Як обчислити коефіцієнт U огороджувальної конструкції із сендвіч-панелей і PIR (крок за кроком)

Кожен проєкт огороджувальної конструкції — стіни, даху, підлоги — завершується тим самим питанням: чи відповідає вона вимогам WT 2021. Відповідає на нього коефіцієнт теплопередачі U, а не сама товщина чи «добра лямбда» матеріалу. У цій статті крок за кроком показуємо, чим відрізняється λ від U, як побудована формула U, як підібрати опори тепловіддачі та як обчислити U для конструкції із сендвіч-панелей і PIR — із посиланням на публічні граничні значення WT 2021. Конкретної λ виробу з пам’яті не наводимо: в обчисленнях завжди використовують деклароване значення з технічної карти відповідного виробу.

λ і U — дві різні величини

Це розрізнення є фундаментом і джерелом найчастіших помилок.

Лямбда (λ) — коефіцієнт теплопровідності, одиниця W/(m·K). Це властивість самого матеріалу, незалежна від товщини. Показує, наскільки інтенсивно тепло проходить крізь матеріал: що нижча λ, то кращий ізолятор. Детально пояснюємо її в статті коефіцієнт теплопровідності. Сама λ не достатня для оцінки конструкції — вона нічого не знає про товщину чи сусідні шари.

Коефіцієнт U — коефіцієнт теплопередачі, одиниця W/(m²·K). Це властивість усієї конструкції: враховує всі шари, їх товщини, їх λ та опори тепловіддачі на обох поверхнях. Саме U порівнюємо з вимогами закону.

Найпростіше: λ описує цеглину, U описує всю стіну з тиньком, ізоляцією та повітрям з обох боків. Низька λ — необхідна умова доброго U, але недостатня — важать ще товщина та повний комплект шарів.

Формула, що все впорядковує

Коефіцієнт U — це просто обернена величина загального термічного опору конструкції:

U = 1 / R_T

де R_T [m²·K/W] — це сума всіх опорів на шляху тепла:

R_T = R_si + R₁ + R₂ + … + R_se

Опір окремого матеріального шару рахуємо як:

R = d / λ

де d — товщина шару в метрах, а λ — його декларований коефіцієнт теплопровідності. Найчастіша обчислювальна помилка — підставити товщину в сантиметрах чи міліметрах — d має бути в метрах.

R_si і R_se — це опори тепловіддачі на внутрішній і зовнішній поверхні — враховують теплообмін між конструкцією та повітрям. Їх приймають із таблиць EN ISO 6946 залежно від напрямку теплового потоку:

(значення в m²·K/W). Для стіни зазвичай R_si = 0,13 і R_se = 0,04; для даху R_si = 0,10.

Методичний приклад — стіна із сендвіч-панелі / PIR

Покажемо хід обчислень на зовнішній стіні із сендвіч-панелі PIR. Значення λ, використані нижче, символічні — у реальному проєкті підставляєш λ, декларовану з карти виробу.

Припустімо стіну: повітря всередині → сендвіч-панель (осердя PIR товщиною d, у сталевих облицюваннях) → повітря назовні. Крок за кроком:

1. Поверхневі опори (стіна, горизонтальний потік): R_si = 0,13; R_se = 0,04 → разом 0,17 m²·K/W.
2. Опір осердя PIR: R = d / λ. Сталеві облицювання мають дуже високу λ (проводять тепло) і товщину порядку десятих часток міліметра — їх опір знехтувано малий, тож опір конструкції визначає осердя.
3. Загальний опір: R_T = 0,17 + (d / λ_PIR).
4. Коефіцієнт U: U = 1 / R_T.

Зрозумілий якісний висновок: оскільки поверхневі опори сталі та невеликі, результат U визначає насамперед співвідношення товщини осердя до його λ. Що товстіше осердя й нижча декларована λ, то нижчий (кращий) U. Тому матеріали з низькою λ, як-от PIR, дозволяють досягти потрібного U за меншої товщини, ніж матеріали з вищою λ — що означає тоншу конструкцію та менше втраченої площі. Цю залежність між λ і окупністю ізоляції аналізуємо в тексті панелі PIR проти пінополістиролу — аналіз ROI.

У випадку сендвіч-панелей виробник часто декларує безпосередньо значення U для даної товщини осердя — тоді не треба рахувати з λ, достатньо зчитати U з карти та порівняти з WT 2021. Для багатошарових конструкцій (наприклад, дах із надкроквяною ізоляцією) рахують кожен шар окремо та підсумовують опори.

Вимоги WT 2021 — з чим порівнюємо U

Обчислений U порівнюємо з максимальними граничними значеннями, визначеними в Технічних умовах (WT 2021). Для будівель із температурою приміщень щонайменше 16°C діють зокрема:

Правило просте: обчислений U має бути меншим або рівним граничному значенню. Якщо виходить вищим — треба збільшити товщину ізоляції, взяти матеріал із нижчою λ або додати шар. Дах тут найвимогливіший (0,15), що за покрівельних сендвіч-панелей insPIRe D чи ізоляції termPIR AL означає добір відповідно товстого осердя. Для стін зазвичай достатньо тоншого перерізу, щоб зійти нижче 0,20.

Найчастіші помилки в обчисленнях U

• Товщина в см замість метрів у R = d/λ — завищує R удесятеро.
• Плутання λ з U — порівнювання λ матеріалу з вимогою U конструкції — це помилка категорії.
• Пропуск R_si/R_se або використання значень для неправильного напрямку потоку (дах ≠ стіна).
• λ «з інтернету» замість декларованої — використовуй значення з технічної карти конкретного виробу; різні вироби PIR мають різні λ.
• Рахування «на сам матеріал» у багатошаровій конструкції — треба підсумувати опори всіх шарів.
• Ігнорування містків холоду — за точної енергетичної оцінки важить також вплив кріплень і стиків, що виходить за межі базового U шару.

Порахуй це без ручного рахунку

Увесь наведений хід — поверхневі опори, R = d/λ для кожного шару, сума та U = 1/R_T — за тебе виконує наш калькулятор U-value. Вписуєш шари й товщини, а інструмент повертає U конструкції та дозволяє одразу порівняти його з вимогою WT 2021. Це найшвидший спосіб перевірити, чи запроєктована конструкція із сендвіч-панелей або PIR пройде вимогу — а за потреби підібрати товщину методом проб.

Підсумок

Коефіцієнт U — це обернена величина суми опорів конструкції: U = 1/R_T, де R шару = d/λ, а до балансу додаються опори тепловіддачі R_si і R_se. λ описує матеріал, U — усю конструкцію, і саме U порівнюємо з межами WT 2021 (стіна 0,20; дах 0,15; підлога на ґрунті 0,30). В обчисленнях використовуємо λ, декларовану з карти виробу, а для сендвіч-панелей часто безпосередньо зчитуємо U для даної товщини. Решта — це дисципліна одиниць і повнота шарів — або просто використання готового калькулятора.

🤝 Зв’яжіться з технічним консультантом BOKKA — допоможемо підібрати товщину сендвіч-панелі або PIR до потрібного U конструкції та підтвердимо параметри декларацією показників виробу.

Джерела:

• EN ISO 6946 — Будівельні компоненти та елементи будівлі: термічний опір і коефіцієнт теплопередачі (метод обчислення, опори R_si/R_se)
• Розпорядження про технічні умови (WT 2021) — граничні значення U_max конструкцій
• Декларація показників / технічна карта виробу — деклароване значення λ та U