Ve fyzice označuje tepelná vodivost schopnost daného kusu látky nebo konstrukce (např. zdi, izolace) vést teplo. Tato veličina vyjadřuje schopnost konstrukce vést teplo, konkrétně rychlost šíření tepla ze zahřáté části konstrukce do chladnější části. 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 dané látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti.
Definice součinitele tepelné vodivosti
Součinitel tepelné vodivosti je definován 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 teplo se šíří pouze v jednom směru, např. v desce s rovnoběžnými povrchy. Tuto definici lze také vyjádřit tak, že součinitel tepelné vodivosti je výkon (tzn. teplo za jednotku času), který projde každým čtverečním metrem desky tlusté metr, jejíž jedna strana má teplotu o 1 Kelvin vyšší než druhá. Označuje se řeckým písmenem lambda [λ] a vyjadřuje se ve wattech na metr krát kelvin [W/mK]. Součinitel tepelné vodivosti je lokální (tj. materiálová) vlastnost o jednotce W/(mK).
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.
Čím nižší je hodnota součinitele tepelné vodivosti, tím lépe. Součinitel tepelné vodivosti je základem tepelnětechnických stavebních výpočtů. Potřebnou hodnotu najdeme v normě ČSN nebo přímo u výrobců. Součinitel tepelné vodivosti λ je obecně velmi důležité kritérium pro porovnávání kvality tepelných izolací. Udává, jak materiál vede teplo.
Faktory ovlivňující tepelnou vodivost
Součinitel tepelné vodivosti je přímo závislý na více faktorech, např. na vlhkosti, objemové hmotnosti, střední teplotě, tloušťce materiálu (s intenzivním přenosem tepla sáláním, např. tepelné izolace z pěnových plastů, nebo s přenosem tepla prouděním, např. vzduchové mezery). 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: Vlastnosti asfaltových hydroizolací
Jak zjistit tepelnou vodivost materiálů?
Součinitel tepelné vodivosti je materiálová konstanta, která se zjišťuje experimentálně.Vzorec pro výpočet součinitele tepelné vodivosti:
λ = d / (t * S * ΔT) * Q
- d = tloušťka materiálu (m)
- t = čas (v sekundách s)
- ΔT = rozdíl teplot mezi oběma vodorovnými stranami
- S = plocha materiálu kolmá na tepelný tok
- Q = množství tepla, které plochami projde
Deklarovaná, charakteristická a návrhová 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).
- Charakteristická hodnota je odvozena pro stanovenou charakteristickou hodnotu vlhkosti u23/80.
- Návrhová hodnota je odvozena pro určené teplotní a vlhkostní podmínky, popř. mechanické namáhání. Lze ji stanovit výpočtem pro konkrétní užití, na základě charakteristických hodnot a součinitelů podmínek působení.
- 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.
K čemu slouží tepelná vodivost materiálů?
Výpočet tepelné vodivosti materiálů se využívá především ve stavebnictví. Součinitel tepelné vodivosti 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. Poměrem tloušťky materiálu a součinitele tepelné vodivosti dostaneme hodnotu tepelného odporu materiálu. Právě součinitel tepelné vodivosti je jedním z normových parametrů, který se bere v potaz například při návrhu zateplení konstrukce domu.
Další uplatnění najde při výběru vhodné tepelné izolace a její tloušťky. Ta vám dokáže ušetřit výdaje za energie. 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 je tloušťka konstrukční vrstvy (m).
Na energetickou náročnost budovy se klade stále větší důraz. Některé materiály mají vyšší tepelnou vodivost a některé nižší. Tvrzení, že na materiálu nezáleží, je naprostý nesmysl. Každý materiál má hodnotu tepelné vodivosti naprosto odlišnou.
Čtěte také: Cihly s tepelnou izolací
Srovnání tepelné vodivosti různých izolačních materiálů
Stavební trh nabízí velký výběr izolačních materiálů. Ekologické a přírodní materiály jako konopná, lněná, jutová nebo dřevovláknitá izolace mají velmi podobný součinitel tepelné vodivosti jako např. minerální izolace.
Minerální vlna
Izolace stěn, stropů a podlah pod obecným názvem minerální vlna je z několika různých typů - kámen, čedič, skelná vata. Všechny mají společné pozitivní vlastnosti, včetně: přirozenosti (vyrobena z ekologických materiálů), nízkého koeficientu tepelné vodivosti, schopnosti pracovat v různých teplotních rozsazích, požární bezpečnosti (izolace nehoří, ale doutná) a zvukotěsných vlastností. Minerální vlna je velmi účinná a spolehlivá izolace. Díky kombinaci vynikajícího výkonu a nízkých nákladů je velmi oblíbený jak u jednotlivých vývojářů, tak u velkých průmyslových společností.
