Z diskusí ve veřejných sdělovacích prostředcích je zřejmé, že o energetických úsporách rozhodují místo odborníků političtí ideologové. Je proto vhodné upozornit na základní faktory, které doprovázejí komplexní společenský problém.
Všeobecně k vytápění a tepelnému stavu
Tepelný stav vnitřního prostředí místnosti je dán teplotou vzduchu, teplotou vnitřních ploch v místnosti, rychlostí proudění vzduchu a relativní vlhkostí vzduchu. Vytápěním místnosti (bytu) kryjeme tepelnou ztrátu z prostupu tepla ochlazovanou konstrukcí místnosti (bytu) při zachování interiérové teploty. Z hlediska pohody zajišťuje vytápěcí systém místnosti teplotu vzduchu a teplotu povrchu místnosti tak, aby metabolické teplo člověka bylo odevzdáno v odpovídajícím množství.
Z hlediska ochrany stavební konstrukce se má vytápěním zajistit, aby teplota nejchladnějšího povrchu místnosti neklesla pod teplotu rosného bodu vzduchu v místnosti. Prouděním vzduchu v místnosti dochází ke sdílení tepla konvekcí, při přenosu tepla z plochy povrchu otopného tělesa do prostoru místnosti jde o sdílení tepla sáláním z povrchu otopného tělesa a třetím případem je sdílení tepla vedením z povrchu stěny o vyšší teplotě na stěnu s nižší teplotou. Tyto tři způsoby šíření tepla komplikují kvantitativní vyjádření "spotřeby tepla" v bytě.
Náklady na vytápění a teplota jako míra účinku tepla
Náklady na teplo k vytápění jsou prakticky rovny změřenému množství dodaného tepla určeného k vytápění zúčtovací jednotky (bytovému domu) za zúčtovací období násobenému cenou tepla. Teplota je intenzivní fyzikální veličinou a je mírou kinetické energie pohybujících se molekul (částic). Podle kinetické teorie je teplota tím vyšší, čím rychlejší jsou neuspořádané pohyby molekul. Teplota je univerzální funkcí ostatních parametrů stavu soustavy (tlaku, objemu, měrné hmotnosti, vodivosti, hustoty apod.) a vnitřní energie soustavy.
Při nejrozšířenějším způsobu stanovení individuálního podílu na celkové spotřebě tepla v bytovém domě nemáme prostřednictvím použitých pomůcek k dispozici jednorázové ani kumulativní údaje o teplotě při individuálním užití tepla. To vede jen k laickým úvahám o možnostech úspory tepla. Úvaha, že snížením provozní teploty o jeden stupeň uspoříme šest procent nákladů, se vztahuje k celkovému hospodaření teplem v domě, nikoli v bytě. Snížíme-li teplotu v bytě o 1 až 3 °C, jak je doporučováno, neznamená to, že tato individuální snaha se projeví šesti- až osmnáctiprocentním snížením individuální platby za teplo.
Čtěte také: Co ovlivňuje pevnost betonu?
Vlhkost a větrání
Pocit tepelné pohody uživatele bytu ovlivňuje vedle teploty i míra vlhkosti v bytě, ovlivněná chováním uživatele bytu. Nadměrná vlhkost, obsažená ve vzduchu v místnosti ve formě páry, nekorigovaná přiměřeným větráním (hygienicky přípustná výměna vzduchu v obytné místnosti je přibližně půl objemu místnosti za hodinu) se pak sráží na stavební konstrukci (stěně nebo okně), která má teplotu nižší, než je teplota rosného bodu, což je teplota, při které vzdušná vlhkost kondenzuje do kapiček vody. Nejstudenější obvykle bývá okenní sklo, takže ke srážení vlhkosti dochází nejdříve na tomto stavebním prvku nebo se vzdušná vlhkost sráží na chladné stěně a tam pak dochází ke vzniku plísní. Větráním se spoluvytvářejí přípustné mikroklimatické podmínky pro obytné prostředí.
