Tepelná vodivosť je fyzikálna vlastnosť materiálu, ktorá udáva jeho schopnosť prevádzať teplo. Je to miera, akou sa teplo prenáša cez materiál v odpovedi na teplotný gradient, teda rozdiel teplôt medzi dvoma bodmi. Materiály s vysokou tepelnou vodivosťou dokážu rýchlo prenášať teplo a sú považované za dobré tepelné vodiče.
Dôležitosť tepelnej vodivosti spočíva v tom, že ovplyvňuje tepelné vlastnosti materiálov a konštrukcií. Pri budovaní a navrhovaní stavieb je tepelná vodivosť kľúčovým faktorom pri určovaní tepelného odporu (R hodnota) izolačných materiálov a pri zamedzovaní tepelných strát.
Základné pojmy tepelnej vodivosti
Súčiniteľ tepelnej vodivosti (iné názvy: merná tepelná vodivosť, špecifická tepelná vodivosť, súčiniteľ tepelnej vodivosti, tepelná konduktivita, tepelná vodivosť; pozor na zámenu s veličinou súčiniteľ teplotnej vodivosti, merná teplotná vodivosť a pod.), značka λ (lambda), je schopnosť materiálu viesť teplo. Vyjadruje množstvo tepla, ktoré musí za jednotku času prejsť telesom, aby na jednotku dĺžky bol jednotkový teplotný spád (teplotný gradient, teda podiel rozdielu teplôt na koncoch tyče a dĺžky tyče). Jeho jednotka je W/mK (koľko wattov tepla prejde materiálom o hrúbke 1 m pri rozdiele teplôt 1 kelvin, pričom rozdiel 1 K = rozdiel 1 °C). Čím má materiál väčšiu λ, tým je lepší tepelný vodič, a tým je horší tepelný izolant.
Tepelná vodivosť spoločne s tepelnou kapacitou tiež ovplyvňuje subjektívne vnímanie teploty telies pri dotyku. Napríklad, ak sa dotýkame dvoch chladných predmetov s rovnakou teplotou, z ktorých jeden je kov a druhý je drevený, zdá sa nám drevený predmet teplejší, pretože jeho povrch sa zahrieva telesným teplom ľahšie, zatiaľ čo kovový predmet teplo ľahšie odvádza ďaleko od povrchu. Tepelná vodivosť je mierne závislá na teplote.
Tepelný odpor a súčiniteľ prestupu tepla
Schopnosť stavebnej konštrukcie tepelne izolovať, teda brániť prestupu tepla, sa nazýva tepelný odpor, značka R, jednotka m².K/W. Veľkosť tepelného odporu závisí od hrúbky konštrukcie d a jej tepelnej vodivosti λ. Vzorec je: R = d ÷ λ. Čím má konštrukcia väčší R, tým lepšie udrží teplo a tým menej treba dom vykurovať. Pre novostavby je minimálne požadovaná hodnota R = 3.
Schopnosť stavebnej konštrukcie viesť teplo sa nazýva súčiniteľ prestupu tepla, značka U (iné označenie "k" = koeficient prestupu), jednotka W/m².K. Ide o prenášaný tepelný výkon cez 1 m² konštrukcie, pri rozdiele teplôt 1 C medzi jej protiľahlými povrchmi. Ide o prevrátenú hodnotu tepelného odporu. Čím je hodnota U nižšia, tým je lepší izolant: U = 1 ÷ R.
Tepelný odpor materiálu je schopnosť materiálu zadržať teplo. Je závislý na hrúbke materiálu a tepelnej vodivosti. Prevrátená hodnota je tzv. súčiniteľ prestupu tepla "U" (koľko wattov tepla prejde konštrukciou o ploche 1 m² pri rozdiele teplôt 1 kelvin). Pri prestupe tepla zo vzduchu do konštrukcie vzniká tepelný odpor, ktorý sa definuje ako odpor pri prestupe tepla.
Príklady výpočtov
Odvodenie vzorca: R = d ÷ λ ... => ... d = R . λ
- Príklad 1: Polystyrén má tepelnú vodivosť λ = 0,04 W/mK a šírku d = 10 cm.
- Príklad 2: Stena je postavená z porobetónu SOLBET 400. Tepelná vodivosť je λ = 0,11 W/mK, šírka d = 42 cm.
