Tepelná vodivost izolace: srovnání a tabulka součinitelů – TECHNONICOL Knowledge Base

Součinitel tepelné vodivosti materiálu odráží schopnost látky vést tepelnou energii skrz sebe.

Každý materiál má pro tento koeficient svou vlastní hodnotu. Čím větší je, tím větší množství tepla projde materiálem. To je jeden z hlavních parametrů, který ovlivňuje výběr materiálu pro výrobu jakéhokoli produktu.

Pro úsporu tepelné energie se používají materiály s nízkou tepelnou vodivostí (například izolace obvodových plášťů budov). Vysoká tepelná vodivost umožňuje řešit problémy s odvodem nebo přenosem tepla (například chladicí radiátory vyrobené z hliníku).

V článku porovnáme hlavní typy moderních izolačních materiálů podle jejich součinitelů tepelné vodivosti. Nejprve se podívejme na termín „tepelná izolace“, který přímo souvisí s tepelnou vodivostí materiálů.

Tepelná izolace jako materiál a proces

Zdůrazněme dva významy termínu „tepelná izolace“ – jako proces a jako materiál.

Tepelná izolace jako proces je způsob, jak snížit přenos tepla mezi objekty nebo prostředími, které mají různé teploty.

Tepelná izolace konstrukcí se provádí pro následující účely:

• udržování požadovaných teplotních podmínek např. v obytných a kancelářských budovách, školách, nemocnicích apod.;
• snížení nákladů na vytápění nebo chlazení;
• ochrana zařízení, potrubí, pecí a jiných předmětů před přehřátím nebo podchlazením, před korozí, prasklinami, požáry;
• zlepšení zvukové izolace, odhlučnění prostor od vnějších a vnitřních zdrojů hluku.

Tepelná izolace jako materiál (neboli izolace) snižuje proces přenosu tepla uvnitř konstrukce: se správnou izolací je v domě teplo v zimě a chlad v létě.

Volba izolace, požadavky na ni

Výběr tepelné izolace je ovlivněn:

• typ konstrukce,
• klimatické podmínky,
• rozpočet,
• šetrnost k životnímu prostředí
• požární bezpečnost.

Základní požadavky na vlastnosti izolačních materiálů, které ovlivňují jejich výběr a použití:

• Paropropustnost Pohyb vodní páry skrz sebe. Čím vyšší je paropropustnost, tím lepší je výměna vzduchu a mikroklima v místnosti.
• Odolnost proti vlhkosti. Při vystavení vlhkosti si zachovává své vlastnosti. Čím vyšší je odolnost proti vlhkosti, tím nižší je riziko vzniku plísní, plísní a koroze na povrchu izolace.
• Hořlavost. Schopnost hořet nebo udržovat spalování při vystavení otevřenému plameni nebo vysoké teplotě. Čím nižší je hořlavost, tím vyšší je požární bezpečnost izolace.
• Pevnost Schopnost odolat mechanickému zatížení bez zničení nebo deformace. Čím vyšší pevnost, tím delší životnost tepelné izolace.
• Nízká tepelná vodivost. Schopnost zabránit přenosu tepla z teplejšího povrchu na chladnější. Čím nižší je tepelná vodivost, tím lepší jsou tepelně izolační vlastnosti izolace.

Konkrétní hodnoty těchto indikátorů závisí na typu a účelu tepelné izolace a na podmínkách jejího provozu.

Mezi produkty TECHNONICOL existují tři kategorie tepelné izolace:

1. Extrudovaná polystyrenová pěna (XPS). Účinný polymerní tepelně izolační materiál vyrobený z polystyrenu s přísadami nadouvadla. Používá se ve stavebnictví pro stavbu základů, střech a podlah. Uzavřené póry ve struktuře umožňují XPS mít prakticky nulovou absorpci vody a nízkou tepelnou vodivost. Produktová řada extrudovaného polystyrenu TECHNONICOL obsahuje více než 30 položek.
2. Kamenná vlna. Minerální tepelná izolace z roztavených vyvřelých hornin. Používá se především jako izolace obvodových plášťů budov (fasády, střechy, příčky). Kamenná vlna je nehořlavý izolační materiál, proto se používá jako protipožární izolace, izolace potrubí a zařízení. Výrobky z kamenné vlny vyráběné společností TECHNONICOL čítají více než 70 druhů.
3. Polyisokyanurátová (PIR) pěna. Modifikovaná polyuretanová pěna. Nejnižší tepelná vodivost mezi prezentovanými izolačními materiály. Široké spektrum použití: od izolace výrobních zařízení až po kosmický průmysl. Desky LOGICPIR jsou v sortimentu TECHNONICOL.

