Straty ciepła przez przenikanie: Jak ciepło ucieka przez ściany
Straty ciepła przez przenikanie występują, gdy ciepło "przepływa" przez stałe elementy konstrukcyjne z wnętrza na zewnątrz. Stanowią one 60-80% całkowitego obciążenia cieplnego większości budynków, co czyni je kluczowym punktem dla modernizacji energetycznych. Ten artykuł wyjaśnia obliczenia i daje praktyczne wskazówki dotyczące redukcji strat.
Zasada fizyczna
Ciepło zawsze przepływa z cieplejszego do zimniejszego miejsca – to drugi zasada termodynamiki. W ogrzewanym budynku oznacza to:
- Wewnątrz: 20°C (ciepło)
- Na zewnątrz: -10°C (zimno)
- Różnica temperatur: 30 K (Kelvin)
Im większa różnica temperatur, tym więcej ciepła ucieka na zewnątrz.
Analogia: Wyobraź sobie gorącą kawę. Im zimniejsze otoczenie, tym szybciej stygnie. Filiżanka jest jak powłoka budynku – im lepiej izolowana (termos), tym wolniejsza utrata ciepła.
Trzy sposoby przenoszenia ciepła
Ciepło może być przenoszone na trzy sposoby:
| Rodzaj | Opis | Przykład w budynku |
|---|---|---|
| Przewodzenie | Przez materiały stałe | Przez ścianę |
| Konwekcja | Przez przepływ powietrza | Ruch powietrza na powierzchniach |
| Promieniowanie | Przez fale elektromagnetyczne | Promieniowanie cieplne ściany |
Podczas przenikania działają wszystkie trzy razem:
- Ciepło jest przenoszone z powietrza w pomieszczeniu na wewnętrzną ścianę (konwekcja + promieniowanie)
- Ciepło przewodzi przez ścianę (przewodzenie)
- Ciepło jest oddawane z zewnętrznej ściany do powietrza zewnętrznego (konwekcja + promieniowanie)
Wzór obliczeniowy
Straty ciepła przez przenikanie oblicza się według normy PN-EN 12831-1:
Wzór: ΦT = HT × (θi - θe)
z HT = Σ (U × A × fT) + ΔUWB × A
- ΦT = Strata ciepła przez przenikanie (W)
- HT = Współczynnik strat ciepła przez przenikanie (W/K)
- θi = Temperatura wewnętrzna (°C)
- θe = Norma temperatura zewnętrzna (°C)
- U = Wartość U elementu (W/m²K)
- A = Powierzchnia elementu (m²)
- fT = Współczynnik korekty temperatury
- ΔUWB = Dodatek na mostki cieplne (W/m²K)
Współczynnik korekty temperatury fT
Nie wszystkie elementy graniczą bezpośrednio z powietrzem zewnętrznym. Współczynnik fT to uwzględnia:
| Graniczenie | fT | Wyjaśnienie |
|---|---|---|
| Powietrze zewnętrzne | 1,0 | Pełna różnica temperatur |
| Nieogrzewana piwnica | 0,5 | Piwnica jest cieplejsza niż na zewnątrz |
| Grunt | 0,3-0,6 | Temperatura gruntu stosunkowo stała |
| Nieogrzewany garaż | 0,8 | Garaż nieco cieplejszy niż na zewnątrz |
| Ogrzewany sąsiad | 0,0 | Brak różnicy temperatur |
Przykład: Strop piwnicy z U = 0,5 W/m²K i fT = 0,5 ma taki sam efektywny ubytek ciepła jak ściana zewnętrzna z U = 0,25 W/m²K.
