Součinitel tepelné vodivosti stavebních materiálů: co znamená ukazatel + tabulka hodnot

Stavební obor předpokládá použití jakýchkoli vhodných materiálů. Hlavní kritéria – bezpečnost pro život a zdraví, tepelná vodivost, spolehlivost. Dále následují cena, estetické vlastnosti, univerzálnost použití atd.

Podívejme se na jednu z nejdůležitějších vlastností stavebních materiálů – součinitel tepelné vodivosti, protože právě na této vlastnosti do značné míry závisí například úroveň pohodlí v domě.

Co je to KTP stavebního materiálu?

Teoreticky, a také prakticky, stavební materiály obvykle vytvářejí dva povrchy – vnější a vnitřní. Z fyzikálního hlediska teplá oblast vždy směřuje k chladné oblasti.

V souvislosti se stavebním materiálem bude teplo směřovat od jednoho povrchu (teplejšího) k druhému povrchu (méně teplému). Tato schopnost materiálu vzhledem k takovému přechodu se nazývá součinitel tepelné vodivosti nebo ve zkratce – KTP.

Schéma vysvětlující efekt tepelné vodivosti: 1 – tepelná energie; 2 – součinitel tepelné vodivosti; 3 – teplota prvního povrchu; 4 – teplota druhého povrchu; 5 – tloušťka stavebního materiálu

Charakteristika KTP se obvykle zakládá na zkouškách, kdy se vezme experimentální vzorek o rozměrech 100x100 cm a na něj se působí teplem s ohledem na rozdíl teplot dvou povrchů o 1 stupeň. Doba působení 1 hodina.

Tepelná vodivost se měří ve Wattech na metr na stupeň (W/m°C). Koeficient se označuje řeckým symbolem λ.

Standardně platí, že tepelná vodivost různých stavebních materiálů s hodnotou menší než 0,175 W/m°C tyto materiály řadí do kategorie izolačních.

Moderní výroba zvládla technologie výroby stavebních materiálů, jejichž úroveň KTP je nižší než 0,05 W/m°C. Díky takovým výrobkům lze dosáhnout výrazného ekonomického efektu z hlediska spotřeby energetických zdrojů.

Vliv faktorů na úroveň tepelné vodivosti

Každý jednotlivý stavební materiál má určitou strukturu a specifický fyzikální stav.

Základem toho jsou:

• velikost krystalů struktury;
• fázový stav látky;
• stupeň krystalizace;
• anizotropie tepelné vodivosti krystalů;
• objem pórovitosti a struktury;
• směr tepelného toku.

To vše jsou faktory vlivu. Určitý vliv na úroveň tepelné vodivosti má také chemické složení a nečistoty. Množství nečistot, jak ukázala praxe, má zvlášť výrazný vliv na úroveň tepelné vodivosti krystalických složek.

Izolační stavební materiály – třída produktů pro stavebnictví, vytvořených s ohledem na vlastnosti tepelné vodivosti přibližující se optimálním vlastnostem. Dosáhnout ideální tepelné vodivosti při zachování ostatních kvalit je však velmi obtížné.

Naopak na tepelnou vodivost mají vliv provozní podmínky stavebního materiálu – teplota, tlak, úroveň vlhkosti a další.

Stavební materiály s minimálním KTP

Podle výzkumů má suchý vzduch nejnižší hodnotu tepelné vodivosti (asi 0,023 W/m°C).

Z hlediska použití suchého vzduchu ve struktuře stavebního materiálu je nutná konstrukce, kde suchý vzduch setrvává uvnitř uzavřených četných prostorů malého objemu. Konstrukčně je tato konfigurace představena ve formě četných pórů uvnitř struktury.

Z toho logický závěr: nízkou úrovní tepelné vodivosti by měl disponovat stavební materiál, jehož vnitřní struktura představuje pórovitý útvar.

Navíc, v závislosti na maximální přípustné pórovitosti materiálu se hodnota tepelné vodivosti přibližuje hodnotě tepelné vodivosti suchého vzduchu.

Vytvoření stavebního materiálu s minimální tepelnou vodivostí napomáhá pórovitá struktura. Čím více pórů různého objemu je obsaženo ve struktuře materiálu, tím lepší tepelnou vodivost lze dosáhnout.

V moderní výrobě se používá několik technologií k dosažení pórovitosti stavebního materiálu.

Konkrétně se používají technologie:

• pěnění;
• plynění;
• vodní uzavírání;
• bobtnání;
• vnášení přísad;
• vytváření vláknitých nosných konstrukcí.

Je třeba poznamenat: součinitel tepelné vodivosti je přímo spojen s vlastnostmi jako hustota, tepelná kapacita, teplotní vodivost.

Hodnota tepelné vodivosti může být vypočtena podle vzorce:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Kde:

• Q – množství tepla;
• S – tloušťka materiálu;
• T₁, T₂ – teplota na obou stranách materiálu;
• t – čas.

Průměrná hodnota hustoty a tepelné vodivosti je nepřímo úměrná hodnotě pórovitosti. Proto lze na základě hustoty struktury stavebního materiálu závislost tepelné vodivosti na ní vypočítat takto:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Kde: d – hodnota hustoty. Toto je vzorec V.P. Někrasova, který ukazuje vliv hustoty konkrétního materiálu na hodnotu jeho tepelné vodivosti.