- Príklad 3: Stena má tepelný odpor R = 3,81 m².K/W.
Výpočet tepelných strát pre okno o ploche 1 m²:
- S koeficientom (súčiniteľ prestupu) 1.1 W/m²K, vnútorná teplota je 22 °C a vonkajšia teplota -5 °C: (U × plocha × rozdiel teplôt) = 1.1 × 1 × (22 - (-5)) = 29.7 W.
- S koeficientom (súčiniteľ prestupu) 0.7 W/m²K, vnútorná teplota je 22 °C a vonkajšia teplota -5 °C: (U × plocha × rozdiel teplôt) = 0.7 × 1 × (22 - (-5)) = 18.9 W.
Faktory ovplyvňujúce tepelnú vodivosť materiálov
Tepelnoizolačné vlastnosti materiálov sú pri výbere izolácie najdôležitejšie. Súčiniteľ tepelnej vodivosti λ je rozhodne prvý parameter, s ktorým sa pri výbere izolácie stretnete. Lambda závisí od konkrétnych podmienok, v ktorých sa materiál používa. Je teda rozdiel medzi deklarovanou lambdou stanovenou v laboratórnych podmienkach a vypočítanou lambdou v skutočných podmienkach. Dôležitú úlohu zohráva teplota prostredia, vlhkosť a tiež starnutie materiálu.
Moderné izolácie majú súčiniteľ tepelnej vodivosti veľmi nízky. Napríklad kanadská striekaná pena ICYNENE má λ = 0,038 W/mK. Pri výbere izolácie nezabudnite porovnávať aj ostatné parametre ako reakcia na oheň, nasiakavosť či trieda sadania.
Tepelné správanie zeminy v stavebníctve
Tepelné správanie zemín je všeobecne nepreskúmané a súčasné používané výpočty sú značne zjednodušené. Táto práca sa zaoberá dopadom použitia rozdielnych vlastností zeminy na numerické stanovenie lineárneho súčiniteľa prestupu tepla stavebných detailov pri základoch. Popisuje, ako numerické výpočty reagujú na tieto vlastnosti podložia.
Stavebné objekty sú vždy späté s konkrétnym okolím. Ich návrh sa už v počiatku odvíja od parametrov lokality a podložia, na ktorom budú spočívať. Dosah stavbou vyvolaného napätia v zemine je niekoľkonásobne hlbší, než býva napríklad jej šírka. Z tepelno-technického a energetického hľadiska je tento dosah v súčasnosti len pomerne ťažko určiteľný.
Pri návrhu objektu bežne využívame klimatické dáta pre danú konkrétnu oblasť. V prípade parametrov zeminy sa však pre všetky lokality používajú značne všeobecné hodnoty a pri výpočtoch predpokladáme značné zjednodušenia. Tento text prináša analýzu vplyvu parametrov podložia na hodnotu lineárneho súčiniteľa prestupu tepla stanoveného štandardným spôsobom. Štandardná metóda uvažuje s vytvorením výpočtového modelu s definovanými rozmermi stavebnej konštrukcie aj pripojeného bloku zeminy. Tepelno-technické parametre zeminy sú volené s ohľadom na znalosť podložia. Pre prípady, keď nie je známa žiadna bližšia informácia, použijú sa λ = 2,0 W.m⁻¹K⁻¹ a ρ ‧ c = 2,0‧10⁶ J.m⁻³K⁻¹. Inak sa uvažujú reálne hodnoty spriemerované v celej hĺbke.
Tepelná vodivosť zeminy λ [W.m⁻¹K⁻¹] sa podľa ČSN 730540-2 a ČSN EN ISO 13370 pohybuje v rozmedzí hodnôt od 0,7 do 2,3 W.m⁻¹K⁻¹. Pre kompaktné horniny, ktoré sa v podloží tiež môžu vyskytovať, nadobúda súčiniteľ tepelnej vodivosti maximálnu hodnotu 4,1 W.m⁻¹K⁻¹. Z uvedeného vyplýva, že podiel tepelných tokov zeminou je relatívne veľký.