Tyto izolační materiály se od sebe liší jinými vlastnostmi. Použitelnost tepelné izolace se proto posuzuje na základě požadavků na ni.

Kontaktujte svého osobního technika
Projektantům poskytneme bezplatnou konzultaci k izolačním materiálům a systémům TECHNONICOL

Tepelná vodivost, součinitel tepelné vodivosti

Tepelná vodivost je jednou z hlavních vlastností materiálů, která určuje jejich schopnost vést teplo. Jedná se o proces přenosu tepelné energie z více zahřátých těles na méně zahřátá. Tepelná vodivost izolace přímo souvisí s její hustotou, pórovitostí, vlhkostí a dalšími parametry.

Co je součinitel tepelné vodivosti. Kvantitativní charakteristikou procesu vedení tepla je součinitel tepelné vodivosti. Ve výpočtech je tento parametr označen symbolem λ a je měřen ve W/(m K). Tato hodnota umožňuje pochopit, kolik tepla projde 1 m 1 materiálu o tloušťce 2 metr za 1 hodinu při rozdílu teplot 1 stupeň.

Čím vyšší je hodnota λ, tím rychleji se teplo přenáší materiálem a naopak. V souladu s tím, čím nižší je koeficient tepelné vodivosti, tím tenčí vrstva tepelné izolace je nutná k ochraně konstrukce.

Existuje několik typů součinitelů tepelné vodivosti: λA a λB; λ10 a λ25.

Jak se to počítá? Hodnoty koeficientů λ se vypočítávají experimentálně pomocí různých metod. λA a λB jsou určeny za vlhkostních podmínek blízkých skutečným. Hodnoty λ10 a λ25 jsou vypočteny za suchých podmínek.

Při provádění tepelně technických výpočtů k určení tloušťky izolace se spoléhají na λA a λB. Volba λA nebo λB se provádí podle tabulek 1, 2 SP 50.13330.2024 v závislosti na vlhkostních poměrech stavebních prostor a provozních podmínkách ve vlhkostní zóně.

Například podle výchozích údajů se budova nachází v normální vlhkostní zóně, teplota ve vypočítané místnosti je 18 °C a vlhkost 55 %. Bude tedy brána v úvahu hodnota λB.

Součinitel tepelné vodivosti izolace se může lišit v závislosti na jejích provozních podmínkách. Se zvyšující se vlhkostí vzduchu se může například zvýšit tepelná vodivost některých izolačních materiálů, což může vést ke zhoršení tepelně izolačních vlastností.

Jak to ovlivňuje tloušťku tepelné izolace? Výpočet tloušťky izolace pro každou ze stavebních konstrukcí se provádí na základě hodnoty součinitele tepelné vodivosti. Podobné izolační materiály ze stejné kategorie však mohou mít různé hodnoty tohoto parametru kvůli rozdílům ve výrobních charakteristikách. Je důležité pečlivě kontrolovat přijatá data, protože to přímo ovlivňuje stanovení tloušťky izolační vrstvy na plášti budovy.

Tabulka součinitelů tepelné vodivosti izolačních materiálů z nejoblíbenějších materiálů:

Materiál

Tepelné vedení je proces přenosu tepelné energie z teplejších oblastí těla do chladnějších oblastí prostřednictvím chaotického pohybu částic, jako jsou atomy, molekuly nebo elektrony. Jinými slovy, jde o vlastnost látky přenášet teplo.

Z hlediska molekulární kinetické teorie se tepelná vodivost na mikroúrovni vysvětluje interakcí částic. V teplejších oblastech se částice pohybují rychleji a přenášejí svou energii na částice v chladných oblastech, když se srazí.

Kvantitativně je proces tepelné vodivosti popsán Fourierovým zákonem. Uvádí, že hustota tepelného toku neboli množství tepla, které projde jednotkou plochy za jednotku času, je úměrné teplotnímu gradientu a tepelné vodivosti látky:

• q – hustota tepelného toku;
• λ – koeficient tepelné vodivosti;
• dT/dx je teplotní gradient.

