Μετάβαση στο περιεχόμενο

Υπολογισμός τιμής U κατά DIN EN ISO 6946: διαδικασία και πηγές σφαλμάτων

6 λεπτά ανάγνωσης

Η τιμή U είναι το αντίστροφο της αντίστασης θερμοπερατότητας. Η μέθοδος περιγράφεται στο DIN EN ISO 6946, έκδοση 2018-03, «Δομικά στοιχεία – Αντίσταση θερμικής διέλευσης και συντελεστής θερμοπερατότητας – Μέθοδος υπολογισμού» (Bauteile – Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren). Η έκδοση αντικαθιστά εκείνη του 2008-04 και έχει διορθωθεί με το Διορθωτικό 1 του 2023-04. Ο ίδιος ο υπολογισμός είναι σύντομος· τα σφάλματα προκύπτουν στις τιμές εισόδου και βαραίνουν ιδιαίτερα σε υπάρχοντα κτίρια, επειδή εκεί η δομή και η κατάσταση των στρώσεων σπάνια τεκμηριώνονται.

Η διαδικασία υπολογισμού σε τρία βήματα

  1. Αντίσταση στρώσης: R = d / λ, δηλαδή πάχος στρώσης σε μέτρα διαιρεμένο με τη θερμική αγωγιμότητα σε W/(m·K).
  2. Συνολική αντίσταση: RT = Rsi + R1 + R2 + … + Rse, δηλαδή το άθροισμα των αντιστάσεων των στρώσεων συν τις δύο αντιστάσεις θερμικής μετάβασης εσωτερικά και εξωτερικά.
  3. Τιμή U: U = 1 / RT σε W/(m²·K).

Τις αντιστάσεις μετάβασης δεν τις υπολογίζει κανείς, τις παίρνει από τους πίνακες του προτύπου. Διαφέρουν μόνο ανάλογα με τη θέση του δομικού στοιχείου και δεν μπορούν να επηρεαστούν ούτε από την επιλογή υλικού ούτε από το πάχος του δομικού στοιχείου. Για έναν εξωτερικό τοίχο το Fraunhofer IBP υπολογίζει σε δημοσίευση του 2022 με Rsi = 0,13 και Rse = 0,04 m²K/W και το χαρακτηρίζει τον τρέχοντα συνήθη υπολογισμό.

Αριθμητικό παράδειγμα: μονόστρωτος τοίχος, αμόνωτος και μονωμένος

Οι θερμικές αγωγιμότητες είναι παραδοχές για αυτό το παράδειγμα· σε ένα έργο ισχύουν οι τιμές σχεδιασμού από το πρότυπο ή τα έγγραφα του προϊόντος.

Στρώση d [m] λ [W/(m·K)] R [m²K/W]
Μετάβαση εσωτερικά (Rsi) – – 0,13
Εσωτερικό επίχρισμα 0,015 0,70 0,021
Τοιχοποιία 0,365 0,40 0,913
Εξωτερικό επίχρισμα 0,020 0,87 0,023
Μετάβαση εξωτερικά (Rse) – – 0,04
Άθροισμα RT 1,127

Από αυτό προκύπτει U = 1 / 1,127 ≈ 0,89 W/(m²·K). Αν προστεθούν εξωτερικά 12 cm μονωτικού υλικού με λ = 0,035 W/(m·K), η αντίσταση αυξάνεται κατά 0,12 / 0,035 = 3,43 m²K/W. Τότε RT = 4,555 m²K/W και U ≈ 0,22 W/(m²·K).

Παραλλαγή με αεριζόμενη πρόσοψη: Η αναρτημένη επένδυση βρίσκεται πίσω από ένα έντονα αεριζόμενο στρώμα αέρα και δεν λαμβάνεται υπόψη, το εξωτερικό επίχρισμα παραλείπεται, και για το Rse ισχύει η τιμή του Rsi. Τότε RT = 0,13 + 0,021 + 0,913 + 3,429 + 0,13 = 4,623 m²K/W και U ≈ 0,22 W/(m²·K). Το αποτέλεσμα είναι εδώ σχεδόν ίδιο, επειδή η μόνωση κυριαρχεί στη διάταξη· με λεπτή ή ανύπαρκτη μόνωση η διαφορά θα ήταν μεγαλύτερη.

Τι σημαίνει ο αριθμός: Η τιμή U περιγράφει τη θερμική ροή που διέρχεται από το δομικό στοιχείο ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας και ανά βαθμό Kelvin διαφοράς θερμοκρασίας. Για 100 m² επιφάνειας τοίχου και διαφορά 20 K αυτό θα ήταν στο αμόνωτο παράδειγμα περίπου 1.770 W, στο μονωμένο περίπου 440 W. Είναι μια στιγμιαία εικόνα υπό στάσιμες παραδοχές και όχι ετήσιο ισοζύγιο.

Αντίστροφα, το απαιτούμενο πάχος μόνωσης για μια τιμή-στόχο μπορεί να προσδιοριστεί: d = (1/Uνέο − 1/Uυπάρχον) · λ. Για Uνέο = 0,24 W/(m²·K) προκύπτει (4,167 − 1,127) · 0,035 ≈ 0,106 m. Ο τύπος προϋποθέτει ομοιογενείς στρώσεις· προστίθενται διορθώσεις για βύσματα και άλλες επιδράσεις.

