Fázový posun teplotního kmitu

21. února 2018

Partneři sekce:

Tepelné izolace se do konstrukce aplikují především z důvodu minimalizace tepelných ztrát v zimním období. Z tohoto úhlu pohledu pak jednoznačně závisí na kvalitě tepelné izolace s ohledem na její součinitel tepelné vodivosti λ a její celkovou tloušťku.

V případě parného léta je ale důležité zohlednit, zda nám tepelná izolace bude dobře sloužit i v horkých slunných dnech. Odpověď je ano. Stejně jako v zimním období snižuje tepelná izolace rychlost úniku tepla z teplejšího prostředí (interiéru) do chladnějšího (exteriéru), tak i v letním období tomu je stejně – tepelná izolace snižuje rychlost vniknutí tepla z teplejšího venkovního prostředí do chladnějšího interiéru. Izolace tak účinně brání přehřívání vnitřních prostor.

Co je fázový posun?

V tomto případě nás však až tolik nezajímá, jak rychle teplo prostupuje konstrukcí, ale po jaké době se maximální teplota z exteriéru projeví i v interiéru. Tento stav se označuje jako fázový posun teplotního kmitu a je velmi důležitý především v klimatických oblastech, kde jsou značné výkyvy teplot mezi dnem a nocí. V posledních letech se velmi teplé dny během léta začínají stále více objevovat i v ČR, proto pro zachování tepelné pohody v interiéru neustále vzrůstá i důležitost použití tepelných izolací jak u novostaveb, tak u rekonstrukcí.

V praxi se pak kromě fázového posunu teplotního kmitu setkáváme i s blízkými pojmy typu teplotní spád či teplotní setrvačnost, které se týkají stejné problematiky obdobně jako teplotní útlum, což je poměr kolísání vnější teploty vůči kolísání teploty vnitřní. Například pokud vnější teplota přes den kolísá mezi 10 a 30 °C a vnitřní teplota mezi 18 a 22 °C, pak kolísání vnější teploty z 10 °C na 30 °C činí 20 °C a kolísání vnitřní teploty činí 4 °C. Teplotní útlum, jako poměr těchto dvou hodnot, pak u tohoto příkladu činí 20/4 = 5. Kolísání teplot je tedy tlumeno na pětinu, tj. 20 %.

Uvažování v souvislostech

Někteří výrobci stavebních materiálů často poukazují na výhodnost použití některých materiálů s vysokými hodnotami objemových hmotností ρ [kg^-1m^-3] a měrných tepelných kapacit c [J.kg^-1.K^-1]. Konstrukce ale nejčastěji není jen z jednoho materiálu, ale z několika stavebních materiálů, které v konstrukci spolupůsobí. Například při stavbě střechy bývá použita kromě tepelné izolace také krytina v exteriéru či sádrokarton v interiéru, střecha je napojena na obvodovou stěnu, příčky atd. Ve výpočtu tedy nemůžeme zohledňovat jen izolaci či jednu konstrukci.

Odlišnosti materiálů

Tepelná izolace je jistě důležitá, ale jak je důležitý i konkrétní typ materiálu (při stejné hodnotě součinitele tepelné vodivosti λ a tloušťky materiálu) s ohledem na letní přehřívání?

Obr. 1 Použitý modelový příklad (v legendách jsou nahrazeny švýcarské výrobky českými ekvivalenty)

Byla provedena studie společnosti EMPA (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology), která zkoumala vliv tepelné izolace v konstrukcích dřevostaveb. V tomto případě bylo použito několik modelových staveb ke zjištění, jaké vlivy nejvíce působí na fázový posun teplotního kmitu (Obr. 1, Obr. 2).

Obr. 2 Modelový příklad – výkresy

Záleží na typu izolace?

Bylo zkoumáno několik vlivů, a to vliv stínění (Obr. 3), vliv nočního větrání (Obr. 4) a vliv použité tepelné izolace (Obr. 5). Výsledky těchto vlivů jsou vidět na obrázcích 3, 4 a 5.

Obr. 3 Vliv zastínění

Asi nikoho nepřekvapí, že intenzita větrání významně ovlivňuje teplotu v interiéru, v tomto případě během noci až o 4,5 °C. Intenzita zastínění zde ovlivňovala teplotu v interiéru až o 3 °C.

Obr. 4 Vliv nočního větrání

Co bylo ale překvapující, byl malý vliv použitého typu tepelné izolace. Aplikovány byly různé typy izolací – skelná vlna, kamenná vlna, celulóza, měkké a tvrdé dřevovlákno. Použitý typ izolace neměl na vnitřní teplotu zásadní vliv, teplota v interiéru se lišila maximálně o 1 °C. Nezáleží tedy, zda použijete celulózu, skelnou nebo kamennou izolaci, důležité je objekt zaizolovat.

Obr. 5 Vliv typu tepelné izolace

Závěr studie je vidět na obr. 6. Je zřejmé, že mezi tři hlavní faktory patří stínění, tepelná akumulace celé stavby a intenzita nočního větrání. Vlastní typ použité tepelné izolace má také vliv, ale v celkovém porovnání jen 1 % oproti jiným vlivům.