Vypočítajte si cenu svojho domu
Námestie Andreja Hlinku 1, 010 01 Žilina
+421 911 613 911

AKUMULAČNÉ a NEAKUMULAČNÉ DOMY vs. fámy a mýtusy

Ide opäť o článok z oblasti fám a mýtusov, založených na fyzikálnych oddôvodneniach „webových odborníkov“ používajúcich fyziku z inej galaxie…

Na weboch zistíme že betón má vysokú akumulačnú schopnosť.

Ale je to naozaj tak?

Akumulačnú schopnosť, alebo schopnosť materiálu prijímať teplo (Q) vyjadruje merná tepelná kapacita materiálu, (označujeme ju “c”). Voda ju má napríklad 4200J/kg.K, drevo napríklad 2500J/kg.K a betón okolo 1000J/kg.K, a vzduch napríklad má tiež okolo 1000J/kg.K.

Z tejto primárnej vlastnosti materálu vyplýva, že betón má najslabšiu schopnosť uchovávať teplo. Prečo sa teda betón považuje za akumulačný materiál? No iba preto, lebo ľudia sú lajci a veciam nerozumejú. Totiž nejaký mudrák ktorý asi dával v škole náhodou pozor tak uvidel na tabuli vzorec

Q(teplo)=c(tepelná kapacita) . m(hmotnosť) . (t2-t1). t2-t1 je rozdiel teplôt ktorý nás nezaujíma a povezdme že to budeme skúmať pri rozdiele teplôt 1°C čo stačí na pochopenie.

TAkže tento náhoďák, alebo klamár, ktorý možno robil s betónom chcel pre svoj biznis zohnať klientov a ukazoval im tento vzorec, ktorý je veľmi vhodný pre betón, nakoľko vzorec Q=c.m.(t2-t1) v sebe „ukrýva“ aj vplyv hmotnosti a preto je pre betón zaujímavý. Totiž ako vidíte tak betón je najťažší s pomedzi spomínaných materiálov na 1m3. 1m3 betónu váži až 2500kg, dreva iba okolo 500kg, a voda 1000kg. Lenže z vody sa steny urobiť nedajú, tak ju nebudem spomínať ďalej.

Čo nám potom výde ak dosadíme do vzorca?

Betón: Q=1000 . 2500 . 1 = 2.500.000J = 2,5MJ energie v 1m3

Drevo: Q=2500 . 500 . 1 = 1.250.000J = 1,25MJ energie v 1m3

Z tohoto pohľadu sa zdá, že betón do seba absorbuje 2x viac energie. Áno je to pravda. ale… faktom ostáva, že betón má 2,5x horšiu schopnosť ukladať do seba teplo ako drevo nakoľko ako som spomínal betón má mernú tepelnú kapacitu 1000J/kg.K a drevo 2500J/kg.K!

A teraz sa z toho stáva veľká neznáma pre človeka, ktorý fyzike rozumie len z pohľadu základnej školy. Totiž je to takto.

Ak má betón schopnosť udržať v sebe 1000 joulov tepla pri hmotnosti 1kg a rozdiele teplôt 1 Kelvin alebo 1°C tak to znamená, že vedie len preto že je ťažký, ale fakt je že neudrží v sebe veľa tepla ako takého. To znamená, že vplyvom hmotnosti do seba teplo síce “nasaje” a to pomerne rýchlo, lebo jeho schopnosť nasať do seba teplo je vysoká, ale naopak aj schopnosť vydať zo seba teplo je vysoká. Toto určuje súčiniteľ tepelnej vodivosti tepla Lambda ktorý sa udáva v jednotkách W/m2.K. Betón má lambdu okolo 2-2,5 W/m2.K kým drevo má lambdu okolo 0,13W/m2.K čo znamená, že drevo energiu pomaly do seba nasáva ale aj pomaly zo seba vydáva.

A teraz k praktickej stránke veci.

Predstavme si dom o rozlohe 100m2 podlahovej plochy. TAkýto dom má obvodový plášť o ploche asi 120m2 a priečky majú plochu asi 100m2. Pozrime sa teda na objem materiálu, ktorý v dome vlastne máme, koľko energie vie do seba “nasať”, ako rýchlo ju do seba vie nasať, a ako dlho tú energiu bude zo seba “vydávať” do priestoru bytu…

Výpočet objemov:

Steny 120m2 v hrúbke 15cm (15cm stačí), a priečky 100m2 v hrúbke 10cm (napríklad Ytong SILKA, má vlastnosti ako betón).

