Polyvinylchlorid (PVC) je univerzální termoplastický polymer, který se díky svým jedinečným vlastnostem široce používá v různých aplikacích. Teplota tání PVC hraje zásadní roli při určování jeho fyzikálních a mechanických vlastností, což ovlivňuje jeho vhodnost pro konkrétní aplikace. Tento úvodní článek zkoumá vztah mezi teplotou tání PVC a jeho vlastnostmi a zdůrazňuje, jak tento parametr ovlivňuje výkonnost materiálu a rozsah aplikací, v nichž může být použit.
Vliv teploty tání PVC na mechanické vlastnosti
Teplota tání PVC, která se obvykle pohybuje kolem 160-210 °C, je bod, kdy se tuhá krystalická struktura PVC začíná rozpadat a umožňuje molekulám proudit a přeskupovat se. Tento proces tavení má zásadní vliv na mechanické vlastnosti PVC. S rostoucí teplotou se materiál stává měkčím a pružnějším. Díky tomu je ideální pro aplikace, kde je ohybatelnost klíčová, jako jsou trubky, hadice a izolace vodičů.
Teplota tání ovlivňuje také pevnost a houževnatost PVC. Pečlivým řízením procesu zahřívání mohou výrobci přizpůsobit vlastnosti materiálu tak, aby vyhovovaly konkrétním aplikacím. Například vyšší teploty tání vedou k pevnějšímu a tužšímu PVC, které je vhodné pro konstrukční prvky a okenní rámy. PVC desky mají specifický teplotní rozsah, ve kterém si udržují své optimální mechanické vlastnosti. Při normální okolní teplotě (kolem 20 - 25 stupňů) jsou PVC desky relativně tuhé a pevné. S rostoucí teplotou však PVC začíná měknout. Například při teplotách nad 60 - 70 stupňů se může stát poddajným. To znamená, že v aplikacích, kde je zásadní strukturální integrita, jako je stavebnictví nebo výroba nábytku, může prostředí s vysokou teplotou vést k deformaci a ztrátě nosnosti plechu. Na druhé straně při nízkých teplotách může PVC zkřehnout.
PVC trubky jsou složeny z PVC (druh plastu zvaného polyvinylchlorid). Fyzikální složení materiálů je do značné míry ovlivněno teplotními změnami - rozpínáním při zvyšování teploty a smršťováním při snižování teploty, což je přirozený jev jako u všech ostatních materiálů. Standardní referenční bod pro každou publikovanou velikost PVC je obecně použitelný pro 22 stupňů. Při nižších nebo nižších teplotách není obvykle pevnost PVC trubek ovlivněna. Je však třeba poznamenat, že s rostoucí teplotou potrubí klesá jeho schopnost pojmout stlačené tekutiny a také se stává pružnějším. Odolnost trubek z PVC se navíc se zvýšením teploty sníží, což znamená, že je třeba přijmout dodatečná péče a ochranná opatření, aby se zabránilo zbytečným účinkům.
Pro horní mezní teplotu se mohou konkrétní omezení lišit v závislosti na specifických specifikacích PVC potrubí. Přesto je nejvíce doporučená horní hranice 80 stupňů. Překročení této teploty znamená riziko poškození a ztráty struktury PVC trubky. V každém jiném případě je doporučená nepřetržitá pracovní teplota 40 stupňů, což znamená, že celá stěna potrubí má 40 stupňů a je vhodná pro konstantní průtok tekutiny ve stejné horizontální rovině.
Čtěte také: Vliv teploty na asfalt při pokládce
Vzhledem k nízké tepelné vodivosti PVC může být teplota tekutiny během přerušovaného proudění vyšší. V tomto případě emise a doba trvání určují především maximální teplotu a měly by být nejprve vyhodnoceny na základě průměrného limitu 60 stupňů pro tloušťku potrubí.
