Konwersja parametru lambda

Wyobraźmy sobie trzy identyczne domy wykonane na podstawie jednego projektu architektonicznego. Jeden z właścicieli ocieplił go w całości wełną skalną, drugi – styropianem, a trzeci – płytami PIR. Oczywiście kierując się wartością λ_D tych izolacji przyjęto odpowiednie grubości w celu uzyskania wymaganego współczynnika U=0,15 dla dachu i U=0,20 dla ścian. Załóżmy nawet – choć błędnie – że zimą zarówno komfort termiczny, jak i wydatki na ogrzewanie są porównywalne. Przychodzi upalne lato i co? Okazuje się, że z niektórych poddaszy, gdzie są ulokowane sypialnie, co najmniej trudno jest korzystać, o ile w ogóle jest to możliwe bez klimatyzacji. Dlaczego?

Tekst JACEK ŁAZUKA

Dla wszystkich materiałów (termoizolacyjnych również) określa się parametr λ, czyli współczynnik przewodzenia ciepła mierzony w temperaturze normatywnej (najczęściej +10°C). W związku z tym wartość deklarowana λ_D termoizolacji (styropianu, wełny mineralnej, płyt PIR) w domyśle dotyczy właśnie takich temperatur – przede wszystkim niskich. Natomiast wszystkie te materiały w wysokich, letnich temperaturach mają – niestety – gorsze właściwości termoizolacyjne i wymagają przeliczenia, konwersji na okoliczność pracy w wysokich lub bardzo wysokich temperaturach. Tak działa fizyka. Projektanci powinni to liczyć i takie obliczenia powinny się znaleźć w projekcie, ale tak się powszechnie nie dzieje – nadal chronimy się przede wszystkim przed utratą energii cieplnej i obliczamy w projektach dachy wyłącznie na warunki zimowe.
Pokusiłem się o uproszczone porównanie konwersji parametru λ termoizolacji. Uproszczenie polega na tym, że przyjąłem podwyższoną (+50°C) i uśrednioną temperaturę, jaką miałaby mieć termoizolacja w całym przekroju. Posłużyłem się też tylko jednym faktorem konwersji dla statystycznie najczęściej stosowanych materiałów izolacyjnych w sensie wartości parametru λ, a pamiętajmy, że dla każdej lambdy jest nieco inny faktor. Trudno byłoby na potrzeby tego artykułu przeanalizować całą rozpiętość grubości różnych izolacji o często bardzo szerokim zakresie wartości deklarowanej parametru λ.
Norma PN-EN ISO 10456 „Materiały i wyroby budowlane. Procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych” porządkuje między innymi kwestię szacowania wartości właściwości fizycznych materiałów budowlanych w zmiennych warunkach eksploatacji. Norma podaje także to, o co nam chodzi – sposoby konwersji, przeliczania tych wartości.

Konwersję wartości cieplnych z zestawu warunków deklarowanych na obliczeniowe oblicza się według następującego wzoru:

λ_obl = λ_D · F_T · F_m ·Fa

gdzie:
F_a – czynnik konwersji z uwagi na starzenie – określa czy i w jakim stopniu materiał izolacyjny traci swoje właściwości w czasie (wszystkie materiały podlegają starzeniu, choć w różnym stopniu i dotyczy to zarówno poliuretanów, styropianów, jak i lepiszczy stosowanych w materiałach włóknistych, których zawartość dochodzi do 10%; niektórzy producenci termoizolacji posługują się wartością „starzeniową” parametru λ);
F_m – czynnik konwersji z uwagi na wilgotność – określa wpływ zawilgocenia (o ile jest możliwe do wystąpienia) na parametry izolacyjne (to jest najczęściej pomijane);
F_T – czynnik konwersji z uwagi na temperaturę – to jest przedmiot rozważań.
Czynnik konwersji z uwagi na temperaturę, FT wyznacza się jako:

