Hydrofobizace a tepelná vodivost |

Voda a vlhkost mají negativní vliv na stěny budov a staveb, nasycují je. To platí zejména na podzim a v zimě. Budovy z cihel, plynobloků, škvárových tvárnic, keramických tvárnic a pěnových tvárnic jsou nasyceny vodou, protože mají kapilárně-porézní strukturu.

V normálním stavu tyto materiály obsahují mikrobuňky vzduchu. Poskytují účinnou tepelnou izolaci. Pokud jsou však tyto buňky naplněny vlhkostí, dochází k prudkému zvýšení tepelné vodivosti materiálu. Voda má totiž koeficient tepelné vodivosti 22,7krát větší než vzduch a led 99krát. Pokud by po vlhkém počasí došlo k prudkému poklesu teploty, vlhkost v horní vrstvě zmrzne. To dále zvyšuje tepelnou vodivost materiálu. V důsledku toho se stěny namrzají. Vytápění takových domů na normální teploty si navíc vyžádá značné náklady na energii.

Co je tepelná vodivost?

Tepelná vodivost je schopnost materiálů vést teplo z teplejších částí materiálu do chladnějších částí. Tepelná vodivost závisí na hustotě a struktuře materiálu.

Tepelná vodivost je fyzikální vlastnost každého materiálu. Jednoduše řečeno, jde o tok tepla skrz různé materiály. Tepelná vodivost stavebních materiálů se v posledních letech stala populární díky stále přísnějším environmentálním předpisům. Tato omezení by měla vést ke snížení spotřeby energie. Toho je možné dosáhnout použitím materiálů s nízkými koeficienty tepelné vodivosti.

Tepelná vodivost je množství tepelné energie, které protéká danou hmotností vzorku v důsledku vnějšího teplotního rozdílu.

Toto je jedna z nejdůležitějších vlastností izolačních materiálů. Čím nižší je hodnota koeficientu, tím hůře materiál vede teplo. A proto lépe izoluje od jeho ztrát. To znamená, že za stejných podmínek projde látkou s větší tepelnou vodivostí více tepla.

Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí do oblasti s nižší teplotou.

Jednotkou měření tepelné vodivosti v soustavě SI je W/(m•K).

Součinitel tepelné vodivosti charakterizuje intenzitu přenosu tepla daným materiálem. Látky, které vedou teplo nejlépe, jsou kovy, nejméně plyny. Materiály, které dobře vedou proud (měď, hliník, zlato a stříbro), jsou zpravidla také dobrými vodiči tepla. A elektrické izolanty (dřevo, plast, guma) vedou teplo špatně. Součinitel tepelné vodivosti tepelně izolačních materiálů se zvyšuje se zvyšující se teplotou a u kovů klesá. Slitiny různých kovů mají obvykle nižší hodnotu tepelné vodivosti než jejich složky. Tepelná vodivost heterogenních látek závisí zejména na jejich struktuře, pórovitosti, ale především na hustotě. Pokud výrobce deklaruje nízkou hodnotu součinitele při nízkých hustotách, mělo by to u kupujícího vyvolat mnoho pochybností.

Koeficienty tepelné vodivosti pro různé materiály

Součinitele prostupu tepla izolačních materiálů by měly nabývat co nejnižších hodnot. Čím menší je hodnota součinitele, tím tenčí by měla být tloušťka izolační vrstvy, aby byla zajištěna určitá hodnota součinitele prostupu tepla na příčce. V současné době výrobci tepelně izolačních materiálů (polystyren, grafitové desky nebo minerální vlna) snaží se minimalizovat tloušťku výrobku snížením koeficientu, například pro polystyren 0,032-0,045, pro srovnávací cihly 0,15-1,31.

Pokud jde o stavební materiály, součinitel tepelné vodivosti má menší význam, ale v současné době existuje tendence vyrábět stavební materiály s nízkou hodnotou (například keramické duté cihly, keramickobetonové tvárnice, pórobeton bloky). Takové materiály umožňují vytvořit jednovrstvou stěnu (bez izolace) nebo s minimální možnou tloušťkou izolační vrstvy.

Jak chránit dům postavený z materiálů, jako jsou cihla, pórobetonový blok, pěnový blok, keramický blok, pěnový blok?

Pro prodloužení jejich životnosti existuje účinný impregnační prostředek – hydrofobní impregnace FOB-F7, která má neobvyklé vlastnosti. Hydrofobní impregnace má tu vlastnost, že zvyšuje tepelněizolační vlastnosti. Díky této vlastnosti se vytváří ochranná vrstva proti vlhkosti, která umožňuje úspěšně izolovat mikrotrhliny, což prodlužuje životnost budovy. Voda, která se dostane na stěny, jednoduše stéká dolů “jako voda z kachního hřbetu”, aniž by pronikla dovnitř. Hydrofobní impregnace FOB-F7 ochrání nejen před negativním vlivem vody a jejím hromaděním v hlubokých vrstvách, ale také před houbami, plísněmi a výkvěty.

