Važni aspekti rešenja toplotne izolacije za komfor u leto

24 May 2007 - Komentari (0)

Izgradnja

Objasnili smo ranije parametre, kao što su λ i U-vrednost, koji su važni kod procene i poređenja rešenja toplotne izolacije. Ovi parametri daju informaciju koliko toplote može proći kroz materijal. Da bi ocenili ponašanje materijala u leto, potrebno je da saznamo koliko brzo toplota može proći kroz materijal. I još, vezano za to, treba da saznamo koliko toplote može biti akumulirano u materijal. U ovom članku, razmatraćemo parametre koji su važni da bi se razumela ova dva aspekta.

Uloga toplotne izolacije

Toplotna izolacija sprečava prolaz toplote između unutrašnje i spoljašnje klime. Cilj je održati manje-više konstantnu unutrašnju temperaturu bez obzira na velike promene u spoljašnjoj temperaturi tokom dana i tokom cele godine.

U zimu, proleće i jesen, nije samo interesantno sačuvati unutrašnju toplotu, već i akumulirati eventualnu spoljnu toplotu tokom dana i iskoristiti je noću kada temperatura opadne. Ovo može potisnuti potrebu za korišćenjem grejanja noću i samim tim smanjiti grejni period.

Leti, u protivnom, želimo sprečiti ulazak spoljne toplote i želimo da unutrašnja toplota iščezne i kuća se ohladi u toku noći pre nego počne sledeći vreli dan.

Da bi lakše razumeli ova dva aspekta, akumulaciju toplote i zaštitu od prodora toplote, moramo objasniti neke osnovne karakteristike materijala. Ovo možda zvuči malo suhoparno ali naći ćete korisne informacije.

Parametri koji utiču na kapacitet akumuliranja toplote

Gustina (ρ)

Gustina materijala predstavlja njegovu masu po jedinici zapremine. Izolacioni materijali lake težine kao što su stiropor ili mineralna vuna imaju malu gustinu za razliku od betonskih i ciglenih blokova.

ρ = m / V (u kg/m³)

Intuitivno, možemo odmah predpostaviti da postoji relacija između gustine i akumulacije toplote. Ali sama gustina nije dovoljna za proračun.

Specifična toplota (c)

Specifična toplota materijala meri toplotnu energiju neophodnu da bi se temperatura materijala uvećala za jedan stepen po jedinici njegove težine (u J/kg.K). Možemo je tumačiti kao meru koliko toplote može da absorbuje materijal po jedinici svoje težine.

Zapreminska toplota i toplotna inercija (C)

Specifična toplota se meri po jedinici težine. Interesantnija mera od ove je po jedinici zapremine. Zove se zapreminska toplota ili jednostavno, za građevinske materijale, toplotna inercija. Jednaka je specifičnoj toploti (c) pomnoženoj sa gustinom (ρ).

C = c.ρ (u J/m³K)

Toplotna inercija predstavlja koliko toplote može biti akumulirano u datoj zapremini građevinske konstruktivne sekcije.

Parametri koji utiču na brzinu transfera toplote

Toplotna difuzija (a)

Pošto smo već definisali koncept toplotne inercije (C) i toplotne provodljivosti (λ, u predhodnom članku), možemo sada definisati veoma važan koncept za performansu toplotne izolacije u leto: toplotna difuzija pokazuje sa kojom lakoćom će materijal reagovati na promenu temperature. Toplotna difuzija je jednaka toplotnoj provodljivosti (λ) podeljenoj sa toplotnom inercijom (C).

a = λ / C (u m²/s)

Dok toplotna provodljivost (λ) određuje koliko toplote će proći kroz materijal, toplotna difuzija (a) određuje koliko brzo će ta toplota proći kroz dati materijal. Gledajući na formulu gore, vidimo da materijali sa sličnom vrednošću λ, će brže propustiti toplotu ukoliko imaju manju toplotnu inerciju (manje C).

Toplotna vremenska konstanta ili kašnjenje toplotnog fluksa

Baziran na toplotnoj difuziji, drugi interesantan parametar je vremenska konstanta. Ovaj parametar predstavlja vreme potrebno da promena u temperaturi na površini materijala prodre na određenu dubinu konstruktivne komponente. Znajući debljinu materijala (d), vremenska konstanta se može upotrebiti da saznamo koliko dugo će trebati toplotnom talasu da prođe kroz materijal. Drugi naziv za ovaj parametar je kašnjenje toplotnog fluksa. Jednak je debljini materijala na kvadrat podeljenoj sa toplotnom difuzijom.

t = d² / a (vreme u sekundama)

Vremenska konstanta ili kašnjenje fluksa određuje koliko dugo treba toploti da prođe kroz materijal određene debljine.

Toplotna efuzija (b)

Ovo je zadnji parametar koji uvodimo da bi kompletirali temu. Toplotna efuzija predstavlja kapacitet materijala da apsorbuje i otpusti toplotu i karakteriše koliko lako toplota može biti apsorbovana na površini materijala.

b = (λ.C)^1/2 (u W/m².K.s^1/2)

Toplotna efuzija određuje lakoću izmene toplote na površini materijala. Materijali sa velikom toplotnom efuzijom (kao što su metali) nisu dobri akumulatori toplote jer će toplota iz njih brzo iščeznuti vani čim spoljna temperatura opadne. Takvi materijali ne mogu dugo držati toplotu. U protivnom, materijal sa velikom toplotnom inercijom, ali niskom toplotnom efuzijom, kao što je cigla ili kamen, će zadržati toplotu mnogo duže.

Zaključak

Dva parametra koja su veoma interesantna kod ocene ponašanja toplotne izolacije van zimskog perioda su: toplotna inercija i kašnjenje toplotnog fluksa.

Toplotna inercija određuje kapacitet materijala da akumulira okolnu toplotu i oslobodi je kada spoljna temperatura opadne. Toplotna inercija kao akumulacija toplote se odnosi uglavnom na teške građevinske komponente kao što su beton, opeka blokovi ili cigla i može biti kjučna komponenta za komfor u leto. Ovaj aspekt ćemo opisati detaljnije u sledećem članku.

Kašnjenje toplotnog fluksa je vreme potrebno da bi toplota prošla kroz debljinu građevinske komponente. Zavisi od debljine, toplotne provodljivosti i toplotne inercije materijala. Potrebno vreme biće veće za materijale sa niskom toplotnom provodljivosti i velikom toplotnom inercijom. Kašnjenje toplotnog fluksa je ključni aspekt za izolacione materijale u leto.

U narednom članku, videćemo uticaj kašnjenja toplotnog fluksa na izbor toplotne izolacije za komfor u leto.