Η τιμή 0,24 είναι η ανώτατη τιμή που αναφέρει το Παράρτημα 7 του νόμου για τον εκσυγχρονισμό των κτιρίων (Gebäudemodernisierungsgesetz, GModG) για εξωτερικούς τοίχους κατοικιών, όταν μονωτικές στρώσεις τοποθετούνται στην εξωτερική πλευρά ενός υπάρχοντος τοίχου. Πότε εφαρμόζεται αυτή η απαίτηση και ποιες εξαιρέσεις ισχύουν, αναφέρει το άρθρο Το GEG λέγεται πλέον GModG.

Τυπικές πηγές σφαλμάτων

  • Λάθος εσωτερική αντίσταση: Η απόδειξη ως προς τη μούχλα υπολογίζει σε θερμογέφυρες με Rsi = 0,25 αντί για 0,13 m²K/W. Όποιος μεταφέρει την τιμή στον υπολογισμό της τιμής U, υποτιμά την τιμή U: στο παράδειγμα 0,80 αντί για 0,89 W/(m²·K) αμόνωτος, 0,21 αντί για 0,22 μονωμένος. Γιατί η απόδειξη ως προς τη μούχλα θέτει την υψηλότερη τιμή, εξηγεί το άρθρο για το κριτήριο μούχλας.
  • Αεριζόμενη πρόσοψη: Σε έντονα αεριζόμενο στρώμα αέρα παραλείπονται η αντίσταση του στρώματος αέρα και όλων των στρώσεων εκτός αυτού· για το Rse ισχύει η τιμή του Rsi του ίδιου δομικού στοιχείου. Έτσι το συνοψίζει ο κατάλογος τεχνικών συχνών ερωτήσεων της BAFA για τη BEG (έκδοση 5.0, 03/2023). Καθοριστική παραμένει η εκάστοτε τρέχουσα έκδοση.
  • Ονομαστική τιμή αντί για τιμή σχεδιασμού: Η μέθοδος βασίζεται σε τιμές σχεδιασμού της θερμικής αγωγιμότητας. Η θερμική αγωγιμότητα εξαρτάται επιπλέον από την υγρασία· ένα υγρό υλικό υπάρχοντος κτιρίου έχει άλλη τιμή από την τιμή του πίνακα.
  • Ανομοιογενείς στρώσεις: Ξύλινοι δοκοί δίπλα σε μονωμένο διάκενο ή στερεώσεις από μέταλλο απαιτούν την προσεγγιστική μέθοδο του προτύπου. Ο διορθωτικός συντελεστής στο Παράρτημα F καλύπτει μεταλλικές στερεώσεις· άλλες περιπτώσεις, όπου το μέταλλο γεφυρώνει τη μόνωση, βρίσκονται εκτός του προτύπου.
  • Λάθος πεδίο εφαρμογής: Εξαιρούνται παράθυρα, προσόψεις-παραπετάσματα (Vorhangfassaden) και δομικά στοιχεία με ανταλλαγή θερμότητας προς το έδαφος.
  • Αναμονή θερμογεφυρών στην τιμή U: Δεν περιέχονται σε αυτήν. Λαμβάνονται υπόψη στο ισοζύγιο μέσω προσαύξησης στη συνολική επιφάνεια του κελύφους.
  • Μονάδες: Αν τα πάχη εισαχθούν σε εκατοστά ή χιλιοστά και η θερμική αγωγιμότητα σε W/(m·K): Το σφάλμα είναι συντελεστής 100 ή 1000 και γίνεται αντιληπτό μόνο αν το αποτέλεσμα είναι εξωπραγματικό.
  • Πολύ πρόωρη στρογγυλοποίηση: Οι αντιστάσεις των στρώσεων στρογγυλοποιούνται μόνο στο τέλος. Όποιος στρογγυλοποιεί κάθε ενδιάμεση τιμή σε ένα δεκαδικό, αλλοιώνει ειδικά τον αμόνωτο τοίχο: Στο παράδειγμα η τιμή U θα ήταν τότε 1,0 αντί για 0,89 W/(m²·K).

Υπάρχοντα κτίρια: η δομή είναι ο μεγαλύτερος άγνωστος

Στους υπάρχοντες τοίχους ο τύπος υπολογισμού σπάνια είναι το πρόβλημα, αλλά το ερώτημα τι περιέχει ο τοίχος. Ο νόμος για τον εκσυγχρονισμό των κτιρίων επιτρέπει στο § 38 παράγραφος 4 για την ενεργειακή αξιολόγηση υφιστάμενων κτιρίων, σε περίπτωση απουσίας χαρακτηριστικών τιμών, τη χρήση τεκμηριωμένων εμπειρικών τιμών για δομικά στοιχεία συγκρίσιμων κατηγοριών ηλικίας. Αυτό είναι απλοποίηση για το ισοζύγιο, όχι υποκατάστατο της γνώσης για πάχη στρώσεων και κατάσταση.

Ένα αριθμητικό παράδειγμα όπως το παραπάνω δείχνει τη διαδικασία υπολογισμού, δεν αντικαθιστά όμως απόδειξη. Η αξία του είναι τόση όση οι παραδοχές για το πάχος, τη θερμική αγωγιμότητα και την κατάσταση υγρασίας των υπαρχουσών στρώσεων.

Πηγές

Συνέχεια ανάγνωσης

Περισσότερη πρακτική γνώση από το ίδιο θεματικό πεδίο.