Normy a výpočtové metódy
ČSN EN ISO 10211 Tepelné mosty v stavebných konštrukciách - výpočet tepelných tokov a povrchových teplôt - Podrobné výpočty je predpisom, podľa ktorého sa stanoví lineárny súčiniteľ prestupu tepla pre detaily stykov nadväzujúcich konštrukcií pri podlahe.
ČSN EN ISO 13370 Tepelné správanie budov - Prenos tepla zeminou - Výpočtové metódy je v súčasnej dobe presadzovanou metódou stanovovania tepelného toku zeminou. Tento predpis pristupuje k výpočtu na základe stanovenia tepelného toku medzi podlahou budovy a exteriérom.
Pri hodnotení vybraných detailov založenia stavby bola menená tepelná vodivosť zeminy. Ďalším súbežne sledovaným parametrom bola rovnorodosť zeminy.
Citlivosť výpočtov na vlastnosti zeminy
V programe pre riešenie 2D teplotných polí bol vykonaný výpočet tepelných priepustností hodnotených detailov. Teplotné pole vytvorené v modeli za účelom zistenia tepelného toku zeminou v jednotlivých výpočtových krokoch ukazuje hlavné smery tepelných tokov medzi podlahou a exteriérom.
Lineárne súčinitele prestupu tepla stanovené na základe obecných dát vstupujúcich do výpočtu sú vhodné ako porovnávací nástroj úrovne riešenia detailu alebo pre katalogizáciu detailov. Popis reálneho tepelného správania detailu je závislý od popisu parametrov priľahlého prostredia. Zemina je miestne aj druhovo veľmi rozmanitá a podlieha dynamickým zmenám v interakcii s vonkajším prostredím. Súčasťou súčasných podkladov je obmedzená škála možností použitia vstupných parametrov.
Výsledky výpočtov lineárnych súčiniteľov prestupu tepla jednotlivých hodnotených detailov v závislosti na parametroch bloku obklopujúcej zeminy sú vynesené do samostatných grafov. Je zrejmé, že súčasná metodika výpočtu je v rozsahu bežných tepelných vodivostí zeminy pomerne citlivá na vstupné dáta. Z uvedenej analýzy vyplýva rámcová predstava o medzných výsledkoch súčasného bežne využívaného postupu výpočtu lineárneho súčiniteľa prestupu tepla.
Na základe širokej škály vstupov parametrov zeminy bola preukázaná neistota vo výslednej hodnote lineárneho súčiniteľa prestupu tepla, ktorá sa premietne do hodnotenia celkovej energetickej náročnosti budovy, a to obzvlášť pri budovách s veľkým exponovaným obvodom. Z uvedených závislostí vyplýva, že výpočet detailu budovy s vyšším izolačným štandardom je viac ovplyvnený zmenami v pôdnom profile. Detail budovy s konštrukciami na hranici splnenia tepelno-technických požiadaviek vykazuje väčšie absolútne rozdiely výsledných hodnôt.
Zloženie a vlastnosti pôdnych substrátov
Rôzne typy substrátov obsahujú rôzne zložky. K tomu, aby ste si vedeli namiešať vlastný substrát, budete potrebovať poznať výhody a nevýhody každej z nich. Podľa konkrétnych potrieb rastliny tak potom budete vedieť, čo je pre ňu najlepšie.
Úspešná produkcia zeleninových priesad je vedľa optimalizácie klimatických faktorov do značnej miery závislá na kvalite pestovateľského substrátu. Kvalitatívne požiadavky sa týkajú hlavne fyzikálno-chemických vlastností. Základným kritériom substrátu je vysoký obsah humóznych a organických látok, vyrovnaný pomer živín, nízka objemová hmotnosť zaručujúca kyprosť, ľahkosť a vzdušnosť. Na priaznivý vývoj koreňov má vplyv prítomnosť organických látok humusovej povahy. Dôležité vlastnosti sú priepustnosť a vododržnosť substrátu.
Hlavné zložky substrátov pre rastliny
- Kompost: Je plný živín a vytvára sa fermentáciou zo zvyškov rastlín. Zložky živín sú v rôznom pomere, no najvýživnejší kompost je spravidla ten, ktorý si dokážeme vytvoriť z vlastných zvyškov doma. Nevýhodou kompostu je, že má veľmi nízku priepustnosť, preto je síce jedným z hlavných zložiek substrátu, ale nie jediným a mal by byť doplnený aj o ďalšie, priepustné zložky.
