Izolacyjność i akumulacyjność przegród a stateczność cieplna budynku

Izolacyjność termiczna to zdolność do stawiania oporu przepływowi ciepła z ośrodka cieplejszego do chłodniejszego. W Polsce miarą izolacyjności jest współczynnik przenikania ciepła U, w  wielu innych krajach – jego odwrotność, czyli opór cieplny R. Im grubsza jest izolacja termiczna ścian, dachu czy podłogi na gruncie, tym lepszą mają one izolacyjność termiczną – tym mniejsza jest wartość U tych przegród (i tym większy opór R).

Akumulacyjnością przegrody nazywa się jej zdolność do gromadzenia ciepła. Jest ona tym większa, im większa jest masa przegrody, stąd budynki murowane mają zdecydowanie większą akumulacyjność niż lekkie budynki szkieletowe.

Zależnie od masy i materiału, nieróżniące się izolacyjnością termiczną przegrody zewnętrzne mogą mieć bardzo różną akumulacyjność cieplną. Dlatego też bardzo „ciepłe”, a więc dobrze izolowane budynki szkieletowe stygną stosunkowo szybko po wyłączeniu ogrzewania, ale też zaraz po jego ponownym uruchomieniu można je szybko nagrzać. W podobnie ocieplonych budynkach murowanych temperatura wewnętrzna spada wolniej, ale po ponownym włączeniu ogrzewania trzeba długo czekać na efekt – do czasu aż nagrzeją się wyziębione ściany.

Od akumulacyjności przegród i ich izolacyjności zależy stateczność cieplna budynku, czyli czas, w jakim utrzymuje się w nim stała temperatura wewnętrzna, mimo zmian warunków zewnętrznych (np. wystąpienia silnego mrozu albo porywistego wiatru) lub wyłączenia ogrzewania. Aby przegrody mogły akumulować ciepło i oddawać je do wnętrza, muszą być ocieplone od strony zewnętrznej. Pokażemy to na trzech przykładach.

Przykład 1. Ściana z pełnej cegły silikatowej grubości 25 cm, ocieplona 12-centymetrową warstwą styropianu. Ściana ta spełnia minimalne wymagania określone przez przepisy budowlane (U < 0,3) niezależnie od tego, czy ocieplenie znajdzie się po stronie zewnętrznej, czy od strony pomieszczenia. Jednakże właściwe jest oczywiście tylko pierwsze rozwiązanie, bo tylko wtedy ciężka warstwa nośna (ponad 350 kg na 1 m²) nie jest narażona na przemarzanie i może akumulować bardzo dużo ciepła i na długo je zatrzymać, bo jego ucieczkę do otoczenia skutecznie hamuje warstwa ocieplenia (a tylko ona styka się z zimnym powietrzem zewnętrznym). Ściana ta ma dużą stateczność cieplną, a więc w budynku o takich ścianach długo utrzymuje się stabilna temperatura w pomieszczeniach, nawet jeśli ogrzewanie nie działa stale.

Przykład 2. Ściana jednowarstwowa z ceramiki poryzowanej grubości około 50 cm. Ma ona podobny do poprzedniej współczynnik U i niewiele mniejszą masę (przekraczającą 300 kg na 1 m²), a zatem zbliżoną akumulacyjność termiczną. Jednak krócej utrzyma ona zmagazynowane w swej masie ciepło (ma mniejszą stateczność cieplną), gdyż wobec braku bariery, jaką w poprzednim przykładzie była warstwa izolacji, akumulujący ciepło materiał ściany ma bezpośredni kontakt z zimnym powietrzem zewnętrznym. Temperatura ściany będzie więc wyraźnie maleć w kierunku zewnętrznym.

Przykład 3. Lekka ściana szkieletowa, której przekrój złożony jest głównie z materiału izolacyjnego (zwykle wełny mineralnej), wypełniającej pola między elementami szkieletu konstrukcyjnego. Taka ściana nie ma praktycznie żadnej zdolności do akumulacji ciepła w swej masie, trudno też mówić o jej stateczności cieplnej, chociaż konstrukcja taka umożliwia uzyskanie wysokiej izolacyjności. Minimalne, określone przez prawo, wymagania cieplne spełnia już typowa ściana z 14-centymetrową warstwą izolacji (całkowita grubość takiej ściany wynosi ok. 18 cm).

Jednak dla zminimalizowania strat ciepła warto zastosować grubszą warstwę izolacji, ściana będzie i tak stosunkowo cienka (w Skandynawii od lat stosuje się w ścianach ok. 25 cm izolacji). Wbrew pozorom eksploatacja takiego domu może być wygodna i ekonomiczna, jeśli sposób ogrzewania pozwala na dynamiczne i  precyzyjne regulowanie ilości ciepła dostarczanego do pomieszczeń.

Jarosław Antkiewicz