Elementy budowlane i ich wartości U
Najważniejsze elementy budowlane i typowe wartości U w porównaniu:
Ściany zewnętrzne
| Rok budowy | Typ ściany | Wartość U | Ocena |
|---|---|---|---|
| przed 1970 | Cegła pełna 36cm | 1,4-1,6 W/m²K | Słabo |
| 1970-1990 | Blok pustakowy 30cm | 0,8-1,2 W/m²K | Umiarkowanie |
| 1990-2010 | Beton komórkowy 30cm | 0,4-0,6 W/m²K | Średnio |
| po 2010 | System ETICS 16cm | 0,2-0,3 W/m²K | Dobrze |
| Dom pasywny | System ETICS 30cm+ | < 0,15 W/m²K | Bardzo dobrze |
Okna
| Generacja | Szklenie | Wartość U (Uw) | Ocena |
|---|---|---|---|
| przed 1980 | Szkło pojedyncze | 5,0-5,8 W/m²K | Bardzo źle |
| 1980-1995 | 2-szybowe bez LowE | 2,7-3,0 W/m²K | Źle |
| 1995-2010 | 2-szybowe z LowE | 1,3-1,6 W/m²K | Średnio |
| po 2010 | 3-szybowe z LowE | 0,7-1,0 W/m²K | Dobrze |
| Dom pasywny | 3-szybowe specjalne | < 0,8 W/m²K | Bardzo dobrze |
Dach
| Izolacja | Wartość U | Ocena |
|---|---|---|
| Bez izolacji | 2,0-3,0 W/m²K | Bardzo źle |
| Izolacja 8cm | 0,4-0,5 W/m²K | Umiarkowanie |
| Izolacja 16cm | 0,2-0,25 W/m²K | Dobrze |
| Izolacja 24cm+ | < 0,15 W/m²K | Bardzo dobrze |
Przykład obliczeniowy
Pomieszczenie z następującymi elementami przy θi = 20°C i θe = -12°C:
| Element | Powierzchnia | Wartość U | fT | Udział HT |
|---|---|---|---|---|
| Ściana zewnętrzna | 15 m² | 0,28 W/m²K | 1,0 | 4,2 W/K |
| Okno | 4 m² | 1,3 W/m²K | 1,0 | 5,2 W/K |
| Dach | 12 m² | 0,20 W/m²K | 1,0 | 2,4 W/K |
| Strop piwnicy | 20 m² | 0,35 W/m²K | 0,5 | 3,5 W/K |
| Suma | 15,3 W/K |
Obliczenie: ΦT = 15,3 W/K × (20°C - (-12°C)) = 15,3 × 32 = 489,6 W
Pomieszczenie traci przy -12°C na zewnątrz około 490 watów przez przenikanie.
Gdzie tracone są największe ilości ciepła?
Typowy rozkład strat ciepła przez przenikanie:
| Element | Udział | Dlaczego? |
|---|---|---|
| Okna | 25-35% | Wysokie wartości U mimo małej powierzchni |
| Ściany zewnętrzne | 25-30% | Duża powierzchnia |
| Dach | 15-25% | Ciepłe powietrze unosi się do góry |
| Piwnica/Podłoga | 10-15% | Częściowo amortyzowane przez grunt |
| Mostki cieplne | 5-15% | Często niedoceniane |
Uwaga: Okna mają najmniejszą powierzchnię, ale często najwyższą wartość U. Okno o powierzchni 2 m² z U = 1,3 W/m²K traci tyle samo ciepła, co 10 m² dobrze izolowanej ściany z U = 0,26 W/m²K!
Środki redukcji
1. Izolacja ścian zewnętrznych
| Środek | Inwestycja | Poprawa wartości U |
|---|---|---|
| System ETICS 12cm | 80-120 zł/m² | z 1,4 na 0,28 W/m²K |
| Izolacja rdzeniowa | 20-40 zł/m² | z 1,0 na 0,4 W/m²K |
| Izolacja wewnętrzna | 50-80 zł/m² | z 1,4 na 0,5 W/m²K |
2. Wymiana okien
| Środek | Inwestycja | Poprawa wartości U |
|---|---|---|
| 2-szybowe → 3-szybowe | 300-500 zł/m² | z 1,4 na 0,9 W/m²K |
| Całkowicie nowe (3-szybowe) | 400-600 zł/m² | w zależności od stanu wyjściowego |
3. Izolacja dachu
| Środek | Inwestycja | Poprawa wartości U |
|---|---|---|
| Międzykrokwiowa 16cm | 40-60 zł/m² | z 0,5 na 0,22 W/m²K |
| Nakrokwiowa 20cm | 100-150 zł/m² | z 0,5 na 0,16 W/m²K |
| Najwyższa kondygnacja | 20-40 zł/m² | z 0,8 na 0,18 W/m²K |
Kalkulator obciążenia cieplnego
Nasz Kalkulator obciążenia cieplnego automatycznie oblicza straty ciepła przez przenikanie:
- Katalog elementów z ponad 150 typowymi konstrukcjami
- Automatyczne określanie wartości U według wieku budynku
- Współczynniki korekty dla gruntu, nieogrzewanych pomieszczeń itp.
- Dodatki na mostki cieplne według standardu budowlanego
Oblicz teraz: Określ straty ciepła przez przenikanie w swoim budynku za pomocą naszego Kalkulatora obciążenia cieplnego.
Dalsze artykuły
- Wartość U wyjaśniona – Najważniejsza wartość elementu budowlanego
- Mostki cieplne – Ukryte straty ciepła
- Straty ciepła przez wentylację – Inny składnik obciążenia cieplnego
- Co to jest obciążenie cieplne? – Powrót do przeglądu
Źródła
- PN-EN 12831-1:2017-09 – Metody obliczania normatywnego obciążenia cieplnego
- PN-B-02025 – Ochrona cieplna budynków
- PN-EN ISO 6946 – Elementy budowlane – Opór cieplny i wartość U