Indikátor, takzvaný koeficient tepelné vodivosti minerální vlny, charakterizuje schopnost tohoto materiálu zadržovat tepelnou energii. Měří se ve W/(m°C) a používá se k výpočtu tloušťky tepelně izolační vrstvy pro vnitřní a vnější dekoraci. Čím vyšší je tento koeficient, tím lépe se udržuje teplo v místnosti chráněné tímto materiálem. Minvata má jeden z nejlepších výkonů, srovnatelný s polystyrenem a penoizolem.
Druhy desek z minerální vlny
Aktuálně platná GOST 52953-2008 rozděluje minerální vlnu na tři typy:
- Skleněná vlna (skelná vata): Především rozpočtový typ izolace s vysokou hustotou a pružností. Tepelná vodivost je 0,03-0,052 W/(m°C). Výhody: nízká tepelná vodivost, relativně nízké náklady. Nevýhody: škodlivý účinek na pokožku a dýchací orgány.
- Strusková vlna: Používá se vysokopecní struska. Tepelná vodivost materiálu je vyšší než u skleněné vlny, na úrovni 0,46-0,48 W/(m°C). Výhody: relativně nízké náklady, snadná instalace, vysoký koeficient absorpce zvuku. Mínusy: vysoká hygroskopičnost.
- Kamenná (čedičová) minerální vlna: Získává se z tavenin vyvřelých hornin (především čediče). Tepelná vodivost se pohybuje v širších rozsazích, od 0,032 do 0,046 W/(m°C). Je považována za nejtrvanlivější mezi analogy a je nejméně náchylná na vlhkost. Je však dražší než jiné druhy minerální vlny.
Fenolformaldehydová pryskyřice se používá jako vazebná složka u některých typů minerálních vln. Podle výzkumu může tato látka poškodit lidské zdraví, ale její množství je výrazně menší než například v dřevotřískových deskách.
Čtěte také: Rozměry a postup betonáže základu pro tepelné čerpadlo
Tabulka charakteristik minerální vlny
Hodnota tepelné vodivosti desky z minerální vlny primárně závisí na vybraném materiálu. Tloušťka materiálu nezáleží na koeficientu, ale přímo souvisí s úrovní ochrany obvodových konstrukcí.
Proto se pro podlahy, příčky a mezipodlahy, jejichž tepelné ztráty jsou nižší než v jiných oblastech, používají desky z minerální vlny do tloušťky 50 mm. Stejná hodnota je přípustná pro vnitřní izolaci (ale již kvůli úspoře místa). Fasády a šikmé střechy jsou izolovány minerální vlnou o tloušťce 100 až 200 mm.
| Typ minerální vlny | Tepelná vodivost λ [W/(m°C)] | Poznámka |
|---|---|---|
| Skleněná vlna (skelná vata) | 0,03-0,052 | Rozpočtový typ, vysoká hustota a pružnost |
| Strusková vlna | 0,46-0,48 | Vyšší tepelná vodivost než skelná vlna, dobrá zvuková izolace |
| Kamenná (čedičová) minerální vlna | 0,032-0,046 | Nejtrvanlivější, nejméně náchylná na vlhkost, dražší |
Výrobky Technonikol mají koeficient tepelné vodivosti minerální vlny od 0,038 do 0,042 W / m * K. Materiál je vodoodpudivá nehořlavá deska, určená pro zvukovou a tepelnou izolaci. Je vytvořen na základě hornin, které patří do čedičové skupiny. Desky se používají v průmyslové a občanské výstavbě, zateplovacích systémech vnějších stěn, kde je materiál shora chráněn dekorativní vrstvou z tenkovrstvé omítky. Materiál není hořlavý, jeho paropropustnost je 0,3 Mg / (m · h · Pa). Absorpce vody je 1% objemové. Hustota materiálu se může rovnat limitu od 125 do 137 kg / m3.
