Ako sme už v úvode spomenuli, sálanie resp. vyžarovanie je najvýdatnejší a najrýchlejší spôsob zdieľania tepla medzi telesami. Podľa toho, ako intenzívne telesá sálajú teplo (tj tepelné žiarenie) do okolia, ich delíme do dvoch medzných skupín. Sálavé alebo čierne telesá sú tie, ktoré intenzívne sálajú vlastné teplo do okolia a zároveň pohlcujú sálavé teplo z okolia. Nesálavé, čiže reflexné telesá naopak sálajú len minimum vlastného tepla do okolia, zatiaľ čo sálanie zo svojho okolia odrážajú. Uprostred je skupina tzv. šedých telies. Tie sálajú menej tepla ako čierna a sálanie z okolia pohlcujú len čiastočne, zvyšok odrážajú.
Realizácia čiernych a reflexných telies
O tom, či bude teleso silne sálať a pohlcovať tepelné žiarenie alebo ho naopak nesálať a odrážať, rozhoduje jeho povrchová úprava. To môže byť náter, povlak alebo polep tenkou fóliou s vlastnosťami, ktoré potrebujeme. Reflexné povrchy bývajú väčšinou intenzívne striebrolesklé alebo žiarivo biele, zatiaľ čo sálavé povrchy sú väčšinou tmavšie až čierne a matné. Bavíme sa o sálaní, tzn. neviditeľnom tepelnom žiarení. Ľudské oko, ktoré je citlivé len na viditeľné svetlo, nedokáže dobre rozpoznať, či daný povrch, napr. stena v miestnosti, vyžaruje a pohlcuje alebo naopak nevyžaruje a odráža tepelné žiarenie.
Tepelné a viditeľné žiarenie
Tepelné žiarenie pozemských telies má rovnakú fyzikálnu povahu, ako viditeľné denné, tzn. slnečné svetlo. V oboch prípadoch ide o vlnové klbká takmer nekonečného počtu elektromagnetických vĺn, líšiacich sa vlnovou dĺžkou a spektrálnou hustotou. V dennom svetle je najviac zastúpená vlna s dĺžkou 0,5 mikrometra, ktorú oko vníma ako zelenú farbu. V tepelnom žiarení je zastúpená najviac zložka s vlnovou dĺžkou 9,5 mikrometrov, ktorú ľudské oko nevidí. Spektrálna hustota vĺn v oboch vlnových klbkách rýchlo klesá s tým, ako sa ich vlnová dĺžka vzďaľuje od maxima; tepelné žiarenie izbovej steny tak neobsahuje takmer žiadne vlnové dĺžky obsiahnuté v slnečnom žiarení a naopak, slnečné žiarenie neobsahuje takmer žiadne vlnové dĺžky, ktoré vyžaruje stena. Inými slovami, oba typy tepelného žiarenia sa prakticky neprekrývajú.
Priestorové tepelné žiarenie
Zamerajme sa na prípad, že steny, strop a podlaha obklopujú miestnosť. Ak budú mať všetky rovnakú teplotu, dajme tomu 0 °C (273,15 K), ihneď sa v miestnosti ustáli priestorové tepelné žiarenie v rovnakej teplote. Každá zo stien v emisivite ε bude vyžarovať do priestoru sálavú energiu v intenzite σ·ε·T4 = 5,67·10-8·ε 273,154 = 315,6·ε [W/m2]. Tú istú energiu bude priestorové žiarenie odovzdávať stene a nastane rovnováha. Aj teplota vzduchu bude rovnaká s teplotou stien a priestorového žiarenia.
Uvažujme s emisivitou stropu, podlahy aj stien rovnou jednej (ε = 1), jedná sa teda o sálavé, neodrazivé povrchy. Počítajme s miestnosťou v tvare kvádru, v celkovom pôdoryse 5×4 m, výške 3 m a celkovou vnútornou plochou (steny, strop a podlahy) 94 m2. Pre jednoduchosť nebudeme uvažovať s oknami v stenách.