Jak teplota tání PVC ovlivňuje chemickou odolnost
Když je PVC pevná látka, je jako pevnost, neproniknutelná pro většinu chemických látek. Jakmile však začne tát, jeho obrana slábne. To je jako otevřít bránu do hradu a umožnit nepříteli vplížit se dovnitř. Proto je teplota tání PVC rozhodující pro aplikace, kde je nejdůležitější chemická odolnost. Například u trubek a tvarovek používaných v chemických provozech znamená vyšší teplota tání lepší odolnost vůči korozivním chemikáliím. Na druhou stranu, pokud hledáte PVC, které je pružnější a snadno se formuje, nižší teplota tání je vaším přítelem. Tento typ PVC je ideální pro aplikace, jako jsou elektrické izolace a povlaky na dráty, kde je pružnost klíčová. Teplota také ovlivňuje chemickou stabilitu PVC desek. Při zvýšených teplotách lze urychlit uvolňování změkčovadel a dalších přísad. Tyto látky mohou ovlivnit vlastnosti PVC, jako je jeho pružnost a trvanlivost.
Úloha teploty tání PVC v elektrotechnických aplikacích
Tavení PVC může být sice zábava, ale je to také vážná věc, zejména pokud jde o elektrické aplikace. To proto, že teplota tání PVC hraje zásadní roli při určování jeho vlastností a způsobu použití. Řekněme, že chcete například použít PVC k izolaci elektrických vodičů. V tomto případě budete potřebovat PVC s vysokou teplotou tání. Proč? Protože pokud by se PVC roztavilo příliš snadno, mohlo by se stát nebezpečím požáru. Na druhou stranu, pokud používáte PVC k výrobě ohebného kabelu, budete chtít PVC s nižší teplotou tání. To umožní kabelu ohýbat se a ohýbat, aniž by praskal.
Teplota tání PVC ovlivňuje také jeho elektrické vlastnosti. Například PVC s vyšší teplotou tání má obvykle lepší elektroizolační vlastnosti. Díky tomu je ideální pro použití ve vysokonapěťových aplikacích.
Využití PVC v reklamním průmyslu
PVC desky jsou velice široce využívané médium v reklamním průmyslu. Jejich celkem nízká cena je předurčuje k všestrannému využití v reklamních odvětví. My je využíváme nejčastěji jako exteriérovou a interiérovou reklamu, za použití potištěných samolepek solventními barvami, které na ně lepíme. PVC desky jsou vyráběny z termoplastických hmot. Již z názvu tedy vyplývá, že jsou citlivé na teplo (teplotní roztažnost) a sluneční záření.
Čtěte také: Teplota a pevnost betonu
Pokud plánujete využít PVC desek v interiérech, kde je konstantní teplota (max. rozmezí 5-10ºC), tento problém řešit nemusíte. Dům na který chcete umístit PVC reklamu je někde u silnice na Vysočině. V létě se maximální teplota může vyšplhat na slunci k 30ºC a v zimě k -15ºC. Rozdíl teplot je 45ºC. Při využití desek výrobce např. Kommerling, který udává koeficient roztažnosti α = 0.08 mm/m, si můžeme vypočítat, že takto dlouhá deska se může natáhnout v létě o 10.8mm. Dále je potřeba také myslet na teplotu v době montáže. Montujeme-li desku uprostřed zimy, kdy je teplota -10ºC, musíme počítat s tím, že při sebemenším oteplení se deska opět bude rozšiřovat.
V případě použití bílých, či barevných ploch desek (jednoduché textové reklamy za použití řezaných fólií), se musí počítat s tím, že desky mohou měnit barvy v rámci odstínů. U bílých desek je posun barvy do žluté, vlivem slunečních paprsků. Alternativou polepu desky, může být natření desky barvami, které mají lepší vlastnosti při účincích slunečního záření. Výrobci již od výroby opatřují desky ochranou proti tomuto typu záření. Míra ochrany se však liší. Levnější řady desek jich mají méně, zatímco vyšší a zároveň dražší řady desek, více. Míra slunečního záření spolu s UV zářením je měřena v jednotkách kLy (kilolengley). Na internetu je k dohledání, jaké množství záření je na určitou oblast vyzářeno za jeden rok. Pro naše pásmo České Republiky, je to mezi 80-100kly/rok. Nižší řady PVC desek různých výrobců mají ochranu na 100 - 120 kly/rok, což je dostačující.
