplny przegrody stanowi suma oporów wszystkich warstw, w przypadku ściany w systemie ETICS można wziąć pod uwagę jedynie warstwę nośną i izolacyjną: ΣR = R1 + R2 (1 – warstwa nośna, 2 – warstwa termoizolacji).
Rsi, Rse – są to dodatkowe opory występujące na powierzchni wewnętrznej (Rsi) i zewnętrznej (Rse).
Uc – współczynnik przenikania ciepła przez przegrodę, obliczany jest w następujący sposób: Uc = 1/(Rsi + ΣR + Rse).
Jednostka współczynnika to [W/(mkwK)], gdzie W to wat, mkw to metr kwadratowy, a K to kelvin.
Tak obliczony współczynnik porównuje się z wartością dopuszczalną, która w przypadku ścian zewnętrznych wynosi aktualnie Uc = 0, 20.
Normy
Należy zwrócić uwagę, że przytoczono najprostszy przypadek, a powyższe obliczenia nie obejmują całości zagadnienia (np. kwestii punktowych mostków cieplnych). Inaczej wyglądają obliczenia w przypadku dachu, w którym izolacja znajduje się między krokwiami, a inaczej w przypadku podłogi na gruncie. Szczegółowe zalecenia odnośnie wyznaczania przenikania ciepła znajdują się w aktualnych normach, których spis można znaleźć w Warunkach Technicznych. Trzy podstawowe (jest ich więcej) normy potrzebne do obliczeń z zakresu izolacyjności termicznej to:
PN-EN ISO 6946:2008 – Komponenty budowlane i elementy budynku – Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła – Metoda obliczania
PN-EN ISO 13370:2008 – Cieplne właściwości użytkowe budynków – Przenoszenie ciepła przez grunt – Metody obliczania
PN-EN ISO 14683:2008 – Mostki cieplne w budynkach – Liniowy współczynnik przenikania ciepła – Metody uproszczone i wartości orientacyjne
W powyższym tekście pojawia się nowe i może niezbyt intuicyjne określenie. Mostki cieplne to takie miejsca w przegrodzie, w których następuje zwiększone przenikanie ciepła. Dzielą się na punktowe – przykładem mogą być łączniki metalowe, które przebijają warstwę izolacji oraz liniowe – przykładem może być połączenie balkonu ze stropem.
Podsumowanie
Wymagania w zakresie izolacyjności termicznej przegród to jedna z największych zmian jakie nastąpiły w budownictwie w ostatnich dekadach. Jeszcze w latach 80. dopuszczalny współczynnik U dla ścian zewnętrznych wynosił 0, 75, a obecnie jest to 0, 20. W międzyczasie nastąpił znaczny wzrost cen jeśli chodzi o paliwa kopalne, dlatego spełnienie wymagań izolacyjności cieplnej jest korzystne finansowo. Poza tym coraz częściej doceniany jest aspekt ochrony środowiska i zrównoważonego zużycia zasobów naturalnych. Ten artykuł stanowi jedynie wycinek wiedzy, ale pozwala zrozumieć podstawy zagadnienia, które są istotne dla każdego uczestnika procesu inwestycyjnego.