Vliv vlhkosti na tepelnou vodivost stavebního materiálu

Opět, soudě podle příkladů použití stavebních materiálů v praxi, se ukazuje negativní vliv vlhkosti na KTP stavebního materiálu. Bylo zjištěno – čím většímu vlhnutí je stavební materiál vystaven, tím vyšší je hodnota KTP.

Různými způsoby se snaží chránit materiál používaný ve stavebnictví před působením vlhkosti. Toto opatření je zcela oprávněné, vzhledem ke zvýšení koeficientu pro mokrý stavební materiál.

Zdůvodnit tento moment není složité. Působení vlhkosti na strukturu stavebního materiálu je doprovázeno zvlhčováním vzduchu v pórech a částečným nahrazováním vzdušného prostředí.

Vzhledem k tomu, že parametr koeficientu tepelné vodivosti pro vodu je 0,58 W/m°C, je zřejmé výrazné zvýšení KTP materiálu.

Je také třeba poznamenat negativnější efekt, když voda, která se dostane do porézní struktury, dodatečně zmrzne – přemění se v led.

Odpovídajícím způsobem není obtížné vypočítat ještě větší zvýšení tepelné vodivosti, přičemž se berou v úvahu parametry KTP ledu, které se rovnají hodnotě 2,3 W/m°C. Nárůst je přibližně čtyřnásobný oproti parametru tepelné vodivosti vody.

Jedním z důvodů, proč upustit od zimní stavby ve prospěch stavby v létě, je právě faktor možného podchlazení některých druhů stavebních materiálů a v důsledku toho – zvýšení tepelné vodivosti.

Odtud je zřejmé stavební požadavky týkající se ochrany izolačních stavebních materiálů před vniknutím vlhkosti. Vždyť úroveň tepelné vodivosti roste v přímé úměrnosti s kvantitativní vlhkostí.

Neméně významný se jeví i další moment – opačný, kdy struktura stavebního materiálu podléhá výraznému zahřátí. Příliš vysoká teplota také vyvolává růst tepelné vodivosti.

K tomu dochází v důsledku zvýšení kinematické energie molekul, které tvoří strukturální základ stavebního materiálu.

Pravda, existuje třída materiálů, jejichž struktura naopak získává lepší vlastnosti tepelné vodivosti v režimu silného zahřátí. Jedním z takových materiálů je kov.

Pokud při silném zahřátí většina široce rozšířených stavebních materiálů mění tepelnou vodivost směrem k nárůstu, silné zahřívání kovu vede k opačnému efektu – KTP kovu se snižuje.

Metody stanovení součinitele

Používají se různé metodiky v tomto směru, ale ve skutečnosti jsou všechny měřicí technologie sjednoceny do dvou skupin metod:

1. Režim stacionárních měření.
2. Režim nestacionárních měření.

Stacionární metodika předpokládá práci s parametry, které jsou v čase neměnné nebo se mění jen v malé míře. Tato technologie, soudě podle praktických aplikací, umožňuje počítat s přesnějšími výsledky KTP.

Měření tepelné vodivosti stacionární metodou lze provádět v širokém teplotním rozsahu – 20 – 700 °C. Nicméně stacionární technologie je považována za pracnou a složitou metodu, vyžadující velké množství času na provedení.

Příklad zařízení určeného k měření součinitele tepelné vodivosti. Jedná se o jednu z moderních digitálních konstrukcí, která zajišťuje rychlé a přesné výsledky.

Jiná technologie měření – nestacionární, se jeví jako jednodušší, vyžadující k provedení prací 10 až 30 minut. V tomto případě je však teplotní rozsah výrazně omezen. Přesto tato metoda našla široké uplatnění v podmínkách výrobního sektoru.

Tabulka tepelné vodivosti stavebních materiálů

Nemá smysl podrobovat měření mnoho existujících a hojně používaných stavebních materiálů.

Všechny tyto produkty byly zpravidla opakovaně testovány, na základě čehož byla sestavena tabulka tepelné vodivosti stavebních materiálů, která zahrnuje prakticky všechny materiály potřebné na stavbě.

Jedna z variant takové tabulky je uvedena níže, kde KTP – součinitel tepelné vodivosti:

Doporučujeme si také přečíst naše další články, kde popisujeme, jak správně vybrat izolaci:

1. Izolace pro podkrovní střechu.
2. Materiály pro zateplení domu zevnitř.
3. Stropní izolace.
4. Materiály pro vnější tepelnou izolaci.
5. Izolace podlahy v dřevěném domě.

Závěry a užitečné video k tématu

Tematicky zaměřené video, kde je poměrně podrobně vysvětleno – co je KTP a „s čím se to jí“. Po seznámení s materiálem prezentovaným ve videu máte vysokou šanci stát se profesionálním stavitelem.

Zřejmý fakt – potenciální stavitel musí bezpodmínečně znát tepelnou vodivost a její závislost na různých faktorech. Tyto znalosti pomohou stavět nejen kvalitně, ale s vysokou mírou spolehlivosti a trvanlivosti objektu. Použití koeficientu v podstatě znamená skutečné úspory peněz, například na platbách za energie.

Pokud máte otázky nebo cenné informace k tématu článku, zanechte prosím své komentáře v níže uvedeném bloku.