V první řadě je potřeba myslet na fyzikální vlastností desek. Pnutí a rozšiřování povrchu se v exteriérové montáži nevyhneme, a tak musíme uzpůsobit kotvení desek chytřejším způsobem. Předvrtáme si otvory v desce, avšak otvory budou větší jak průměr šroubů, či vrutů. Díky těmto jednoduchým krokům docílíme toho, že deska bude správně namontována, bude mít prostor k rozšiřování. Pokud desku bude polepena samolepkou se solventní barvou a laminací, řešit barevné změny taktéž nemusíte. Světlostálost solventních barev je dlouhodobá. Pokud by jsme nelaminovali, samolepka na desce vydrží stejná min. 4 roky. Po laminaci min. dvakrát tolik. Dejte si však pozor na použití UV technologie. Tisk a cena je velice zajímavá, avšak se nehodí do exteriéru. Takto potištěné desky vydrží maximálně 3-6 měsíců. Barvy motivu začnou blednout, až zůstane jen modrá a černá.
Zasklená lodžie a její mikroklima
Zasklená lodžie je specifický prostor, který funguje jako polosvětně uzavřená klimatická zóna. Není to interiér, protože není vytápěná. Není to exteriér, protože je chráněná před větrem a deštěm. Vytváří proto úplně vlastní mikroklima - s jinými teplotami, jiným tlakem, jinou vlhkostí a odlišnou cirkulací vzduchu. Interiér je vytápěný → teplejší. Lodžie je studená zóna → teplota je vždy blíže venkovní než bytové. Rosný bod určuje, kdy se vodní pára změní na kapky. V lodžii je nižší teplota → rosí se mnohem dřív než v bytě. Teplý vzduch stoupá, studený padá. Slunce ohřívá lodžii velmi rychle - rovnocenně skleníkovému efektu. V zimě je to výhoda, v létě problém. U dveří do bytu, u špalet, u přilehlé stěny. Tuto zónu ohřívá únik tepla z interiéru. U skel zasklení. Zde padá teplota nejníž → zde vzniká kondenzace. Stává se při nízkých teplotách a vysoké vlhkosti v uzavřené lodžii. Lodžie není izolovaný prostor. Voda vzniká vždy - deštěm, rosením, čištěním. Musí mít kam odtékat. V létě se uzavřený prostor dokáže rozpálit nad únosnou mez. Větrání je klíčové, a to především u zasklených lodžií, které mají zvýšenou vlhkost.
Mohou být skla opatřena termoizolačními foliemi. Tyto transparentní lišty se dodatečně nasazují na hrany skel. Zasklení lodžie může přinést uspořené energie za vytápění, které se může blížit až k 50%. Skla by měla být několikanásobně pevnější, než obyčejná skla.
Čtěte také: Betonování v extrémních teplotách
Pokud mám balkon zavřený a pouze se skvirkou, aby na balkon proudil nějaký vzduch, pak mi teplota téměř neklesá pod 40°C při venkovní teplotě 25-30°C. V případě, že očekávám "parna" a vysoké letní teploty, pak kytky v ranních hodinách dostatečně zaleju a doplním vodu do misek. Přes den, když jsem doma, vodu kontroluji a popř. doplňuji. Nabízí se řešení ve formě něčeho, co by na balkoně v době parna zvyšovalo vlhkost, nebo natvrdo zastínit.
Pasivní stabilizace vnitřní teploty staveb s PCM
Pro pasivní stabilizaci vnitřní teploty staveb se využívají PCM (z angl. Phase Change Materials), neboli látky sdílející latentní teplo. Jeden kg PCM při tání pohltí mnohonásobně více tepla než stejná hmota betonu při ohřátí o 1 °C. Při tuhnutí totéž teplo vydá. PCM je neprodyšně uzavřena v obalech různých velikostí a tvarů, většinou to jsou ploché sáčky (v anglické literatuře se jim někdy říká pouches, pošetky), které bývají sdružovány po 4 a více do větších montážních rohoží či panelů, mohou to být ale také kusové prvky - kapsle, polštářky, váčky, koule apod., se kterými se pracuje jako se sypkým materiálem.