Základem mikroklimatu je zabezpečit optimalizaci alespoň tří složek prostředí - tepelně-vlhkostní, odérové a elektroiontové:
- tepelně-vlhkostní pohodu prostředí vytvářejí tepelné a vlhkostní toky (teplo a vodní pára);
- odérová složka je tvořena toky plynných látek v ovzduší, vnímanými jako pachy (zápachy a vůně);
- elektroinotová složka prostředí je vytvářena negativními a pozitivními ionty v ovzduší.
Všechny tři složky působí na člověka a spoluvytvářejí tak jeho celkový stav. Odérová složka determinuje výměnu vzduchu v interiéru obytného prostředí. Pro předepsanou koncentraci CO2 v průběhu 24 hodin, která se předepisuje hodnotou 1800 mg CO2/m3, je nutný přívod čistého vzduchu 30 m3/hod ·. os, ve městech s výskytem znečištěného vzduchu až 34 m3/hod os. Nemá-li se současně překročit nárazová hodnota koncentrace +20 %, musí minimální hodnota čistého přiváděného vzduchu být nejméně 23 m3/hod ·. os, znečištěného vzduchu 25 m3/hod os. Utěsněné objekty bez větrání by brzy podlehly plísním a houbám. Časté větrání naopak ohrožuje efektivnost tepelných úspor. Řešením přiměřeného větrání je rekuperace, vzduchotechnické zařízení, které odsává vydýchaný vzduch a vhání vzduch čistý, cestou ohřátý znečištěným teplým vzduchem. Tepelnou ztrátu při výměně jednotka "dohřeje" a odfiltruje alergeny. Rekuperace tepla z odváděného teplého vzduchu není dosud v bytových domech běžná, a je tedy třeba takto vzniklou ztrátu tepla nahradit. Aby se lidé v bytě cítili příjemně, je třeba pro každou osobu vyměnit za hodinu cca 50 m3 vzduchu.
Možnosti kvantifikace a analýza
Zjištěné průměrné teploty v bytech v dané lokalitě můžeme podrobit rozboru, který by měl předcházet nepodloženým legislativním úvahám na možnosti úspory tepla v bytech prostřednictvím teplot. Celostátně ani regionálně či podle klimatických pásem tyto údaje v ČR nejsou k dispozici, jako podklad pro legislativní úpravy nebo pro vyřčené soudy bohužel neslouží! Příkladem řešení může být aritmetický průměr jako obvyklá charakteristika polohy souboru zjištěných teplot, která stanoví, v daném případě z výše uvedeného grafu šetření teplot firmou VIPA Liberec, hodnotou 20,27 °C a směrodatnou odchylkou 2,46 °C. Pro poznání odlišnosti tepelné pohody je vhodné obecně stanovit kvantily, procentní body rozložení, kdy zvoleným hodnotám α odpovídají hodnoty tα, pro které hodnota kumulativní četnosti je rovna α.
Z analýzy vyplývá, že 30,5 % místností má průměrnou teplotu za zúčtovací období nižší nebo rovno 19 °C, 50,1 % místností je vytápěno na teplotu nižší nebo rovno 20,5 °C, se stoprocentní jistotou lze říci, že teplota místností nepřesahuje 25 °C. Složitý, členitý tvar domu a špatně navržené teplotní zónování jsou zodpovědné za vysoké náklady na vytápění a současně představují i riziko vysokých nákladů na celkovou renovaci. Poraďte se s odborníkem o tom, které místnosti vytápět a které jen temperovat. Kudy vést izolovanou obálku budovy tak, aby byla co nejkompaktnější. V místnostech, v nichž trávíte nejvíce času, zajistěte nejvyšší teplotní komfort. Naopak místnosti v suterénu pravděpodobně vytápět vůbec nemusíte. Jedná se o nejdůležitější opatření, které rozhoduje o nákladnosti a efektivitě celé renovace.
Čtěte také: Tvrdnutí betonu: Důležité faktory
Využití energie ze slunce a zateplení konstrukcí
Orientace vůči světovým stranám má pro dům velký význam, protože solární zisky dokáží výrazně zkrátit délku otopné sezóny. Okna se navrhují tak, aby měla kladnou energetickou bilanci, tzn. aby během otopné sezóny získala více energie ze sluníčka, než ztratí. Netěsnými okny se ztrácí velké množství energie, zásadně se snižuje pocitová teplota v interiéru. Instalujte nová okna s kvalitním izolačním trojsklem, zvažte, jestli je možné uplatnit fixní části oken, které jsou levnější. Okna umístěte na vnější líc stěny tak, aby měla vhodnou pozici pro budoucí realizaci zateplení. Chytře navržené okno může mít - se srovnatelnými náklady - až poloviční ztrátu tepla.
