Tepelná vodivost je fyzikální veličina z oboru termodynamiky, která vyjadřuje schopnost konstrukce nebo materiálu vést teplo. Konkrétně představuje rychlost, kterou se šíří teplo ze zahřáté části objektu do jeho chladnější části. Tepelná vodivost materiálu nebo dané látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti.
Co je součinitel tepelné vodivosti (λ)?
Součinitel tepelné vodivosti vyjadřuje schopnost stejnorodého, isotropního materiálu při dané střední teplotě vést teplo. Má označení λ a jednotku W/m·K. Součinitel tepelné vodivosti je lokální (tj. materiálová) vlastnost.
Definujeme jej jako množství tepla, které musí za jednotku času (1 sekunda) projít tělesem, aby na jednotkovou délku (1 čtvereční metr) byl jednotkový teplotní spád. Přitom se předpokládá, že se teplo šíří pouze v jednom směru. Součinitel tepelné vodivosti je materiálová konstanta, která se zjišťuje experimentálně.
Jinými slovy, tepelná vodivost je čas, za jakou dobu projde teplo daným materiálem. Čím delší čas, tím je lepší tepelný odpor (R) daného materiálu. A čím je větší hodnota tepelné vodivosti (λ), tím má materiál horší tepelný odpor.
Faktory ovlivňující součinitel tepelné vodivosti
Součinitel tepelné vodivosti je přímo závislý na více faktorech, např. na vlhkosti, objemové hmotnosti, střední teplotě, tloušťce materiálu. Tepelná vodivost je závislá na teplotě materiálu. U kovů platí, že čím vyšší teplota, tím nižší vodivost. U polovodičů naopak s teplotou vodivost roste.
Čtěte také: Tření Mezi Betonem a Jinými Materiály
U některých materiálů, například tepelných izolací z pěnových plastů, se projevuje intenzivní přenos tepla sáláním. To, že se v izolacích šíří teplo i sáláním, je dávno známo. Příkladem může být pěnový polystyrén (EPS). Sálavou složku v izolaci lze clonit (přerušit) termoreflexní fólií umístěnou na okraje nebo dovnitř izolační desky. U silných vrstev je dominantní příspěvek sálavé sdílení tepla.
Množství akumulované vlhkosti může být u cihel s integrovanou izolací nižší než u běžných cihel. To je způsobeno výrazným zvýšením izolačních vlastností cihel s integrovanou izolací, neboť přenos vlhkosti souvisí výrazně i s tepelně izolačními vlastnostmi - mluvíme o společném šíření tepla a vlhkosti.
Typy hodnot součinitele tepelné vodivosti
Naměřená hodnota
Naměřená hodnota je hodnota statisticky vyhodnocená z naměřených hodnot z dostatečné četnosti zkoušek. Je vázaná na stanovené referenční podmínky při měření a stavu vlhkosti výrobku. Pokud referenční podmínky a stav určují vlastnost výrobku zabudovaného v konstrukci, lze naměřenou hodnotu použít přímo do výpočtu.
Deklarovaná hodnota
Deklarovaná hodnota je hodnota stanovená výrobcem podle příslušné výrobkové normy při definovaných podmínkách (střední teplota při měření 10 ± 0,3 °C; vlhkost zkušebních vzorků, která je dána kondicionováním zkušebních vzorků nejméně 6 h při teplotě vzduchu 23 ± 5 °C a relativní vlhkosti 50 ± 5 %, tedy ve stavu neustálené sorpční, popř. desorpční vlhkosti u23/50 - některé normy výrobku upřesňují kondicionování zkušebních vzorku). Deklarované hodnoty součinitele tepelné vodivosti mohou tvořit podklad pro stanovení návrhových hodnot. Při uvádění výrobků na trh v České republice, na které se vztahují příslušné evropské harmonizované normy výrobku, nemají výrobci povinnost uvádět charakteristické hodnoty, obvykle uvádějí pouze deklarované hodnoty dle příslušných referenčních podmínek.
Charakteristická hodnota
Charakteristická hodnota je odvozena pro stanovenou charakteristickou hodnotu vlhkosti u23/80. Postup stanovení charakteristické hodnoty součinitele tepelné vodivosti stanoví například ČSN 72 7014 Stanovení součinitele tepelné vodivosti materiálů v ustáleném tepelném stavu, Vyhodnocení zkoušek.