Ve srovnání se sádrokartonovými aplikacemi je tento způsob využití PCM univerzálnější, intenzivnější (lze nasadit prakticky libovolné množství PCM) a při dobrém návrhu účinnější (transport chladu od PCM je podpořen prouděním vzduchu). Nevýhodou je komplikovanější návrh stavebního řešení a vyšší pracnost. Záleží na výběru vhodného PCM a na kvalifikovaném stanovení jeho celkové hmotnosti (a plošné hmotnosti v konstrukcích, kam jej uvažujeme umístit), aby docílený efekt teplotní stability byl optimální a v souladu s plány a přáními investora.
Jako ukázku průmyslově vyráběného PCM určeného pro stavebnictví vezmeme systém DELTA-COOL 24 od německé firmy Dörken GmbH & Co. KG. „Teplotně stálé polštáře DELTA-COOL 24 využívají vysoké tepelné kapacity dané sdílením latentního tepla PCM, který je zapouzdřen injektováním PCM do pětivrstvé laminované fólie,” říká firemní prospekt, ve kterém firma Dörken sděluje, že tento systém vyvinula hlavně pro účely pasivního chlazení. Systém účinkuje jako chladič umístěný ve stropu nebo stěnách budovy za účelem zvýšení efektu velké stavební hmoty a pomáhá tak stabilizovat vnitřní teplotu budov. Myslí se všech typů budov, domů, speciálně pak lehkých montovaných rodinných domů a ostatních staveb včetně kontejnerů a obytných buněk, velkých i malých.
Nejdůležitější vlastnosti PCM-D
Nejdůležitější vlastnosti PCM-D ukazuje tabulka níže. Porovnáním hodnot specifické skupenského tepla PCM-D a specifické tepelné kapacity betonu dojdeme k důležitému zjištění. Jeden m2 betonové zdi o tloušťce 300 mm a hmotnosti 660 kg, která je dobře tepelně izolována z venkovní strany a která se vlivem trvalé vysoké venkovní teploty ohřeje z teploty 21 °C na 25 °C, pohltí celkové teplo 554,4 kJ. Stejné teplo při stejném vzrůstu teploty pohltí díky přechodu z pevné do kapalné fáze pouhých 3,38 kg PCM-D o objemu 2,24 l.
Další příklad se týká dřevostaveb, přesněji lehkých staveb z dřevěných nosníků, tepelné izolace a tenkostěnných desek. Jestliže každý čtvereční metr obálkových stěn bude ve smyslu zmíněných úvah obohacen 3,5 kg PCM-D, potom v létě přesáhne vnitřní teplota této lehké stavby hodnotu 24 °C později, než v případě celobetonové stavby (s vnější tepelnou izolací), která je vzorem vysoké tepelné akumulace.
Uveďme další příklad, ve kterém si pro účely tohoto článku zavedeme jednoduchou vzorovou budovu o rozměrech 10 x 10 x 3 (m), vnitřním objemu V = 300 m3 a vnitřní plochou nadzemní obálky S = 220 m2. Budiž je hned za vnitřní pohledovou deskou obvodových stěn a stropů budovy instalována rohož PCM-D o plošné hmotnosti 20 kg/m2. Při uvedené ploše obálky to představuje hmotnost PCM-D 4,4 tuny. Pro ohřátí takové stěny z 21 °C na 25 °C je třeba 721.160 kJ tepla. Pokud střední součinitel prostupu tepla obálkou bude 2 W/(m2·K), což je na současný standard nevyhovující hodnota, potom při setrvalé venkovní teplotě 40 °C dojde z roztavení PCM-D a stoupnutí teploty nad 25 °C až za více než 28 hodin (při venkovní teplotě 35 °C za 41 hodin). S takovou „termostabilizační přizdívkou” je možné překlenout i déle trvající období, pokud noční teploty klesnou pod 24 °C, kdy roztavený podíl PCM-D může tuhnout.