Zateplení konstrukcí a stínění oken je nákladné opatření s vysokou úsporou a velkým vlivem na kvalitu vnitřního prostředí. Na tepelné izolaci nikdy nešetřete. Vyšší tloušťky izolantu výrazně zkracují návratnost celého zateplení a zajišťují trvale nízké provozní náklady. V domě se také udrží teplo a stabilizuje teplota během celého roku. Současně se zateplením zvažte osazení vnějších stínících prvků na východně, jižně a západně orientovaných oknech, aby se dům nepřehříval.
Současně se zateplením obálky budovy je nutné vyřešit i složitá místa napojení konstrukcí tak, aby nevznikaly tzv. tepelné mosty. Nejen že díky nim uniká významné množství tepla, ale jsou i zdrojem zdravotně rizikových plísní. Špatně vyřešené návaznosti izolantu tak mohou po zateplení tvořit i více než 20 % tepelných ztrát.
Nízká průvzdušnost obálky budovy a větrání s rekuperací
Netěsnostmi v obálce budovy se ztrácí významné množství tepla. Prodražují tak koupi nového zdroje, který musí mít zbytečně vyšší výkon. U běžné budovy, u níž se vzduchotěsnost neřeší, dochází vlivem netěsností během větrného dne k 3-6násobné výměně vzduchu v místnosti. Tento jev má o to větší vliv, pokud budova není před větrem kryta okolní zástavbou či vzrostlou vegetací.
Abychom v domě zajistili dostatek čerstvého vzduchu bez nutnosti neustále otevírat okna a větrat studeným venkovním vzduchem, je možné zvážit instalaci řízeného větrání se zpětným získáváním tepla (tzv. rekuperací). Tento systém ušetří velké množství energie a zvýší užitný komfort. To oceníte zvláště v zimním období, kdy vám řízené větrání zajistí vždy čerstvý teplý vzduch. Samozřejmě neplatí mýtus o nemožnosti otevírat okna - ty si můžete otevřít kdykoliv chcete.
Čtěte také: Moderní design betonových fasád s grafickým betonem
Vytápění a příprava teplé vody
Snížení energetické náročnosti domu v oblasti vytápění otevírá prostor pro realizaci úspor na dosud nevýznamných spotřebách. Na důležitosti nabývá správné vyvážení a vyregulování otopné soustavy či vhodné nastavení teplotních spádů. Významnou spotřebou se nově stává energie na přípravu teplé vody s možnostmi realizace bez nutnosti cirkulačních rozvodů či zpětné využití tepla. Zajímavým se stává i možnost chlazení, zvláště v kontextu volby zdroje a využití OZE či systém úsporného osvětlení.
Teplotní spád u otopných těles a jeho význam
Teplotní spád je rozdíl teplot mezi dvěma místy. Základní jednotkou pro teplotní spád je 1 Kelvin, označuje velkým písmenem K. Správné označení je sice Kelvin (K), ale používá se také stupeň Celsia (°C). Běžně se uvádí teplotní spád u otopných těles, kotlů, tepelných čerpadel aj. Pokud je teplota vody v přívodním potrubí do otopného tělesa 90 °C a teplota vody ve vratném potrubí 70 °C, pak je teplotní spád 90 - 70 = 20 K. Teplotní spád má u otopných těles velký význam z hlediska jejich tepelného výkonu.
