R, U, lamda şi alte noţiuni ce ţin de eficienţa termică

Când dorim să cumpărăm un produs sau sistem de termoizolaţie, ne lovim des de termeni precum, punct de rouă, valoare R, valoare U şi coeficient de transfer termic lamba (λ). Vreau să vă explic prin exemple, tot ce trebuie să ştiţi despre aceşti termeni. Despre punctul de rouă am vorbit în articolul Ce este punctul de rouă şi care este semnificaţia lui? pentru că este un aspect important al unui plan de termoizolare a unei structuri. Indiferent de destinația ei finală. Acest articol poate fi enervant pentru unii pentru că are calcule matematice în el.

Mai are și formule sau unități de măsură care poate o să vă streseze. Însă dacă doriți să înțelegeți felul în care se termoizolează un perete, va fi nevoie să înțelegeți aceste noțiuni. Nu strică să vă jucați cu ele și să faceți niște exerciții înainte de a calcula gradul de termoizolare la propria casă. Dacă faceți greșeli, atunci puteți să supradimensionați sistemul și să scoateți din buzunar în plus. Alternativ, puteți să subdimensionați sistemul și să plătiți mult mai mult față de dimensionare, dar într-un timp mai îndelungat.

Coeficientul de transfer termic şi cum se măsoară el?

Lamba (λ) este coeficientul de transfer termic şi cu cât lamda este mai mic, cu atât un peretele pierde mai puţină căldură de pe o partea pe cealaltă. Polistirenul are un lamba (λ), iar cărămida alt lamba (λ). Coeficientul de transfer termic se măsoară în W/m×K, şi înseamnă Watt împărţit la metru lungime multiplicat la cifra diferenţei în Kelvin dintre partea care cedează şi cea care primeşte căldură. Un perete construit dintr-un material X cu coeficientul de transfer termic lamba (λ) de 10 W/m×K şi grosimea de un metru, va pierde 10Wh într-o oră. Poate doriți să citiți și articolul 1n-cu3and – Ce este un Kelvin și ce legătură are cu sistemele de termoficare?

Dacă diferenţa de temperatură dintre mediile despărţite de acest perete este de un Kelvin. Pentru acelaşi material X, cu grosimea de 0,25 metri, adică de 4 ori mai subţire, pierderile de căldură vor fi de 4 ori mai mari. Adică vom pierde 40 Wh, cu menţiunea că diferenţa de temperatură dintre cele două suprafeţe ale peretelui rămâne tot 1 grad Kelvin. Potenţialul termic caută să se echilibreze, iar căldura din mediul cald va călători spre mediul rece până cele două se echilibrează, ajungând la aceeaşi temperatură.

Peretele nostru va pierde căldură din interiorul cald al casei spre exteriorul rece, pe timp de iarnă, iar pe timp de vară, el va trage căldură din exteriorul cald al casei spre interiorul care nu este chiar aşa de cald. Pentru a izola eficient o casă, nouă ne trebuie un material care să se opună acestei mişcări a căldurii de pe o partea pe alta a peretelui. Nu putem bloca mişcarea de temperatură absolut perfect decât dacă avem vid între mediul interior şi cel exterior, dar noi nu avem vid ci avem un perete structural. Prin urmare, indiferent cât de gros ar fi peretele sau termoizolaţia, tot vom pierde nişte energie. Întregul rost al termoizolaţiei este să reducem pierderile de căldură la un nivel confortabil din punct de vedere financiar, nu să o oprim.

Eficienţa termică a unui perete de cărămidă neizolat

În figura 1, avem un perete din cărămidă plină, cu grosimea de fix 25 de cm, fără termoizolaţie şi avem următoarele valori:

–lamda cărămidă plină are valoarea 0,55 W/m×K;

-grosimea peretelui de cărămidă este de 0,25 metri;

-diferenţa de căldură între interior şi exterior este de 45 grade Kelvin, de la 253,15K (-20 °C) până la 298,15K (25 °C);

-numărul de ore dintr-o lună îl vom considera ca 720 h;

-o casă mică cu suprafaţă de 50 metri pătraţi are aproximativ 190 metri pătraţi de pereţi exteriori.

