Součinitel prostupu tepla – co to je a jak se počítá

Součinitel prostupu tepla souvisí s okny, cihlami, dveřmi a jinými stavebními prvky. Výrazně se dotýká především nízkoenergetických a pasivních domů. Svou roli sehrává u bydlení jako celku.

Co je to součinitel prostupu tepla?

Pojďme se nejprve zaměřit na to, co se vlastně skrývá za slovním spojením součinitel prostupu tepla. Každý asi správně tuší, že tato informace se úzce pojí s tepelnými ztrátami objektu. Konkrétně jde o vyjádření schopnosti libovolného stavebního materiálu dostát odpovídající tepelné izolace. Součinitel prostupu tepla je spojován v nejrůznějšími stavebními konstrukcemi. A jakou podobu má tato veličina?

• W/(m²K)

Využití součinitele tepla

Z výše uvedené základní definice jasně vyplývá, že součinitel prostupu tepla je spojen primárně se stavebním segmentem. S touto veličinou pracují hlavně stavební inženýři a architekti při navrhování objektů.

Týká se nejenom novostaveb, nízkoenergetických a pasivních domů. Jsou to také nemovitosti určené k rekonstrukci, kdy má vlivem vhodného zateplení, třeba prostřednictvím polystyrenu, dojít k lepším hodnotám součinitele prostupu tepla.

O této veličině by v obecné rovině měl vědět asi každý majitel nemovitosti nebo ten, kdo chce zlepšit energetické ztráty rodinného domu, bytového domu či jiného objektu. Navíc, hodnoty součinitele prostupu tepla jsou něčím, co musí být ze zákona dodržováno a odpovídá příslušným normám a vyhláškám.

Značky součinitele prostupu tepla

Ještě, než se zaměříme na výpočet prostupu tepla, je vhodné zmínit se o několika základních parametrech, respektive značkách, které souvisí se součinitelem prostupu tepla. Obecně je tato veličina spojena s písmenem „U“. To však může být opatřeno ještě další značkou určující konkrétní význam veličiny.

• U_rec – Doporučená hodnota předepsaná normou
• U_N – Minimální hodnota předepsaná normou
• U_g – Součinitel prostupu tepla týkající se zasklení
• U_w – Součinitel prostupu tepla spojený s okny
• U_f – Součinitel prostupu tepla zaměřený na rám oken a dveří
• U_em – Průměrný součinitel tepla obálkou stavby
• U_pas – Doporučená hodnota týkající se pasivních domů
• U_m – Celková průměrná hodnota součinitele tepla

Výpočet součinitele prostupu tepla

Pokud se chcete dopracovat k hodnotě součinitele prostupu tepla, měli byste vědět, že tato veličina je v podstatě převrácenou hodnotou tepelného odporu zvětšeného o tzv. převrácené odpory. Vzorec na první pohled vypadá celkem jednoduše:

• U = 1/RT (W/m²K)

Abyste však získali požadovaný výsledek, musíte znát tři důležité technické parametry.

• Součinitel tepelné vodivosti
• Odpor při přestupu tepla
• Tloušťka daných vrstev

Součinitel tepelné vodivosti

Nejprve se pojďme věnovat parametru, kterým je součinitel tepelné vodivosti označovaný značkou lambda „λ“. Tato veličina týkající se konkrétního stavebního materiálu je obvykle známa dopředu, protože je měřena už v laboratořích a díky tomu se stává nedílnou součástí technického listu.

Pod součinitelem lambda si můžete představit schopnost materiálu vést teplo z teplého prostoru do toho chladného. Jednotkou lambdy je (W/mK). I zde platí, že čím nižší hodnotu daný materiál má, tím lepší tepelné izolace se vám dostane.

• PUR pěna – 0,022 W/mK
• PIR pěna – 0,026 W/mK
• Polystyren – 0,033 W/mK
• Minerální vata – 0,035 W/mK
• Dřevo – 0,18 W/mK
• Tvárnice cihlové – 0,21 W/mK
• Pálená cihla – 0,88 W/mK
• Beton – 1,43 W/mK

Odpor při přestupu tepla

V případě odporu při přestupu tepla je třeba počítat s více hodnotami. K výsledkům se dopracujete přes několik veličin.

• R_si – Odpor při přestupu tepla na vnitřní straně
• R_se – Odpor při přestupu tepla na vnější straně

Hodnota R_se je obvykle nižší, kolem 0,04 m²K/W. U R_si se parametr odvíjí především od typu konstrukce. U svislých stěn se setkáte s hodnotou 0,013 m²K/W a u stropu nebo střech s 0,1 m²K/W. Zapomínat bychom neměli ani na podlahy, kde je odpor R_si cca 0,17 m²K/W.

Kromě odporů při přestupu tepla musíte znát ještě tepelný odpor konstrukce. Ten víceméně prozrazuje, jakou má daný stavební materiál schopnost klást odpor při prostupu tepla vybranou konstrukcí. V tomto případě zvolíte následující vzorec.

