Porovnání tepelné vodivosti stavebních materiálů | SKN-DOM
Úroveň komfortu bydlení v domě ovlivňuje vnitřní mikroklima, které je tvořeno dvěma hlavními ukazateli – vlhkostí a teplotou. Druhý parametr závisí na tepelné vodivosti stavebních materiálů a tloušťce stěn. Ve fázi návrhu domu je důležité provést přesné výpočty, které vám umožní posoudit energetickou účinnost nemovitosti. Materiály mají různé součinitele tepelné vodivosti, což ovlivňuje účinnost vytápění.
Mechanismus vedení tepla materiálem
Podle fyzikálních zákonů teplo z ohřátého povrchu nebo plochy vždy proudí směrem k chladnému předmětu. Uvolňování energie může probíhat různými rychlostmi, které se posuzují během testování. K vyjádření úrovně tepelné vodivosti konkrétních materiálů se používají následující indikátory:
- Součinitel tepelné vodivosti. K vyhodnocení indikátoru se během experimentů použije 1×1 m úlomek materiálu Zdroj tepla je aplikován po dobu jedné hodiny za podmínky, že teplotní rozdíl mezi oběma povrchy je 1℃. Jednotkou měření získaného indikátoru je W/m°C. Čím nižší číslo, tím méně tepla povrch vydává. Materiály s parametrem pod 0,175 jsou klasifikovány jako izolační. Moderní technologie umožňují vyrábět high-tech řešení s ukazatelem menším než 0,05. Čím vyšší je ukazatel, tím nižší je tepelná ochrana konstrukce.
- Tepelná odolnost. Hodnota odráží schopnost vrstvy bránit pohybu molekul. Tepelný odpor se vypočítá jako poměr tloušťky uvažovaného povrchu ke koeficientu. Při testování vícevrstvých vzorků se indikátory sečtou.
Pro výpočet energetické účinnosti stavebních materiálů pro stěny se používají tabulky tepelné vodivosti a odporu, které jsou regulovány GOST 30290-94.
Faktory ovlivňující tepelnou vodivost
Rozdíl v tepelné vodivosti stavebních materiálů je způsoben strukturálními vlastnostmi, které ovlivňují fyzikální vlastnosti. Nejdůležitější faktory jsou:
- Pórovitost. V případě nestejnoměrné struktury jsou uvnitř materiálu dutiny vyplněné vzduchem. Pohybující se tepelné hmoty v takových konstrukcích ztrácejí minimum energie. Čím poréznější je stavební materiál, tím nižší je tepelná vodivost a vyšší odpor.
- Hustota. Čím užší je vztah mezi částicemi materiálu, tím větší je tepelná vodivost. K vyrovnání energetické bilance v hustých strukturách dochází rychleji.
- Vlhkost. Přítomnost vlhkosti ve stavebním materiálu urychluje přenos tepla a snižuje odpor. Pro stavbu energeticky efektivního zařízení je důležité použít řešení inertní vůči vlhkosti nebo doplnit konstrukci o hydroizolační vrstvu.
Součinitel tepelné vodivosti je ovlivněn směrem tepelného toku a velikostí krystalů ve struktuře materiálu. Indikátor závisí na fázovém stavu látky a tloušťce vrstvy. Obrovský vliv na tepelné vlastnosti má teplota, vlhkost a tlak vnějšího prostředí.
Metody měření tepelné vodivosti
Metody používané pro výpočet tepelné vodivosti stavebních materiálů lze rozdělit do dvou skupin. Měření v ustáleném režimu předpokládá práci se stabilními parametry v širokém teplotním rozsahu od 20 do 700 ℃. Drobné změny indikátorů jsou povoleny. Metoda poskytuje nejpřesnější výpočet součinitele tepelné vodivosti.
Další technologií je zjednodušená verze, která vyžaduje méně času. Nestacionární režim měření je aplikován na materiály ve výrobním sektoru. Umožňuje provádět výpočty v úzkém teplotním rozsahu během 10-30 minut.