V = 120 . 0,15 + 100 . 0,1 = 18 + 10 = 28m3

Čiže objem betónu v priemernom dome (ak nepočítame základy) je okolo 28m3 hmoty.

Spočítajme si drevo:

drevo sa počíta trochu horšie lebo ide väčšinou o stĺpikovú konštrukciu takže tu proste množstvo napíšem bez výpočtu. Musíme si však objasniť skladby, lebo každá drevená skladba má iné množstvo dreva. JA pre tento prípad vyberám takú skladbu kde je dreva pomerne dosť. Povedzme že zvolím zatiaľ nemenovanú skladbu o hrúbke 10cm dreva na plášti aj na priečkach (priemerne. lebo na plášti je o niečo viac a na priečkach o niečo menej).

Potom objem dreva je V= 120.0,1 + 100.0,1 = 12+10=22m3 dreva

 TAkže máme dva domy postavené jeden z dreva a druhý z betónu. Ten z dreva má objem 22m3 a z betónu 28m3. VYpočítajme si hmotnosti tých materiálov.

22m3 dreva váži 22.500=11ton

28m3 betónu váži 28.2500=70ton

Betón jasne vedie!

Ako je to u nich s akumuláciou tepla?

Betón Q=1000.70000.1=70MJ

Drevo Q=2500.11000.1=27,5MJ

Po prepočte na kWh ide o množstvo naakumulovanej energie

Betón = 19,4kWh

Drevo = 9,6kW

Zase betón logicky vedie.

Poznámka.

V oboch domoch sa však nachádza ešte minimálne podlahový betón (okolo 4kWh), podlaha, nábytok, a iné predmety (tiež asi 4kWh), takže drevený dom má v sebe uschovanú energiu povedme okolo 18kWh čo je samozrejme dostatočná energia. Ale článok vysvetľuje iný stav, preto čítajme ďalej.

A teraz sa pozrime bližšie na praktickú stránku veci.

Ako vyzerá bežný deň? Asi tak, že cez deň sa v dome žije, beží TV, ohrev vody, nejaká káva, ľudia sa hýbu, vonku je teplejšie ako v noci. Čiže cez deň vzniká pomerne dosť tepla a v niektorých domoch sa cez deň ani nezapne kúrenie. Kúriť sa začína až večer/v noci kedy je všetko povypínané, ľudia sa nehýbu (negenerujú teplo) a hlavne vonku je výrazne chladnejšie ako cez deň čo spôsobí najväčšie ochladenie budovy. TAkže dokurovať potrebujeme hlavne v noci, a ideálne by bolo na noc do domu naakumulovať čo najviac VYUŽITEĽNEJ energie. Zámerne som napísal využiteľnej, lebo ak si dáte do Škoda FAbia motor o výkone 2000koní tak nebudete mať o 4x väčšie lepšie zrýchlenie ako s motorom o výkone 500koní, nakoľko výkon 2000 koní na aute s hmotnosťou 1000kg len ťažko využijete a zrýchlenie oboch áut bude približne rovnaké. Teda bude na hranici fyzikálnych možností adhézie…. Čo sa stane s energiou motora 2000k pri zrýchlení takého auta? Jednoducho vyprší do “vzduchu”, premení sa na teplo spálených pneumatík a nám je úplne nanič. Skôr naopak, urobí nám zbytočne viac škody ako osohu, a na okruhu by Fábia 500k určite vyhrala nad Fábiou 2000k ak nie pre vyššiu hmotnosť motora 2000k tak určite pre lepšiu spotrebu benzínu a dlhší dojazd na jedno natankovanie.

Prečo o tom píšem?

Preto aby sme si dali do pomeru množstvo naakumulovanej energie v dome vs. množstvo energie ktorú potrebujeme do ďalšieho dňa využiť.

 

Poďme sa teda na to pozrieť.

