Malta HELUZ SIDI
vyhľadávanie
Dnes je 24.11.

Vzduchová medzera a tepelná ochrana budov

Zverejnené: 11. 11. 2020

Najsilnejšie teplovýmenné deje nielen v prírode, ale aj v stavbách realizuje sálanie. Účinná tepelná izolácia musí takmer úplne prerušiť nielen „klasické" teplovýmenné deje - prúdenie a vedenie tepla, ale hlavne sálavý tok tepla. To najlepšie rieši reflexná izolácia vo vzduchovej medzere v úlohe tepelnoizolačného súvrstvia domu.

Dnešné stavebníctvo si s medzerou nevie moc rady. Pozná len klasickú izoláciu, rieši len zimu a za vyššou energetickou náročnosťou vidí len zastarané či zlé stavebné riešenie. Na https://www.tzb-info.cz/ je tabuľka tepelných odporov vzduchových medzier v hrúbkach od 10 do 300 mm podľa STN EN ISO 6946 (730558). Tabuľku sme obohatili o hustotu zdieľania tepla pri teplotnom spáde <0 ° C; 20 ° C> medzi chladným a ohriatym okrajom medzery (červené čísla).

Tab. 1 hovorí o tom, že medzera v roli tepelnej izolácie je hlúposť. Nech je akokoľvek hrubá, jej tepelný odpor R je na míle vzdialený termoizolačnej obálke pasívneho domu (cca R = 6,5 m2K/W). Odtiaľto je už len na krok k myšlienke, že každú vzduchovú medzeru je najlepšie vypchať tepelnou izoláciou. Len tomu tak nie je. Ukážme si, že hlavným teplovýmenné dejom v medzere je sálanie a že jeho odclonením reflexnými povrchmi zvýšime tepelný odpor prázdnej medzery až vysoko nad možnosti jej „vypchatia“ bežnou tepelnou izoláciou.

Sálavý tok tepla v medzere

Pracujme s prázdnou vzduchovou medzerou, ktorej okraje majú teplotu 0 °C a 20 °C. A nech je v nej jediným teplovýmenným dejom sálanie. To sa realizuje dvomi spôsobmi:

1. Zdieľanie sálavého tepla medzi okrajmi medzery: Zo Stefanov - Boltzmannovho zákona plynie, že pri spomínaných okrajových teplotách tu sálanie realizuje prechod tepla v intenzite 103 W/m2. To je viac než 77 % celkového prechodu tepla medzerou. Sálenie výrazne dominuje.

2. Zdieľanie sálavého tepla medzi okrajmi medzery a jej vnútrajškom: Z iného základného zákona (Planckovho) plynie, že energetická hodnota a vôbec samotná existencia tepelného žiarenia závisí len na teplote. Z tohto pohľadu je priestor medzery identický s telesom o teplote 10,4 °C (= 4. odmocnina z priemeru 4. mocnín termodynamických teplôt okrajov medzery, vyjadrená v °C). Toto „priestorové teleso“ inkasuje na teplej strane zisk 51,5 W/m2 a tú istú dávku na chladnej strane odvádza. Tento dej, ktorý stavebná fyzika nezná, znamená významné zvýšení role sálania (a potlačenie vplyvu vedenia a prúdenia tepla) v celkovom prechode tepla medzerou. A ďalej pokles (ale asi už miernejší) celkového tepelného odporu medzery.

Termoreflexná izolácia

Veľké sálavé toky energie vo vzduchovej medzere možno doviesť takmer k nule pomocou termoreflexných okrajov medzery. Hovorí to tab. 2, v ktorej sú intenzity sálavého toku tepla v medzere ľubovoľnej hrúbky, ktorej okraje majú štyri možné kombinácie emisivít ε = 1 a ε = 0,05.

