Súčiniteľ tepelnej vodivosti stavebných materiálov: čo znamená ukazovateľ + tabuľka hodnôt

Stavebníctvo počíta s použitím akýchkoľvek vhodných materiálov. Hlavné kritériá – bezpečnosť pre život a zdravie, tepelná vodivosť, spoľahlivosť. Ďalej nasledujú cena, estetické vlastnosti, univerzálnosť použitia atď.

Pozrime sa na jednu z najdôležitejších charakteristík stavebných materiálov – súčiniteľ tepelnej vodivosti, pretože práve od tejto vlastnosti do veľkej miery závisí napríklad úroveň pohodlia v dome.

Čo je to súčiniteľ tepelnej vodivosti stavebného materiálu?

Teoreticky, a aj prakticky, sa stavebnými materiálmi spravidla vytvárajú dva povrchy – vonkajší a vnútorný. Z fyzikálneho hľadiska sa teplá oblasť vždy snaží dostať do chladnej oblasti.

V súvislosti so stavebným materiálom sa teplo bude snažiť prejsť z jedného povrchu (teplejšieho) na druhý povrch (menej teplý). A práve schopnosť materiálu vzhľadom na takýto prechod sa nazýva – súčiniteľ tepelnej vodivosti alebo v skratke – STV.

Schéma vysvetľujúca efekt tepelnej vodivosti: 1 – tepelná energia; 2 – súčiniteľ tepelnej vodivosti; 3 – teplota prvého povrchu; 4 – teplota druhého povrchu; 5 – hrúbka stavebného materiálu

Charakteristika STV sa zvyčajne stanovuje na základe skúšok, keď sa vezme experimentálny exemplár s rozmermi 100×100 cm a aplikuje sa naň tepelný účinok s ohľadom na rozdiel teplôt dvoch povrchov o 1 stupeň. Doba pôsobenia je 1 hodina.

Tepelná vodivosť sa teda meria vo Wattoch na meter na stupeň (W/m°C). Súčiniteľ sa označuje gréckym symbolom λ.

V predvolenom nastavení, tepelná vodivosť rôznych stavebných materiálov s hodnotou menšou ako 0,175 W/m°C zaraďuje tieto materiály do kategórie izolačných.

Moderná výroba si osvojila technológie výroby stavebných materiálov, ktorých úroveň STV je menšia ako 0,05 W/m°C. Vďaka takýmto výrobkom je možné dosiahnuť výrazný ekonomický efekt z hľadiska spotreby energetických zdrojov.

Vplyv faktorov na úroveň tepelnej vodivosti

Každý jednotlivý stavebný materiál má určitú štruktúru a má svojský fyzikálny stav.

Základom toho sú:

• rozmerovosť kryštálov štruktúry;
• fázový stav látky;
• stupeň kryštalizácie;
• anizotropia tepelnej vodivosti kryštálov;
• objem pórovitosti a štruktúry;
• smer tepelného toku.

Toto všetko sú faktory vplyvu. Určitý vplyv na úroveň súčiniteľa tepelnej vodivosti (STV) má aj chemické zloženie a prímesi. Množstvo prímesí, ako ukázala prax, má obzvlášť výrazný vplyv na úroveň tepelnej vodivosti kryštalických komponentov.

Izolačné stavebné materiály – trieda výrobkov na stavbu, vytvorených s ohľadom na vlastnosti STV, priblížených optimálnym vlastnostiam. Avšak dosiahnuť ideálnu tepelnú vodivosť pri zachovaní iných kvalít je mimoriadne náročné.

Na STV zasa vplývajú podmienky prevádzky stavebného materiálu – teplota, tlak, úroveň vlhkosti a pod.

Stavebné materiály s minimálnym súčiniteľom tepelnej vodivosti

Podľa výskumov má minimálnu hodnotu tepelnej vodivosti (približne 0,023 W/m°C) suchý vzduch.

