Štúdia je čisto teoretická, podopretá o normové alebo tradičné predpoklady a mnohé postupy.
Študované tehly
Študované boli tehlové bloky štyroch modelových radov HELUZ pre obvodové murivo. Ako referenčný bol z každého modelového radu vybraný jeden alebo dvaja zástupcovia s najvyššou stavebnou šírkou. Celkom ich bolo až sedem:
- HELUZ FAMILY 2in1 o tloušťce 0,5 m a 0,44 m,
- HELUZ STI v hrúbke 0,49 m 0,44 m,
- HELUZ FAMILY v hrúbke 0,5 m a 0,44 m a konečně
- HELUZ PLUS v hrúbke 0,44 m.
Pre každý referenčný blok, presnejšie murivo z neho postavané, bol spočítaný ukazovateľ akumulácie UTA a ďalej útlm vonkajšej teplotnej vlny na vnútornom povrchu. To isté sa stanovilo pre bloky s menšou šírkou steny, doplnenými tepelnou izoláciou presne na hodnotu tepelného odporu príslušného referenčného zástupcu. A nakoniec sa počítal útlm teplotnej vlny pre prechod vrstvou čistej tepelnej izolácie so zodpovedajúcou referenčnou hodnotou tepelného odporu.
Prehľad všetkých študovaných tehlových blokov vrátane ich podstatných materiálových a konštrukčných vlastností uvádzajú tabuľky 1 až 4.
Zaujímavé bolo už prvé zistenie, že hrúbka dodatočnej tepelnej izolácie z EPS, alebo MW, ktorou bol vyrovnaný tepelný odpor tenších tehál na úroveň referenčného zástupcu tej istej modelovej rady, zvýšila hrúbku múra cca na hrúbku referenčného zástupcu. Odchýlky boli do 2 cm. Naznačuje to, že je lepšie voliť tehlu s najväčšou vyrábanou hrúbkou, než zatepľovať slabšiu tehlu v rovnakej modelovej rade.
V tabuľkách 1 až 4 sú vyčíslené všetky podstatné veličiny pre účely štúdie – súčiniteľ tepelnej vodivosti λ, merná tepelná kapacita c, hustota ρ, tepelný odpor R, normový súčiniteľ prestupu tepla UN a ukazovateľ tepelnej akumulácie UTA vyjadrený v hodinách.
Tab. 1: Súhrn základných tepelných vlastností tehlových blokov HELUZ FAMILY 2in1
| hrúbka d v m | 0,25 | 0,30 | 0,38 | 0,44 | 0,50 |
| λ, W/(mK) | 0,083 | 0,077 | 0,066 | 0,061 | 0,058 |
| c, J/(kgK) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| ρ, kg/m2 | 628 | 823 | 763 | 736 | 736 |
| R, m2K/W | 3,01 | 3,90 | 5,76 | 7,21 | 8,62 |
| UN, W/(m2K) | 0,314 | 0,246 | 0,169 | 0,135 | 0,114 |
| UTA = 2τ0, h | 131 | 267 | 464 | 649 | 881 |
Tab. 2: Súhrn základných tepelných vlastností tehlových blokov HELUZ STI
| hrúbka d v m | 0,38 | 0,40 | 0,44 | 0,49 |
| λ, W/(mK) | 0,101 | 0,093 | 0,095 | 0,096 |
| c, J/(kgK) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| ρ, kg/m2 | 705 | 690 | 682 | 692 |
| R, m2K/W | 3,76 | 4,30 | 4,63 | 5,10 |
| UN, W/(m2K) | 0,254 | 0,224 | 0,208 | 0,190 |
| UTA = 2τ0, h | 280 | 330 | 386 | 481 |
Tab. 3: Súhrn základných tepelných vlastností tehlových blokov HELUZ FAMILY
| hrúbka d v m | 0,25 | 0,30 | 0,38 | 0,44 | 0,50 |
| λ, W/(mK) | 0,093 | 0,093 | 0,093 | 0,084 | 0,095 |
| c, J/(kgK) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| ρ, kg/m2 | 812 | 803 | 753 | 748 | 728 |
| R, m2K/W | 2,69 | 3,23 | 4,09 | 5,24 | 5,26 |
| UN, W/(m2K) | 0,350 | 0,295 | 0,235 | 0,185 | 0,184 |
| UTA = 2τ0, h | 131 | 267 | 464 | 649 | 881 |
Tab. 4: Súhrn základných tepelných vlastností tehlových blokov HELUZ PLUS
| hrúbka d v m | 0,365 | 0,38 | 0,40 | 0,44 |
| λ, W/(mK) | 0,107 | 0,112 | 0,107 | 0,105 |
| c, J/(kgK) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| ρ, kg/m2 | 721 | 732 | 710 | 700 |
| R, m2K/W | 3,41 | 3,39 | 3,74 | 3,19 |
| UN, W/(m2K) | 0,279 | 0,281 | 0,256 | 0,229 |
| UTA = 2τ0, h | 131 | 267 | 464 | 649 |
Relaxačná doba
Vo [2] je ďalej definovaná relaxačná doba τ0 = d2λ/(2ρc), ktorá je pre jednovrstvovú konštrukciu polovičkou UTA. To naznačuje, že obidve veličiny popisujú to isté, teda ustálenie (relaxáciu) nového teplotného pola v konštrukcii po zmene okrajových podmienok. Faktor 2 len vyjadruje, že reálna homogénna stena, v ktorej je ustálený teplotný spád, nie je teplom „nabita” celá, ale len z časti ( u homogénnej jednovrstvovej steny presne z polovice ).
