\(U\) hőátbocsátási tényező (régebbi jele: \(k\))
Definíciós egyenlete:
$$U={{\mathit{\Phi }}\over {A\cdot \Delta T}}$$
Megmutatja, hogy az épület $1\mathrm{m^2}$ felületén a belső tér és a kültér között fennálló $1\ \mathrm{Celsius\ fok}$ nagyságú $\Delta T$ hőmérséklet-különbség esetén hány $\mathrm{joule}$ hőmennyiség távozik időegység $(1\ \mathrm{másodperc})$ alatt. Tehát minél nagyobb az \(U\) érték, annál nagyobb a hőveszteség. Vagyis a jól szigetelő réteg \(U\) értéke kicsi.
Mértékegysége: $$\left[U\right]=\mathrm{{{W}\over {m^2\cdot K}}}$$
Ha egy határolóelem (pl. fal) több rétegből áll össze, akkor ugyanazon hőáram halad át az egyes rétegeken. Vajon milyen hőmérséklet-különbségek alakulnak ki az egyes rétegek szélei között? A szigetelő rétegek (pl. hungarocell) esetén az \(U\) hőátbocsátási tényező kicsi, a kevésbé jól szigetelő rétegek (pl. beton vagy téglafal) esetén nagyobb. Rendezzük ki az egyenletet a \(\Delta T\) hőmérséklet-különbségre:
\[\Delta T=\frac{\mathit{\Phi}}{A\cdot U}\]
Azt olvashatjuk ki az egyenletből, hogy a kis \(U\) értékű réteg (szigetelő) két széle között nagy \(\Delta T\) hőmérséklet-különbség fog kialakulni, a nagyobb \(U\) értékű réteg (téglafal, betonfal) két széle között pedig kisebb, pedig általában a szigetelőréteg vékonyabb, mint a fal. Emiatt a hőmérséklet-eloszlás valami ilyesmi lesz:
(Természetesen a valóság ennél bonyolultabb, hiszen a levegőben hőáramlás zajlik, ezért a faltól távolodva nem állandó a levegő hőmérséklete.)
Az ábra azt szemlélteti, hogy a hőmérséklet változása $\mathrm{cm}$‑enként, vagyis a hőmérsékeltfüggvény meredeksége az $x$ koordináta szerint (hőmérséklet-gradiens), az a jobban szigetelő rétegben nagyobb.
Míg a \(\lambda\) hővezetési együttható egy anyagra jellemző mennyiség, addig az \(U\) hőátbocsátási tényező egy adott (nem feltétlenül egységnyi) vastagságú réteg (vagy akár több rétegből álló rétegrend) jellemzője. Vagyis az \(U\) esetében mindig meg kell mondani, hogy milyen anyagból és milyen vastag rétegről van szó, illetve rétegrend esetén hogy milyen anyagú és milyen vastagságú rétegek vannak egymás mellett. Például "két darab $4\ \mathrm{mm}$ vastag üveg, közötte $15,5\ \mathrm{mm}$ vastag levegőréteg", vagy "$40\ \mathrm{cm}$ vastag téglafalon $12\ \mathrm{cm}$ vastag polisztirol (hungarocell) szigetelőréteg".