Čtěte také: Hodnoty součinitele prostupu tepla u cihel
Návrhová hodnota
Návrhová hodnota je odvozena pro určené teplotní a vlhkostní podmínky, popř. mechanické namáhání. Návrhové hodnoty vlastností stavebních výrobků lze také stanovit výpočtem pro konkrétní užití, na základě charakteristických hodnot a součinitelů podmínek působení. Součinitele podmínek působení zohledňují způsob zabudování materiálu do stavební konstrukce vystavené působení venkovního i vnitřního prostředí.
Význam součinitele tepelné vodivosti ve stavebnictví
Na energetickou náročnost budovy se klade stále větší důraz. Součinitel tepelné vodivosti je základem tepelnětechnických stavebních výpočtů a je obecně velmi důležité kritérium pro porovnávání kvality tepelných izolací. Čím je hodnota nižší, tím je kvalita tepelné izolace vyšší a teplo uniká přes takový materiál pomaleji.
Hodnota tohoto součinitele se v praxi používá pro výpočet tloušťky zateplení konstrukce, určení energetické náročnosti budovy nebo výpočet tepelných ztrát budovy. Potřebnou hodnotu najdeme v normě ČSN nebo přímo u výrobců. Každý materiál má hodnotu tepelné vodivosti naprosto odlišnou, a tvrzení, že na materiálu nezáleží, je naprostý nesmysl. Pórobeton například dosahuje jedinečných tepelně izolačních parametrů, díky kterým mají pórobetonové stavby výbornou energetickou bilanci a dosažení požadovaných hodnot pro nízkoenergetické či pasivní domy je velmi jednoduché.
Související tepelnětechnické veličiny
- Měrná tepelná kapacita (c): Udává nám množství tepla, potřebného k ohřátí 1kg látky o 1 stupeň teploty v Kelvinech nebo stupních Celsia. Pro tuto veličinu slouží malé písmeno „c“ a jednotka joul na kilogram krát Kelvin [J/kgK].
- Součinitel prostupu tepla (U): Tato hodnota nám určuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými od sebe určitou stavební konstrukcí. Čím je hodnota menší, tím lepší jsou tepelně izolační vlastnosti konstrukce. Označuje se velkým písmenem „U“ a jednotku má watt na metr čtvereční krát kelvin [W/m2K]. Součinitel prostupu tepla určuje, k jakým tepelným ztrátám skrze danou konstrukci dochází. Jednotka W/m2K vyjadřuje, kolik tepelné energie ve Wattech prostupuje obvodovou konstrukcí o ploše 1 m2 při rozdílu venkovní a vnitřní teploty 1 K.
- Tepelný odpor (R): Poměrem tloušťky materiálu a součinitele tepelné vodivosti dostaneme hodnotu tepelného odporu materiálu. Čím delší čas, tím je lepší tepelný odpor (R) daného materiálu. Pro správné rozhodování je třeba spočítat si tepelný odpor (R). Pro jeho výpočet musíte znát hodnotu součinitele tepelné vodivosti a jeho tloušťku. Výpočet tepelného odporu: R = d/λ, kde d = tloušťka konstrukční vrstvy (m).
- Součinitel difuze vodní páry (μ): Tento faktor poukazuje na schopnost daného materiálu propouštět vodní páry. Této vlastnosti říkáme, že materiál dýchá. A čím menší je tato hodnota, tím snáze může k difúzi docházet. Vodní pára postupuje difúzí z vnitřku domu ven a stavební konstrukce jí to umožňuje tím víc, čím je vyšší její součinitel difúze vodní páry.
- Objemová hmotnost: Jedná se v podstatě o průměrnou hustotu konstrukce ze sypkého nebo pórovitého materiálu, tedy poměr hmotnosti ku objemu materiálu se všemi póry a dutinami.
