Vplyv vlhkosti na súčiniteľ prestupu tepla U

Určité množstvo vlhkosti obsahuje každá pevná látka. Množstvo obsiahnutej vlhkosti v stavebnej konštrukcii je ovplyvňované množstvom faktorov ako napríklad teplota a relatívna vlhkosť ovzdušia, pórovitosť a priemer pórov materiálu, tvare ich stien a podobne. Pozrieme sa na to, ako ovplyvňuje vlhkosť stavebné materiály a ich teplno-izolačné vlastnosti.

Zatepľovací systém ClimateCoating ISOTEX dokáže výrazne eliminovať vplyv vlhkosti na stavebnú konštrukciu. Vďaka unikátnym vlastnostiam tepelnoizolačnej omietky, jej špeciálnym zložkám a nanotechnológii v termokeramickom nátere ClimateCoating reguluje vlhkosť v murive, tj. udržuje murivo stále v suchu. Znižuje vlhkosť v konštrukcii, jej priechod, ukladanie a odstránenie kondenzácie smerom do exteriéru, chráni proti dažďu a umožňuje vlhkostné odparovanie aj v zimných dňoch. Obe zložky systému sú totiž paropriepustné.

V článku nájdete:

ClimateCoating ISOTEX

ClimateCoating ISOTEX

ClimateCoating ISOTEX je systém na renováciu fasád. Je to kombinácia izolačnej omietky IsoTex R70 a povrchovej úpravy s technológiou ClimateCoating ThermoProtect. Zvláštnosťou je efekt úspory energie na vykurovanie znížením tepelných strát cez obvodové steny.

Omietka sa ľahšie nanáša pomocou omietacieho stroja (ako ručne) a ClimateCoating ThermoProtect je z technického hľadiska emulzná farba, ktorú možno natierať, váľať alebo striekať. Ide teda o renovačný systém, ktorý je vhodný aj pre domácich majstrov.

Tepelnoizolačná omietka ISOTEX R70

IsoTex R70 je vonkajšia omietka na minerálnej báze podľa normy EN 998-1:2016, ktorá je klasifikovaná ako CSI, W2 a T1. CSI znamená, že pevnosť v tlaku po 28 dňoch je 0,4 až 2,5 N/mm2. Táto hodnota je zaujímavejšia pre odborníkov. Vzhľadom na veľkosť zrna ide o pomerne mäkkú omietku. Dôležité a pre majiteľa domu zrozumiteľné sú hodnoty W a T omietky, ktoré znamenajú nasiakavosť a tepelnú vodivosť.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti T1 omietky IsoTex R70 je 0,077 < 0,10 W/mK. Pre porovnanie, vonkajšie omietky majú hodnoty od 0,85 W/mK (vápenná malta) do 1,40 W/mK (cementová malta) v závislosti od obsahu cementu. Je tu teda jasný rozdiel oproti bežným omietkam a dôvod, prečo by sa mal Isotex R70 klasifikovať ako tepelnoizolačná omietka. Na porovnanie: drevo, ktoré má dobrú kombináciu tepelnej izolácie a akumulácie, má približne 0,13 W/mK, zatiaľ čo 0,032 W/mK je v súčasnosti štandardom pre polystyrén.

Súčiniteľ prestupu tepla U

Tepelná vodivosť λ (alebo tiež: súčiniteľ tepelnej vodivosti λ) je vypočítaná hodnota, ktorá sa skúša a určuje v laboratóriu, aby sa mohla použiť pri výpočtoch tepelnej izolácie: spolu s hrúbkou komponentov (d) a prechodovými odpormi R v interiéri a exteriéri sa vypočíta známa a reklamovaná hodnota súčiniteľa prestupu tepla U.

Tvrdenie je jednoduché: hodnota U by mala byť nízka, aby sa teplo v zime v chlade tak rýchlo neodvádzalo z interiéru do exteriéru. To sa dosiahne vyšším tepelným odporom: buď hrubšími stenami, alebo stavebnými materiálmi s nízkou tepelnou vodivosťou. Rekordy v hodnote U sa preto dajú dosiahnuť len pomocou izolačných materiálov – aspoň matematicky to vedie k prekvapivým úsporám energie.

