Free Press

Deși principalul obiectiv al performanței de mediu a clădirilor se concentrează acum pe consumul de carbon, este încă necesar să se ia în considerare performanța termică a structurii clădirii ca factor care contribuie la aceasta. Performanța termică se măsoară în termeni de pierderi de căldură și este exprimată în mod obișnuit în industria construcțiilor ca o valoare U sau o valoare R. Calculele valorii U vor fi invariabil necesare la stabilirea strategiilor de construcție. O serie de termeni au semnificații subtil similare, iar interpretări contradictorii pot fi găsite pe internet. Diferitele terminologii și modul în care acestea se raportează unele la altele sunt explicate în acest articol.

Valoarea U, sau transmitanța termică (reciproca valorii R)

Transmitanța termică, cunoscută și sub numele de valoarea U, este rata de transfer de căldură printr-o structură (care poate fi un singur material sau un compozit), împărțită la diferența de temperatură de-a lungul acelei structuri. Unitățile de măsură sunt W/m²K. Cu cât o structură este mai bine izolată, cu atât valoarea U va fi mai mică. Standardele de manoperă și de instalare pot afecta puternic transmitanța termică. Dacă izolația este montată necorespunzător, cu goluri și punți reci, atunci transmitanța termică poate fi considerabil mai mare decât se dorește. Transmitanța termică ia în considerare pierderile de căldură datorate conducției, convecției și radiației.

Calcularea valorii U

Calculul de bază al valorii U este relativ simplu. În esență, valoarea U poate fi calculată prin găsirea reciprocă a sumei rezistențelor termice ale fiecărui material care compune elementul de construcție în cauză. Rețineți că, pe lângă rezistențele materialelor, fețele interioare și exterioare au, de asemenea, rezistențe, care trebuie adăugate. Acestea sunt valori fixe.

Există o serie de standarde care acoperă metodele de calcul pentru transmitanța termică. Acestea sunt enumerate în secțiunea „Legături și referințe utile” de la sfârșitul acestui articol.

Calculele simple ale valorii U pot fi făcute în felul următor, luând în considerare construcția elementului de construcție strat cu strat. Rețineți, totuși, că acest lucru nu ține cont de punțile reci (de exemplu, prin legături de perete), de golurile de aer din jurul izolației sau de proprietățile termice diferite ale, de exemplu, rosturilor de mortar. Acest exemplu ia în considerare un perete cu cavități:

Material	Grosime	Conductivitate (k-value)	Rezistență = Grosime ÷ conductivitate (valoare R)
Suprafață exterioară	–	–	–	0.040 K m²/W
Cărămizi de argilă	0,100 m	0,77 W/m⋅K	0,130 K m²/W
Vată de sticlă	0.100 m	0,04 W/m⋅K	2,500 K m²/W
Blocuri de beton	0.100 m	1,13 W/m⋅K	0,090 K m²/W
Plaster	0,013 m	0,50 W/m⋅K	0,50 W/m⋅K	0.026 K m²/W
Suprafață interioară	–	–	0,130 K m²/W
Total			2.916 K m²/W
Valoare U =		1 ÷ 2,916 =	0,343 W/m²K

Rețineți că, în exemplul de mai sus, conductivitățile (valorile k) ale materialelor de construcție sunt disponibile online în mod liber; în special de la producători. De fapt, utilizarea datelor de la producător va îmbunătăți acuratețea, în cazul în care produsele specifice care sunt specificate sunt cunoscute la momentul calculului. Deși este posibil să se țină cont de rosturile de mortar în calculul de mai sus, prin evaluarea suprafeței % de mortar în raport cu zidăria de blocuri așezată în el, trebuie reținut faptul că aceasta este o tehnică rudimentară în comparație cu metoda mai robustă stabilită în BS EN ISO 6946I.

Măsurarea valorii U

În timp ce calculele de proiectare sunt teoretice, se pot efectua, de asemenea, măsurători post-construcție. Acestea au avantajul de a putea ține cont de manopera executată. Calculele transmitanței termice pentru acoperișuri sau pereți pot fi efectuate cu ajutorul unui fluxmetru de căldură. Acesta constă într-un senzor cu termopile care este fixat ferm pe zona de testare, pentru a monitoriza fluxul de căldură din interior spre exterior. Transmitanța termică se obține prin împărțirea fluxului (debitului) termic mediu la diferența medie de temperatură (între interior și exterior) pe o perioadă continuă de aproximativ 2 săptămâni (sau peste un an în cazul unei plăci de pardoseală, din cauza acumulării de căldură în sol).

