1.    Współczynnik przenikania ciepła warstw jednorodnych

Wartość współczynnika przenikania ciepła oblicza się wykorzystując metodę podaną w normie PN-EN ISO 6946:2017. Metoda ta pozwala na obliczanie oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła płaskich komponentów budowlanych i elementów budynku za wyjątkiem drzwi, okien i innych komponentów szklonych i elementów, przez które odbywa się przenoszenie ciepła do gruntu np. podłóg na gruncie i ścian podziemnej części budynku. 

Zasada metody obliczania podana w normie PN-EN ISO 6946:2017 [3] polega na:      

• określeniu oporu cieplnego  każdej jednorodnej cieplnie części komponentu budowlanego zgodnie z punktem 6.7. PN-EN ISO 6946:2017,      
• zsumowaniu tych poszczególnych oporów tak, aby uzyskać całkowity opór cieplny komponentu, łącznie (w miarę potrzeby) z oporami przejmowania ciepła na powierzchniach zewnętrznej i wewnętrznej zgodnie z punktem 6.7 normy PN EN ISO 6946:2017 [3].  

Opory przejmowania ciepłą na powierzchni podane są w 6.8 PN-EN ISO 6946:2017 [3]. W Załączniku C podano szczegółowe procedury dla powierzchni o niskiej emisyjności, określonych prędkości wiatru i powierzchni niepłaskich. W niniejszej Normie Międzynarodowej warstwy powietrza można rozpatrywać jako jednorodne cieplnie. 

Opory warstw sumuje się następująco: 

• w odniesieniu do komponentów składających się z warstw jednorodnych cieplnie, całkowity opór cieplny otrzymuje się według 6.7. ,a współczynnik przenikania ciepła według rozdziału 6.5 PN-EN ISO 6946:2017 [3] ,   
• w odniesieniu do komponentów z co najmniej jedną warstwą niejednorodną cieplnie, całkowity opór cieplny   otrzymuje się według 6.7.2 PN-EN ISO 6946:2017  [3],   
• w odniesieniu do komponentów z warstwą o zmiennej grubości, współczynnik przenikania ciepła i/lub całkowity opór cieplny oblicza się według załącznika E normy PN-EN ISO 6946:2017 [3]. 

Na koniec uwzględnia się, w miarę potrzeby, poprawki do współczynnika przenikania ciepła zgodnie z Załącznikiem F, w celu uwzględnienia efektów pustek w izolacji, łączników mechanicznych przechodzących przez warstwę izolacji i opadów na dachy odwrócone.

Całkowity opór cieplny przegrody budowlanej składającej się z warstw jednorodnych opisuje wzór [3]: 

(1)

                                       R_tot = R_si + R₁ + R₂ + … + R_n + R_se                                         

gdzie:

• R_si    -    opór przejmowania ciepła na powierzchni wewnętrznej przegrody [(m²∙K)/W],
• R_se     -    opór przejmowania ciepła na powierzchni zewnętrznej przegrody [(m²∙K)/W],
• R₁, R₂, …, R_n - obliczeniowe opory cieplne każdej warstwy [(m²∙K)/W].

Opory przejmowania ciepła na powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej danej przegrody, w zależności od kierunku przepływu strumienia cieplnego, odczytuje się z tablicy 7 normy PN EN ISO 6946:2017 [3]. 

Znając całkowity opór cieplny analizowanej przegrody, obliczamy jej współczynnik przenikania ciepła U [W/(m2∙K)] [3]: 

(2)

Przy wyznaczaniu współczynnika przenikania ciepła przegrody wymagane jest uwzględnienie trzech poprawek, określonych w PN-EN ISO 6946:2017. Wyróżnia się poprawkę z uwagi na:

• pustki powietrzne w warstwie izolacji,
• łączniki mechaniczne przebijające warstwę izolacyjną,
• zastosowanie dachu o odwróconym układzie warstw.

Poprawiony współczynnik przenikania ciepła, skorygowany o wyżej wymienione poprawki, oblicza się z następującego wzoru [3]:

(3)
 

(4)

gdzie:

• ΔU_g    -    poprawka z uwagi na pustki powietrzne [W/(m²∙K)],
• ΔU_f    -    poprawka z uwagi na łączniki mechaniczne [W/(m²∙K)],
• ΔU_r    -    poprawka z uwagi na dach o odwróconym układzie warstw [W/(m²∙K)].
   

Poprawka z uwagi na pustki powietrzne

Zgodnie z normą, pustkami powietrznymi określa się przestrzenie powietrzne w izolacji termicznej przegrody lub między izolacją termiczną i przylegającą konstrukcją. Wyróżnia się dwie zasadnicze kategorie pustek powietrznych:

• szczeliny między arkuszami izolacyjnymi, płytami lub matami, lub między izolacją i elementami konstrukcji, w kierunku strumienia ciepła,
• wnęki w izolacji lub między izolacją i konstrukcją, prostopadle do kierunku strumienia ciepła.