Tabulka 1: Nejdůležitější vlastnosti PCM-D DELTA-COOL 24
| Vlastnost | Hodnota | Jednotka |
|---|---|---|
| Teplota tání / tuhnutí | 24 | °C |
| Specifické skupenské teplo | 158 | kJ/kg |
| Specifická tepelná kapacita (pevná fáze) | 2,7 | kJ·kg-1·K-1 |
| Specifická tepelná kapacita (kapalná fáze) | 2,2 | kJ·kg-1·K-1 |
| Hustota | 1,5 | kg/l |
Mimo teplotu tání se PCM-D z pohledu tepelně akumulačních vlastností chová podobně jako běžný stavební materiál, tzn. jeho teplota úměrně roste s dodaným teplem. Konstantou úměrnosti je specifická tepelná kapacita pevné, resp. kapalné fáze, která je pro popisovaný PCM-D cs = 2,7 kJ·kg-1·K-1 resp. cl = 2,2 kJ·kg-1·K-1 (viz. tab. 1). Jakmile teplota PCM-D vystoupá na 24 °C, je další pohlcené teplo využito k tání PCM-D, nikoliv ke zvyšování teploty, a naopak při poklesu na 24 °C způsobí další uvolněné teplo tuhnutí, nikoliv klesání teploty. Teplota taveniny, v níž plavou neroztavené kusy, se drží na stejné hodnotě 24 °C tak dlouho, dokud veškerý PCM-D buď neroztaje nebo neztuhne.
Již při relativně malém množství představuje PCM-D vydatný zásobník tepla a zároveň chladu, schopný stabilizovat vnitřní teplotu. Oproti stabilizaci založené na běžné tepelné akumulaci velké hmoty (např. betonu), jejíž teplota a potažmo i teplota interiéru závisí na množství v ní akumulovaného tepla, je s pomocí PCM-D teplota stabilizována na konstantní jmenovitou úroveň 24 °C. To je nová kvalita v oblasti pasívních tepelně technických řešení staveb. „Pracovní dobu”, po kterou PCM-D udržuje vnitřní teplotu na jmenovité úrovni, lze snadno nastavit množstvím PCM-D a vhodným systémem samovolného větrání, který odvádí chlad či teplo od PCM-D do interiéru.
Systém pasivního chlazení DELTA-COOL 24
Systém chlazení a termostabilizace PCM-D je výrobcem určen zejména pro letní chlazení a stabilizaci vnitřní teploty na úrovni 24 °C. Ideální je tento systém pro venkovní podmínky se střední denní teplotou 24 °C, kdy noční minima klesají i hluboko pod tuto teplotu a denní maxima stoupají vysoko nad ní. Podmínkou pro dobrou funkčnost je intenzívní, nejlépe spontánní výměna tepla mezi PCM-D a vnitřním prostředím. Chladivé sáčky (rohože) PCM-D je vhodné umístit např. nad stropní podhled s větracími mezerami.
Stoupne-li teplota venkovního vzduchu nad teplotu tání PCM-D, tedy 24 °C, je vhodné omezit větrání jen na hygienicky nutnou výměnu vzduchu. Velký přísun tepla horkým venkovním vzduchem (a zejména přímé sluneční záření dopadající do interiéru) urychluje tání PCM-D. V příkladu výše uvedené vzorové budovy s PCM-D o plošné hmotnosti 20 kg/m2 se při rychlosti výměny vzduchu 2 h-1 a venkovní teplotě 40 °C zkrátí doba chlazení z 38 hodin na 23 h (při venkovní teplotě 35 °C z 55 h na 35 h). Plyne to z toho, že tepelný příkon do budovy daný vedením tepla skrze obvodové konstrukce, který je roven součinu U·S·(θe - θPCM) = 5280 W (resp. 3630 W), se větráním dané intenzity zvětší o 3130 W (resp. 2150 W).