 

Peretele de cărămidă plină, este în situaţia unei zile de iarnă cu o temperatura exterioară de -20 °C şi o temperatură internă uzuală de 25 °C. Vreau să calculăm necesarul termic în timp de 30 de zile, pentru a păstra temperatura de 25 °C la interior. Noi vom calcula doar pierderile energetice pentru 1 metru pătrat de perete, dar calculul real al pierderilor se face prin înmulţirea acestui metru pătrat cu suprafaţa totală a pereţilor exteriori.

Pierderea de căldură pe un metru pătrat al peretelui de cărămidă este de 0,55 Watt împărţit la (0,25 metri grosime×K ), iar rezultatul este de 2,2W/K, dar asta este doar pentru o diferenţă de un grad Kelvin, însă noi avem 45 de grade Kelvin diferenţă. Pierderea prin peretele nostru este de 2,2 W/K × 45K. K-ul de sus se simplifică cu cel de jos, iar noi vom rămâne cu 99 de W pierdere în unitatea de timp. Eu voi alege ora ca interval de timp, iar pierderea este de 99 Wh, adică prin acest perete sa va pierde o putere de 99Wh într-o oră.

Am spus că rezultatul este de 2,2 W/K şi că este pe un metru pătrat, culmea este că asta se întâmplă să fie şi unitatea de măsură a lui U. Deci am dat peste U din nevoie, iar el se măsoară în W/m²K, adică număr de Watt pierduţi pe suprafaţa de un metru pătrat la o diferenţă de temperatură între exteriorul şi interiorul casei de un Kelvin. Această valoare U este importantă şi se numeşte coeficientul de transfer termic al peretelui.

Deşi lamda se referă cumva la un singur material anume şi la pierderile printr-un metru întreg de grosime, nu menţionează nimic de suprafaţa pe care pierde căldura, fiind nevoie de calcule, dar U se referă la un metru pătrat de perete. Pentru peretele nostru simplu făcut dintr-un singur fel de material U se poate determina foarte uşor, U = λ/grosimea peretelui. Cu cât valoarea U este mai mare cu atât peretele este mai prost izolat.

Există confuzii între lamba (λ) şi U, iar multor comercianţi le place să îţi spună de lamba (λ) pentru că diferenţa între W/mK şi W/m²K este doar un 2 micuţ, şi este şi incorect pentru că notaţia ar trebui să fie W/m×K şi W/m²×K, ca să fie clar. R-ul este inversul lui U, deci U = 1/R şi R=1/U, adică noi am avut un U de 2,2 W/m²×K asta ar echivala un R 0,454545…m²×K/W. Am spus că R este inversul lui U, deci inversăm şi unităţile de măsură, dar se spune prescurtat R 0,45. Cu cât valoarea R este mai mare cu atât peretele este mai bine izolat.

În 30 de zile vom pierde 99Wh x 720 = 71,28 KWh. Dacă îţi încălzeşti casa cu o centrală electrică, asta înseamnă 32,07 RON pe lună pentru fiecare metru pătrat exterior al casei tale. Să presupunem că ai o casă banală de 50 mp şi că temperatura din exterior şi interior nu s-a schimbat în acest interval de timp. Atunci costurile lunare cu pierderile pe căldură pentru un perete de cărămidă neizolat vor fi de 6096 RON, de 3050 RON dacă ai posibilitatea să te încălzeşti cu gaz şi de 1523 de RON, dacă te încălzeşti pe lemn şi ai noroc de lemne suficiente şi ieftine.

