Розберемося, що таке коефіцієнт теплопровідності λ (лямбда), приведений опір теплопередачі R і коефіцієнт теплопередачі U.
Теплотехнічні властивості будівельних матеріалів та конструкцій мають три найважливіші показники (λ, R та U), які впливають на енергоефективність будівель. Для вибору технології будівництва, яка найкраще відповідає сучасним вимогам до енергозбереження, необхідно розуміти відмінності між цими показниками і те, які властивості конструкції вони визначають.
Ці три параметри тісно пов’язані між собою. При цьому коефіцієнт теплопровідності λ є характеристикою матеріалу, в той час як опір теплопередачі R і коефіцієнт теплопередачі U залежать від λ та відносяться до властивостей будівельних конструкцій.
Теплопровідність – це здатність тіл проводити теплову енергію від більш нагрітих частин до менш нагрітих. Теплопровідність визначається кількістю теплоти, яка проходить за одиницю часу через одиницю товщини матеріалу.
Коефіцієнт теплопровідності λ – це міра, яка виражає здатність матеріалу товщиною 1 метр пропускати кількість теплоти в Джоулях за 1 секунду при різниці температур на протилежних поверхнях матеріалу 1 градус Кельвіна або Цельсія та вимірюється у Вт/(м∙К).
Коефіцієнт теплопровідності λ
У більшості випадків коефіцієнт теплопровідності λ визначається експериментально шляхом вимірювання теплового потоку і градієнта температур у досліджуваному матеріалі. Він залежить не лише від типу матеріалу, а й від температури, вологості, щільності та ін.
Усереднені показники λ для різних матеріалів
| Матеріал | λ, Вт/(м∙К) |
| Залізобетон | 2,04 |
| Керамічна цегла | 0,75 |
| Газобетон | 0,23 |
| Деревина | 0,14 |
| Мінеральна вата | 0,043 |
| Спінений полістирол (пінопласт) | 0,037 |
| Екструдований полістирол | 0,032 |
| Пінополіізоціанурат (PIR) | 0,022 |
Матеріали з кращими теплоізоляційними властивостями мають нижчі значення коефіцієнту теплопровідності λ. Варто зазначити, що існує декілька способів визначення λ, які дозволяють за різних умов для одного й того ж матеріалу отримувати різні значення.
Порівняння коефіцієнтів теплопровідності λ для пінополіізоціанурату (PIR), отриманих в стіновій конструкції з сендвіч-панелей товщиною 100 мм
| Коефіцієнт теплопровідності | λ, Вт/(м∙К) | R, (м2∙К)/Вт | U, Вт/(м2∙К) | |
| 1 | λ0 розрах | 0,0179 | 5,75 | 0,1739 |
| 2 | λ10, 0 розрах | 0,0181 | 5,68 | 0,1761 |
| 3 | λ25, 0 розрах | 0,0186 | 5,54 | 0,1805 |
| 4 | λ25, А експ | 0,023 | 4,51 | 0,2217 |
| 5 | λ25, А еф експ | 0,024 | 4,33 | 0,2310 |
| 6 | λ25, Б експ | 0,031 | 3,38 | 0,2959 |
| 7 | λ10, А декл | 0,022 | 4,70 | 0,2128 |
| 8 | λ25, Б розрах | 0,040 | 2,66 | 0,3759 |
Порівняння коефіцієнтів теплопровідності λ для мінеральної вати (W), отриманих в стіновій конструкції з сендвіч-панелей товщиною 150 мм
| Коефіцієнт теплопровідності | λ, Вт/(м∙К) | R, (м2∙К)/Вт | U, Вт/(м2∙К) | |
| 1 | λ0 розрах впоперек | 0,0317 | 4,89 | 0,2045 |
| 2 | λ10, А розрах впоперек | 0,0337 | 4,61 | 0,2169 |
| 3 | λ25, А експ впоперек | 0,0370 | 4,21 | 0,2375 |
| 4 | λ25, А експ вздовж | 0,0380 | 4,11 | 0,2433 |
| 5 | λ25, А експ вздовж | 0,0390 | 4,01 | 0,2494 |
| 6 | λ10, Б експ вздовж | 0,0406 | 3,85 | 0,2597 |
| 7 | λ10, А декл вздовж | 0,0430 | 3,64 | 0,2747 |
| 8 | λ25, Б розрах вздовж | 0,0490 | 3,22 | 0,3106 |
Для стінової конструкції з сендвіч-панелей визначальним є показник λ25, А еф експ, тому в деклараціях відповідності на панелі Ruukki завжди зазначається саме цей коефіцієнт. Обов’язкове використання в розрахунках енергоєфективності конструкцій будівель саме λ25, А еф експ обумовлене тим, що ДСТУ Б В.2.7-182:2009 регламентує стандартні умови випробувань характеристик теплопровідності саме за температури 25 °С та вологості матеріалу до 0,5% (W) і до 2% (PIR). Водночас в країнах Євросоюзу прийнято визначати характеристики теплопровідності за температури 10 °С, тому в Україні для продукції виробництва ЄС необхідно додатково отримувати ці показники, визначені за температури 25 °С.
