Součinitel prostupu tepla U: vysvětlení, funkčnost

Mnoho lidí se mě ptá, co je to součinitel prostupu tepla U, tepelný odpor R nebo tepelná vodivost λ. Dnes se zaměřím na součinitel prostupu tepla a pokusím se ho co nejlépe vysvětlit.

Hodnota součinitele prostupu tepla U popisuje model, kdy je uvnitř budovy teplo, například 20 °C, a venku zima, například -5 °C. Mezi interiérem a exteriérem je vnější stěna budovy. Teplotní rozdíl mezi vnitřní a vnější teplotou se nazývá teplotní gradient, což je v podstatě odpor proti proudění tepla ven.

Sledování hodnoty součinitele prostupu tepla U je jednoduché a logické: je-li hodnota U vysoká – je vysoká i spotřeba energie na vytápění. Pokud je hodnota U nízká, je nízká i spotřeba energie na vytápění.

Sledovat VIDEO – Součinitel prostupu tepla U: vysvětlení, funkčnost

Aby bylo dosaženo co nejnižší hodnoty U, je třeba zvýšit tepelný odpor R obálky budovy – pak se spotřeba energie sníží. Toho lze dosáhnout přidáním izolační vrstvy na fasádu nebo: použitím materiálu s lepšími izolačními vlastnostmi přímo při stavbě. Tento model má však jeden háček – tzv. „hyperbolický problém“. Protože, jak víme, hodnota součinitele prostupu tepla U je matematický vzorec. V případě zateplení budovy neplatí, že zvýšení tepelné izolace o dvojnásobek sníží hodnotu součinitele prostupu tepla U na polovinu. Matematicky to tak vychází.

Jaká je tedy skutečná hodnota součinitele prostupu tepla?

Jedná se o součinitel prostupu tepla, tj. rychlost, s jakou vzduch v místnosti předává teplo přes stěnu vzduchu venku na základě rozdílu teplot vzduchu. Hodnota součinitele prostupu tepla U je převrácenou hodnotou odporu prostupu tepla R. Tento tepelný odpor stěny se skládá z přechodových odporů pro vnitřní a venkovní prostředí dohromady. Samozřejmě podléhá normám DIN a je označena jako „konstantní“. Stěna se tedy skládá z jednotlivých vrstev stavebních materiálů, které se vyznačují svou tloušťkou a tepelnou vodivostí. Většina budov bez tepelné izolace má hodnotu U 1,2.

S hodnotou U součinitele prostupu tepla úzce souvisí hodnota lambda (λ), která je mírou tepelné vodivosti. Kov je například lepším vodičem tepla než dřevo. Stavební materiály mají velmi rozdílné hodnoty lambda – beton, který je pevný, má velmi dobrou tepelnou vodivost λ = 2,3 W/mK, a proto je pro izolaci nevhodný. Hodnota λ EPS nebo polystyrenu se v průběhu let vyvíjela od 0,040 přes 0,035 a 0,032 až po 0,028 W/mK.

V laboratořích se hodnota λ (jako stavební fyzikální veličina) měří za konstantních podmínek – v tzv. deskové komoře. Měří se tepelný tok mezi horkou a studenou deskou – a samozřejmě se udržují konstantní okolní podmínky, jako je teplota a vlhkost, aby bylo možné získat srovnatelné výsledky.

Déšť, vítr a slunce vytvářejí denně se měnící podmínky, které ovlivňují plášť budovy. Navíc obyvatelé budovy dýchají, sprchují se a vaří. K tomu je třeba připočíst vliv střídání dne a noci a ročních období. Skutečnost, že hodnota naměřená za standardizovaných podmínek a konstantních výpočtových hodnot představuje nepřesný obraz celkového stavu, byla podrobně vysvětlena v neposlední řadě ve studii Raye Galvina.

Zde se ukázalo, že úspory energie jsou nižší – v průměru o 40-50 % – než úspory vypočtené oficiálním simulačním programem.