Tabulka tepelné vodivosti stavebních materiálů
Dnes jsou pro většinu stavebních materiálů vypočteny standardní ukazatele tepelné vodivosti. Nemá smysl znovu kontrolovat řešení, která jsou široce používána při stavbě stěn. Tabulka tepelné vodivosti uvádí hodnoty získané opakovanými testy.
| Název materiálu, hustota | Součinitel tepelné vodivosti | ||
|---|---|---|---|
| schnout | při normální vlhkosti | při vysoké vlhkosti | |
| CPR (cementovo-písková malta) | 0,58 | 0,76 | 0,93 |
| Vápenopísková malta | 0,47 | 0,7 | 0,81 |
| Sádrová omítka | 0,25 | ||
| Pěnový beton, pórobeton na cementu, 600 kg/m3 | 0,14 | 0,22 | 0,26 |
| Pěnový beton, pórobeton na cementu, 800 kg/m3 | 0,21 | 0,33 | 0,37 |
| Pěnový beton, pórobeton na cementu, 1000 kg/m3 | 0,29 | 0,38 | 0,43 |
| Pěnový beton, pórobeton na vápně, 600 kg/m3 | 0,15 | 0,28 | 0,34 |
| Pěnový beton, pórobeton na vápně, 800 kg/m3 | 0,23 | 0,39 | 0,45 |
| Pěnový beton, pórobeton na vápně, 1000 kg/m3 | 0,31 | 0,48 | 0,55 |
| Okenní sklo | 0,76 | ||
| Arbolite | 0,07-0,17 | ||
| Beton s přírodní drtí, 2400 kg/m3 | 1,51 | ||
| Lehký beton s přírodní pemzou, 500-1200 kg/m3 | 0,15-0,44 | ||
| Beton na granulovanou strusku, 1200-1800 kg/m3 | 0,35-0,58 | ||
| Kotel struskový beton, 1400 kg/m3 | 0,56 | ||
| Beton na drceném kameni, 2200-2500 kg/m3 | 0,9-1,5 | ||
| Beton na palivovou strusku, 1000-1800 kg/m3 | 0,3-0,7 | ||
| Keramický blok porézní | 0,2 | ||
| Vermikulitový beton, 300-800 kg/m3 | 0,08-0,21 | ||
| Expandovaný beton, 500 kg/m3 | 0,14 | ||
| Expandovaný beton, 600 kg/m3 | 0,16 | ||
| Expandovaný beton, 800 kg/m3 | 0,21 | ||
| Expandovaný beton, 1000 kg/m3 | 0,27 | ||
| Expandovaný beton, 1200 kg/m3 | 0,36 | ||
| Expandovaný beton, 1400 kg/m3 | 0,47 | ||
| Expandovaný beton, 1600 kg/m3 | 0,58 | ||
| Expandovaný beton, 1800 kg/m3 | 0,66 | ||
| masivní keramické zdivo na cementobeton | 0,56 | 0,7 | 0,81 |
| Zdivo z dutinových keramických cihel na cementobeton, 1000 kg/m3) | 0,35 | 0,47 | 0,52 |
| Zdivo z dutinových keramických cihel na cementobeton, 1300 kg/m3) | 0,41 | 0,52 | 0,58 |
| Zdivo z dutinových keramických cihel na cementobeton, 1400 kg/m3) | 0,47 | 0,58 | 0,64 |
| Zdění z plných vápenopískových cihel na cementopískovou maltu, 1000 kg/m3) | 0,7 | 0,76 | 0,87 |
| Duté vápenopískové zdivo na cementopískovém betonu, 11 dutin | 0,64 | 0,7 | 0,81 |
| Duté vápenopískové zdivo na cementopískovém betonu, 14 dutin | 0,52 | 0,64 | 0,76 |
| Vápenec 1400 kg/m3 | 0,49 | 0,56 | 0,58 |
| Vápenec 1+600 kg/m3 | 0,58 | 0,73 | 0,81 |
| Vápenec 1800 kg/m3 | 0,7 | 0,93 | 1,05 |
| Vápenec 2000 kg/m3 | 0,93 | 1,16 | 1,28 |
| Stavební písek, 1600 kg/m3 | 0,35 | ||
| Žula | 3,49 | ||
| Mramorový | 2,91 | ||
| Expandovaná hlína, štěrk, 250 kg/m3 | 0,1 | 0,11 | 0,12 |
| Expandovaná hlína, štěrk, 300 kg/m3 | 0,108 | 0,12 | 0,13 |
| Expandovaná hlína, štěrk, 350 kg/m3 | 0,115-0,12 | 0,125 | 0,14 |