Poprawkę ΔU_g wyznacza się z poniższego wzoru [3]:

(5)

gdzie:

• R₁    -    opór cieplny warstwy zawierającej szczeliny [(m²∙K)/W],
• R_tot    -    całkowity opór cieplny komponentu z pominięciem mostków cieplnych [(m²∙K)/W],
• ΔU”    -    wartość przyjmowana zgodnie z tab. F.1 [PN-EN ISO 6946:2017] [W/(m²∙K)].

Poprawka z uwagi na łączniki mechaniczne
Poprawkę do współczynnika U, z uwagi na łączniki mechaniczne, oblicza się jedną z dwóch procedur:

• obliczeniem szczegółowym,
• procedurą przybliżoną.

Wzór w obliczeniu szczegółowym jest następujący [3]: 

(6)

gdzie:

• n_f    -    liczba łączników na 1 m²,
• χ     -    punktowy współczynnik przenikania ciepła [W/K].

W procedurze przybliżonej poprawkę wyznacza się z poniższej zależności [3]: 

(7)

gdzie:

•     α = 0,8 (jeśli łącznik całkowicie przebija warstwę izolacji termicznej),
•     α = 0,8    (w przypadku łącznika wpuszczanego),
•     λ_f    -    współczynnik przewodzenia ciepła łącznika [W/(m∙K)],
•     A_f    -    pole przekroju poprzecznego jednego łącznika [m²],
•     d₀    -    grubość warstwy izolacji zawierającej łącznik [m],
•     d₁    -    długość łącznika, który przebija warstwę izolacyjną [m],
•     R₁    -    opór cieplny warstwy izolacji przebijanej przez łączniki [(m²∙K)/W],
•     R_tot-    całkowity opór cieplny komponentu z pominięciem jakichkolwiek mostków cieplnych [(m²∙K)/W].     

Poprawka z uwagi na dach o odwróconym układzie warstw

Poprawkę, wynikającą z przepływu wody między izolacją i membraną wodochronną, określa się z następującej zależności [3]:

(8)
 

gdzie:

• p    -    średnia wartość opadów atmosferycznych podczas sezonu ogrzewczego, na podstawie danych odpowiednich dla lokalizacji lub podana przez przepisy lokalne, regionalne czy krajowe lub inne dokumenty krajowe czy normy [mm/dzień],
• f    -    czynnik deszczowy podający frakcję p dochodzącą do membrany wodochronnej [-],
• x    -    czynnik zwiększenia strat ciepła spowodowanych przez wodę deszczową wpływającą na membranę [W∙dzień/(m²∙K∙mm)],
• R₁    -    opór cieplny warstwy izolacji powyżej membrany wodochronnej [(m²∙K)/W],
• R_tot    -    całkowity opór cieplny konstrukcji przed zastosowaniem poprawki [(m²∙K)/W].

2. Opór cieplny ścian oddzielających przestrzeń ogrzewaną od przestrzeni nieogrzewanej

Gdy obudowa przestrzeni nieogrzewanej nie jest izolowana, można stosować uproszczone procedury, uznając przestrzeń nieogrzewaną za opór cieplny. Gdy do budynku  przylega przestrzeń nieogrzewana, współczynnik przenikania ciepła między środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym można określić uznając nieogrzewaną przestrzeń wraz z komponentami jej konstrukcji zewnętrznej za dodatkową warstwę jednorodna  o oporze cieplnym Ru. Gdy wszystkie elementy między środowiskiem wewnętrznym i przestrzenią nieogrzewaną mają ten sam współczynnik przenikania ciepła, Ru jest dane równaniem:

(9)
 

gdzie:
A_i- całkowite pole powierzchni wszystkich elementów między środowiskiem wewnętrznym a nieogrzewaną przestrzenią [m²],
A_e,k – pole powierzchni elementu k między przestrzenią nieogrzewaną  i środowiskiem zewnętrznym [m²],
U_e,k – współczynnik przenikania ciepła elementu k między przestrzenią nieogrzewaną a środowiskiem wewnętrznym [W/m²K],
N – krotność wentylacji przestrzeni nieogrzewanej,
V – objętość przestrzeni nieogrzewanej.

Gdy detale konstrukcji elementów zewnętrznych przestrzeni nieogrzewanej nie są znane, zaleca się wartości U_e,k=2.0 [W/(m²K)] oraz n=3 wymiany powietrza na godzinę.

Zastępczy opór cieplny R_u jest odpowiedni do obliczeń cieplnych, ale nie do obliczeń związanych z warunkami cieplno-wilgotnościowymi.