- Humus: Je jednou z najúrodnejších častí pôdy. Vďaka baktériám, plesniam, hubám, vode a rôznym teplotám dochádza k rozkladu organických látok rastlinného a živočíšneho pôvodu a vznikajú z nich jednoduché anorganické látky. Z týchto jednoduchých anorganických látok vďaka ďalším biologickým procesom dochádza k vzniku zložitých anorganických látok. Táto fáza sa nazýva humifikácia. Vznikajú v nej napríklad humusové kyseliny a minerály. Kvalitný humus má pomer uhlíka k dusíku 5:1.
- Rašelina: Proces vzniku rašeliny je veľmi dlhý a náročný. Vzniká v rašeliniskách rozkladom tráv, machu a rastlín. Rašelina je veľmi priepustná a dokáže zadržiavať vodu. Nevýhodou rašeliny na druhej strane je nízky obsah živín. Práve preto by sa mala vždy kombinovať s humusom alebo kompostom.
- Vrchovisková rašelina: Sa tvorí vo väčších nadmorských výškach, väčšinou v blízkosti vodných prameňov a je chudobnejšia na obsah minerálnych látok. Jej štruktúra je viac vláknitá. Túto rašelinu delíme ešte na svetlú a tmavú.
- Slatinná rašelina: Vzniká pri prameniskách podzemných vôd a preto obsahuje viac minerálnych látok. Menej prekypruje pôdu a tiež nevie zadržiavať toľko vody, čo vrchovisková. Je sypkejšia.
- Piesok: Najväčšou výhodou pieskovej zložky v substráte je, že dokáže zvýšiť priepustnosť a tiež dokáže zlepšovať odtok vody. Práve preto sa používa pri výseve trávnika, pri pestovaní bonsajov či sukulentov. Jeho nevýhoda je, že neobsahuje žiadne živiny. Práve preto by mal byť kombinovaný so zložkami, ktoré živiny obsahujú.
- Íl: Robí pôdu ťažkou, veľmi dobre drží vodu. Ílovitá pôda je ťažká a mazľavá, zostáva dlho mokrá a pri vysychaní praská. Obsahuje málo vzduchu a je studená. Ílovito-hlinitá pôda však vyhovuje hlúbovej zelenine ako kapusta, kel, kaleráb, karfiol či brokolica. Íly ako nosiče chemických hnojív je možné využívať pri zlepšovaní vlastností pôd. Bentonit je jedným z mnohých variant ílu. Vyznačuje sa schopnosťou prijať živiny obsadené v pôde po zálievke a tieto živiny postupne vydávať podľa aktuálnych požiadaviek rastlín.
- Kôra: Kôra stromov nemusí byť len dekoračným prvkom alebo súčasťou mulčovania. Drevená kôra sa do substrátov dáva kvôli vzdušnosti a hrubej štruktúre, ktorá pre niektoré rastliny môže byť ako opora. Takýto druh substrátu je vhodný pre epifyticky rastúce rastliny, napríklad orchidey, pri ktorých sa pridáva väčšinou píniová kôra. Väčšie čiastočky kôry tiež pre niektoré typy rastlín môžu byť oporou. Substrát bohatý na kôru je výborný pre epifytické rastliny, napríklad orchidey. Dôležitou zložkou veľkého množstva substrátov je kôrový humus, ktorý vzniká z kôry skompostovaním.
- Kokosové vlákno: Kokosové vlákno má schopnosť zadržiavať vodu. Môžete ho v záhradkárstvach vidieť veľakrát v listovanej forme ako tabletu, po jeho namočení sa jej objem mnohonásobne zväčší. Kokosové vlákna alebo kokosové kúsky majú mimoriadnu schopnosť zadržiavať vodu a vlhkomilné rastliny v substráte s ich obsahom veľmi dobre prosperujú.
Ďalšie prísady a ich funkcie
- Rašelinník (Sphagnum moss): Je druh machu s vlastnosťou udržiavať veľké množstvo vlahy.