Варто зазначити, що для розрахунку термоопору зовнішньої огороджувальної конструкції застосування інших показників, окрім λ25, А еф експ є хибним, тому для вибору оптимальної товщини сендвіч-панелей дуже важливо розуміти, який саме показник λ має на увазі виробник. Для прикладу: ДБН В.2.6-31:2021 регламентує мінімально допустимі значення опору теплопередачі зовнішніх огороджувальних конструкцій житлових та громадських будівель для І температурної зони Rqmin=4,0 (м2∙К)/Вт. Для відповідності стінових конструкцій вимогам цього ДБН, якщо приймати в розрахунок визначальний λ25, А еф експ, необхідно застосовувати мінераловатні сендвіч-панелі Ruukki товщиною 150 мм. При цьому, якщо використовувати більш «рекламний» λ0 розрах, то начебто достатньо панелі товщиною 120 мм, проте насправді це не відповідає дійсності. Отже важливо дивитися не лише на числове значення λ, а й на те, який саме показник надає постачальник. Інакше, в гонитві за економією, можна обрати хибну товщину сендвіч-панелей, що призведе до підвищених витрат на опалення і кондиціонування в процесі експлуатації будівлі.
Опір теплопередачі R – це здатність конструкції перешкоджати поширенню теплового руху молекул. Величина R показує як конструкція певної товщини чинить опір передачі тепла крізь себе і визначається різницею температур в градусах Кельвіна або Цельсія на протилежних поверхнях конструкції, необхідної для перенесення 1 Вт потужності енергії через 1 м2 площі цієї конструкції та вимірюється в (м2∙К)/Вт.
Для розрахунку опору теплопередачі багатошарової термічно однорідної огороджувальної конструкції R∑ використовується формула, що враховує різні матеріали цієї конструкції і коефіцієнти αВ (внутрішня) та αЗ (зовнішня).
Задля спрощеного розуміння можна сказати, що опір теплопередачі R – це товщина матеріалу в метрах, поділена на його коефіцієнт теплопровідності λ, що відображає наскільки добре він опирається теплопередачі при певній товщині. Отже, чим товще конструкція та чим нижчі коефіцієнти теплопровідності її матеріалів, тим вона більш енергоефективна.
Приведений опір теплопередачі R∑пр враховує всі фактичні втрати тепла через огороджувальну конструкцію, в тому числі в зонах замкових з’єднань і стиків, кутових сполучень, теплових включень, точкових втрат, через кріпильні елементи та інше. На основі експериментальних даних з вимірювання приведеного опору теплопередачі конкретної конструкції обчислюється λ25, А еф експ, який в подальшому використовується для розрахунку R∑пр аналогічних конструкцій, що проєктуються.
Розрахунок R∑пр термічно неоднорідної непрозорої огороджувальної конструкції здійснюється за формулою:
ДСТУ Б В.2.6-189:2013 регламентує, що при проєктуванні огороджувальних конструкцій обов’язковим є виконання умови R∑пр ≥ Rqmin.
Розрахункова товщина стінових конструкцій з різних матеріалів для досягнення опору теплопередачі R=4,0 (м2∙К)/Вт
Конструкція з кращою теплоізоляцією забезпечує необхідне значення R при мінімальній товщині та зберігає тепло так само, як і товстіші конструкції, при цьому дозволяє отримувати більше простору всередині будівлі.
Опір теплопередачі R та коефіцієнт теплопередачі U
Коефіцієнт теплопередачі U – це кількість теплоти в Джоулях, яка передається через конструкцію площею поверхні 1 м2 за 1 секунду при різниці температур на протилежних поверхнях 1 градус Кельвіна або Цельсія.
Величина U зворотно пропорційна опору теплопередачі та вимірюється у Вт/(м2∙К).
Коефіцієнт теплопередачі показує здатність конструкції передавати тепло від більш нагрітого до менш нагрітого приміщення, або між зовнішнім середовищем і внутрішнім приміщенням будівлі. Чим нижче значення U, тим краща теплоізоляція будівлі.
Також існує більш розширена формула визначення U, яка додатково передбачає всі фактичні втрати тепла через зовнішні огороджувальні конструкції, проте результати такого обчислення ідентичні розрахунку за скороченою формулою.
Виробники теплоізоляційних будівельних конструкцій мають надавати інформацію про λ, R та U в описі продукції, який є у відкритому доступі, або в деклараціях відповідності, якщо їх наявність передбачена чинним законодавством. Наприклад, коефіцієнт теплопровідності λ, приведений опір теплопередачі R та коефіцієнт теплопередачі U для сендвіч-панелей Ruukki зазначені в деклараціях, розміщених на сайті Rauta. Задекларовані теплоізоляційні характеристики панелей повинні підтверджуватися протоколами сертифікаційних випробувань, які також мають бути в наявності у виробника. Нажаль в Україні багато постачальників сендвіч-панелей не переймаються підтвердженням теплоізоляційних характеристик випробуваннями та розрахунками, а декларують вигадані значення.
Окрім визначення параметрів огороджувальних конструкцій при проєктуванні, показники λ, R та U також використовуються для розрахунку енергоефективності будівель та контролю теплових параметрів в процесі експлуатації.
В окремих випадках огороджувальні конструкції можуть мати складну конфігурацію і тому параметри теплоізоляції визначити важко. Тоді рекомендується звертатися до виробника матеріалів за допомогою в розрахунку енергоефективності будівлі.