Ako som vyššie napísal, betónový dom má v sebe uložených 19,4kWh a drevený len 9,6kWh tepla (vo zvislej konštrukcii). Kvalitný dom potrebuje na vykurovanie pri 0°C (priemerná výpočtová teplota v zime, aj keď priemerná zimná teplota je okolo 4°C) povedzme 2kW tepla každú hodinu. Ak uvážime, že cez deň je v dome okolo 23°C ale na spanie je 23°C asi aj dosť veľa, tak zistíme, že na noc si každý nastavuje kúrenie na menej stupňov. Povedzme na 21°C, čo je o 2°C menej. Dajme tomu, že chceme podmienky pritvrdiť a povieme si že do rána nechceme aby teplota klesla! Koľko energie teda potrebujeme do rána energie ak každú hodinu potrebujeme 2kWh? Jednoduchý výpočet Q= dĺžka spánku x 2kW = povedzme 8×2=16kWh

A tu by sa zdalo, že sme na konci a betón je ideálny materiál nakoľko v dreve máem len 9,6kWH čo je menej ako 18kWh, kým v betóne máme až 19,4kWh takže sa zdá, že je to vporiadku a betón do rána vydrží.

Pozrime sa teda na ďalšiu praktickú stránku veci.

Ako som na začiatku spomínal, betón má nízku schopnosť do seba “nasať” teplo (1000J/kg.K) a vplyvom vysokej lambdy (2,5W/m2.K) má schopnosť toto teplo rýchlo do seba uložiť ale aj rýchlo zo seba uvolniť.

Čo sa teda stane keď ideme spať?

Tým že je betón zohriaty a v dome je už 23°C tak sme na limite. V okamihu ako prestaneme do betónu dávať enrgiu on ju začne uvoľňovať do bytu/domu. MY ideme spať pri 23°C a betón začne vysokou rýchlosťou uvoľňovať teplo čo je dané aj jeho lambdou, a stane sa to, že v dome začne narastať teplota ďalej a tá sa stáva pre spánok nepríjemná, lebo je nám moc teplo a my začneme vetrať. Vetraním spôsobíme to, že betón ochladíme na vyhovujúcu teplotu a spánok sa začína. Lenže betón svoje teplo dokáže rýchlo uvoľniť a z 19,4kWh máme zrazu skoro nič. Z čoho vyplýva, že kúrenie sa zapne a dorovná teplotu v dome a ak sa všetky deje ustabilizujú, tak do rána sa nič zvláštne nestane a kúrenie sa už možno ani nezapne, lebo betón ostane (teoreticky) zohriaty o 0,1°C viac ako je vzduch.

Realita je však ešte trochu iná.

A to taká, že vplyvom rýchleho odvzdávania prijímania tepla to betónu si betón nevie udržať vyššiu teplotu ako je teplota v dome a a väčšinu z dňa je výrazne studenší ako je teplota vzduchu v dome. Ak by sme sa snažili ho zohriať na vyššiu teplotu ako je teplota vzduchu, z čoho bysa betón mohol stať pozitívnou akumuláciou tak by toto bolo pre nás neefektívne.

Z tohto dôvodu a z dôvodu zlej efuzivity (nižšie) nie je betón vhodný pozitívny akumulačný materiál na zimu do rodinných domov. Vhodný je na podlahy ako poter alebo ako interiérová základová doska a jeho akumulácia je využiteľná v lete na chladenie domu.

 Jednoducho ten betón to moc rýchlo zo seba vydáva. Stačí ak otvoríme dvere alebo ideme na balkón na terasu, alebo začneme vetrať lebo máme ťažký vzduch (čo sa deje v domoch non stop).

U dreva je to iné. Drevo má lambdu 19x nižšiu ako betón takže teplo uvoľňuje pomalšie ale aj získava do seba pomalšie.

Tu vás určite napadnú otázky:

– ale veď ak drevo do seba dostane energiu pomaly tak na večer nebude zohriatie…

– čo ak drevo nedokáže cez deň energiu do seba dostať? Alebo dostať jej dosť.

Ono je to takto

Cez deň je vonku vyššia teplota a času na akumulovanie je omnoho viac ako v noci na uvoľňovanie tepla. Predsa spánok trvá 8h a ostatný deň 16h teda 2x dlhší čas. Kým betón za deň dosiahne vrchol viac krát a viac krát sa aj ochladí lebo cykluje moc rýchlo, tak drevo naberá teplotu postupne a neochladzuje sa až tak moc nakoľko mu to dosť dlho trvá ako som spomínal vyššie. Preto drevo horko ťažko k večeru naberie všetko teplo z dňa kým betón to teplo nahromadil niekoľko krát v dni a zase zo seba vydal. A kam ho vydal? No proste ak s av dome cez deň niečo robilo, tak to teplo ľudia jednoducho vyvetrajú.  Drevo aj betón svoje teplo neuvoľňujú len do domu ale aj von z domu, a keďže betón cykluje s vyšším rozdielom teplôt tak uvoľní aj viac tepla do exteriéru, kým drevo nie.