Najrýchlejší spôsob vykurovania
Nech je ďalej strop o ploche 20 m2 vybavený stropným vykurovaním s veľmi rýchlym nábehom. Ak dôjde v čase t = 0 k skokovému nárastu teploty stropu na 40 °C, teplota priestorového tepelného žiarenia okamžite vzrastie na 10 °C. A pokiaľ by sme mali steny miestnosti vybavené reflexívnym náterom s emisivitou εW = 0,2, teplota priestorového tepelného žiarenia sa okamžite ustáli na hodnote 18 °C. Pri emisivite stien εW = 0,1 potom na 20 °C.
Okamžitú zmenu teploty priestorového žiarenia naše zmysly ihneď zaznamenajú ako príjemnú zmenu. Avšak tým to nekončí. Z výpočtov ďalej plynie, že za niekoľko minút po zvýšení teploty priestorového žiarenia dôjde tiež k ohriatiu vzduchu v miestnosti. Teplota vzduchu je popri teplote žiarenia druhou zložkou, ktorá dotvára pocit tepelnej pohody. Následne prehrievanie stien a podlahy môže prebiehať (v prípade ich vysokej teplotnej zotrvačnosti) aj hodiny, avšak to už sme dávno v (tepelnej) pohode!
Viac sa čitateľ dočíta v knihe [1], ktorá sa touto problematikou podrobne zaoberá a pre tvrdenie, uvedené v tomto príspevku, podáva podrobné zdôvodnenie.
Termoizolačná stierková hmota HE 3003 na nízkoemisívne steny
Termoizolačná stierková hmota HE 3003 je tvorená vrstvou sklenených dutých mikroguličiek o veľkosti 0,03 až 0,12 mm (30–120 mikrónov) navzájom spojených spojivom. Po vysušení a zaschnutí nanesenej stierky sa jednotlivé gulôčky pomocou spojiva (cca 10 %) formujú do termoizolačnej vrstvy hrúbky cca 1 mm. Táto štruktúra je tvorená z nehomogennych sklenených dutých mikrogulôčok a dutín vyplnených vzduchom či už vo vnútri gulôčok, tak v medzerách medzi jednotlivými gulôčkami.
Tepelná vodivosť tejto vrstvy je na úrovni penového polystyrénu alebo lepšia, čo hlavne u starších sanovaných budov vedie ku zvýšeniu povrchovej teploty aplikovanej stierky v porovnaní s pôvodným stavom. Je však hlavne dôležitá reflexia, teda nízka emisivita tejto povrchovej vrstvy, podobnej riešenie je známe z použitia balotiny (sklenených mikrogulôčok) na reflexívnych vrstvách cestného značenia a pätníkoch.
Poznámka
Tento článok vznikol s podporou zakladateľov niekdajšej asociácie tenkostenných a reflexných izolácií ATRI, ktorú sa však nepodarilo nikdy uviesť do aktívneho života. Asociácia sa usilovala na národnej i európskej úrovni o formuláciu vykonávacích postupov a výpočtových predpisov, ktoré by sa špeciálne týkali reflexných izolácií a nízkoemisívnych povrchových vrstiev. Tieto materiály pracujú so širokým spektrom tepelného žiarenia vrátane slnečného a so vzduchovými medzerami, ktorých rozmery začínajú u centimetrových hrúbok a zahŕňajú aj miestnosti budov. A ovplyvňujú úspory energie na vykurovanie a chladenie, skrátka pobytovú pohodu. Stále tak trvá stav, keď európska a s ňou aj slovenská stavebná tepelná technika interpretuje v prírode dominantné sálavé deje (vonku aj vo vnútri) sprostredkovane cez teploty vzduchu.
Tento prístup nevystihuje ani dynamiku, ani hĺbku teplozmenných dejov medzi interiérom a exteriérom. To sa týka hlavne leta, na ktoré oficiálna stavebná tepelná technika celkom zabúda.
Literatúra:
[1] Hejhálek, Jiří: Tepelné žiarenie a navrhovanie reflexných fólií do stavieb. Vega 2014
Čítajte tiež:
