20 °C
Wnętrze
Powietrze w pomieszczeniu oddaje ciepło do powierzchni ściany.
→
0 °C
Powietrze zewnętrzne
Powierzchnia zewnętrzna oddaje ciepło do otoczenia.
RsiWewnątrz
Materiał ściany
RseZewnątrz
1
Przenikanie ciepła wewnątrz
Powietrze w pomieszczeniu przekazuje ciepło do powierzchni ściany. To przejście ma własny opór cieplny, opisywany jako Rsi.
2
Ciepło przez materiał
Następnie ciepło przepływa przez materiał ściany. Jego opór zależy między innymi od λ i grubości materiału.
3
Przenikanie ciepła na zewnątrz
Na końcu ciepło musi zostać przekazane z powierzchni zewnętrznej do otoczenia zewnętrznego. Ten udział opisywany jest jako Rse.
Uproszczony przykład obliczeniowy
10 cm betonu – dlaczego powierzchnia może mieć zaskakująco duże znaczenie dla całej drogi ciepła.
① Tylko materiał
Rozpatrujemy najpierw wyłącznie warstwę betonu o grubości 10 cm.
Rbeton = d / λ = 0,10 / 2,0 = 0,05 m²K/W
U = 1 / R = 1 / 0,05
U = 20 W/(m²K)
To ujęcie czystego przewodzenia przez materiał. Brakuje w nim przenikania ciepła na obu powierzchniach.
② Cała droga ciepła
Teraz uwzględniamy dodatkowo przenikanie ciepła na powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej.
Rcałkowity = Rsi + Rbeton + Rse = 0,13 + 0,05 + 0,04 = 0,22 m²K/W
U = 1 / 0,22
U ≈ 4,55 W/(m²K)
W tym uproszczonym przykładzie opory powierzchniowe w znacznym stopniu wpływają na całkowity opór cieplny.
Pod względem termicznym ściana nie kończy się na swojej powierzchni.
Współczynnik U opisuje całą drogę ciepła: od pomieszczenia przez powierzchnię wewnętrzną, przez element konstrukcyjny i powierzchnię zewnętrzną, aż do otoczenia zewnętrznego.
W uproszczeniu:
Rcałkowity = Rsi + Rmateriał + Rse
U = 1 / Rcałkowity
Dlaczego mimo to oblicza się ze stałą wartością Rse?
W znormalizowanym obliczaniu współczynnika U nie da się w pełni na nowo obliczać rzeczywistych warunków przenikania ciepła dla każdego budynku, każdej godziny, każdej prędkości wiatru, każdej temperatury powierzchni i każdego otoczenia radiacyjnego.
Dlatego fizyka budowli posługuje się w obliczeniach standardowych określonymi warunkami odniesienia i znormalizowanymi oporami powierzchniowymi.
EN ISO 6946
Norma ta określa metody obliczania oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła elementów budowlanych, stosując w tym celu znormalizowane warunki brzegowe, czyli opory powierzchniowe.
Często stosowana wartość Rse = 0,04 m²K/W jest więc normatywną wartością odniesienia dla obliczeń standardowych – a nie uniwersalnym prawem natury, które pozostaje dokładnie takie samo we wszystkich rzeczywistych warunkach zewnętrznych.
I właśnie tutaj robi się interesująco w przypadku powłok powierzchniowych.
Gdy zmieniają się właściwości termiczne powierzchni zewnętrznej, zmienia się nie tylko dodatkowa warstwa materiału. Mogą się zmienić również termiczne warunki brzegowe powierzchni względem powietrza, promieniowania i promieniowania słonecznego.
Decydujące pytanie brzmi więc nie tylko: „Jak gruba jest warstwa?” Ale także: „Jak zmienia się cała droga ciepła?”