Drevo má potom oproti betónu vyrovnanejšiu teplotu a v konečnom dôsledku aj teplejšie steny. V betónovom dome takmer nikdy nedosiahne stena teplotu interiéru kým v drevenom je to normálne že stena má teplotu interiéru. Človek na teplotu steny interiéru reaguje dosť citlivo, a to tak, že ak sa nachádza v priestore kde je napríklad 23°C ale stena má 20°C tak je mu chladno, ale ak je v priestore kde je 21°C a stena má 21°C tak je mu teplo… Ľudské teplo tak jednoducho funguje a tu s fyzikou moc toho nenarobíme… Preto sa v betónových domoch kúri na vyššie teploty ako v drevených čím je reálna strata betónového domu vyššia ako u dreveného ked nie ničím iným tak minimálne vplyvom tohoto prekurovania.

EFUZIVITA

 Všetky tieto doteraz napísané veci ohľadom vlastností materiálov z hľadiska ukladania a uvoľňovania energie v sebe spája jedena vlastnosť materiálov. Je to efuzivita. Efuzivita má jednotku  W.s-1/2 / m2.K = wat na sekundu na mínus 1/2 na m2 krát Kelvin.

A vypočíta sa:

Ide o parameter ktorý vlastne v sebe spája všetko čo robí materiál materiálov ak sa bavíme o akumulácii a udržateľnosti tepla. Všimnite si prvú polovicu jednotky W za sekundu na 1/2. Teda ak by sme to chceli vyjadriť ako rýchlosť teda za sekundu, potom by bola jednota W na druhú za sekundu. Teda tu vieme určiť ako rýchlo sa teplo z materiálu uvoľňuje. Efuzivotu by sme mohli zjednodušene nazvať aj “miera rýchlosti uvoľňovania tepla z materiálu“.

Betón má EFUZIVITU 2100 W/-1/2 / m2.K

Drevo má EFUZIVITU 550 W/-1/2 / m2.K

Čiže drevo zo seba vydáva teplo zhruba 4x pomalšie ako betón.

Čo z toho vyplýva?

Iba toľko, že betón do seba síce “nasaje” 2x viac energie ako drevo, ale vydá ju zo seba 4x rýchlejšie ako drevo čím sa stáva oproti drevu 2x horším materiálom z hľadiska REÁLNEJ a využiteľnej akumulácie tepla!

Takže ako vidíte, nič nie je také jednoduché ako si reklamný leták myslí, ale iba ľudia sú tak málo vzdelaní o čom predajcovia vedia a preto ľudí ľahko oklamú. Môj názor je taký, že štát by mal zákonom ľudí chrániť pred tendenčnými a zavádzajúcimi informáciami v reklamách, a vzhľadom na sumy peňazí, ktoré sa v stavebníctve “premelú” by mali byť minimálne klamlivé reklamy o stavebných materiáloch a postupoch trestným činom!

INFRA VYKUROVANIE vs. EFUZIVITA

Doplním ešte tabuľky vybraných materiálov, v chcel by som upozorniť na koberec, ktorého akumulácia je veľmi vysoká a rýchlosť uvoľňovania tepla naopak veľmi nízka. Preto považujem koberez na najlepší materiál na podlahu ak chceme mať príjemný pocit dlhotrvajúceho tepla bez použitia podlahového kúrenia. Samozrejme ak sa spojí s infrafóliami tak dokáže svoje vlastnosti znásobiť.

O čo ide a prečo spomínam infravykurovanie?

Z textu vyššie vieme, že efuzivita je priaznivá aj nepriaznivá. Priaznivá v tom keď sa teplo z materiálu uvoľňuje a neprianivá keď teplo do materiálu vkladáme. Aby sme urýchlili „vkladanie“ tepla do materiálov s nízkou efuzivizou tak môžeme použiž infra zdroje tepla. Toto teplo sa šíri nie vedením a prúdením ale žiarením čím sa materiál nahreje skôr. Potom keď je už napríklad drevo alebo koberec zohriaty, teplo uvoľňuje vedením a prúdením vzduchu kde sa efuzivita uplatňuje.

Naši predkovia toto podvedome prirodzene vedeli a preto stavali drevenice, ktoré mali steny z 20-50cm širokého dreva, a domy dopĺňali infra zdrojom tepla teda veľkou pecou.

Takto dosiahli ideálne podmienky dnes už takmer nedosiahnuteľné! Toto považujem za nulový dom I. generácie.