Popis reflexnej izolácie

1. Táto izolácia pracuje s celým priestorom medzery, ktorú ohraničuje. Bežná izolácia (EPS, MW) naopak účinkuje len vo vnútri samej seba: Do medzery 30 cm hrubej musíme vložiť bežnú izoláciu rovnakej hrúbky, aby sme docielili tepelný odpor R = d/λ = 0,3/0,04 = 7,5 m2K/W. Bez izolácie má vzduchová medzera tepelný odpor len na úrovni 0,19 m2K/W (viď tab. 2).

Keď medzeru necháme prázdnu, len ju jednostranne ohraničíme reflexiou v emisivite ε = 0,05 (fólia Sunflex), výsledkom je R = 6,1 m2K/W (viď tab. 2). Pri hrúbke medzery 30 cm to dáva súčiniteľ tepelnej vodivosti λ = 0,049 W/(mK). Obojstranné reflexné ohraničenie rovnakej medzery dáva R = 11,6 m2K/W a λ = 0,026 W/(mK)

2. To, že reflexná izolácia brzdí sálavý prechod tepla, ešte neznamená, že medzi dvomi reflexnými povrchmi zmizne priestorové sálanie. To existuje vždy a jeho teplota sa rovná teplote TP z rovnice(1)

Teplotné plató

Vo vnútri silnejších medzier ohraničených reflexiou môže vzniknúť teplotne menej strmá až ekvitermická centrálnej vzduchová vrstva, čiže teplotné plato. To je výslednicou zdieľania tepla medzi vzduchom a sálaním v medzere. Pre jeho teplotu TP platí:

Sálanie, ktoré má všade v medzere rovnakú teplotu TP, ohrieva vzduch v susedstve chladného okraja a naopak ho chladí v susedstve teplého okraja medzery. U hrubších medzier to vedie k vzniku centrálnej vzduchovej vrstvy v rovnakej teplote (teplotné plató). Skrz plató sa odohráva len sálavý tok tepla; prúdenia a vedenie tepla tú nemá potenciál. Sálavý teplovýmenný dej možno potom znížiť až takmer k nule vysokou termoreflexiou okrajov medzery (tj. ε1→0 a/nebo ε2→0).

Tvrdenie: Tepelný odpor stavebnej termoizolačnej vrstvy, napr. na báze penového polystyrénu, je pri hrúbke 300 mm na úrovni 7,5 m2K/W. Keď tú istú hrúbku realizujeme ako súvrstvie vzduchových medzier a reflexných fólií, získame tepelný odpor 15 m2K/W a viac.

Riadenie teploty

Existujú sťažnosti na vysoké teploty pod strechou z tmavej krytiny, ktorú letné slnko rozpáli aj nad 75 °C. Táto teplota generuje sálavý tok tepla do vetranej medzery s intenzitou viac než 850 W/m2, ktorý má „hravo“ odvetrať vzduchovú medzeru pod krytinou. Lenže to by v nej musel prúdiť vzduch s rýchlosťou aspoň 10 m/s. Čo sa nedeje. Lavínu tepla od slnkom rozpálenej strešnej krytiny možno úspešne riešiť pomocou reflexných povrchov, či už sú realizované fóliou alebo náterom. Pri ich správnom návrhu a vyhotovení významne znížime nielen teplotu vo vetranej vzduchovej medzere pod krytinou, ale aj priestorovú teplotu pod strechou a v celom dome. Princíp reflexnej tepelnej ochrany je jednoduchý:

1. termoreflexný povrch odráža (takmer) všetko tepelné žiarenie, ktoré naň dopadá;
2. termoreflexný povrch, nech už akokoľvek ohriaty, sála do okolia len minimum svojho tepla.

V prípade strechy možno pod krytinu umiestniť, povedzme, jednostrannú reflexnú fóliu tak, aby termoreflexia mierila do vetranej medzery. Alebo možno spodnú stranu krytiny natrieť strieborným náterom (typu Reflexol) s minimálnou emisivitou. Ak objaví niekedy staviteľstvo výnimočnú silu reflexie a sálania, objaví sa aj systémové termoreflexné riešenia striech, fasád a domov.