Vlhkost a kondenzace
Ochlazením teplého venkovního vzduchu na sáčcích PCM-D se zvětší jeho relativní vlhkost a může dojít až ke kondenzaci. Při teplotě 35 °C a relativní vlhkosti 50 % je částečný tlak páry 2813 Pa, při vlhkosti 70 % pak 3940 Pa. Ochlazením na 24 °C bude v prvním případě relativní vlhkost 94 % a ve druhém 100 %, přičemž v druhém případě navíc dojde ke kondenzaci vodní páry. Kondenzace zvyšuje tepelné zisky a zkracuje dobu chlazení. Při kondenzaci vodní páry se uvolňuje obrovské výparné (= kondenzační) teplo 2257 kJ/kg, víc než o řád větší, než je latentní teplo PCM-D, tj. 158 kJ/kg! Na to, aby se jeden kg PCM-D roztavil a tím se vyčerpal jeho chladivý potenciál, by stačilo teplo uvolněné kondenzací 70 g vodní páry. Na 4,4 tuny PCM-D obsažených v našem vzorovém domě by tak muselo zkondenzovat 308 kg páry. Té je ve vzduchu za běžných podmínek naštěstí málo (4 % objemová a 2,4 % hmotnostní při teplotě 35 °C a 70 % rel. vlhkosti), takže významná část latentního tepla od PCM-D může tedy sloužit ke chlazení vzduchu.
Uvažujme opět naši vzorovou budovu s obsahem 4,4 t PCM-D, v níž je větráním zajištěna výměna 600 m3 vzduchu za hodinu (to odpovídá rychlosti výměny 2 h-1, ČSN 730540-2 doporučuje 0,6 h-1). Uvažujme dále střední součinitel prostupu tepla nadzemní částí obálkových konstrukcí U = 2 W·m-2·K-1 a vedle tepelných zisků daných prostupem uvažujeme také zisky z větrání. Při ochlazení 600 m3 vzduchu o teplotě 35 °C a rel. vlhkosti 70 % na teplotu 24 °C se 100 % rel. vlhkostí kondenzuje celkem v domě 3,3 l vody za hodinu, což odpovídá tepelnému zisku z této kondenzace ve výši 2045 W na celou budovu. Započtením tohoto příspěvku, který představuje zvýšení zisků o 35 %, se doba chlazení zkrátí na 25,6 hodiny.
Začne-li se na sáčcích PCM srážet pára, sráží se jí tím více, čím intenzívněji se větrá. Také růst venkovní teploty při stejné nebo rostoucí relativní vlhkosti zvýší kondenzaci a zkrátí chladicí interval. Návrh by měl zajistit, aby před zimou stačil případný kondenzát vždy vyschnout. Aby vlhkost, která pochází z chlazení PCM-D, nezatěžovala nosné zdivo (či nosné panely) s tepelnou izolací, by se neměla technologie PCM-D používat pro chlazení vnitřního „přetopeného” vzduchu v zimě ani k odstraňování vlhkosti pocházející z vnitřních zdrojů.
Vysoká relativní vlhkost vzduchu, vznikající při ochlazování, může být účinně snížena sádrovými deskami. Z [1] plyne, že jeden m2 sádrové desky (sádrokarton, sádrovláknité desky) o tloušťce 12 mm pohltí při změně relativní vlhkosti z 60 % na 100 % při teplotě 25 °C 120 g vodní páry (srovnej s množstvím kondenzace 70 g/m2 v odstavci b). Přitom se uvolní teplo, které odpovídá přibližně výparnému teplu stejného množství vody. Tepelná bilance tedy zůstane přibližně stejná, uvolněné teplo ohřeje PCM-D, ale nepříjemná kondenzace se sníží, v lepším vůbec nenastane.
Provádění „termostabilizačních” výplní a přizdívek pomocí látek sdílejících latentní teplo - PCM nepožaduje a zřejmě v dohledné době ani nebude požadovat žádná norma. Záleží proto na technické osvícenosti a peněžence investora, jestli si toto řešení vybere, a invenci projektanta, jak se se zadáním vypořádá. Investorům a stavebníkům by však nemělo uniknout, že chlazení interiéru v létě spotřebovává přibližně třikrát větší příkon energie, než ohřev interiéru o stejný teplotní rozdíl v zimě. Připočteme-li k tomu v létě daleko vyšší intenzitu větrání (otevřená okna, dveře) jsou příkony do chlazení ještě vyšší. Pasívní stabilizace pomocí PCM technologie ve spojení s „větrací disciplínou” může řešit většinu nebo dokonce všechny požadavky na chlazení interiéru. Případy, kdy chlazení PCM už nestačí, mohou být mnohem lehčeji než dříve trpěny, nebo překlenuty jednodušším aktivním chlazením s mnohem kratším provozem.
tags: #teplota #zeskleni #pvc #informace