| Expandovaná hlína, štěrk, 400 kg/m3 | 0,12 | 0,13 | 0,145 |
| Expandovaná hlína, štěrk, 450 kg/m3 | 0,13 | 0,14 | 0,155 |
| Expandovaná hlína, štěrk, 500 kg/m3 | 0,14 | 0,15 | 0,165 |
| Expandovaná hlína, štěrk, 600 kg/m3 | 0,14 | 0,17 | 0,19 |
| Expandovaná hlína, štěrk, 800 kg/m3 | 0,18 | ||
| Sádrokartonové desky, 1100 kg/m3 | 0,35 | 0,50 | 0,56 |
| Sádrokartonové desky, 1350 kg/m3 | 0,23 | 0,35 | 0,41 |
| Jíl, 1600-2900 kg/m3 | 0,7-0,9 | ||
| Žáruvzdorná hlína, 1800 kg/m3 | 1,4 | ||
| Expandovaná hlína, 200-800 kg/m3 | 0,1-0,18 | ||
| Expandovaný beton na křemičitém písku s pórováním, 800-1200 kg/m3 | 0,23-0,41 | ||
| Expandovaný beton, 500-1800 kg/m3 | 0,16-0,66 | ||
| Expandovaný beton na perlitovém písku, 800-1000 kg/m3 | 0,22-0,28 | ||
| Cihla klinker, 1800 – 2000 kg/m3 | 0,8-0,16 | ||
| Keramická lícová cihla, 1800 kg/m3 | 0,93 | ||
| Střední hustota suťového zdiva, 2000 kg/m3 | 1,35 | ||
| Sádrokartonové desky, 800 kg/m3 | 0,15 | 0,19 | 0,21 |
| Sádrokartonové desky, 1050 kg/m3 | 0,15 | 0,34 | 0,36 |
| Lepená překližka | 0,12 | 0,15 | 0,18 |
| Dřevovláknitá deska, dřevotříska, 200 kg/m3 | 0,06 | 0,07 | 0,08 |
| Dřevovláknitá deska, dřevotříska, 400 kg/m3 | 0,08 | 0,11 | 0,13 |
| Dřevovláknitá deska, dřevotříska, 600 kg/m3 | 0,11 | 0,13 | 0,16 |
| Dřevovláknitá deska, dřevotříska, 800 kg/m3 | 0,13 | 0,19 | 0,23 |
| Dřevovláknitá deska, dřevotříska, 1000 kg/m3 | 0,15 | 0,23 | 0,29 |
| PVC linoleum na tepelně-izolačním podkladu, 1600 kg/m3 | 0,33 | ||
| PVC linoleum na tepelně-izolačním podkladu, 1800 kg/m3 | 0,38 | ||
| PVC linoleum na látkovém podkladu, 1400 kg/m3 | 0,2 | 0,29 | 0,29 |
| PVC linoleum na látkovém podkladu, 1600 kg/m3 | 0,29 | 0,35 | 0,35 |
| PVC linoleum na látkovém podkladu, 1800 kg/m3 | 0,35 | ||
| Azbestocementové ploché desky, 1600-1800 kg/m3 | 0,23-0,35 | ||
| Koberec, 630 kg/m3 | 0,2 | ||
| Polykarbonát (plechy), 1200 kg/m3 | 0,16 | ||
| Polystyrenbeton, 200-500 kg/m3 | 0,075-0,085 | ||
| Skořápková hornina, 1000-1800 kg/m3 | 0,27-0,63 | ||
| Sklolaminát, 1800 kg/m3 | 0,23 | ||
| Betonové dlaždice, 2100 kg/m3 | 1,1 | ||
| Keramická dlažba, 1900 kg/m3 | 0,85 | ||
| PVC dlaždice, 2000 kg/m3 | 0,85 | ||
| Vápenná omítka, 1600 kg/m3 | 0,7 | ||
| Cemento-písková omítka, 1800 kg/m3 | 1,2 | ||
Výpočet tloušťky stěny s přihlédnutím k tepelné vodivosti
Chcete-li nezávisle vypočítat tloušťku stěn, které zajistí pohodlné mikroklima v domě, můžete použít klasickou metodu. Je nutné prostudovat technické parametry materiálu, zjistit úroveň tepelné vodivosti a tepelného odporu. Poté by se měl vypočítat poměr očekávané tloušťky ke koeficientu. Porovnejte získanou hodnotu tepelného odporu se standardní hodnotou.
Znáte-li všechny vlastnosti materiálu, můžete rychle vypočítat tloušťku stěn, která splňuje normy z hlediska energetické účinnosti. K tomu stačí vynásobit součinitel tepelné vodivosti tepelným odporem. Výpočty musí být provedeny pro každou vrstvu stěn.