| Szigetelőréteg fajtája és vastagsága cm-ben | ||||||||||||||||
| Polisztirol | Kőzetgyapot | Grafitos | ||||||||||||||
| Falszerkezet | 0 | 5 | 8 | 10 | 15 | 20 | 5 | 8 | 10 | 15 | 20 | 5 | 8 | 10 | 15 | 20 |
| Ytong 37,5 cm | 0,29 | 0,21 | 0,18 | 0,16 | 0,13 | 0,11 | 0,21 | 0,18 | 0,16 | 0,13 | 0,11 | 0,20 | 0,17 | 0,15 | 0,12 | 0,10 |
| POROTHERM 44 NF | 0,33 | 0,23 | 0,19 | 0,18 | 0,14 | 0,12 | 0,23 | 0,19 | 0,17 | 0,14 | 0,11 | 0,22 | 0,18 | 0,16 | 0,13 | 0,11 |
| Ytong 30 cm | 0,36 | 0,24 | 0,20 | 0,18 | 0,15 | 0,12 | 0,24 | 0,20 | 0,18 | 0,14 | 0,12 | 0,23 | 0,19 | 0,17 | 0,13 | 0,11 |
| POROTHERM 38 NF | 0,41 | 0,26 | 0,22 | 0,19 | 0,15 | 0,13 | 0,26 | 0,21 | 0,19 | 0,15 | 0,12 | 0,25 | 0,20 | 0,18 | 0,14 | 0,11 |
| POROTHERM 30 NF | 0,49 | 0,30 | 0,24 | 0,21 | 0,16 | 0,13 | 0,29 | 0,23 | 0,21 | 0,16 | 0,13 | 0,28 | 0,22 | 0,19 | 0,15 | 0,12 |
| POROTHERM 20 NF | 1,17 | 0,45 | 0,33 | 0,28 | 0,20 | 0,16 | 0,44 | 0,32 | 0,27 | 0,19 | 0,15 | 0,41 | 0,30 | 0,25 | 0,18 | 0,14 |
| Kisméretű tégla fal | 1,45 | 0,49 | 0,35 | 0,29 | 0,21 | 0,16 | 0,47 | 0,34 | 0,28 | 0,20 | 0,16 | 0,44 | 0,31 | 0,26 | 0,19 | 0,14 |
| B 30 falazat | 1,49 | 0,49 | 0,35 | 0,30 | 0,21 | 0,16 | 0,48 | 0,34 | 0,28 | 0,20 | 0,16 | 0,45 | 0,32 | 0,26 | 0,19 | 0,14 |
| LEIER PE 38/L | 1,54 | 0,50 | 0,36 | 0,30 | 0,21 | 0,17 | 0,48 | 0,34 | 0,29 | 0,20 | 0,16 | 0,45 | 0,32 | 0,26 | 0,19 | 0,14 |
| Régi nagyméretű tégla | 1,74 | 0,52 | 0,37 | 0,31 | 0,22 | 0,17 | 0,5 | 0,35 | 0,29 | 0,21 | 0,16 | 0,47 | 0,33 | 0,27 | 0,19 | 0,15 |
| Tufa | 1,76 | 0,52 | 0,37 | 0,31 | 0,22 | 0,17 | 0,5 | 0,35 | 0,29 | 0,21 | 0,16 | 0,47 | 0,33 | 0,27 | 0,19 | 0,15 |
| Terméskőfal (40 cm) | 2,13 | 0,55 | 0,38 | 0,32 | 0,22 | 0,17 | 0,53 | 0,36 | 0,30 | 0,21 | 0,16 | 0,49 | 0,34 | 0,28 | 0,19 | 0,15 |
| Válaszfal tégla | 2,54 | 0,57 | 0,39 | 0,32 | 0,22 | 0,17 | 0,55 | 0,37 | 0,31 | 0,21 | 0,16 | 0,51 | 0,35 | 0,28 | 0,20 | 0,15 |
| Vasbeton fal 20 cm | 3,72 | 0,62 | 0,41 | 0,34 | 0,23 | 0,18 | 0,59 | 0,39 | 0,32 | 0,22 | 0,17 | 0,55 | 0,36 | 0,29 | 0,20 | 0,15 |
| Vasbeton fal 15 cm | 4,04 | 0,63 | 0,41 | 0,34 | 0,23 | 0,18 | 0,60 | 0,39 | 0,32 | 0,22 | 0,17 | 0,55 | 0,36 | 0,3 | 0,20 | 0,15 |
Az építészeti határolóelemek \(U\) hőátbocsátási tényezőjét úgy határozzák meg, hogy megmérik, hogy a fal két oldalán adott \(\Delta T\) hőmérsékletkülönbség folyamatos fenntartásához mekkora \(\mathit{\Phi }\) hőáram szükséges (a melegebb oldalon hőközlés, a hidegebb oldalon hőelvonás formájában).