Precizia măsurătorilor depinde de o serie de factori:

• Mărimea diferenței de temperatură (mai mare = mai precisă)
• Condițiile meteorologice (înnorat este mai bine decât însorit)
• O bună aderență a termopilelor la zona de testare
• Durata monitorizării (o durată mai lungă permite o medie mai precisă)
• Mai multe puncte de testare permit o precizie mai mare, pentru a atenua anomaliile

Doi factori de complicare care pot afecta proprietățile de transmisie termică ale materialelor includ:

• Temperatura ambiantă, datorită căldurii latente, printre alți factori
• Efectele curenților de convecție (convecția crescută contribuie la fluxul de căldură)

Calculatoare de valori U

Deoarece calcularea valorilor U poate necesita mult timp și poate fi complexă (în special în cazul în care, de exemplu, trebuie să se țină cont de punțile reci), au fost lansate numeroase calculatoare online de valori U. Cu toate acestea, multe dintre acestea sunt disponibile doar pe bază de abonament, iar cele care sunt gratuite tind să fie prea simpliste. O altă opțiune este de a solicita un calcul de la, de exemplu, un producător de izolație, al cărui produs este specificat.

Documentele aprobate de regulamentele privind construcțiile L1A, L2A, L1B și L2B în Anglia și în Țara Galilor fac toate referire la publicația BR 443 Conventions for U-value calculationsII pentru metodologiile de calcul aprobate, în timp ce documentul însoțitor U-value conventions in practice. Exemplele de lucru care utilizează BR 443III oferă îndrumări utile.

Valoarea R, sau izolanța termică (reciproca valorii U)

Insolanța termică este inversul transmisiei termice; cu alte cuvinte, capacitatea unui material de a rezista fluxului de căldură. Valorile R sunt utilizate mai frecvent în anumite părți ale lumii (de exemplu, în Australasia), spre deosebire de preferința Regatului Unit pentru valorile U. Unitățile de măsură pentru transmitanța termică sunt m²K/W și, din nou, o cifră mai mare indică o performanță mai bună (spre deosebire de cifra mai mică dorită pentru valoarea U).

valoarea k, sau conductivitatea termică (cunoscută și ca valoare lambda sau λ; reciproca rezistivității termice)

Conductivitatea termică este capacitatea unui material de a conduce căldura. În consecință, o conductivitate termică ridicată înseamnă că transferul de căldură prin intermediul unui material va avea loc la o rată mai mare; rețineți că acest lucru depinde, de asemenea, de temperatură. Unitățile de măsură ale conductivității termice sunt W/m⋅K. Cu toate acestea, spre deosebire de valorile U și R, valorile k nu depind de grosimea materialului în cauză.

Valoare Y, sau admitanță termică, sau coeficient de transfer termic

Capacitatea unui material de a absorbi și de a elibera căldură dintr-un spațiu intern, pe măsură ce temperatura acelui spațiu se schimbă, este denumită admitanță termică (sau coeficient de transfer termic) și este definită în BS EN ISO 13786:2007 Performanța termică a componentelor clădirilorIV. Acesta reprezintă, de asemenea, baza pentru „modelul dinamic de implementare” din Ghidul CIBSE A: Proiectarea mediuluiV, care este utilizat pentru calcularea sarcinilor de răcire și a temperaturilor spațiilor în timpul verii. Cu cât admisibilitatea termică este mai mare, cu atât mai mare va fi masa termică. Admitanța termică este similară cu transmitanța termică (și utilizează aceleași unități de măsură). Cu toate acestea, ea măsoară capacitatea de stocare termică a unui material, adică capacitatea unui material de a stoca și de a elibera căldură pe o perioadă de timp, de obicei 24 de ore. La fel ca în cazul transmisiei termice, unitățile de măsură sunt W/m²K.

Rețineți că „valoarea Y” a admisiei termice nu trebuie confundată cu factorul de punte termică „valoarea y”, care este definit în Procedura standard de evaluare (SAP) Anexa K ca fiind derivat din transmisia termică liniară.

Valoarea PSI (Ψ), sau transmitanța termică liniară

Măsura pierderilor de căldură datorate unei punți termice este denumită transmitanța termică liniară (spre deosebire de transmitanța termică „de suprafață” care este altfel denumită valoare U), unitățile de măsură fiind, din nou, W/m²K. Valorile Psi sunt utilizate pentru a genera valorile y (factorul de punte termică) în apendicele K al Procedurii standard de evaluare.

Rezistivitatea termică (reciproca conductivității termice)

Rezistivitatea termică este capacitatea unui material de a rezista la conducerea căldurii prin el. Ca și valoarea k, această proprietate nu depinde de grosimea materialului în cauză. Unitățile de măsură ale rezistivității termice sunt K⋅m/W.

Conductanța termică (reciproca rezistenței termice)

Se referă la cantitatea de căldură condusă printr-un material de un volum dat, în unitatea de timp, adică la viteza de conducție. Ca atare, unitățile de măsură sunt W/K.

Rezistența termică (reciproca conductibilității termice)

Aceasta este o măsură a gradului de rezistență a unui material la conducerea căldurii prin el și se măsoară în K/W. Ca și în cazul conductibilității termice, este o măsură a ratei de transfer pentru un volum dat.