Eficienţa termică a unui perete de cărămidă termoizolat cu 50 mm de polistiren

În figura 2, avem un perete din cărămidă plină, cu grosimea de fix 25 de cm, dar cu termoizolaţie de 50 mm şi avem aproximativ aceleaşi valori cu cele de sus:

–lamba polistiren are valoarea de 0,039 W/m×K şi lamda cărămidă plină are valoarea 0,55 W/m×K;

-grosimea peretelui de cărămidă este de 0,25 metri, iar grosimea polistirenului este de 0,05 metri;

-diferenţa de căldură între interior şi exterior este de 45 grade Kelvin, de la 253,15K (-20 °C) până la 298,15K (25 °C);

-numărul de ore dintr-o lună îl vom considera ca 720 h;

-o casă mică cu suprafaţă de 50 metri pătraţi are aproximativ 190 metri pătraţi de pereţi exteriori.

 

Temperaturile rămân aceleaşi şi urmărim să aflăm acelaşi lucru. Pierderea de căldură pe un metru pătrat al peretelui de cărămidă este de 0,55 Watt împărţit la ( 0,25 metri grosime×K ), iar rezultatul este de 2,2W/K, dar asta este doar pentru o diferenţă de un grad Kelvin. Plus, 0,039 Watt împărţit la ( 0,05 metri grosime×K  ), iar rezultatul este de 0,78 W/K pe fiecare metru pătrat.

Valoare U a peretelui de cărămidă este de 2,2 W/m²×K ca mai sus, iar valoarea U a stratului de polistiren este 0,78 W/m²×K, în concluzie am putea să credem că valoarea U pentru peretele izolat cu 50 mm de polistiren este de 2,98 W/m²×K, adunând pierderile pentru ambii pereţi, dar nu se poate ca un perete izolat să piardă mai multă căldură ca unul neizolat şi nici nu se poate ca valoarea U a întregului perete să fie mai mare decât cea mai mică valoare U.

Valoarea U a întregului perete trebuie să aibă o valoare sub valoarea U a stratului de polistiren 0,78 W/m²×K, iar valoarea U a întregului perete nu se poate calcula înainte să cunoaştem valoarea R a peretelui. R perete cărămidă am văzut că este 0,45454545… m²×K/W, iar R strat polistiren este 1/0,78 W/m²×K = 1,28205128…m²×K/W. R perete fiind suma celor două adică 1,73759673…m²×K/W. Cum U =1/R, atunci U pentru întreg peretele este 1/1,73759673=0.57…W/m²×K. Vedem că avem valoarea U a întregului perete este mai mic decât valoarea U a stratului de polistiren, deci este plauzibil.

Acum că avem valoare U a întregului perete, putem să calculăm pierderile energetice lunare. Vom considera aceleaşi date de sus, mai puţin valoarea U a întregului perete care este aproximativ de 0,57 W/m²×K. În unitatea de timp vom pierde 0,57 W/m²×K * 45 grade Kelvin= 25,65 W pe fiecare metru pătrat de perete exterior şi 25,65 Wh într-o oră. În 30 de zile vom pierde 25,65Wh x 720 = 18,48 KWh. Dacă îţi încălzeşti casa cu o centrală electrică, asta înseamnă 8,31 RON pe lună pentru fiecare metru pătrat exterior al casei tale.

Să presupunem că ai o casă banală de 50 mp şi că temperatura din exterior şi interior nu s-a schimbat în acest interval de timp. Atunci costurile lunare cu pierderile pe căldură pentru un perete de cărămidă termoizolat cu 50 mm de polistiren vor fi de 1579 RON, de 789 RON dacă ai posibilitatea să te încălzeşti cu gaz şi de 394 de RON, dacă te încălzeşti pe lemn şi ai noroc de lemne suficiente şi ieftine. Acest articol este varză. Motivul este că are foarte multă informație comprimată într-un text foarte scurt. Însă pe viitor plănuiesc să o împart în mai multe articole. În patru părți mai exact.