Fejlettebb országokban az épületekre energetikai előírások vonatkoznak, mert egy modern állam azt szertné, ha a nemzetgazdaságban megtermelődő jövedelemnek minél kisebb hányada pocsékolódjon el arra, hogy a fűtésre fordított (sok esetben nagyrészt importból származó) energia az épületek határolófelületein (falak, ablakok, aljzat, tető) szó szerint elszáll a francba. Magyarországon a 2020-ig fokozatosan hatályba lépő épület energetikai előírások:
| \[U\ \left(\mathrm{\frac{W}{m^2\cdot K}}\right)\] | |
| külső fal | 0,24 |
| passzívház külső fal | 0,15 |
| fűtött tetőteret határoló tetősík, lapostető, zárófödém és árkádfödém | 0,17 |
| homlokzati nyílászárók (csak az üvegezés) | 1,00 |
Az energetikai előírásból is látszik, hogy az üvegfelületek hőátbocsátási tényezője nem szorítható le olyan alacsony értékre, mint a falaké. Még 3 réteg, kettős fémbevonat, kriptongáz töltés esetén (amik mind megdrágítják az ablakot) is csak kb. $0,4$ hőátbocsátási tényezőig tudunk lemenni. Míg ha egy jobb minőségű téglafalat $20\ \mathrm{cm}$ szigetelőréteggel látunk el, akkor már $0,1\unicode{x2013} 0,2$ tartományba jutunk. Ráadásul a határoló felületeknek nagyobb hányada a fal, mint az üveg. Tehát nem feltétlenül arra érdemes költeni a pénzt, hogy egy még drágább ablakkal picit még lejjebb vigyük az ablak hőveszteségét; lehet hogy érdemesebb inkább $5\ \mathrm{cm}$‑re vastagabb szigetelést rakni a falakra: de mindig végig kell számolni, csak az alapján lehet megalapozott döntést hozni.
Az \(U\) hőátbocsátási tényező alsó indexébe szokás jelezni, hogy minlyen határolóréteg (vagy rétegrend) \(U\) értékéről van szó. Például ha üvegről (angolul glass), akkor $U_{\mathrm{g}}$ jelölést használunk.
Ha csak egyrétegű üveget használnánk az ablakban, akkor a szokásos $4\ \mathrm{mm}$ vastag üveg hőátbocsátási tényezője $U=5,86\ \mathrm{\displaystyle \frac{W}{m^2\cdot K}}$ lesz. Ez nagyon messze van a megkövetelt \(1\ \mathrm{\displaystyle \frac{W}{m^2\cdot K}}\) értéktől. Ha a követelmény elérése érdekében (ostoba módon) csak az üvegtábla vastagságát próbálnánk növelni, akkor $70\ \mathrm{cm}$ vastag (!) üvegrétegre lenne szükség (nemcsak az üveg hővezetésével, hanem a felületi hőátadási tényezőkkel is számolva). Ez a $70\ \mathrm{cm}$ vastag üveglap nemcsak "elvenné a helyet" a lakástól és elképesztően drága lenne, hanem a súlya miatt lehetetlen lenne nyithatóvá tenni. De ne aggódjunk, van más megoldás: a mai ablakok már sosem egyrétegű üvegezésűek, hanem 2 vagy 3 rétegűek. Emiatt az $U_{\mathrm{g}}$ szimbólum legtöbbször valamilyen üvegezési rétegrendet jelöl, például hogy "két darab $4\ \mathrm{mm}$ vastag üveg között $15,5\ \mathrm{mm}$ vastag levegőréteg". Tehát az $U_{\mathrm{g}}$ érték az ablak (többrétegű) üvegezésének a tulajdonsága, nem pedig az egész ablaké (keretestül), és nem is az ablaküveg anyagáé. Néhány, különböző rétegrendű üvegezés $U_{\mathrm{g}}$ értékei:
| Hőszigetelő üvegszerkezetek Ug értékei | ||||
