Tepelná vodivost, tepelná kapacita a hustota stavebních materiálů

V moderním světě je důležitým aspektem soukromého domu jeho energetická účinnost. Tedy schopnost vynaložit minimální množství energie na udržení příjemného klimatu v domě. Abyste utratili méně energie, musíte se postarat o snížení energetických ztrát.

Tepelná vodivost materiálů – to je schopnost materiálu zadržovat teplo v chladném počasí a chladit v létě.

Tepelná kapacita – množství tepla absorbovaného (uvolňovaného) tělesem v procesu zahřívání (chlazení) na 1 kelvin.

Hustota – poměr hmotnosti tělesa k objemu, který toto těleso zabírá.

Tepelná vodivost stavebních materiálů

Návrh technologií energeticky účinných domů by měli provádět odborníci, ale v reálném životě může být všechno jinak. Stává se, že majitelé domů jsou z mnoha důvodů nuceni samostatně vybírat materiály pro stavbu. Budou muset také vypočítat tepelné parametry, na základě kterých se provede zateplení a izolace. Proto je potřeba alespoň minimálně rozumět technice vytápění budov a jejím základním pojmům, jako je součinitel tepelné vodivosti, v jakých jednotkách se měří a jak se počítá. Znalost těchto „základů“ vám pomůže správně izolovat váš domov a ekonomicky ho vytápět.

Co je tepelná vodivost

Zjednodušeně řečeno, tepelná vodivost je přenos tepla z teplejšího tělesa na méně horké. Aniž bychom zacházeli do detailů, všechny fyzikální materiály a látky mohou přenášet tepelnou energii.

Každý den, i na té nejprimitivnější každodenní úrovni, se potýkáme s tepelnou vodivostí, která se u každého materiálu projevuje jinak a ve velmi odlišné míře. Pokud například mícháte vroucí vodu kovovou lžičkou, můžete se velmi rychle spálit, protože lžíce se zahřeje téměř okamžitě. Pokud použijete dřevěnou špachtli, bude se zahřívat velmi pomalu. Tento příklad jasně ukazuje rozdíl v tepelné vodivosti mezi kovem a dřevem – u kovu je několikanásobně vyšší.

ZAJÍMAVOST: Co je to konkrétní kontakt: vlastnosti, složení a rozsah použití

Součinitel tepelné vodivosti

Pro hodnocení tepelné vodivosti jakéhokoli materiálu se používá součinitel tepelné vodivosti (λ), který se měří ve W/(m×℃) nebo W/(m×K). Tento koeficient udává množství tepla, které může být vedeno jakýmkoli materiálem, bez ohledu na jeho velikost, za jednotku času na určitou vzdálenost. Pokud vidíme, že nějaký materiál má vysokou hodnotu koeficientu, pak velmi dobře vede teplo a lze jej použít jako topidla, radiátory a konvektory. Například kovové radiátory vytápění v místnostech pracují velmi efektivně a dokonale přenášejí teplo z chladicí kapaliny do vnitřních vzduchových hmot v místnosti.

Pokud mluvíme o materiálech používaných při stavbě stěn, příček, střech, pak je vysoká tepelná vodivost nežádoucím jevem. Při vysokém součiniteli ztrácí budova příliš mnoho tepla, pro jeho udržení bude nutné v interiéru stavět spíše tlusté konstrukce. A to s sebou nese další finanční náklady.

Součinitel tepelné vodivosti závisí na teplotě. Z tohoto důvodu referenční literatura uvádí několik hodnot koeficientů, které se mění s rostoucí teplotou. Provozní podmínky také ovlivňují tepelnou vodivost. Především mluvíme o vlhkosti, protože s rostoucím procentem vlhkosti se zvyšuje i součinitel tepelné vodivosti. Proto při provádění tohoto druhu výpočtů potřebujete znát skutečné klimatické podmínky, ve kterých bude budova postavena.

Odolnost proti přenosu tepla

Součinitel tepelné vodivosti je důležitou charakteristikou každého materiálu. Tato hodnota však přesně nepopisuje tepelnou vodivost konstrukce, protože nezohledňuje vlastnosti její struktury. Proto je vhodnější počítat odpor prostupu tepla, který je v podstatě převrácenou hodnotou součinitele tepelné vodivosti. Na rozdíl od posledně jmenovaného však výpočet bere v úvahu tloušťku materiálu a další důležité konstrukční prvky.

Neméně důležitým úkolem je predikce tepelných ztrát, bez které nelze správně naplánovat otopnou soustavu a vytvořit ideální tepelnou izolaci. Takové výpočty mohou být nezbytné při výběru optimálního modelu kotle, počtu požadovaných radiátorů a jejich správného umístění.

Pro stanovení tepelných ztrát jakoukoliv konstrukcí potřebujete znát odpor, který se vypočítá pomocí teplotního rozdílu a množství tepla ztraceného z jednoho metru čtverečního obestavné konstrukce. Pokud tedy známe plochu konstrukce a její tepelný odpor a také víme, pro jaké klimatické podmínky se výpočet provádí, můžeme přesně určit tepelné ztráty. Pro výpočet tepelných ztrát v domácnosti existuje dobrá kalkulačka (dokáže spočítat i to, kolik peněz bude stát vytápění, samozřejmě).

Takové výpočty v budově se provádějí pro všechny obálky budovy, které interagují s prouděním studeného vzduchu, a poté se sečtou, aby se určila celková tepelná ztráta. Na základě získané hodnoty je navržen otopný systém, který by měl tyto ztráty plně kompenzovat. Pokud jsou tepelné ztráty příliš velké, znamenají další finanční náklady a ne každý si to může dovolit. V této situaci je třeba myslet na vylepšení zateplovacího systému.

Samostatně musíme mluvit o oknech, u kterých je odpor přenosu tepla určen regulačními dokumenty. Není třeba provádět výpočty sami. Existují hotové tabulky, ve kterých jsou zadány hodnoty odporu pro všechny typy konstrukcí oken a balkonových dveří.
Tepelné ztráty oken se počítají na základě plochy a také rozdílu teplot na různých stranách konstrukce.

Výše uvedené výpočty jsou vhodné pro začátečníky, kteří dělají své první kroky při projektování energeticky účinných domů. Pokud se profesionál pustí do podnikání, pak jsou jeho výpočty složitější, protože je navíc zohledněno mnoho korekčních faktorů – sluneční záření, absorpce světla, odraz slunečního světla, heterogenita struktur, umístění domu na místě a další.