Z hľadiska použitia suchého vzduchu v štruktúre stavebného materiálu je potrebná konštrukcia, kde suchý vzduch zotrváva v uzavretých početných priestoroch malého objemu. Konštrukčne je takáto konfigurácia predstavená v podobe početných pórov vnútri štruktúry.

Z toho logický záver: nízku úroveň STV by mal mať stavebný materiál, ktorého vnútorná štruktúra predstavuje pórovitý útvar.

Navyše, v závislosti od maximálne prípustnej pórovitosti materiálu sa hodnota tepelnej vodivosti približuje k hodnote STV suchého vzduchu.

Vytvoreniu stavebného materiálu s minimálnou tepelnou vodivosťou napomáha pórovitá štruktúra. Čím viac pórov rôzneho objemu sa nachádza v štruktúre materiálu, tým lepší STV je možné dosiahnuť.

V modernom výrobe sa používa niekoľko technológií na dosiahnutie pórovitosti stavebného materiálu.

Konkrétne sa používajú technológie:

• penotvorenia;
• tvorenia plynu;
• uzatvárania vodou;
• napučiavania;
• vnášania prísad;
• vytvárania vláknových kostier.

Treba poznamenať: súčiniteľ tepelnej vodivosti priamo súvisí s takými vlastnosťami, ako je hustota, tepelná kapacita, teplotná vodivosť.

Hodnotu tepelnej vodivosti možno vypočítať podľa vzorca:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Kde:

• Q – množstvo tepla;
• S – hrúbka materiálu;
• T₁, T₂ – teplota z dvoch strán materiálu;
• t – čas.

Stredná hodnota hustoty a tepelnej vodivosti je nepriamo úmerná hodnote pórovitosti. Preto, vychádzajúc z hustoty štruktúry stavebného materiálu, možno závislosť tepelnej vodivosti od nej vypočítať takto:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Kde: d – hodnota hustoty. Toto je vzorec V. P. Nekrasova, ktorý demonštruje vplyv hustoty konkrétneho materiálu na hodnotu jeho STV.

Vplyv vlhkosti na tepelnú vodivosť stavebného materiálu

Opäť, súdiac podľa príkladov používania stavebných materiálov v praxi, sa zisťuje negatívny vplyv vlhkosti na KTV stavebného materiálu. Zistilo sa – čím väčšiemu zvlhčeniu je stavebný materiál vystavený, tým vyššia je hodnota KTV.

Rôznymi spôsobmi sa snažia chrániť materiál používaný v stavebníctve pred vplyvom vlhkosti. Toto opatrenie je úplne oprávnené, vzhľadom na zvýšenie koeficientu pre mokrý stavebný materiál.

Zdôvodniť takýto moment nie je ťažké. Pôsobenie vlhkosti na štruktúru stavebného materiálu je sprevádzané zvlhčovaním vzduchu v póroch a čiastočným nahradením vzdušného prostredia.

Vzhľadom na to, že parameter koeficientu tepelnej vodivosti pre vodu je 0,58 W/m°C, je zrejmé výrazné zvýšenie KTV materiálu.

Treba tiež poznamenať negatívnejší efekt, keď sa voda, ktorá sa dostane do pórovitej štruktúry, dodatočne zmrazí – premení sa na ľad.

Zodpovedajúco nie je ťažké vypočítať ešte väčšie zvýšenie tepelnej vodivosti, berúc do úvahy parametre KTV ľadu, ktoré sa rovnajú hodnote 2,3 W/m°C. Nárast je približne štyrikrát oproti parametru tepelnej vodivosti vody.

Jedným z dôvodov odmietnutia zimného stavebníctva v prospech letnej stavby je práve faktor možného premŕzania niektorých druhov stavebných materiálov a v dôsledku toho – zvýšenie tepelnej vodivosti.

Odtiaľ sú zrejmé stavebné požiadavky týkajúce sa ochrany izolačných stavebných materiálov pred vlhkosťou. Veď úroveň tepelnej vodivosti rastie v priamej úmere od množstva vlhkosti.

