Reflexní parotěsná fólie Sunflex Roof-In v praktické zkoušce

Tepelné vlastnosti fólie Sunflex s tepelně reflexní vrstvou otestovala Fakulta stavební VUT Brno ve spolupráci s firmou TART, s.r.o. Fólie o tloušťce 3,5 mm vložená dovnitř lehké duté stěny zvýšila její tepelný odpor zhruba na trojnásobek, výpočtem o 0,67 m²K/W, což odpovídá víc než sedm krát silnější vrstvě minerální vlny. Je to první publikované měření tohoto druhu v ČR.

Experiment byl navržen tak, aby byl vliv fólie co nejvíc patrný. Byla postavena jednoduchá lehká stěna, simulující montážní předstěnu obvodové stěny, o celkové tloušťce 70 mm složená z OSB desky (14 mm) a sádrokartonu (12,5 mm), mezi nimiž byla ekvidistantní mezera o světlosti 43,5 mm, do níž byly vsazeny fólie: v jedné polovině parotěsná, tepelně odrazivá fólie Sunflex Roof-In, obr. 1, v druhé polovině parozábrana bez reflexní vrstvy. Potom byly měřeny ustálené povrchové teploty na vnějších površích stěny v obou jejích polovinách (s reflexní, resp. obyčejnou fólií) a v podmínkách, kdy stěna oddělovala chladné (EXterní) prostředí o teplotě –15 °C, resp. –18 °C a teplejší prostředí (INterní) o teplotě 21,1 °C resp. 21 °C.

Experiment poskytl čtyři soubory výsledků – pro dvě fólie a dvě externí teploty, které ukazuje tab. 1. Rozdíl teplot na vnějších površích stěny s reflexní fólií Sunflex byl zhruba o třetinu vyšší ve srovnání se stěnou bez fólie. Např. při měření při prostorové teplotě T_EXT = –15 °C zvýšila fólie rozdíl povrchových teplot z 21,7 °C na 29 °C, tj o 33,6 %. Přítomnost fólie, jinak řečeno, podstatně zvýšila tepelný odpor stěny.

Zadavatel měření, firma TART, s.r.o., si zkouškou ověřila, jak se tepelně reflexní vlastnosti její fólie projeví v reálné konstrukci ve srovnání s použitím běžné fólie. Měření přesvědčivě vyznělo ve prospěch reflexní fólie. Argumentace firmy, že její reflexní fólie SUNFLEX ROOF-IN ve stropech či stěnách působí příznivě, zvyšuje jejich tepelný odpor a zlepšuje povrchové teploty, se zkouškou plně potvrdila. Pokusme se z naměřených povrchových teplot odvodit vlastnosti fólie SUNFLEX v číslech.

Rozbor výsledků měření

Tab. 1 ukazuje na nápadný rozdíl mezi povrchovou a prostorovou teplotou (přestupovým schodem) na studené resp. teplé straně stěny s reflexní fólií. Pro měření s externí teplotou –15 °C je to číselně 1,7 °C resp. 5,4 °C. U stěny s obyčejnou fólií jsou tyto schody 7,6 °C resp. 6,8 °C, tedy ne sice stejné, ale blízké. Měření při externí teplotě –18 °C skončilo podobně (2,4 °C resp. 5,3 °C s reflexní fólií a 9,0 °C resp. 6,7 °C s běžnou fólií).

Měli bychom čekat, že přestupové teplotní schody budou na studené i teplé straně téhož měření stejné nebo blízké, protože i přestupové odpory jsou zde stejné nebo blízké. To se však neděje.

Za druhé by se měl zachovávat poměr přestupových schodů na obou vnějších plochách stěny (ať už je rovný nebo blízký jedné) u všech měření, tj. s reflexní a běžnou fólií či při různých teplotách. Ani to se neděje, neboť např. 1,7 : 5,4 = 0,31 ≠ 7,6 : 6,8 = 1,12.

Vysvětlení spočívá v nesymetrii testu. Tedy v tom, že teplo vstupuje do konstrukce plochou o jiné velikosti, než je plocha, ze které teplo vystupuje ven do chladicího boxu. Celkový ustálený tok tepla je stejný, ale na větším povrchu má menší hustotu, čímž se povrchová teplota přiblíží prostorové.