Reflexná fólia pred položením fasádneho obkladu
Reflexná fólia pred položením fasádneho obkladu

História sálania

Sálanie je prvotný teplovýmenný dej, ktorý „úraduje" už od samého vzniku Vesmíru pred cca 14 miliardami rokov. Ide o elektromagnetické žiarenie s typickým spektrálnym rozložením, ktoré závisí len od teploty a ktoré v podobe fyzikálneho vzorca popísal roku 1900 Max Planck pod názvom Žiarenie čierneho telesa. Aby sa vyhol tzv. ultrafialovej katastrofe, ktorá je v rozpore s realitou, vyslovil Planck predpoklad, že energia tohto žiarenia je prenášaná len po konečne veľkých kvantách o veľkosti E = hν, kde h = 6,626...×10−34 J⋅s je konštanta (dnes Planckova) a ν je frekvencia žiarenia.

Vedec pokladal kvantovanie a konštantu h len za matematický obrat, ktorý zaručil súhlas teórie s experimentom. Avšak v roku 1905 zistil Albert Einstein, že ním študovaný fotoelektrický jav vysvetľuje práve hypotéza Maxa Plancka. A neskôr Einstein odôvodnil Planckovu hypotézu štúdiom fotoelektrického javu. Výsledkom bolo roku 1918 udelenie Nobelovej ceny Maxovi Planckovi za vyžarovací zákon a neskôr (1921) Albertovi Einsteinovi za fotoelektrický jav.

Záver

Bežné tepelné izolácie ponúkajú súčiniteľ tepelnej vodivosti cca λ = 0,04 W/(mK) a jeho významný rast s teplotou. Kvalitné termoreflexné súvrstvie potom ponúka λ ≤ 0,01 W/(mK). Aj u nich klesá tepelná izolácia s teplotou, ale takmer bezvýznamne kvôli zhoršeniu jej slabej vodivostnej zložke. Nízkoesmisívne biele a reflexné povrchy navyše chránia naše stavby pred extrémnymi sálavými javmi, hlavne priamym oslnením a sálavým pôsobením ľadovej zimnej oblohy.

Literatúra a zdroje

• [1] TZB-info: Tepelný odpor nevětrané vzduchové mezery různých tlouštěk.

• [2] Hejhálek, Jiří: Tepelné záření a navrhování reflexních fólií do staveb, Vega společnost s ručením omezeným, 2014.

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Archív redakcie
reklama

Nové

Statika stavieb z pórobetónových murovacích materiálov. Minimum pre laikov

Statika stavieb z pórobetónových murovacích materiálov. Minimum pre laikov

Zverejnené 20.11. Každý dobre postavený dom by mal v sebe skĺbiť účel, pevnosť a vzhľad. Zle či nedokonale riešená finálna podoba domu nie je zásadnou prekážkou, často sa jedná len o vec vkusu. Avšak bez správne vyriešenej statiky, nie je možné si predstaviť kvalitný… ísť na článok

Úsporné kotle Hoval ako súčasť modernizácie historických objektov Prahy

Úsporné kotle Hoval ako súčasť modernizácie historických objektov Prahy

Zverejnené 19.11. Nielen široko medializovaný Obecný dom, ale aj pätica ďalších významných pražských budov bola vlani podrobená procesu modernizácie technologického vybavenia. Zámeru, v rámci ktorého má dôjsť k aspoň jedenásťpercentnej úspore prevádzkovej energie,… ísť na článok

Výplň zábradlí balkónov z dosiek CETRIS® - funkčné, bezpečné a estetické riešenie

Výplň zábradlí balkónov z dosiek CETRIS® - funkčné, bezpečné a estetické riešenie

Zverejnené 24.11. Výrazným prvkom bytových domov sú lodžie a balkóny, ktorých poňatie a farebnosť sa podieľajú na utváraní celkového výrazu daného objektu. Vzhľad je ale pritom len jedným z mnohých dôležitých požiadaviek, ktoré musí výplň zábradlí spĺňať. ísť na článok

reklama