F_T = e^f_T(T2 –T1)

gdzie:
f_T – współczynnik konwersji z uwagi na temperaturę (odczytywany z tabeli normy PN-EN ISO 10456 w zależności od rodzaju materiału izolacyjnego i wartości jego parametru λ_D – przytoczone poniżej);
T₁ – temperatura z pierwszego zestawu warunków (pomiar wartości λ dokonywany jest zwyczajowo w temperaturze +10°C),
T₂ – temperatura z drugiego zestawu warunków (temperatura „pracy” termoizolacji, na przykład średnia temperatura w lipcowy, upalny dzień, kiedy jest to dla nas krytyczne, a temperatura ciemnego pokrycia dachowego dochodzi na przykład do +80-90°C – ja przyjąłem +50°C, jako temperaturę obliczeniową pracy termoizolacji w taki dzień).
Zauważmy, że w przypadku temperatury zimowej, przy średniej temperaturze izolacji +10°C wartość F_T wynosi „1” i żadnej konwersji temperaturowej nie musimy dokonywać.

Dla przykładu i porównania przyjmijmy termoizolację z typowych materiałów:

• polistyrenu ekspandowanego (styropianu) – λ_EPS = 0,032 W/mK;
• materiału włóknistego (wełna mineralna) – λ_MW= 0,035 W/mK;
• płyt PIR w sztywnych płytach izolowanych pentanem – λ_PIR= 0,022 W/mK.

Wybór takich parametrów jest dość przypadkowy i oczywiście jednym z wielu możliwych, gdyż istnieją o wiele „lepsze” i „gorsze” zarówno produkty ze styropianu, jak i wełny mineralnej. Wśród płyt PIR rozbieżności nie są tak znaczące.
Przyjmując powyższe parametry jako wyjściowe do uzyskania takiej samej termoizolacyjności dachu – U_max = 0,15 W/(m²K) oraz biorąc do obliczeń wartości obliczeniowe λ_obl wynikające z wysokiej temperatury otrzymujemy niezbędne wartości grubości termoizolacji, różniące się dość znacząco od wcześniejszych, wynikających z posłużenia się wartością λ_D (Tabela 4).
Warto dodać, że dobór materiału izolacyjnego w zależności od parametru λ_D jest dość istotny. Im wyższa będzie to wartość (na przykład λ_D = 0,038), tym bardziej przełoży się na konieczność zastosowania procentowo większej grubości z uwagi na warunki letnie. Płyty ze sztywnej pianki PIR w gazoszczelnych okładzinach nie występują w postaciach lepszych i gorszych, ale w ekstremalnej sytuacji dla wełny i styropianu o wartości λ_D= 0,040 W/mK wyglądałoby to jak w Tabeli 5.
Mówiąc inaczej – wszystkie materiały, również termoizolacyjne mają zmienną wartość parametru przewodności termicznej, choć różnice w ich „wrażliwości” potrafią być znaczne. Planując komfort mieszkania warto mieć to na uwadze.
Na poniższym wykresie 1 jest zobrazowana zmienność parametru λ w zależności od temperatury.
Z powyższych rozważań wynika, że aby utrzymać pożądany poziom izolacyjności latem (dla obliczania kosztów klimatyzowania pomieszczeń) należy zainstalować grubszą warstwę termoizolacji uwzględniającą konwersję temperaturową. Jeśli nie zrobimy tego, warunki letnie bardzo szybko dadzą nam o tym znać.
Z pewnością uproszczony tryb powyższych przemyśleń i porównań jest obarczony pewnym błędem, ale jedynie w zakresie „o ile więcej”, a nie „czy więcej”. Z pewnością stanowi odpowiedź na często zadawane pytanie: – Dlaczego na moim poddaszu jest w lecie tak gorąco? Przecież dałem nawet więcej izolacji, niż jest w projekcie.

Warto zwrócić uwagę jak duże różnice w niezbędnej grubości izolacji wynikają, jeżeli uwzględni się wpływ warunków letnich. Niestety, tak duże, że często ilość niezbędnej dodatkowej termoizolacji zaburza architekturę bryły budynku lub w sposób zdecydowany ogranicza przestrzeń użytkową poddasza.

---

JACEK ŁAZUKA
Ekspert Balex Metal, twórca wielu produktów z kategorii pokryć dachowych i izolacyjnych. Najlepszy znawca możliwości płyt izolacyjnych z rdzeniem PIR.