• R_k = d1/λ1 + d2/λ2 + di/λi

Kromě součinitele tepelné vodivosti lambda jsou ve vzorci použity ještě veličiny d1, d2 a di. Ty prezentují tloušťku vrstev konstrukcí. Zahrnuty musí být všechny vrstvy. Jde o tloušťku vrstvy konstrukce v metrech.

Na základě výše získaných hodnot pak můžete stanovit celkový tepelný odpor celé konstrukce, k němuž se dopracujete součtem těchto parametrů.

• RT = R_si + R_k + R_se

Finální výpočet součinitele prostupu tepla

V tento moment máte vše potřebné pro to, abyste dokázali vypočítat součinitel prostupu tepla dle uvedeného vzorce U = 1/RT (W/m²K). Stačí jen použít obrácenou hodnotu RT. Tak zní jednoduchá poučka k nabytí této obecné veličiny.

V rámci získávání výsledné hodnoty můžete pochopitelně narazit i na další úpravy tohoto vzorce, ať už jde o konstrukce se zkosenými vrstvami nebo systematickými tepelnými mosty. Takovými složitostmi už se však zabývají odborníci v podobě architektů a stavebních inženýrů.

Výpočet teplených ztrát nemovitosti

Když se dopracujete k výpočtu součinitelů tepla jednotlivých konstrukcí, můžete se vrhnout na výpočet tepelných ztrát daného objektu. Ve své podstatě půjde o průměrný součinitel prostupu tepla obálkou vaší nemovitosti. Z prezentovaných informací je zřejmé, že výstupem se pro vás stane hodnota U_m.

• U_m = (U1 * A1 + U2 * A2 + Ui * Ai)/Acelkem

Tento vzorec může být pochopitelně delší v závislosti na tom, kolik konstrukcí objekt má. Jak už víte, údaje U1, U2 a Ui definují součinitele prostupu tepla všech nezbytných konstrukcí. Pod údaji A1, A2 a Ai si představte celkové plochy všech obvodových konstrukcí. Poslední důležitou hodnotu tvoří „Acelkem“, což je součet všech obvodových konstrukcí.

Důležitou roli zde sehrává také měrný tepelný tok, k němuž se dopočítáte prostřednictvím níže uvedeného vzorce.

• HT = Um * Acelkem (W/K)

Normované hodnoty součinitele tepla

Výpočet součinitele prostupu tepla je jednou věcí. Tyto výsledky je však třeba porovnat s normovanými hodnotami vybraných konstrukcí. Ať už jde o ty minimální, doporučené nebo určené pro pasivní domy.

Pro představu vám přinášíme několik příkladů konstrukcí:

Stavební konstrukce	Un	Urec	Upas
Strop s podlahou nad venkovním prostorem	0,24 W/m2K	0,16 W/m2K	0,15 až 0,10 W/m2K
Střecha strmá se sklonem nad 45 stupňů	0,30 W/m2K	0,20 W/m2K	0,18 až 0,12 W/m2K
Strop a stěna vnitřní z vytápěného k temperovanému prostoru	0,75 W/m2K	0,50 W/m2K	0,38 až 0,25 W/m2K
Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45°, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí	1,40 W/m2K	1,10 W/m2K	0,90 W/m2K
Stěna mezi sousedními budovami	1,05 W/m2K	0,70 W/m2K	0,50 W/m2K
Podlaha a stěna temperovaného prostoru přilehlá k zemině	0,85 W/m2K	0,60 W/m2K	0,45 až 0,30 W/m2K
Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez tepelné izolace)	0,30 W/m2K	0,25 až 0,20 W/m2K	0,18 až 0,12 W/m2K

Výpočet součinitele prostupu tepla v praxi

Pro lepší pochopení problematiky výpočtu součinitele prostupu tepla se začtěte do níže uvedeného příkladu. V něm jsou prezentovány všechny potřebné hodnoty, které vedou k těm správným výsledkům. Výpočet se v tomto případě týká obvodové zdi. Ta je zateplena a omítnuta.

Stavební konstrukce	Lambda	Tloušťka v metrech	Tepelný odpor
Vnitřní omítka	0,99	0,02	0,02
Pálená cihla	0,8	0,45	0,563
Polystyren 120 mm	0,036	0,12	3,33
Vnější omítka	0,99	0,02	0,02

Z výše uvedených hodnot budete schopni získat celkové R = 3,936. Vzhledem k tomu, že jde o svislou konstrukci směrem do exteriéru, získáte hodnoty R_si = 7,69 a 0,13, včetně R_se = 25 a 0,04. Z nich vzejde výsledný tepelný odpor RT = 4,106 a zároveň součinitel prostupu tepla U = 0,244 W/m²K.

Nejčastější otázky