Příklad: dvě otopná tělesa jsou úplně stejná, např. Korado Radik Klasik, typ 22, výška 600 mm, délka 900 mm. Ve vytápěné místnosti má být teplota 20 °C. Tepelný výkon otopného tělesa se spádem 90/70 je 1928 W. Bez teplotního spádu by žádné otopné těleso netopilo. Každý si může doma zkusit, jaký má na otopném tělese teplotní spád. Vhodné je použít teploměr s rozsahem měření do 100 °C. Čidlo teploměru se přiloží na trubku s topnou vodou přitékající do tělesa, teplota se zapíše a pak se totéž provede na trubce s vratnou vodou vytékající z tělesa. Pokud nemáme teploměr s tak velkým teplotním rozsahem, můžeme postupovat i jinak. O teplotním spádu se můžeme orientačně přesvědčit i rukou (dlaní), kterou položíme na trubky. Spád poznáme tak, že na trubce s topnou vodou již ruku většinou neudržíme, ale na trubce s vratnou vodou ještě ruku udržíme. Pozor na popálení! Můžeme to zkoušet jen při zatápění, kdy je teplota nižší než 50 °C nebo v otopných soustavách pracujících s nižšími teplotami, například také při teplotách venkovního vzduchu okolo nuly stupňů a výše a tak podobně.
Zamezení přehřívání interiéru a tepelné izolace
Pokud jde o zamezení přehřívání interiéru v teplých obdobích roku, vstupuje do hry více činitelů. Tepelněizolační a akumulační schopnosti budovy je třeba řešit již v jejím návrhu. Fasáda domu a střešní krytina jsou ohřívány sluncem. Teplota těchto povrchů se zvyšuje po dobu osvitu, poté klesá. Prostory pod střechou jsou tedy vyhřívány rychleji než místnosti s obvodovými stěnami. V případě tepelněizolačních materiálů platí, že čím vyšší mají objemovou hmotnost a měrnou tepelnou kapacitu, tím delší je fázový posun. Přehřívání konstrukce vlivem vysokých vnějších teplot zcela zabránit nelze, je však možné zpomalit průchod tepla tak, aby se nejvyšší venkovní teplota projevila v interiéru až v době, kdy je možné jej ochladit větráním.
Byla provedena studie společnosti EMPA (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology), která zkoumala vliv tepelné izolace v konstrukcích dřevostaveb. Bylo zkoumáno několik vlivů, a to vliv stínění, vliv nočního větrání a vliv použité tepelné izolace. Asi nikoho nepřekvapí, že intenzita větrání významně ovlivňuje teplotu v interiéru, v tomto případě během noci až o 4,5°C. Intenzita zastínění zde ovlivňovala teplotu v interiéru až o 3°C. Co bylo ale překvapující, byl malý vliv použitého typu tepelné izolace. Aplikované byly různé typy izolací - skelná vlna, kamenná vlna, celulóza, měkké a tvrdé dřevovlákno. Použitý typ izolace neměl na vnitřní teplotu zásadní vliv, teplota v interiéru se lišila maximálně o 1°C.
Závěr studie je zřejmý, mezi tři hlavní faktory patří stínění, tepelná akumulace celé stavby a intenzita nočního větrání. Mýtus o nízké akumulaci tepla v dřevostavbách již dávno padl. Vlastní typ použité tepelné izolace má také vliv, ale v celkovém porovnání jen 1 % oproti jiným činitelům.
| Faktor | Vliv na vnitřní teplotu (°C) |
|---|---|
| Intenzita nočního větrání | až 4,5 °C |
| Intenzita zastínění | až 3 °C |
| Typ tepelné izolace | maximálně 1 °C |
Termoreflexní izolace
Termoreflexní izolace se pomalu dostávají do povědomí uživatelů, ačkoliv s poptávkou po polystyrenových izolacích nebo po minerální vlně se prozatím nemohou srovnávat. Termoreflexní izolace fungují na principu odrazu infračerveného elektromagnetického záření, tedy tepelného záření. V chladném období odrážejí tepelné záření zpět do interiéru a naopak v horkém letním období odrážejí sluneční záření zpět do exteriéru, čímž brání přehřátí interiéru. Termoreflexní izolace mají dvě důležité vlastnosti, které zásadně ovlivňují jejich tepelněizolační schopnosti. Jsou jimi emisivita a reflektance, jež ovlivňují složku sálání poblíž reflexního povrchu.