Hydroizolace by měla být provedena i preventivně, i když na povrchu materiálu ještě není žádný výkvět. Po určité době, pod vlivem určitých faktorů prostředí, materiál stále navlhne. To znamená, že bude hůře udržovat teplo a tepelné ztráty se zdvojnásobí. Hydrofobní přípravek FOB-F7 funguje dobře v zimě a zachovává si mrazuvzdornost. Na rozdíl od jiných ochranných prostředků poskytuje FOB-F7 dlouhodobý ochranný účinek proti vlhkosti až na 15 let.

V moderní technologii se jako nosiče tepla používají různé kapaliny. Ne vždy je však možné včas získat experimentální údaje o fyzikálních vlastnostech těchto látek. To platí zejména
na tepelnou vodivost, jejíž experimentální stanovení představuje značné potíže. Proto je důležité zvážit rovnice, které jsou nejspolehlivější a nejvýhodnější pro výpočet tepelné vodivosti s aproximací dostatečnou pro praxi.

V současné době je známa řada vzorců pro výpočet tepelné vodivosti kapalin.

Mechanismus šíření tepla v kapalinách lze znázornit jako přenos energie pomocí diskordantních elastických vibrací. Tento teoretický koncept mechanismu přenosu tepla v kapalinách, předložený A.S. Vůdce používal N.B. Vargaftikovi popsat experimentální údaje o tepelné vodivosti různých kapalin. U většiny kapalin se teorie dobře potvrdila. Na základě této teorie byl získán vzorec pro součinitel tepelné vodivosti v následující podobě:

tepelná kapacita kapaliny při konstantním tlaku;

Koeficient A, úměrný rychlosti šíření elastických vln v kapalině, nezávisí na povaze kapaliny, ale závisí na teplotě, zatímco A Cp ≈ konst.

Protože hustota ρ kapaliny s rostoucí teplotou klesá, vyplývá z rovnice (1.35), že pro kapaliny s konstantní molekulovou hmotností (neasociované a slabě asociované kapaliny) by se měl součinitel tepelné vodivosti s rostoucí teplotou snižovat. Pro silně asociované kapaliny (voda, alkoholy atd.) musí být do vzorce (1.35) zaveden asociační koeficient, který bere v úvahu změnu molekulové hmotnosti. Asociační koeficient závisí také na teplotě, a proto při různých teplotách může ovlivnit součinitel tepelné vodivosti různě.

S rostoucím tlakem se zvyšují koeficienty tepelné vodivosti kapalin.

Existuje vzorec od Kragoe, který je uveden v mnoha příručkách o ropných produktech:

měrná hmotnost při 15 °C, g/cm3.

Srovnání experimentálních dat s tímto výpočetním vzorcem Kragoe je uvedeno v článku V.N. Popova a E.V. Cedenberg. Ukázalo se, že u řady kapalin při teplotách od –40 do +200 °C překračují hodnoty tepelné vodivosti vypočtené pomocí vzorce (1.36) experimentální data o 20–40 %, což přirozeně vylučuje možnost použití Kragoeova vzorce i pro předběžné výpočty tepelné vodivosti kapalin.

Prakticky zajímavý je obecný vzorec Predvoditelev-Vargaftik pro normální a přidružené kapaliny:

koeficient zohledňující stupeň asociace kapalin (pro neasociované kapaliny α = 1);

univerzální hodnota pro všechny kapaliny při ;

měrná hmotnost v g/cm3;

tepelná kapacita při ;

kritická teplota v K (pro většinu kapalin, s výjimkou nízkovroucích).

V práci [14] je ukázáno, že pro kapalinu

– konstantní hodnota nezávislá na teplotě. Tedy pro nesdružené kapaliny:

Rovnice (1.39) nám umožňuje určit závislost λ na teplotě, pokud je známa závislost γ = f(t).

Rovnice (1.37) a (1.39) byly několika autory testovány na mnoha kapalinách. V důsledku toho rovnice (1.37) celkem uspokojivě souhlasí s experimentálními daty. Rozpětí nepřesahuje 5 %. N.V. Cederberg testoval použitelnost vzorce (1.39) pro výpočet tepelné vodivosti kapalin v širokém teplotním rozsahu. Maximální divergence
Procento je 2,6 %.