V kovech se volné elektrony významně podílejí na tepelné vodivosti. Rychle se pohybují uvnitř krystalové mřížky a přenášejí tepelnou energii.

Jaká je tepelná vodivost kovů?

V kovech tvoří atomy krystalovou mřížku a jejich volné elektrony, které nejsou vázané na konkrétní atomy, se mohou pohybovat relativně volně. Tyto elektrony jsou schopny se rychle pohybovat uvnitř kovu a přenášet tepelnou energii z horkých do studených oblastí. V důsledku toho volné elektrony nesou pouze elektrický náboj, ale také tepelnou energii, díky čemuž jsou kovy účinnými vodiči tepla.

Koeficient tepelné vodivosti různých kovů se liší a závisí na struktuře krystalové mřížky a přítomnosti nečistot, které mohou zpomalit pohyb elektronů a v důsledku toho snížit tepelnou vodivost. Pravidelné uspořádání atomů v krystalové mřížce kovu podporuje účinný přenos vibrací, což zvyšuje rychlost přenosu tepla.

Rozdíl mezi tepelnou vodivostí a tepelnou kapacitou

Tepelná vodivost a tepelná kapacita jsou dva důležité fyzikální pojmy, které se často zaměňují, ačkoli popisují různé vlastnosti materiálů souvisejících s teplem.

Tepelná vodivost je schopnost materiálu přenášet tepelnou energii z horkých do studených oblastí. K tomuto procesu dochází v důsledku chaotického pohybu částic, jako jsou atomy, molekuly nebo elektrony. Například kovová lžička v horkém čaji se díky vysoké tepelné vodivosti kovu rychle zahřeje po celé délce.

Tepelná kapacita zase popisuje schopnost látky absorbovat tepelnou energii při zahřátí. To je způsobeno zvýšením průměrné kinetické energie částic hmoty. Voda má tedy vysokou tepelnou kapacitu, takže se pomalu ohřívá a pomalu ochlazuje.

Hlavní rozdíl mezi těmito koncepty spočívá v tom, že tepelná vodivost určuje, jak rychle materiál přenáší teplo, zatímco tepelná kapacita určuje, kolik tepla je potřeba ke zvýšení teploty materiálu o určité množství.

Faktory ovlivňující tepelnou vodivost

Schopnost přenášet tepelnou energii závisí na mnoha faktorech, které určují účinnost procesu. Klíčovou roli hraje povaha látky – kovy mají díky přítomnosti volných elektronů vysokou tepelnou vodivost, zatímco nekovy mají nižší hodnoty, protože jejich elektrony jsou pevněji vázány na atomy. Plyny díky velké vzdálenosti mezi molekulami vykazují nejnižší tepelnou vodivost.

Na tento proces má vliv i teplota. S rostoucí teplotou tepelná vodivost kovů klesá, u kapalin a plynů naopak roste. Významný je i stav hmoty – pevné materiály vedou teplo lépe než kapaliny a kapaliny lépe než plyny.

Hustota materiálu je spojena s vyšší tepelnou vodivostí, zatímco přítomnost pórů ji snižuje, protože vzduch, který póry vyplňuje, nevede dobře teplo. Svou roli hraje i vlhkost – mokré materiály díky přítomnosti vody s její poměrně vysokou tepelnou vodivostí vedou teplo lépe než suché, to však neplatí pro kovy. Amorfní materiály jako sklo a plasty mají ve srovnání s krystalickými látkami nižší tepelnou vodivost. Nečistoty mohou mít různé účinky – buď rostoucí nebo klesající, v závislosti na jejich povaze a koncentraci.

Součinitele tepelné vodivosti kovů

Součinitel tepelné vodivosti je fyzikální veličina, která ukazuje, jak dobře materiál vede teplo. Jinými slovy, je to míra schopnosti materiálu přenášet tepelnou energii z teplejších oblastí do chladnějších. Koeficient se označuje řeckým písmenem λ (lambda) a měří se ve wattech na metr kelvinů (W/(m K)). Čím vyšší je hodnota λ, tím lépe materiál vede teplo.

Tabulka součinitelů tepelné vodivosti některých kovů a slitin:

Součinitel tepelné vodivosti, W/(m K)