Pěnový polystyren (EPS), Penoplex a Extrol
Pěna má nízkou tepelnou vodivost. Tento údaj se však může lišit v závislosti na typu polystyrenu. Pěnová fólie o tloušťce 50-60 mm může nahradit velký objem minerální vlny. Materiál o hustotě 100 mm lze nahradit expandovaným polystyrenem s indikátorem 123 mm. Vlastnosti těchto typů izolace jsou mírně podobné. Rozdíl je proto malý. Ukazatele pěnového plastu také překračují vlastnosti čedičové vlny. Polyfoam je deska různé tloušťky, skládající se z pěnového materiálu - polymeru. Tepelná vodivost pěny je zajištěna vzduchem, jehož tvoří 95-98 %, tj. plyn, který neumožňuje průchod tepla. Vzhledem k tomu, že pěna je v podstatě vzduch, má extrémně nízkou hustotu a tedy nízkou měrnou hmotnost. Pěna má také velmi dobrou zvukovou izolaci (tenké buněčné stěny naplněné vzduchem jsou velmi špatným vodičem zvuků).
Extrol je produkt z polystyrenové pěny získaný vytlačováním. Fyzikální ukazatele hustoty, tepelné vodivosti, propustnosti par atd. jsou přibližně stejné jako u pěny. Výrobky této značky se vyrábějí nejen ve formě desek, ale také ve formě speciálních bloků, válcových a půlválcových segmentů, což je velmi výhodné pro výrobu tepelné izolace potrubí. Penoplex je známější, zatímco produkty Extrol nejsou ve fyzických parametrech horší než on.
Důležité! Chemická odolnost derivátů polystyrenu je horší než chemická odolnost minerální vlny. Penoplex, technoplex a další podobné materiály se rozkládají, když jsou vystaveny: rozpouštědlům, acetonu; benzínu, petroleji a dalším produktům z rafinace ropy; barvám na bázi oleje; formaldehydu a jeho látkám obsahujícím ho; uhelnému dehtu. Toto je třeba vzít v úvahu při manipulaci s materiálem a navrhování izolace.
Vzduch
V Rochlových tabulkách z roku 1987 se uvádí hodnota součinitele tepelné vodivosti vzduchu λ = 0,0251 W/(mK) při teplotě 10 °C. Příspěvek proudění vzduchu není uvažován. U silných vrstev měříme jako dominantní příspěvek sálavé sdílení tepla.
Pórobeton
Pórobeton dosahuje jedinečných tepelně izolačních parametrů, díky kterým mají pórobetonové stavby výbornou energetickou bilanci. Dosažení požadovaných hodnot pro nízkoenergetické či pasivní domy je velmi jednoduché. Součinitel tepelné vodivosti (U) je důležitý, ale neměli byste zapomenout ani na součinitel prostupu tepla (R). 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. Díky hodnotě U můžeme dopředu zjistit s jakými tepelnými ztrátami můžeme počítat za použití konkrétní tloušťky materiálu. Stavba z pórobetonu je nejen snadná a rychlá, ale také umožňuje stavbu nízkoenergetických staveb.
Rozsah použití izolačních materiálů
K izolaci se používají desky z minerální vlny:
- podlahy;
- větrané fasády;
- fasády pro omítání;
- střechy;
- stěny zevnitř a příčky;
- překrývání;
- potrubí;
- kamna a komíny;
- kotle;
- výrobní zařízení atd.
Minerální vlna v rolích se běžně používá k izolaci vodorovných povrchů. Tato instalace vyžaduje opatrné zacházení a zabránění přílišnému namáhání povrchu. Pomocí rolí jsou překryty mezi podlahami, podlahami, podkroví, střechy s mírným sklonem izolované. Používají se také k izolaci potrubí, říms a krbových kamen.
Při výběru ohřívače je důležité zohlednit tloušťku vrstvy, která se bude lišit, tj. čím nižší je tepelná vodivost, tím tenčí je izolační vrstva. Uvedené fyzikální parametry pro deriváty polystyrenu platí pro materiály s hustotou 35 kg/m3, pro izolátory s jinou hustotou, například 30, 45 kg/m3, budou hodnoty fyzikálních ukazatelů odlišné.
Během instalačních prací je nutné určit budoucí umístění ohřívačů. Vnější izolace je považována za správnou, protože rosný bod bude ve vnějších vrstvách hlavní stěny. Pokud je izolace umístěna zevnitř a je technicky nemožné ji změnit, je nutné vzít v úvahu možný vzhled vlhkosti mezi izolační deskou a stěnou budovy. Aby se tomu zabránilo, je nutné vypočítat ventilaci a vytvořit regulaci vlhkosti vzduchu v místnosti.
Penoplex lze nahradit podobnými polystyrénovými materiály. Konečný výsledek izolace zpravidla mnohem více závisí na kvalitě provedených prací, z čehož vyplývá absence prasklin, netěsností a dokončeného nátěru fasády.
tags: #tepelne #vodivosti #samonivelacni #sterka #soucinitel #informace