Izolace se skládá z vrstvy hliníkové fólie a bublinkové fólie na bázi LDPE (nízkohustotní polyetylén) či na bázi HDPE (vysokohustotní polyetylén) o tloušťce několika milimetrů, popřípadě se využívají i pěnové fólie, které jsou pokovené velmi tenkou vrstvou hliníku z obou stran nebo pouze z jedné strany. Termoreflexní fóliové izolace plní dvě důležité funkce, a to funkci tepelněizolační a parotěsnicí. Jsou tedy vhodné pro použití do střešních plášťů, kdy ušetří vrstvu fólie jako parozábrany. Dále mají vysokou odolnost vůči různým druhům chemikálií, škůdcům, ultrafialovému záření a nejsou navlhavé. Z ekologického hlediska se jedná o recyklovatelný materiál, který neuvolňuje žádné škodlivé látky do svého okolí. Reflexní hliníkové fólie s čistotou 99,9 % mají hodnotu reflektance (odrazivosti) okolo 95 % dle většiny výrobců. Malá hmotnost termoreflexních izolací je dána použitím lehkých materiálů, jedním z nich je bublinková fólie. Bublinky vzduchu jsou rozmístěny rovnoměrně po ploše fólie a jejich výška se pohybuje řádově od 3 do 12 mm, přičemž průměr bývá od 10 do 30 mm. Velikost vzduchových bublin je prioritní z hlediska způsobu šíření tepla. Zajištěním optimálního rozměru docílíme, že se teplo šíří převážně sáláním, nikoliv prouděním, které je v tomto případě nechtěnou složkou.
Tepelný odpor termoreflexních izolací se velmi liší v závislosti na tloušťce izolace, skladebném uspořádání, vlastnostech použitých materiálů apod. Hodnoty tepelného odporu R se pohybují od 0,5 do 5 m2.K.W-1, tato hodnota však není konečná. Termoreflexní izolace se často instalují mezi dřevěný rošt, který vytvoří uzavřené vzduchové mezery a ty dále zvyšují celkovou hodnotu tepelného odporu.
Měřidlo Hot Box podle normy EN ISO 8990
Tato metoda slouží ke stanovení hodnoty tepelného odporu termoreflexních izolací. Název Hot Box lze volně přeložit jako „chráněná teplá skříň“. Zařízení je určeno pro stanovení celkového množství tepla, které projde vzorkem termoreflexní izolace ze strany o vyšší teplotě na stranu o teplotě nižší. Zařízení je plnohodnotně vybaveno tak, aby se výsledky měření těsně přiblížily skutečnosti. Materiálem měřicí skříně je extrudovaný polystyren, kvůli jeho dobrým tepelně izolačním vlastnostem a větší pevnosti ve srovnání s klasickým pěnovým polystyrenem EPS. Měřicí zařízení se skládá z teplé a chladné části pro nastavení teplotního spádu na měřeném vzorku, což imituje podmínky prostředí. Mezi tyto dvě komory je upevněn vzorek izolace. V našem případě se chladná část skříně ochlazovala pomocí mrazáku a teplá část byla vyhřívána topnými, ohebnými a samolepicími PES fóliemi.
Vzorky termoreflexních fóliových izolací a měření tepelného odporu
Vzorky termoreflexních izolací, které byly použity pro měření v zařízení Hot Box, byly vyrobeny z LDPE bublinkové fólie s velkými bublinkami o průměru 30 mm a výšce 10 mm v kombinaci s různými druhy hliníkové fólie. Vzorky izolací jsou v rozsahu od základní skladby ABBA (Al fólie - bublinková fólie - Al fólie) až po několik vrstev. Použité značení souvrství izolace vychází ze zkratek jednotlivých vrstev: A - hliníková fólie a BB - „big bubble“ (bublinková fólie):
- vzorek č. 1 - ABBA - klasické uspořádání, metalická Al fólie (2x Al, 1x BB),
- vzorek č. 2 - ABBABBA - vícevrstvé uspořádání (3x Al, 2x BB),
- vzorek č. 3 - ABBBBABBBBA - vícevrstvé uspořádání (3x Al, 4x BB; pozn.: bublinková fólie není natavena na hliníkovou fólii),
- vzorek č. 4 - ABBBBABBBBA - vícevrstvé uspořádání (3x Al, 4x BB; pozn.: bublinková fólie je natavena na hliníkovou fólii),
- vzorek č. 5 - ABBBBABBBBABBBBA - vícevrstvé uspořádání (4x Al, 6x BB),
- vzorek č. 6 - ABBBBABBBBABBBBABBBBA - vícevrstvé uspořádání (5x Al, 8x BB),
- vzorek č. 7 - ABBA - použití fólie se zlatým vzhledem (2x Al, 1x BB).