Praktické aspekty a zateplování
Malá tepelně izolační schopnost stěn je příčinou chladného povrchu vnitřního líce v zimním období, následné kondenzace vzdušné vlhkosti na studených stěnách a vzniku plísně. Dobře provedené zateplení odstraní příčinu kondenzace, povrchová teplota stěn se zvýší a podmínky pro tvorbu plísně pominou. Při dodatečném zateplení je potřeba provést zateplení tak, aby byly co nejlépe zatepleny tepelné mosty. Prvním předpokladem je, aby zateplované zdivo bylo suché, nejlépe do 5% objemové vlhkosti.
Běžný fasádní polystyrén má velký difúzní odpor a konstrukci do jisté míry difúzně uzavře (faktor difúzního odporu μ 40 až 70, tepelná vodivost λ 0,039 W/m.K). Lepší možností by bylo použití šedé, difúzně otevřené (děrované) fasádní desky na polystyrénové bázi. Tyto desky mají tepelnou vodivost λ 0,031 W/m.K a faktor difúzního odporu μ = 10. Především vysoká propustnost pro vodní páru je příznivá z hlediska kondenzace vodní páry v konstrukci, ke které by v takto zateplené stěně nemělo docházet.
Čtěte také: Vlastnosti betonu: Tepelná vodivost
Současná platná norma ČSN 73 0540-2 rozlišuje tři hodnoty součinitele prostupu tepla: požadovanou, doporučenou a cílovou pro nízkoenergetickou a pasivní výstavbu. Pro součinitel prostupu tepla U platí, že čím nižší jeho hodnota je, tím lepší tepelně izolační vlastnosti konstrukce má. Požadovaná minimální hodnota součinitele prostupu tepla U pro vnější stěnu zděnou je 0,30 W/(m2.K). Hodnota doporučená je 0,25 W/(m2.K), pro nízkoenergetickou a pasivní výstavbu 0,18 až 0,12 W/(m2.K). Pro dosažení doporučené hodnoty 0,25 W/(m2.K) je potřeba počítat se 14 až 16 cm tepelné izolace na bázi běžného EPS, v případě desek šedých děrovaných 12 až 14 cm.
Ve vývoji stavebních materiálů šlo vždy o to, aby nové výrobky především zvyšovaly tepelně izolační vlastnosti stavěné budovy. Jediná schůdná cesta, jak ještě zvýšit tepelněizolační parametry cihel, byla v plnění otvorů izolantem. Vyplněním otvorů cihel polystyrenem bylo dosaženo zvýšení jejich tepelně izolačních parametrů o 40 %. Zdivo z těchto cihel šířky 500 mm může mít stejné tepelněizolační vlastnosti jako 7 m tlustá zeď z klasických plných cihel nebo 36 cm polystyrenu. Stěny z cihel s integrovaným polystyrenem nejen že dobře izolují, ale navíc velmi pomalu vychládají v zimním období.
Jak prokázala studie, životnost polystyrenu v dutinách cihel je minimálně 80 let. Z provedených zkoušek vyplývá, že při předpokládané životnosti stavby 80 let a za podmínek běžného užívání se rozměrová změna EPS výplně v dutinách cihel pohybuje v hodnotách řádu několika desetin milimetrů a je zcela zanedbatelná. Množství kondenzátu za sledované období bylo nízké, což téměř odpovídá sorpčním vlastnostem cihelného střepu.
Testy vysychání vlhkosti ukazují, že cihly zmoklé na stavbě dokážou vyschnout za cca 51 dní na 1,0 % hm. Cihly nasáknuté vodou z desky vyschnou za 46 dní na 1,8 % hm. Extrémní test ukázal, že za dobu 3,4 roku poklesne vlhkost v cihlách na 2,0 % hm. vlhkosti.
Následující tabulka uvádí orientační hodnoty součinitele tepelné vodivosti pro některé běžné materiály, pro lepší představu o jejich tepelně izolačních vlastnostech:
| Materiál | Orientační λ [W/m·K] | Poznámka |
|---|---|---|
| Vzduch | 0,0251 | Při 10 °C |
| Pěnový polystyren (EPS) | 0,0259 | Měřeno na malých tloušťkách |
| Běžný fasádní polystyren | 0,039 | |
| Šedý/děrovaný fasádní polystyren | 0,031 | Difúzně otevřený |
tags: #soucinitel #tepelny #vodivosti #tvarnice #informace