Relaxačná doba τ0 je ve [2] definovaná aj pre viacvrstvové konštrukcie, čo umožní doplniť hodnoty UTA aj do nižšie uvedených tabuliek štúdie, kde sa popisuje viacvrstvové zateplené murivo. Fyzikálne je relaxačná doba τ0 mierou chladnutia vnútornej povrchovej teploty po vypnutí vykurovania (pri stálej vonkajšej teplote):
Jedná sa „jen” o priblíženie, ktoré predpokladá stacionárny režim chladnutia, kedy je v každom okamžiku stena v ustálených teplotných podmienkach. Presnejší odhad vyžaduje riešiť rovnicu vedenia tepla.
Prvé výsledky
Teraz si ukážme vnútorné parametre štyroch modelových radov muriva zn. HELUZ, keď ich zateplíme na úroveň tepelného odporu referenčného reprezentanta daného modelového radu rady. K ním boli redakčne dopočítané hodnoty UTA, ako dvojnásobok relaxačnej doby τ0:
Diskusia
Zateplením slabšej tehly na úroveň tepelného odporu najhrubšej tehly v rámci toho istého modelu vedie k tomu, že znížime akumulačnú hmotu, čo vedie k zníženiu tepelnej zotrvačnosti. To je najnápadnejšie u najtenších zateplených tehál hrúbky 250 mm. Napr. u tehly FAMILY 25 Vonkajšie zateplenie má ešte druhý, opačný efekt. Substituovaný izolant má vyšší tepelný odpor, než tehla, spomaľuje tak únik tepla von a zvyšuje tak relaxačnú dobu (a tiež UTA). U hrubších zateplených múrov môže tento efekt prevážiť. Napr. tehla FAMILY 30 2in1 so zateplením hrúbky 180 mm na hodnotu tepelného odporu tehly FAMILY 50 2in1 má hodnotu UTA o 51 hodín vyššiu. Svoju rolu tu zohrávajú aj parametrické odlišnosti tehál (ich rôzne hustoty, lambdy, rozmerové rozdiely apod.).
Relaxačné doby sú z definície podľa [2] nesymetrické. Inými slovami, fázový posun a tiež amplitúda vnútornej teplotnej odozvy na vonkajšie zmeny závisí na umiestnení zateplenia. V prípade tehly FAMILY 25 2in1 s tepelnou izoláciou na vnútornej strane klesne relaxačná doba len na 13,1 h, čo reprezentuje UTA = 26,2 h. Pritom rovnaká tehla zateplená zvonku má UTA = 620 h.
Veľmi malé relaxačné doby vykazujú steny čistej tepelnej izolácie, cca od 2 do 8 hodín (UTA = 4 až 16).
Porovnanie izolácií
Z porovnania hodnôt hrúbok dodatočnej tepelnej izolácie z EPS a MW, potrebné na dorovnanie tepelného odporu na úroveň referenčného reprezentanta, je zrejmé, konštatuje štúdia, že sa hrúbky obidvoch izolácií príliš nelíšia, a pokiaľ áno, tak len o 1 cm (záver platí pre hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti EPS = 0,038 W/(mK) a MW = 0,041 W/(mK).
Tab. 5: Základné tepelné veličiny modelového radu HELUZ FAMILY 2in1 po zateplení na úroveň najhrubšej tehly hrúbky 500 mm. V poslednom stĺpci sú údaje pre vrstvu tepelnej izolácie s tepelným odporom na referenčnej úrovni.