| Rétegrend (levegővel töltve) | Rétegek száma | Vastagság | g érték | Ug érték [W/m2K] |
| 4 | 1 rétegű | 4 | 5,86 | |
| 700 | 1 rétegű | 700 | 1,0 | |
| 4 - 15,5 - 4 | 2 rétegű | 24 | 79 | 2,7 |
| 4 - 15,5 - 4 Low-E Pr. | 24 | 63 | 1,4 | |
| 4 - 15,5 - 4 - 15,5 - 4 | 3 rétegű | 44 | 72 | 1,8 |
| 4 - 15,5 - 4 - 15,5 - 4 Low-E Pr. | 44 | 58 | 1,1 | |
| 4 Low-E Pr. - 15,5 - 4 - 15,5 - 4 Low-E Pr. | 44 | 49 | 0,8 | |
| Rétegrend (argon gázzal töltve) | Rétegek száma | Vastagság | g érték | Ug érték |
| 4 - 15,5Ar - 4 Low-E Pr. | 2 rétegű | 24 | 63 | 1,0 |
| 4 Low-E Pr. - 15,5Ar - 4 Low-E Pr. | 24 | 53 | 0,94 | |
| 4 Low-E Pr. - 11,5Ar - 4 - 11,5Ar - 4 Low-E Pr. | 3 rétegű | 36 | 49 | 0,67 |
| 4 Low-E Pr. - 15,5Ar - 4 - 15,5Ar - 4 Low-E Pr. | 44 | 49 | 0,6 | |
| 4 Low-E Pr. - 17,5Ar - 4 - 17,5Ar - 4 Low-E Pr. | 48 | 49 | 0,5 |
Rétegrend | Rétegek száma | Vastagság [mm] | g érték | Ug érték [W/m2K] |
| 4 Low-E Pr. - 15,5Kr - 4 Low-E Pr. | 2 rétegű | 24 | 53 | 0,83 |
| 4 Low-E Pr. - 11,5Kr - 4 - 11,5Kr - 4 Low-E Pr. | 3 rétegű | 36 | 49 | 0,4 |
| 4 Low-E Pr. - 11,5Kr - 4 - 13,5Kr - 4 Low-E Pr. | 38 | 49 | 0,39 |
Jelmagyarázat:
Ug: Az üvegszerkezet (rétegrend) hőátbocsátási tényezője
g: (Solar factor) A kívülről érkező napenergiának az üvegszerkezet belső oldalára átegedett hányada.
Low-E: Néhány század milliméteres fémréteg bevonat, mely a kívülről érkező (nagyrészt látható fény tartományba eső) napsugárzás nagy részét beengedi, de a bentről kifelé haladó (nagyrészt infravörös) sugárzást visszaveri (eredete: low emission = kis kibocsátás, mármint az épület energiavesztesége kicsi az ablakon keresztül történő sugárzáskibocsátás révén).
$U_{\mathrm{w}}$ hőátbocsátási tényező (az egész ablaké) és $U_{\mathrm{f}}$ hőátbocsátási tényező (kereté)
\(U\) értéke szigorú értelemben adott vastagságú rétegnek (vagy több rétegből álló rétegrendnek) lehet. Azonban egy ablak különböző anyagú és vastagságú részekből áll össze: egyrészt van az üvegezése, másrészt az üvegezés szélén lévő keret, tokozat. Márpedig az üvegezés és a keret mindig különböző anyagúak, így különböző hőátbocsátásúak is. Az üvegezést jellemezzük az $U_{\mathrm{g}}$ értékkel (glass = üveg angolul), míg a keretet az $U_{\mathrm{f}}$ értékkel (frame = keret angolul). Az egész ablakra (kerettel együtt) valamiféle \(U\) értéket alkalmazni első ránézésre kissé képzavarnak tűnik. De - jobban belegondolva - egy konkrét ablak esetén is definiálhatunk az \(U\)‑hoz hasonló jelentésű fogalmat, ami megmutatja az ablak $1\ \mathrm{m^2}$‑ére jutó átlagos hőveszteség teljesítményét $1\ \mathrm{{}^\circ C}$ hőmérséklet-különbság esetén. Ezt az ablak $U_{\mathrm{w}}$ hőátbocsátási tényezőjének nevezzük (az angol window = ablak szó után). Ez valójában az üvegezés $U_{\mathrm{g}}$ értékéből és a keret, tokozat $U_{\mathrm{f}}$ értékéből számított súlyozott átlag, a súlyozást pedig a felületek nagysága jelenti. (A pontos energetikai számításoknál még a határoló éleket is figyelembe veszik.)