Nemenej významný je aj ďalší moment – opačný, keď je štruktúra stavebného materiálu vystavená výraznému zahrievaniu. Príliš vysoká teplota tiež vyvoláva rast tepelnej vodivosti.

Deje sa to kvôli zvýšeniu kinetickej energie molekúl, ktoré tvoria štruktúrny základ stavebného materiálu.

Pravda, existuje trieda materiálov, ktorých štruktúra naopak získava lepšie vlastnosti tepelnej vodivosti v režime silného zahrievania. Jedným z takýchto materiálov je kov.

Ak pri silnom zahrievaní väčšina bežne používaných stavebných materiálov mení tepelnú vodivosť smerom k zvýšeniu, silné zahrievanie kovu vedie k opačnému efektu – KTV kovu klesá.

Metódy stanovenia súčiniteľa

Používajú sa rôzne metodiky v tomto smere, ale v skutočnosti všetky technológie merania sú zjednotené dvomi skupinami metód:

1. Režim stacionárnych meraní.
2. Režim nestacionárnych meraní.

Stacionárna metóda predpokladá prácu s parametrami, ktoré sú nemenné v čase alebo sa menia v malej miere. Táto technológia, podľa praktických aplikácií, umožňuje očakávať presnejšie výsledky KTP.

Činnosti zamerané na meranie tepelnej vodivosti, stacionárny spôsob umožňuje vykonávať v širokom teplotnom rozsahu – 20 – 700 °C. Ale zároveň sa stacionárna technológia považuje za náročnú a zložitú metodiku, ktorá vyžaduje veľké množstvo času na vykonanie.

Príklad prístroja určeného na vykonávanie meraní koeficientu tepelnej vodivosti. Je to jedna z moderných digitálnych konštrukcií, ktorá zabezpečuje rýchly a presný výsledok.

Iná technológia merania – nestacionárna, sa javí ako jednoduchšia, vyžadujúca na vykonanie prác 10 až 30 minút. Avšak v tomto prípade je teplotný rozsah výrazne obmedzený. Napriek tomu táto metóda našla široké uplatnenie v podmienkach výrobného sektora.

Tabuľka tepelnej vodivosti stavebných materiálov

Podrobovať meraniam mnohé existujúce a široko používané stavebné materiály nemá zmysel.

Všetky tieto produkty sú spravidla opakovane testované, na základe čoho bola zostavená tabuľka tepelnej vodivosti stavebných materiálov, ktorá zahŕňa prakticky všetky potrebné materiály na stavbe.

Jeden z variantov takejto tabuľky je uvedený nižšie, kde KTP – koeficient tepelnej vodivosti:

Odporúčame tiež prečítať si naše ďalšie články, v ktorých hovoríme o tom, ako správne vybrať izoláciu:

1. Izolácie pre manzardovú strechu.
2. Materiály na zateplenie domu zvnútra.
3. Izolácie pre strop.
4. Materiály na vonkajšiu tepelnú izoláciu.
5. Izolácia podlahy v drevenom dome.

Závery a užitočné video k téme

Tematicky zamerané video, v ktorom sa dostatočne podrobne vysvetľuje – čo je to KTP a «s čím sa to je». Po oboznámení sa s materiálom prezentovaným vo videu existuje vysoká šanca stať sa profesionálnym staviteľom.

Zrejmý moment – potenciálny staviteľ musí nevyhnutne vedieť o tepelnej vodivosti a jej závislosti od rôznych faktorov. Tieto znalosti pomôžu stavať nielen kvalitne, ale s vysokou mierou spoľahlivosti a životnosti objektu. Používanie koeficientu je v podstate reálna úspora peňazí, napríklad na platbách za tie isté komunálne služby.

Ak máte otázky alebo cenné informácie k téme článku, zanechajte svoje komentáre v bloku nižšie.