| Family 2in1 | ||||||
| hrúbka d v m | 0,25 | 0,30 | 0,38 | 0,44 | 0,50 | 0,00 |
| R (tehla), m2K/W | 3,01 | 3,9 | 5,76 | 7,21 | 8,62 | – |
| R (izolácia), m2K/W | 5,61 | 4,72 | 2,86 | 1,41 | 0 | 8,62 |
| d (izolácia), m | 0,210 | 0,180 | 0,110 | 0,050 | 0,000 | 0,194 |
| 2τ0 = UTA, h | 620 | 932 | 932 | 886 | 881 | 5,4 |
| 2τ0 bez zateplenia | (131) | (267) | (464) | (649) | ||
Tab. 6: Základné tepelné veličiny modelového radu HELUZ STI po zateplení na úroveň najhrubšej tehly hrúbky 490 mm. V poslednom stĺpci sú údaje pre vrstvu tepelnej izolácie s tepelným odporom na referenčnej úrovni.
| HELUZ STI | |||||
| hrúbka d v m | 0,38 | 0,4 | 0,44 | 0,49 | 0,00 |
| R (tehla), m2K/W | 3,76 | 4,3 | 4,63 | 5,1 | – |
| R (izolácia), m2K/W | 1,34 | 0,8 | 0,47 | 0 | 5,1 |
| d (izolácia), m | 0,050 | 0,030 | 0,020 | 0,000 | 0,194 |
| 2τ0 = UTA, h | 476 | 451 | 474 | 481 | 5,4 |
| 2τ0 bez zateplenia | (280) | (330) | (386) | ||
Tab. 7: Základné tepelné veličiny modelového radu HELUZ FAMILY po zateplení na úroveň najhrubšej tehly hrúbky 500 mm. V poslednom stĺpci sú údaje pre vrstvu tepelnej izolácie s tepelným odporom na referenčnej úrovni.
| HELUZ FAMILY | ||||||
| hrúbka d v m | 0,25 | 0,30 | 0,38 | 0,44 | 0,50 | 0,00 |
| R (tehla), m2K/W | 2,69 | 3,23 | 4,09 | 5,24 | 5,26 | – |
| R (izolácia), m2K/W | 2,57 | 2,03 | 1,17 | 0,02 | 0 | 5,26 |
| d (izolácia), m | 0,098 | 0,077 | 0,044 | 0,001 | 0,000 | 0,200 |
| 2τ0 = UTA, h | 444 | 488 | 509 | 484 | 532 | 5,8 |
| 2τ0 bez zateplenia | (152) | (216) | (325) | (479) | ||
Tab. 8: Základné tepelné veličiny modelového radu HELUZ PLUS po zateplení na úroveň najhrubšej tehly hrúbky 440 mm. V poslednom stĺpci sú údaje pre vrstvu tepelnej izolácie s tepelným odporom na referenčnej úrovni.
| HELUZ PLUS | |||||
| hrúbka d v m | 0,365 | 0,38 | 0,4 | 0,44 | 0,00 |
| R (tehla), m2K/W | 3,41 | 3,39 | 3,74 | 4,19 | – |
| R (izolácia), m2K/W | 0,78 | 0,8 | 0,45 | 0 | 4,19 |
| d (izolácia), m | 0,030 | 0,030 | 0,017 | 0,000 | 0,159 |
| 2τ0 = UTA, h | 365 | 384 | 366 | 359 | 3,6 |
| 2τ0 bez zateplenia | (249) | (262) | (295) | ||
Záver
V článku je poukázané na to, že optimálnou cestou výstavby z tehlových systémov HELUZ, určených pre termoizolačné obvodové murovanie, je jednovrstvové murivo bez zateplenia. Zateplenie, okrem vyššej prácnosti a nákladov, žiadnu podstatnú hodnotu neprináša. To platí aj pre rýchlosť odozvy vnútornej povrchovej teploty obvodovej steny na zmenu vonkajšej teploty (vyjadrenú fázovým posunom) a tiež pre útlm teplotnej vlny, čo je pomer vonkajšej teplotnej amplitúdy a amplitúdy vyvolanej teplotnej vlny na vnútornej strane steny. Čím vyššia je relaxačná doba alebo UTA, tým utlmenejšia je amplitúda teplotných zmien na vnútornom povrchu, vyvolaných striedaním vonkajších teplôt. V prípade obvodových tehlových blokov s izolačnou výplňou dutín sa tento útlm blíži nekonečnu, čo znamená, že nie je už zjavný. Zároveň to tiež znamená, že keď sa vonku mení priemerná denná teplota, nasleduje ju – či už s dlhým oneskorením – aj vnútorná povrchová teplota stien.
Tejto téme sa budeme venovať aj v ďalšom vydaní tohto časopisu.
Literatúra a zdroje:
[1] Kučera, Petr: Štúdia tepelno akumulačnej vlastnosti muriva HELUZ (ukazovateľ UTA). CSI a.s. Praha, 2015.
[2] Hejhálek, Jiří: Zotrvačnosť vnútornej povrchovej teploty obvodových konštrukcií, Stavebnictví a interiér 3/2001, www.stavebnictvi3000.cz.