Az $U_{\mathrm{w}}$ fogalomnak egyértelműen létjogosultságot ad, hogy az épületenergetikai jogszabályi előírások nem külön a nyílászáró üvegezésére szabnak meg $U_{\mathrm{g}}$ limitértéket, továbbá a keretre $U_{\mathrm{f}}$ limitértéket, hanem az egész nyílászáróra írnak elő $U_{\mathrm{w}}$ limitértéket, vagyis azt írják elő, hogy egy ablak esetében átlagosan négyzetméterenként legfeljebb mennyi lehet a hőveszteség teljesítménye egységnyi hőmérséklet-különbség esetén.
Egy $U_{\mathrm{w}}$ előírást "elvben" különböző taktikákkal kísérelhetünk meg teljesíteni. Egyik taktika, hogy az üvegezés kellően kicsi $U_{\mathrm{g}}$ értékkel rendelkezik (ez esetben a keret, tokozat nem kell, hogy őrülten alacsony $U_{\mathrm{f}}$‑fel bírjon). Másik taktika, hogy a keret, tokozat rendelkezik kellően kicsi $U_{\mathrm{f}}$ értékkel (ez esetben az üvegezés nem muszáj, ha őrülten jó szigetelőképeségű legyen). De ha gyakorlati szemmel jobban belegondolunk, akkor egy ablak esetén általában jóval nagyobb az üvegezés felülete, mint a keret, tokozat felülete, ezért az ablak átlagos $U_{\mathrm{w}}$ hőátbocsátását sokkal inkább az üvegezés $U_{\mathrm{g}}$ értéke fogja meghatározni, mint a kereté, tokozaté. Vagyis "oda érdemes koncentrálni". Persze a legjobb, ha mindkettő $U_{\mathrm{g}}$ érték kicsi. Például a fémkeretes ablakok esetén az $U_{\mathrm{f}}$ érték kicsivel $2$ feletti (még sokkamrás esetben is), míg a műanyag keretek esetében $1$ alá is lemehet.
De a költségeket is érdemes figyelni. Egy nyílászárócsere költsége ugyanis meg kell, hogy térüljön azáltal, hogy az új nyílászáró beépítése utáni években már kevesebb lesz a fűtési költség. A fűtésszámla csökkenése utólag ki kell, hogy termelje a nyílászárócsere költségét. Méghozzá a megtérülésnek már az új nyílászáró élettartama alatt be kell következnie. Az állami szektor hatékonytalan gazdálkodását és az uniós "ingyenpénz" esztelen felhasználását (könnyen jött, könnyen megy) mutató, a megtérülés közgazdasági követelményét semmibe vevő példa, amikor 2017-ben az ELTE Apáczai Gyakorlógimnáziumban EU-s pénzből zajlott ablakcsere során a 7 évvel korábban már megújult 100 darab, még szinte új ablakot is kicserélték teljesen újra, mondván hogy a 7 évesek csak a régebbi energetikai előírásoknak felelnek meg. A 7 éve beépített és a legújabb ablak hőátbocsátási tényezője ugyan különbözik, de csak kis mértékben, ezért a hőveszteség kis csökkenése révén megtakarított kevéske fűtésiköltség-nyereség az új 3 rétegű ablak élettartama alatt biztosan nem hozza vissza az új, 3 rétegű ablak borsos árát. További gyakori probléma, amikor a kivitelezési költségek csökkentése érdekében a nyílászárók beépítése során az üres térrészeket sokszor hanyagul csak részlegesen töltik ki szigetelőanyaggal: hiába a rendkívül jól szigetelő ablak, ha az ablak tokozatánál meg szökök a hő.
A Magyarországon 2020-tól érvényes $U_{\mathrm{w}}$ követelmények:
| \[U_{\mathrm{w}}\ \left(\mathrm{\frac{W}{m^2\cdot K}}\right)\] | |
| homlokzati nyílászárók (teljes szerkezete azaz kerettel, tokozattal együtt) | 1,15 |
| tetősíkablak (teljes szerkezete) | 1,25 |
| passzívház homlokzati nyílászáró (teljes szerkezet) | 0,80 |