Kapilárna nasiakavosť vody

Absorpcia vody W_C je tiež dôležitou hodnotou na klasifikáciu vlastností pevných maltových zmesí podľa normy EN 998-1. Index C bol zavedený, aby sa zabránilo zámene so stupňom priepustnosti pre kvapalnú vodu W1 až W3 pre vonkajšie omietky s organickými spojivami. Pre W_C 0 sa kapilárna nasiakavosť neuvádza. Kapilárna nasiakavosť je pre W_C 1 C ≤ 0,40 kg/(m² – min0,5), pre W_C 2 je táto hodnota len 0,20.

To je ťažko predstaviteľné. Samotný proces je skôr takýto: najjednoduchší spôsob, ako pozorovať kapilárnu absorpciu vody, je podržať kúsok kocky cukru v káve: kvapalina sa absorbuje kapilárne. V laboratóriu sa to robí podobným spôsobom: kocka vzorky sa uzavrie a ponorí voľnou stranou nadol. Po stanovenom čase sa určí hmotnosť absorbovanej vody a získa sa štandardizovaná hodnota absorpcie vody.

Je zrejmé, že hodnota kapilárnej nasiakavosti by mala byť v prípade vonkajších omietok nízka. Praktický význam vyplýva zo skutočnosti, že fasáda počas dažďa zmokne. Dažďová voda sa dostáva do steny, je absorbovaná omietkou a prenášaná do materiálu steny (napr. tehla alebo pórobetón). V dôsledku toho sa zvyšuje tepelná vodivosť steny a znižuje sa tepelný odpor. V dôsledku toho je potrebné väčšie vykurovanie.

Odparovanie vody

Časom sa voda odparovaním uvoľňuje do vonkajšieho vzduchu. Tento proces spôsobuje stratu energie v stene v dôsledku vyparovania za studena, ktorá sa musí kompenzovať vykurovaním. Odborníci toto množstvo energie nazývajú entalpia dažďa. Táto hodnota sa v normách pre tepelnú izoláciu nezohľadňuje.

Obr.: Stacionárna tepelná bilancia v zimnom polroku. Ak stena vysychá, dochádza k odparovaciemu ochladzovaniu.

Graf je z Künzelovej dizertačnej práce („Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten“, práca schválená Fakultou stavebníctva a geodézie Univerzity v Stuttgarte na udelenie doktorátu technických vied (Dr.-Ing.), predložená Dipl.-Ing. Hartwigom M. Künzelom z Tegernsee, Katedra stavebnej fyziky na Univerzite v Stuttgarte, 1994).

Všimnite si pomer entalpie dažďovej vody a vyparovania k odovzdávaciemu teplu = 32,2 ku 8,5 = 3,8 ku 1.

Vodná para

Ďalším zdrojom absorpcie vlhkosti cez stenu je vodná para obsiahnutá vo vzduchu vo vnútri budovy. Na kontrolu relatívnej vlhkosti používame vlhkomer. Tá závisí od teploty vzduchu v miestnosti a množstva vodnej pary, optimum je 50 %, pri 70 % sa dosahuje kritické rozpätie, kedy môže dôjsť k vzniku plesní.

Počas vykurovacieho obdobia smeruje gradient tlaku vodnej pary väčšinu času zvnútra von, pretože vonkajší vzduch je suchší ako vzduch v miestnosti. Napríklad 90 % relatívna vlhkosť pri +5 °C je pri porovnaní množstva vodnej pary v g/m³ menšia ako 50 % relatívna vlhkosť pri 22 °C. Vonkajší gradient tlaku vodnej pary existuje spolu s vonkajším gradientom teploty. Teplo sa odvádza von cez stenu a navyše dochádza k difúzii vodnej pary.

Tepelný odpor vonkajších stien určuje, koľko tepla sa stratí, čo sa musí kompenzovať zvýšeným vykurovaním. Ak je difúzia sťažená, pretože molekuly sa stretávajú s hustejšími vrstvami alebo pretože v chladnej oblasti vonkajšej steny dochádza ku kondenzácii, tepelná vodivosť λ steny sa zvyšuje a izolačná schopnosť steny sa znižuje.

Existuje staré stavebné pravidlo, ktoré sa osvedčilo počas stáročí: stavať s väčšou difúziou z interiéru do exteriéru. V súčasnosti sa toto pravidlo nazýva všeobecne uznávaným technologickým pravidlom – porušuje sa len v určitých prípadoch prostredníctvom noriem. Z hľadiska vonkajšej steny to znamená: vrstva, ktorú použijem na vonkajšiu stenu, by mala byť difúzne otvorenejšia ako samotná stena.