Masa termică

Până acum ignorată în mare măsură în industria construcțiilor din Regatul Unit, masa termică (spre deosebire de admitanța termică) este derivată din capacitatea termică specifică (capacitatea unui material de a stoca căldură în raport cu masa sa), densitatea și conductivitatea termică (cât de ușor poate călători căldura printr-un material). Conductivitatea termică este utilizată de SAP 2009 sub forma valorii „k” (sau kappa), pentru a calcula parametrul de masă termică (TMP). Valoarea „k” reprezintă capacitatea termică pe unitatea de suprafață a părții „active din punct de vedere termic” a elementului de construcție (numai primii aproximativ 50 mm de grosime a elementului au un impact real asupra masei termice, deoarece aceasta se reduce odată cu creșterea adâncimii în element; dincolo de 100 mm, efectul este neglijabil). Trebuie remarcat faptul că valoarea „k” este o aproximare, deoarece se fac presupuneri cu privire la amploarea volumelor active din punct de vedere termic ale unui material; în plus, aceasta ignoră efectul conductivității termice în calcularea perioadei în care căldura este absorbită și emisă de material. BS EN ISO 13786VI oferă o metodă mai eficientă de determinare a masei termice. Masa termică nu trebuie confundată cu izolația.

Importanța masei termice nu poate fi subliniată prea mult, așa cum este ilustrat de aceste exemple:

1,86 W/m²K

Consolidarea pereților	U-	Admitere termică	Masa termică
200mm cărămidă 13mm tencuială „umedă”	2 W/m²K	4.26 W/m²K	169 kJ/m²K
100mm cărămidă 150mm cavitate umplută cu vată minerală 100mm bloc de beton celular 13mm gips-carton de gips-carton drylining pe plăci de 10mm	0.19 W/m²K	9 kJ/m²K

Rețineți cât de slabă este masa termică a peretelui gol modern, în comparație cu cea a peretelui masiv din cărămidă. Cu toate acestea, prin înlocuirea tencuielii „umede” de 13 mm în locul gletului de gips-carton de 13 mm, admitanța poate fi crescută substanțial:

2,74 W/m²K

Consolidarea peretelui	Valoare U	Admisie termică	Masa termică
100mm cărămidă 150mm vată minerală-umplută cu vată minerală 100mm bloc de beton celular 13mm tencuială „umedă”	0.19 W/m²K	60 kJ/m²K

Decuplarea plăcii de gips-carton în acest mod poate fi astfel considerată ca eliminând aproape complet masa termică efectivă într-o casă construită conform standardelor și tehnicilor moderne.

Utilizarea masei termice pentru combaterea supraîncălzirii în timpul verii este discutată mai detaliat în seria de articole Adaptarea clădirilor la schimbările climatice: Excesul de căldură, părțile întâiVII și a douaVIII.

Descrisoarea

Descrie modul în care densitatea, capacitatea termică și conductivitatea termică a unui material, pot încetini trecerea căldurii dintr-o parte în alta și, de asemenea, pot reduce aceste câștiguri pe măsură ce trec prin el. Prin urmare, acest lucru are o influență asupra performanței termice a unei clădiri în perioadele mai calde. Acestea sunt denumite întârziere de descreștere și, respectiv, factor de descreștere.

Fază chimică

Când un material își schimbă starea din solid în lichid sau din lichid în gaz, conductivitatea termică a acelui material se poate modifica. Acest lucru se datorează absorbției și eliberării căldurii latente și poate avea loc, de asemenea, la scări mai mici care pot fi avantajoase în construcții.

Materialele devin din ce în ce mai ușor disponibile care pot asigura o masă termică ridicată din volume mici. Cunoscute sub denumirea de materiale cu schimbare de fază (PCM), acestea sunt substanțe care pot stoca și elibera căldură latentă, atunci când se topesc și, respectiv, se solidifică într-un interval îngust de temperatură. Aceste materiale pot fi microîncapsulate în anumite tipuri de materiale de construcție, cum ar fi tencuiala sau argila, pentru a forma fie plăci de căptușire a pereților, fie plăci de tavan. Ele pot fi, de asemenea, macro-încapsulate, de exemplu, în plăci de schimbător de căldură pentru a fi utilizate în unitățile de răcire și de ventilație și sunt în curs de investigare pentru a fi încorporate în panouri de spumă PU, pentru aplicații cum ar fi panourile de placare compozite cu suprafață metalică. Avantajul PCM-urilor este că pot furniza cantități semnificative de masă termică, în timp ce sunt în sine foarte subțiri; adică masa termică pare disproporționat de mare în comparație cu grosimea fizică a materialului.

PCM-urile ar putea oferi o soluție practică pentru reintroducerea masei termice în clădirile ușoare, pentru a contracara supraîncălzirea, și sunt discutate mai detaliat în seria de articole Adaptarea la schimbările climatice în clădiri: Excesul de căldură (partea a doua)IX.

Vă interesează mai mult conținut ca acesta? Înscrieți-vă la buletinul informativ NBS eWeekly.

Înscrieți-vă acum

.