Siltumvadītspēja

Siltuma plūsma caur homogēnu slāni starp divām temperatūrām. Siltums vienmēr plūst no siltākās vides (T₂) uz aukstāko (T₁)

Siltumvadītspēja ir fizikāls lielums, kas raksturo materiāla spēju vadīt siltumu. To parasti apzīmē ar grieķu burtu λ (lambda), mērvienība ir ${\frac {W}{m\cdot K}}$. Siltumvadītspējas koeficients ir skaitliski vienāds ar enerģiju, kas laika vienībā izplūst caur šķērsgriezuma laukuma vienību no vienas vietas uz citu, ja temperatūru starpība tām ir 1 grāds.

Jo mazāka ir λ vērtība, jo labāk materiāls darbojas kā siltumizolators. Siltumvadītspēju ietekmē materiāla blīvums, mitrums, porainība un temperatūra. Būvniecībā λ izmanto, lai aprēķinātu konstrukciju siltumpretestību R un siltumcaurlaidību U, tāpēc λ ir viens no galvenajiem kritērijiem ārsienu, jumtu un grīdu projektēšanā.

Starptautiskajā praksē siltumvadītspējas koeficientu apzīmē ar λ; dažos avotos sastop arī κ (kappa) vai k. Šajā kontekstā tiek lietots λ.

Pielietojums būvniecībā

Latvijā ēku energoefektivitātes prasības nosaka Ministru kabineta noteikumi Nr. 529 Ēku energoefektivitātes aprēķināšanas metode un ēku energosertifikācija (2013).

Saskaņā ar tiem jaunbūvēm ārsienu siltumcaurlaidības koeficientam jābūt U ≤ 0,20 W/(m²·K).

Praksē tas nozīmē, ka siltumvadītspēja (λ) tiek izmantota, lai aprēķinātu ārsienas kopējo siltumpretestību R un siltumcaurlaidību U pēc formulas:

$R=\sum {\frac {d}{\lambda }}$, kur d ir slāņa biezums metros, bet λ ir materiāla siltumvadītspēja.

$U={\frac {1}{R_{si}+R+R_{se}}}$, kur R_si un R_se ir iekšējās un ārējās virsmas pretestības.

Piezīme: R_si un R_se ir standarta virsmas siltumpretestības vērtības, ko nosaka EN ISO 6946.

Tās atspoguļo plāno nekustīgā gaisa slāni (t.s. "gaisa plēvi"), kas vienmēr veidojas pie konstrukcijas saskares ar iekšējo un ārējo gaisu:

• R_si = 0,13 m²·K/W (iekšējā virsma, vertikālām sienām);
• R_se = 0,04 m²·K/W (ārējā virsma, vertikālām sienām).

Šīs vērtības tiek ņemtas kā konstantes un neatkarīgi no tā, vai siena ir apmesta, krāsota vai siltināta, gaisa plēve veidojas uz jaunās ārējās virsmas.

Ārsienas piemērs

Apskatīsim tipisku ārsienu:

• 150 mm minerālvates izolācija (λ ≈ 0,037 W/m·K)
• 120 mm ķieģeļu mūris (λ ≈ 0,70 W/m·K)

Aprēķins:

• Minerālvates slānis: R = 0,15 / 0,037 ≈ 4,05 m²·K/W
• Ķieģeļu mūris: R = 0,12 / 0,70 ≈ 0,17 m²·K/W
• Kopējā R vērtība ar virsmas pretestībām: R_total ≈ 0,13 + 4,05 + 0,17 + 0,04 ≈ 4,39 m²·K/W
• U = 1 / 4,39 ≈ 0,23 > 0,2 W/(m²·K)

Šāda siena neatbilst jaunbūves prasībām (0,20), taču būtu piemērota renovācijai, kur pieļauj augstāku U vērtību (piemēram, 0,23–0,25). Lai atbilstu normatīvam, būtu jāpalielina minerālvates slānis līdz ~180 mm.

Tabulas

Plaši izplatītie būvmateriāli un to siltumvadītspēja pie ~20 °C

Materiāls	Siltumvadītspēja λ, W/(m·K)	Piezīme
Gaiss (nekustīgs)	~0,025	Ideāls izolators tikai bez kustības
EPS putupolistirols	0,035–0,038	Fasāžu un grīdu siltinājumam
PIR plāksnes	0,022–0,024	Plānāks slānis dod to pašu efektu
Minerālšķiedru plāksnes	0,036–0,040	Nedegošs izolācijas materiāls
Gāzbetons ~500 kg/m³	0,10–0,12	Nesošs un silts mūris
Keramikas pilnķieģelis	~0,70	Blīvs, prasa papildus siltinājumu
Klinkerķieģelis	~1,00	Ļoti blīvs un dekoratīvs, nav silts
Keramikas ķieģelis ar caurumiem	0,30–0,40	Vieglāks, siltāks par pilno
Keramzītbetons	0,14–0,30	Atkarīgs no blīvuma
Koks (sausā veidā)	0,13–0,17	Atkarīgs no šķiedru virziena
OSB plātne	~0,13	Koka karkasa konstrukcijās
Kokskaidu plātne	0,14–0,18	Atkarīgs no blīvuma
Ģipškartons	~0,25	Sienu apšuvumam
Apmetums cementa-kaļķa	0,70–0,90	Atkarīgs no sastāva
Betons parasts	1,7–2,1	Ļoti augsta λ, prasa siltinājumu
Dzelzsbetons	2,0–2,3	Ar stiegrojumu
Asfalts	0,70–0,75	Ceļu segumam
Smilts (sausa)	0,25–0,30	Siltuma vadītspēja pieaug ar mitrumu
Grants	0,35–0,40	Atkarīgs no frakcijas
Šķembas smalkas (4–8 mm)	0,35–0,45	Pie blīvas ieklāšanas
Šķembas rupjas (16–32 mm)	0,40–0,55	Ar lielākām gaisa spraugām
Izdedži berami	0,12–0,15	Atkarīgs no frakcijas un mitruma

Piezīme: Vērtības ir orientējošas un atkarīgas no blīvuma, mitruma un temperatūras. Būvaprakstos jālieto ražotāja deklarētā λ_D vai standarta vērtības.

Metāli (siltumvadītspēja pie dažādām temperatūrām)

Metāls	λ (0 °C)	λ (20 °C)	λ (127 °C)	λ (327 °C)
Alumīnijs	236	~237	240	232
Varš	401	~400	392	383
Bronza (75% Cu, 25% Sn)	—	26	—	—
Misiņš (70% Cu, 30% Zn)	—	111	—	—
Dzelzs	83,5	~80	69,4	54,7
Niķelis	94	~90	80,1	65,5
Cinks	122	~121	116	105

Piezīme: Metālu siltumvadītspēja ir atkarīga no temperatūras. Tabulā dati sakārtoti pieaugošā temperatūrā (no 0 līdz 327 °C jeb attiecīgi no 273 līdz 600 K). Būvniecībā aprēķinos izmanto vērtības pie ~20 °C, jo atšķirība no 0 °C parasti ir ļoti neliela.