Kondenzácia vody

Hodnota difúzneho odporu vodnej pary µ slúži ako porovnávacia a vypočítaná hodnota. Nemá jednotku a pre Isotex R70 je µ = 7,6. Ak pripočítate hrúbku vrstvy, môžete vypočítať hodnotu sd. Názorne to ukážu numerické príklady:

Tehlová stena 1600	0,365 m	µ = 16	sd = 5,84 m
Pórobetón 800	0,365 m	µ = 10	sd = 3,65 m
Vápenno-piesková tehla	0,365 m	µ = 20	sd = 7,30 m
8 cm Isotex R70	0,080 m	µ = 7	sd = 0,56 m
10 cm Isotex R70	0,100 m	µ = 7	sd = 0,70 m
16 cm polystyrén	0,160 m	µ = 60	sd = 9,64 m

Nemusíte nevyhnutne študovať „stavebnú fyziku“, aby ste si uvedomili, že pri určitých kombináciách vznikajú problémy. Dá sa to matematicky dokázať pomocou softvéru, ktorý počíta kondenzáciu podľa metódy zasklenia. V Nemecku sú normatívne špecifikácie uvedené v norme DIN 4108 časť 3. Podľa tejto normy je kondenzácia neškodná, ak zvýšenie vlhkosti stavebných materiálov neohrozuje tepelnú izoláciu a stabilitu stavebných prvkov.

V strešných a stenových konštrukciách sa môže vytvoriť maximálne 1,0 kg/m² kondenzovanej vody. Ak sa v stavebnom prvku nachádzajú vrstvy, ktoré nemôžu absorbovať vodu kapilárnym pôsobením, množstvo kondenzačnej vody nesmie prekročiť 0,5 kg/m². Patria sem fólie, kovy, bežný betón, ako aj izolácie z minerálnej vlny a penových plastov (EPS, XPS alebo PU).

V priebehu roka by malo byť množstvo odparovania väčšie ako množstvo kondenzácie. To znamená, že stena je počas vykurovacieho obdobia vo vlhkom stave. Tento štandardizovaný prístup je v rozpore s dlhodobo pozorovaným suchým vykurovaním (suché bývanie v 19. / na začiatku 20. storočia).

Teraz si predstavme suchú stenu dlhú 7 m a vysokú 2,86 m, do ktorej navrchu nalejeme 10 l vody – čisto obrazne. Nemalo by nás prekvapiť, že poliata stena neizoluje tak dobre ako suchá stena.

Monolitické steny v pevnej konštrukcii sú vo všeobecnosti bez kondenzácie. To, že tepelná izolácia pod hrúbkou steny 30 alebo 36,5 cm je nedostatočná, je iná vec. To sa bežne nestáva. Majiteľ domu teraz stojí pred otázkou: Čo mám dať na vonkajšiu stenu, aby som znížil spotrebu energie na vykurovanie bez toho, aby stena zvlhla kondenzáciou?

Obr.: Prehľad vypočítaných hodnôt U, Isotex vypočítaných s λ = 0,1 W/mK

Na grafe je znázornená kompilácia hodnôt U vypočítaných pomocou výpočtového nástroja Calculus: stena v pôvodnom stave, stena s tepelnoizolačnou omietkou Isotex R70 s hrúbkou 4 / 6 / 8 cm a na konci doplnená o povrchovú úpravu náterom ClimateCoating ThermoProtect. Pozorný pozorovateľ si všimne, že okrem hodnoty U je v názve uvedená aj hodnota U_eff. Pomocou nasledujúceho vzorca s korekčným faktorom, ktorý v roku 2006 zaviedol profesor M. Sohn, vtedy z FHTW Berlín, je možné na základe údajov získaných z praxe vypočítať efekt úspory na základe efektívnej hodnoty U.

Ako sa dá ušetriť energia na vykurovanie pomocou povrchovej úpravy fasády náterom ClimateCoating?

Membrána sa skladá z miliónov dutých keramických guličiek v elastickej sieti vyrobenej z akrylátu ako spojiva a špeciálnych prísad. Vďaka vákuu dochádza k izolačnému efektu, ktorý znižuje energetické straty o niekoľko percent (zníženie vedenia tepla).

Dôležitý mechanizmus prenosu tepla je vo forme tepelného žiarenia. Rozptyl tepelných lúčov na guľôčkach a v guľôčkach je špeciálnou formou IR odrazu. Vytvára sa tepelná bariéra, ktorá znižuje tepelné straty z povrchu steny.