Na internetu můžete najít programy a aplikace, které umožňují provádět výpočty online. Některé kalkulačky provádějí výpočty s přihlédnutím k regionu, tepelnému odporu materiálu a požadované teplotě v domě. Další možnosti umožňují vzít v úvahu širší škálu charakteristik. Abyste se vyhnuli technickým chybám, doporučujeme kontaktovat odborníky.
Tepelná vodivost rámového domu
Pro hodnocení výhod rámových domů je nutné porovnat tepelnou vodivost různých typů materiálů používaných ve stavebnictví.
Cihla. Umělý kámen je vyroben z plastické minerální směsi. Součinitel tepelné vodivosti se u různých typů cihel liší. Slínek má index od 0,4 do 0,9, silikát – 0,7. Nejnižší parametr je u termokeramiky – 0,11. Tento materiál dobře udržuje teplo, ale je vysoce křehký a není vhodný pro stěny vícepodlažních budov. Standardní cihla ve všech případech vyžaduje další izolaci.
Beton. Na trhu jsou různé druhy betonu (pěnobeton, plynobeton, železobeton, keramzit beton, polystyrenbeton). V závislosti na vlastnostech porézní struktury mají materiály různé koeficienty tepelné vodivosti. Rozlišuje se konstrukční a tepelněizolační beton, které se používají pro různé účely – stavbu základů nebo stěn. Součinitel prostupu tepla může dosáhnout 1,5. Potřeba dodatečné izolace závisí na složení materiálu a klimatických charakteristikách regionu. Nejčastěji se ve stavebnictví používá pórobeton. Materiál je považován za odolný a teplý. Ve větrném a vlhkém počasí se však struktura s otevřenými póry stává zranitelnou z hlediska energetické účinnosti.
Strom. Přírodní dřevo má nejnižší koeficient tepelné vodivosti. Průměr je 0,18. Dřevo udržuje teplo lépe než kámen. Klasické srubové stavby vyžadují ochranu před větrem kvůli nízké vzduchotěsnosti. Dutiny vzniklé během smršťování vyžadují dodatečnou izolaci. Energetická náročnost dřevěného domu závisí na druhu dřeva (porovnání pomocí tabulky tepelné vodivosti) a přesnosti spojení prvků.
Rámové domy jsou postaveny z dřevěných prvků a moderních materiálů s vysokým tepelným odporem. Nosná konstrukce je vyplněna izolačními řešeními, které zajišťují vysokou úroveň energetické účinnosti budovy. Při tloušťce stěny 15 cm je tepelná vodivost stavebních materiálů 15x nižší ve srovnání s cihlou. Rámový dům má průměrný koeficient 0,0038. Indikátor je 5krát nižší ve srovnání s dřevěným předmětem.
U domů postavených technologií 3D rámů je tepelná vodivost stavebních materiálů 0,0022. Ve srovnání s profilovaným dřevem a cihlami je toto číslo 40krát a 200krát nižší. Vysoké úrovně energetické účinnosti je dosaženo konstrukcí trojitého rámu a instalací příčných vrstev izolace na bázi čediče. Konstrukce zajišťuje, že nedochází ke kontaktu mezi vnitřní a vnější konstrukcí. Tím se zabrání zamrzání stěn a vzniku průchozích dutin. Tento typ domu dobře udržuje teplo i při extrémně nízkých venkovních teplotách.
Výběr materiálu pro stavbu
Ze všech výše zvažovaných možností je rámový dům nejteplejší. Objekty konstruované pomocí 3D technologie jsou díky mimořádně nízké tepelné vodivosti stavebních materiálů ideální pro trvalé bydlení v jakýchkoli klimatických podmínkách. Takové domy odpovídají parametrům „pasivních budov“, tzn. poskytují komfortní bydlení a minimální náklady na vytápění. Výhody rámových domů:
- jsou postaveny rychleji než cihlové a betonové budovy;
- stěny se zahřejí do 2 hodin a udrží teplo po dlouhou dobu;
- nemají “studené mosty”.
Při plánování výstavby celoročního zařízení s nízkým přenosem tepla by nejlepší volbou byl dům s rámovou základnou. Vícevrstvá 3D struktura odstraňuje všechny nevýhody alternativních technologií pro příměstskou výstavbu.