Pro měření bylo vybráno sedm vzorků termoreflexních izolací a jeden referenční vzorek ze šedého polystyrenu. Jedná se o vzorky různé tloušťky a skladby, aby bylo možné co nejlépe odpozorovat chování jednotlivých vrstev, a určit tak vhodnou skladbu izolace. Byl dodržován přesný postup měření, aby byly pro všechny vzorky dodrženy stejné podmínky, a nedošlo tak k výrazné chybě. Vzorky byly měřeny v poloze svislé, kdy představovaly zateplení obvodové stěny. Z grafu je patrné, že všechny vzorky vykazují nejvyšší hodnoty tepelného odporu při teplotním rozdílu θEX = -2 °C a θIN = 15 °C. Čím dále postupujeme do kladných hodnot teplotního rozdílu, tím je hodnota tepelného odporu nižší, tedy tepelněizolační schopnost izolací se zhoršuje. Můžeme říci, že tyto izolace dosahují lepších hodnot tepelného odporu v zimních měsících, kdy se venkovní teploty pohybují v záporných hodnotách. Při aplikaci izolace ve stavbě by byly s těmito izolacemi velmi dobře splněny požadavky zimní tepelné ochrany budov. Naopak při letní tepelné ochraně klesne hodnota tepelného odporu u některých vzorků i o více než polovinu oproti hodnotám při teplotách simulujících chladné počasí.
Dále, když porovnáme izolaci 5x Al + 8x BB se vzorkem 4x Al + 6x BB, vidíme, že při teplotním rozdílu θEX = -2 °C a θIN = 15 °C nedosahuje vyššího tepelného odporu vzorek izolace s největší tloušťkou 5x Al + 8x BB, jak by se dalo předpokládat, ale nejpříznivější tepelněizolační schopnost s hodnotou RT = 2,80 m2.K.W-1 má vzorek, který má o dvě bublinkové a jednu hliníkovou fólii méně. Pokud ale tyto dva vzorky porovnáme při teplotním rozdílu θEX = 5 °C, θIN = 20 °C a θEX = 35 °C, θIN = 20 °C, dosahuje vyšších hodnot tepelného odporu nejširší vzorek 5x Al + 8x BB. Také vidíme rozdíl u vzorku 3x Al + 4x BB nenatavené a natavené. Za teplotního rozdílu θEX = -2 °C a θIN = 15 °C má tento vzorek s natavenými bublinkovými fóliemi hodnotu tepelného odporu téměř o 1,00 m2.K.W-1 vyšší než s nenatavenými fóliemi. Tuto skutečnost může způsobit právě natavení fólií, kdy vzorek mnohem lépe drží tvar a lze ho lépe napnout při měření v Hot Boxu. Nejhůře dopadly nejtenčí vzorky, a to metalická ABBA fólie a 2x Al + 1x BB „zlatá fólie“. Avšak vzorek s fólií zlatého vzhledu má hodnoty tepelného odporu vyšší než vzorek s metalickou fólií. Fólie zlatého vzhledu má lepší hodnoty reflektance, která byla také proměřena na všech hliníkových fóliích.
Prostup tepla stěnou potrubí
Voda proudící potrubím s teplotami (θi) je ochlazována na stěnách potrubí v závislosti na tepelném odporu stěny potrubí, tepelném odporu izolace a na teplotě v okolí potrubí (θu). Přestup tepla závisí především na rychlosti proudící vody potrubím a rychlosti proudění vzduchu podle povrchů stěny potrubí, případně na drsnosti povrchu a turbulenci. Prostup tepla rovinnou stěnou si můžeme demonstrovat na hranatém potrubí nebo na tenké stěně potrubí velkého průměru. Na obr. 1 je zobrazen průběh teploty stěnou potrubí při rovinném prostupu tepla. Na obr. 1 je výpočtová teplota vody označena symbolem (θi) a teplota vzduchu v okolí hranatého potrubí je (θu). Pro výpočtové schéma je zvoleno potrubí kruhového průřezu a zároveň je potrubí tepelně izolované. Prostup tepla je tedy vícevrstvou stěnou. Klasický výpočet prostupu tepla stěnou potrubí bývá doplňován, zpřesňován nebo zjednodušován, a to velmi často pro parametry konkrétního složení tepelné izolace a pro parametry okolního prostředí.
