Współczynnik lambda. Co to jest i dlaczego jest ważny dla osób budujących dom

Jeśli planujesz budowę domu lub jesteś w jej trakcie, musisz poznać parametry opisujące materiały. Jednym z nich jest współczynnik przewodzenia ciepła λ.

Obecnie należy budować domy energooszczędne, czyli takie, do których ogrzewania nie potrzeba będzie dużo energii, co oczywiście przekłada się na niski koszt. Również stare budynki poddaje się termomodernizacji, żeby osiągnęły ten standard. W dobrze izolowanych termicznie domach będzie miło mieszkać również latem, bo nie będą się szybko nagrzewać.

Jakie parametry cieplne powinny spełniać budynki oraz ich wyposażenie, jest określone w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury, nazywanym w skrócie Warunkami technicznymi. Jest w nich dokładnie określone, jak dobrze izolowane powinny być ściany zewnętrzne, dach, podłoga na gruncie, a także okna, drzwi itp. Architekci, projektując dom, muszą tak skomponować przegrody, żeby osiągnęły one określony współczynnik przenikania ciepła U, czyli właściwości termoizolacyjne. Czasem podaje się również, jaki opór cieplny powinna stawiać dana przegroda. Opór cieplny jest odwrotnością współczynnika przenikania ciepła U. Do ich wyliczenia jest potrzebna znajomość współczynnika przewodzenia ciepła λ (lambda) każdego materiału. Wartość ta jest podawana w dokumentacji materiałów budowlanych, np. deklaracji właściwości użytkowych, karcie technicznej. Lambda może być deklarowana przez producenta na podstawie obliczeń albo wskazana na podstawie badań w certyfikowanym laboratorium.

Współczynnik przewodzenia ciepła λ (lambda): definicja

Przewodnictwo ciepła (przewodność cieplna) to cecha właściwa dla każdej substancji w danym stanie skupienia. Współczynnik przewodzenia ciepła λ to ilość energii cieplnej przepływającej na wskroś przez próbkę w wyniku zewnętrznej różnicy temperatur.

Można zbadać, ile ciepła przepływa przez substancję, poddając analizie próbkę określonej wielkości i biorąc pod uwagę jej grubość, pole przekroju, czas przepływu oraz różnice temperatury.

Wzór do obliczenia współczynnika lambda to:

Q = λ·( S ΔTt/d)

czyli:

λ=( Q/t)·(d/S ΔT)

gdzie:

λ – współczynnik przewodzenia ciepła,

ΔQ – ilość ciepła przepływającego przez ciało,

t – czas przepływu,

L – długość ciała,

S – pole przekroju poprzecznego ciała,

ΔT – różnica temperatur w kierunku przewodzenia ciepła,

d – grubość przegrody.

Współczynnik przewodzenia ciepła λ (lambda): jednostka

Jednostką współczynnika przewodzenia ciepła w układzie SI jest W/(m·K). Wyraża ona wielkość przepływu ciepła przez jednostkową powierzchnię z materiału o danej grubości, jeśli różnica temperatur między dwiema jego stronami wynosi 1 K (kelwin).

Współczynnik lambda w budownictwie

Współczynnik przewodzenia ciepła λ (lambda) jest niezwykle ważny w przypadku materiałów budowlanych, a zwłaszcza termoizolacyjnych. Zgodnie z prawami fizyki ciepło płynie zawsze w kierunku obszaru o niższej temperaturze. Ściany zewnętrzne mają więc za zadanie chronić budynek przed ucieczką ciepła. Dlatego do budowy przegród zewnętrznych domu generalnie najlepiej jest wybierać materiały o jak najniższej lambdzie. Im mniejsza wartość współczynnika λ (lambda), tym materiał słabiej przewodzi ciepło, a zatem lepiej izoluje przed jego stratami. Jeśli wybierze się materiał o lepszej - niższej - lambdzie, można wykorzystać cieńszą jego warstwę. W budownictwie ważna jest także rozsądna grubość przegród. Teoretycznie można zbudować dom z cegieł, którego ściany zewnętrzne będą spełniały obecne wymogi termoizolacyjności. Ale będą one musiały być bardzo grube, co jest nieekonomiczne i nieestetyczne. Dlatego producenci materiałów budowlanych ciągle pracują nad poprawieniem jednej z najważniejszych ich właściwości, czyli zmniejszeniem ich przewodności cieplnej. Jest to ważne zwłaszcza w przypadku materiałów murowych i termoizolacyjnych.

Współczynnik przewodzenia ciepła λ różnych materiałów

Najlepiej przewodzą ciepło metale, a najsłabiej gazy. Bardzo dobrym izolatorem cieplnym jest powietrze. Dlatego w budownictwie wielkim powodzeniem cieszą się materiały porowate, czyli mające w swojej strukturze mnóstwo niewielkich komórek lub przestrzeni wypełnionych powietrzem, np. ceramika poryzowana, beton komórkowy, styropian, wełna mineralna, aerożel.

Tabela 1

Współczynnik przewodzenia ciepła λ różnych materiałów

Lambda a współczynnik przenikania ciepła U i opór cieplny R

Współczynnik przenikania ciepła U jest określany dla przegrody, np. wielowarstwowej ściany zewnętrznej albo dachu. Żeby go obliczyć, trzeba znać współczynnik λ (lambda) każdego materiału oraz jego grubość. Wzór na współczynnik przenikania ciepła to U= λ/d, gdzie d to grubość materiału. Współczynnik U, podobnie jak lambda, powinien być jak najniższy. Im jest niższy, tym przegroda jest lepiej izolowana. Jego jednostką jest W/(m^2.K).

Opór cieplny jest odwrotnością współczynnika U i wskazuje zdolność produktu albo przegrody do powstrzymania strat ciepła. Żeby go określić, też musimy znać współczynnik λ materiału i jego grubość. Wzór na opór cieplny to R = d/λ, gdzie d to grubość materiału. Opór cieplny im jest wyższy, tym lepiej. Jednostką oporu jest m^2.K/W. 

Jak kupować materiały termoizolacyjne

Znając wymagany współczynnik przenikania ciepła U przegrody, np. ściany zewnętrznej, oraz lambdę materiałów ociepleniowych, można skomponować na wiele sposobów odpowiednią przegrodę. W projekcie jest zapisane, jaki materiał termoizolacyjny trzeba zastosować oraz jaką powinien mieć on lambdę i grubość. W ten sposób można określić wymagany opór cieplny termoizolacji, żeby przegroda spełniła wymogi cieplne. Na rynku jest wiele materiałów termoizolacyjnych różniących się lambdą i ceną. Ważna jest także grubość termoizolacji. Jeśli zastosujemy materiał o niższej lambdzie (lepiej izolujący), możemy pocienić jego warstwę.

Żeby porównać różne materiały, trzeba obliczyć wskaźnik ceny jednostkowego oporu cieplnego W_R, mnożąc wartość lambdy przez cenę 1 m³ materiału. Im wskaźnik jest niższy, tym korzystniejszy będzie zakup. Z tym że w przypadku materiałów o najwyższej lambdzie konieczna grubość termoizolacji może być zbyt wielka. Dlatego najlepiej porównać wyniki dla materiałów termoizolacyjnych różniących się lambdą i wybrać optymalne rozwiązanie.