Zatiaľ čo v lete membrána dobre odráža slnečné žiarenie, v zime umožňuje solárne zisky cez vonkajšiu stenu. Je to spôsobené uhlom dopadu slnečného žiarenia, ktorý je v zime na horizonte oveľa nižší. Vyžarované teplo privádza vrstvy steny pri povrchu na takú teplotnú úroveň, že sa na niekoľko hodín vytvorí tepelná bariéra. Teplo prúdi len z teplého do studeného; ak má vzduch v miestnosti 20 °C a stena 24 °C, nedochádza k žiadnemu tepelnému toku smerom von.

Riadenie vlhkosti zahŕňa odvlhčovanie steny, membrána funguje ako kapilárny sorpčný motor (veľkosť kapilár sa zmenšuje od tehly cez omietku k membráne, takže výsledkom je smerový transport).

Variabilná difúzna otvorenosť sd

Súčasťou riadenia vlhkosti je premenná hodnota sd. Variabilná difúzna otvorenosť (sd) je pri farbách zriedkavá alebo jedinečná. Nie je nám známy žiadny výrobca, ktorý by špecifikoval viac ako jednu hodnotu sd. Premenlivá difúzna otvorenosť je známa pri niektorých fóliách, ktoré sa používajú ako parozábrany v strešnej konštrukcii a reagujú na okolitú vlhkosť.

Ak má farba hodnotu sd, ktorá vyzerá oveľa lepšie, pretože vlhkosť sa môže veľmi dobre dostať von, znamená to tiež, že vlhkosť sa môže dobre dostať dovnútra. V lete je gradient tlaku vodnej pary smerom zvonku dovnútra, takže farba s nízkou hodnotou sd umožňuje vodnej pare dobre difundovať do steny, zatiaľ čo náter ClimateCoating ju blokuje, a tým zabraňuje vlhnutiu steny.

Čo hodnota sd neopisuje, je kapilarita, ktorá pri bežných farbách nie je daná tak ako pri náteroch ClimateCoating. Membrána síce silne bráni difúzii, ale pôsobí ako „sorpčný motor“ a odvlhčuje stenu. Na základe rozsiahleho testovania holandský inštitút TNO v roku 2005 zaviedol pre náter ClimateCoating termín „vlhká dióda“.

Hodnota 0,7 je dostatočne blízka hodnote 0,5, čo je hraničná hodnota. Parozábrana začína pri hodnote 0,5 a siaha až do výšky 1 500 m, takže 0,2 m nehrá až takú významnú úlohu. Okrem toho priemysel a obchod nie sú veľmi presné v označovaní: choďte na internet a žasnite, koľko fólií sa nazýva „parotesná fólia“, hoci ich hodnota sd je ďaleko pod 1 500 m.

Riadenie vlhkosti

Riadenie vlhkosti zahŕňa zníženie entalpie dažďa. Vonkajšie steny – s náterom aj bez neho – absorbujú vodu, a to tým viac, čím dlhšie prší. Stupeň absorpcie vody je definovaný hodnotou w. Voda musí stenu opäť opustiť; to sa deje odparovaním. Odparovanie za studena odoberá veľké množstvo energie, ktoré sa musí kompenzovať vykurovaním.

Membrána ClimateCoating

Membrána ClimateCoating absorbuje časť vody pri daždi bez toho, aby ju odovzdala stene v pozadí. Potom sa membrána zablokuje a bez ohľadu na to, ako dlho prší, sa už žiadna voda neabsorbuje. Tým sa udržiava nízke množstvo odparovania. Analogicky k vonkajším omietkam podľa normy EN 998-1 možno náter označiť aj ako „vodoodpudivý“. Tu je však absorpcia vody obmedzená z hľadiska množstva.

Zatepľovací systém ClimateCoating ISOTEX

Náter ClimateCoating je veľmi stabilný voči vplyvom prostredia: UV žiareniu, kyselinám v dažďovej vode. Antistatický účinok výrazne znižuje priľnavosť prachu. Boli zdokumentované fasády s povrchovou úpravou, kde aj po viac ako 20 rokoch je membrána stále neporušená a bez trhlín, takže je daný efekt úspory energie.

Tieto pozitívne vlastnosti náteru ClimateCoating ThermoProtect v kombinácii s tepelnoizolačnou omietkou Isotex R70 jasne ukazujú, aké sú výhody tohto systému. Izolačnú omietku Isotex R70 možno kombinovať s tenkovrstvovou omietkou Isotex F50.