Znepokojující však je, že navzdory tomuto zdroji údajů se stále spoléhá výhradně na izolaci. Osm centimetrů je již minulostí – normou je 16 centimetrů a prosazuje se 30 centimetrů. A to navzdory „hyperbolickému problému“ a navzdory stavebně-fyzikálním účinkům, které nejsou trvale v dohledu.

Již v roce 2009 byl ve švédském městě Botyrka realizován projekt pod dohledem nezávislého institutu. Na stávající fasádu budovy byla nanesena termokeramická membrána.

Měření provedená jednou z největších švédských energetických poradenských společností ukázala úsporu energie o 15 % a více ve srovnání s neošetřenými fasádami. Mluvíme zde o velkých budovách, a proto můžeme počítat se statisticky jistými výsledky vzhledem k mírné odchylce. Hovoříme zde o keramickém nátěru o tloušťce pouhých 0,3 mm, který byl nanesen přímo na fasádu budovy jako barva.

Další příklad pochází z rakouského města Kapfenberg. V roce 2011 byla na této budově použita povrchová úprava ClimateCoating ThermoProtect. 10% úspora energie není pro tuto budovu příliš vysoká, ale ani samotná investice nebyla příliš nákladná. Zateplení této budovy by stálo přibližně 500 000 EUR. Profesionální aplikace nátěru ClimateCoating však nestála ani třetinu této ceny. Na fasádách budovy v litevské Jonavě byla použita povrchová úprava ClimateCoating ThermoProtect, která přinesla více než 14% úsporu energie.

Úspory energie dosažené po vnějším zateplení budov se značně liší podle dodavatele a dalších okolností. Německé webové stránky o úsporách energie „Heizspiegel“ uvádějí potenciál úspory pouze 12 % v případě dodatečné tepelné izolace. Zdroje od výrobců izolací hovoří o 20 % a více.

Hodnota součinitele prostupu tepla U nevysvětluje, co se na těchto budovách děje. Ačkoli se u termosetové membrány o tloušťce pouhých 0,3 mm, tedy tisíciny toho, co bude v budoucnu vyžadovat legislativa, zdánlivě nezlepšila hodnota U, došlo prokazatelně k úsporám energie.

Snad vám pomůže následující odpověď: hodnota součinitele prostupu tepla U je výpočtový model, který vychází z laboratorních hodnot. Vítr, vlhkost a dokonce ani slunce se zde neberou v úvahu. Hodnota U je nástroj pro klasifikaci vnějších tepelně izolačních systémů – nic víc, nic míň. Termokeramická membrána však není izolace – je to něco úplně jiného. Nefunguje jako „izolace“, ale mění vlastnosti vnějšího pláště budovy. Termokeramická membrána má přímý vliv na vlhkost, která je přítomna v plášti budovy. Využívá sluneční energii, která dopadá na plášť budovy, ke snížení vlhkosti a jejímu zmírnění a rovnoměrně rozvádí teplo po povrchu budovy. To bylo prokázáno v terénních studiích v celé Evropě.

Porovnáme-li značnou tloušťku 30 cm silného izolačního materiálu s 0,3 mm silným fasádním nátěrem ClimateCoating, dostaneme poměr 1:1000. Podle teorie je hodnota U součinitele prostupu tepla s nulovým účinkem. Ale i přes mnoho empirických příkladů z praxe s pozoruhodnými úsporami energie, které stojí za zmínku.

Díky dostatečnému množství dat se nedávno podařilo vyvinout způsob, který umožňuje vypočítat úspory energie při použití nátěru ClimateCoating v běžných legislativních systémech. Do vzorce pro výpočet hodnoty U součinitele prostupu tepla, který byl výzkumníky odpovídajícím způsobem upraven, stačí doplnit výpočtový faktor „FTS“. Jedná se o kombinace fyzikálních účinků, které mají energeticky pozitivní vliv na obálku budovy díky komplexnímu působení následujících čtyř prvků: membránový efekt, záření, odraz a rozptyl.

Pokud máte k tomuto tématu jakékoli dotazy, kontaktujte nás. Poskytneme vám informace o produktech ClimateCoating a zodpovíme případné další dotazy.

Peter Hofer

See author's posts