Průběh teploty ve vrstvě tepelné izolace
V příspěvku je analyzován průběh teploty ve vrstvě tepelné izolace ve směru teplotního spádu kolmém na plochu desky s ohledem na požadavek, aby v ustálených podmínkách byla konstantní hustota toku tepelné energie v izolaci. V jednorozměrném modelu budeme uvažovat desku z tepelně izolačního materiálu o tloušťce L, která je na teplé straně v kontaktu s hutnou plochou - stěnou - o termodynamické teplotě Tint a o relativní emisivitě (pohltivosti) rovné jedné. Na studené straně je izolační deska v kontaktu se stejnou stěnou, ovšem o nižší teplotě Text < Tint. Ustálené tepelné podmínky jsou definovány tak, že izolační vrstvou prostupuje tepelná energie, ale teploty, které se od sebe liší v různých hloubkách izolantu od teplého okraje, se v čase nemění. Nejde tedy o rovnovážný stav. Směr šíření tepla je kolmý na plochu izolantu (ve stejné hloubce je teplota stejná a tok tepla ve směru rovnoběžném s plochou izolantu je nulový). Za ustálených podmínek pak logicky musí vždy platit, že celkový tok energie, realizovaný společně vedením a sáláním tepla mezi teplým a studeným povrchem deskového tepelného izolantu, je ve všech tloušťkách stejný. Energie se nikde v izolantu nemůže hromadit.
Klesá-li v tepelném izolantu ve směru od teplého konce ke studenému lineárně teplota (v první mocnině), potom klesá také hustota tepelného záření. Prostup tepla vedením je ale v tloušťce izolantu konstantní, což přímo plyne z linearity poklesu teploty. Klesá-li v tepelném izolantu ve směru od teplého konce ke studenému lineárně čtvrtá mocnina teploty, potom je konstantní hustota toku tepelného záření. Prostup tepla vedením ale roste s tím, jak roste absolutní hodnota záporné derivace. Při pozornější úvaze se nabízí východisko. Můžeme uvažovat, že zářivý mechanismus přenosu je kombinací tří případů, kdy s různým zastoupením lineárně s tloušťkou izolace klesá a) první mocnina termodynamické teploty, b) druhá mocnina teploty, c) čtvrtá mocnina teploty. Speciálním případem, který by se dal nazvat zlatou střední cestou, je, kdy uvažujeme pouze druhý případ (lineárně se vzdálenosti klesá druhá mocnina teploty) a příspěvky a) a c) jsou nulové. V tomto případě bude s tloušťkou klesat hustota zářivého toku a růst prostup tepla vedením, což je třeba očekávat. V řadě případů nabízí „střední cesta” výborný výsledek, tzn. konstantní celkový tok tepla v celé tloušťce izolantu.
Za běžných stavebních podmínek je prostup tepla pěnovou tepelnou izolací typu expandovaný polystyren realizován z 30 až 40 procent zářivým mechanismem (sáláním). Praktický dopad ve stavební praxi může mít skokový pokles teploty na teplém povrchu izolantu. Ten je tím větší, čím menší je tloušťka izolace - při tloušťce 12 cm vykazuje model EPS pokles 0,37 °C a při tloušťce 8 cm už 0,56 °C. Tento pokles může mít nepříznivý vliv na celoroční bilanci zkondenzované a odpařené vlhkosti. Uhlíkaté absorpční přísady snižují kromě tepelné vodivosti izolace také skokové změny teploty na povrchu izolace - např. na teplém povrchu u tloušťky izolace 8 cm je pokles jen o 0,35 °C.
tags: #graf #teplotního #spádu #stěnou #s #izolací