- Perlit: Je biela tepelne spracovaná vulkanická hornina sopečného pôvodu. Tvoria ho drobné častice. Používa sa na odľahčenie pôdy vďaka nízkej objemovej hmotnosti, pretože obsahuje veľké množstvo kapilárnych aj nekapilárnych pórov. Perlit dokáže stabilizovať vlhkosť v pôde, prevzdušňuje substráty, zlepšuje využitie hnojív a je odolný voči mikroorganizmom a plesniam. Tieto jeho vlastnosti zúžitkujete pridaním hlavne k malým rastlinám či k výsevu. Vzhľadom na pórovitosť je perlit nasiakavý, a tým zabezpečuje vzdušnosť a zároveň rovnomerné zásobenie substrátu vodou. Zlepšuje odvod zálievkovej vody a zvyšuje v substráte podiel vzduchu.
- Keramzit: Je expandovaný ílový granulát s hladkým povrchom. Pre svoje dekoratívne a chemické vlastnosti má široké uplatnenie pre izbové rastliny. Využijete ho ako drenáž alebo hlavnú zložku pri hydroponickom pestovaní. Jeho ďalšou výhodou je jeho nízka hmotnosť a tepelná izolácia, keďže je veľmi pórovitý. Preto vašim rastlinám čiastočne pomôže pri zazimovaní.
- Zeolit: Je prírodná hornina, ktorá vynikajúco absorbuje vodu a iné látky. Je vhodné pridávať ho do pôdy za účelom lepšieho hospodárenia s vodou a hnojivom. Pôdu tiež prevzdušňuje.
- Hydrogél: Je sušená hmota, ktorá pripomína soľ, alebo je dostupná vo forme guličiek. Tento produkt má viacero variantov a dokáže zadržiavať vodu.
- Mykorhízne huby: Sú symbiotické huby, ktoré žijú napojené na korene rastlín. Vymieňajú si navzájom živiny. Využívajú sa aj pri výsevných substrátoch, keďže zabraňujú padaniu klíčnych listov.
Fyzikálno-chemické vlastnosti kvalitného substrátu
Medzi najviac priepustné pre vodu sú hrubozrnné substráty. Medzi vododržné patria substráty obsahujúce komponenty: rašelina, perlit, zemina. Okrem kvalitných fyzikálnych vlastností je potrebné, aby mal substrát aj dobré chemické vlastnosti. Tie môžu v mnohých prípadoch hrať významnejšiu úlohu ako fyzikálne vlastnosti.
Z hľadiska reakcie substrátu je vyhovujúca hodnota pH medzi 5,5 až 7,0. Medzi rozhodujúce vlastnosti patrí koncentrácia rozpustných solí v substráte. Zasolený substrát veľmi negatívne vplýva na rast a vývin rastlín. Vysoká zasolenosť zapríčiňuje úhyn rastlín.
Pre uspokojivý rast a vývoj priesad je dôležité množstvo a pomer hlavných živín v substráte, čiže pomer N-P-K dusíka, fosforu a draslíka. Pokiaľ sa substrát pripravuje s prevahou rašeliny, je účelné dodávať i mikroživiny (Fe, Mn, Mo, B, Cu, Zn).
Substrát na semi-hydroponické pestovanie je neutrálny, neobsahuje žiadne živiny, takže ani priestor pre baktérie a plesne.
Príklady špecializovaných substrátov
Z hľadiska dostupnosti organických komponentov možno odporučiť špeciálnu prípravu substrátu pre pestovanie zeleniny a priesad zelenín. Priemyselne vyrábané substráty uvedeným podmienkam prevažne vyhovujú. Substráty predávané v špeciálnych predajniach sú homogénne, majú vyrovnanú živinovú bilanciu a sú sterilné.
- Substrát na výsev a množenie: Má zloženie: rašelina, piesok, upravené pH, jemná štruktúra. Nízky obsah živín zaručuje rovnomerné schádzanie semien a zakoreňovanie rezkov.
- Substrát na rezkovanie: Má podobne jemnú štruktúru, obsahuje vybrané druhy rašeliny, kremičitý piesok a má upravenú reakciu.
- Pre Profi pestovateľov existujú aj ďalšie substráty, ako sú výsevné substráty pre zeleninárov s perlitom, pikýrovací substrát s bentonitom, substrát pre balíčkovú sadbu, substrát s organickým hnojivom; substráty výsevné pre lesné škôlky na výsev a sadbu listnáčov, ihličnanov; substráty pre pestovateľov kvetín a pre okrasné škôlky.