Budiž je A_EX velikost chladné, pro tepelný tok tedy výstupní plochy. Celkový tok tepla vystupujícího z konstrukce je A_EX·I_EX, kde I_EX je intenzita toku v W/(m²K) na výstupu. Hledejme velikost teplé (neboli vstupní) plochy A_IN, kterou vstupuje teplo do konstrukce. Musí platit:

Vyjádříme-li intenzitu jako podíl přestupového schodu a přestupového odporu ΔT_P/R_P, dostaneme po drobné úpravě:

kde p je podíl ploch, který charakterizuje nesymetrii měření, ΔT_P jsou přestupové schody a r je podíl přestupových odporů R_P na ohřívané, resp. ochlazované ploše.

Předpokládejme, že přestupové odpory na obou plochách stěny jsou stejné (r = 1) a rovné R_P = 0,13 m²K/W. Tuto hodnotu jsme převzali z ČSN 73 0540 pro interiérové podmínky, tedy bezvětří, které je u našeho experimentu splněno na obou stranách měřené stěny.

Například pro přestupový schod 1,7 °C na a 5,4 °C na teplém povrchu, viz tab. 2 v druhém datovém řádku, dostaneme p = 0,31. Čím je menší podíl p, tím je na vstupu větší plocha, ale menší hustota toku tepla.

Z přestupových schodů a odporu R_P = 0,13 m²K/W lze určit hustoty tepelných toků na obou površích pro všechny čtyři soubory měření. Jejich porovnáním, viz tab. 2, zjistíme, že reflexní fólie ve stěně podstatně sníží hustotu tepelného toku na (studeném) výstupu – cca o 75 %, zatímco hustotu toku na vstupu sníží jen o málo (o 21 %), což je kompenzováno velkým zmenšením vstupní plochy A_IN.

Poznamenejme, že podíl p není vlastnost konstrukce, ale měření. Jinak řečeno, p závisí na uspořádání, jakým konstrukce odděluje teplo a chlad. Plochy A nelze chápat jako zřetelně ohraničené plochy na površích konstrukce. Je-li p ≠ 1, je uvnitř konstrukce (i místech přesahu mimo chladicí box) nehomogenní teplotní pole s gradienty různých směrů i velikostí. Ideální pro vyhodnocení výsledků je, když p = 1.

Vyhodnocení výsledků měření fólie SUNFLEX

Z každého souboru dat plyne minimální a maximální hodnota povrchových hustot tepelných toků, viz tab. 2.

Např. pro měřená při externí teplotě T_E = –15 °C u stěny s běžnou fólií to je 58,5 m²K/W na studeném okraji, resp. 52,3 m²K/W na teplém; u stěny s reflexní fólií pak 13,1 m²K/W, resp. 41,5 m²K/W. Střední hustota toku tepla bude někde mezi nimi. Dokážeme rozhodnout, kde „mezi” to bude?

Víme, že kdybychom mohli rozšířit konstrukci i její ochlazovanou a ohřívanou plochu do nekonečna, ustálil by se v ní homogenní tepelný tok. Jeho intenzita by byla všude stejná, uvnitř i na okrajích, a kolmá na stěny. Matematicky by se pak střední intenzita toku tepla konstrukcí I_KCE vyjádřila pomocí okrajových intenzit I_EX a I_IN (které jsou stejné), jako jejich průměr, tedy I_KCE = (I_EX + I_IN)/2.

Přijměme stejný vzorec i pro naše měření a navíc požadujme, aby také součin A_KCE·I_KCE splňoval rovnost (1). Z toho po dosazení do rovnice I_KCE = ΔT_KCE/R_KCE plynou pro tepelné odpory stěny následující hodnoty:

1. Stěna s běžnou fólií, T_E = –15 °C: R_KCE = 0,392 m²K/W,

2. Stěna s reflexní fólií, T_E = –15 °C: R_KCE = 1,062 m²K/W,

3. Stěna s běžnou fólií, T_E = –18 °C: R_KCE = 0,386 m²K/W,

4. Stěna s reflexní fólií, T_E = –18 °C: R_KCE = 1,057 m²K/W,

Navýšení tepelného odporu stěny, které je způsobeno nahrazením běžné fólie reflexní fólií, lze spočítat z rozdílu tepelného odporu u obou polovin stěn při stejné teplotě. Za výše uvedeného předpokladu, že odpor při přestupu tepla na obou vnějších površích předstěny je 0,13 m²K/W, plyne z měření při teplotě chladicího boxu –15 °C hodnota ΔR_KCE = 0,670 m²K/W a z dalších dvou měření (teplota boxu –18 °C) pak ΔR_KCE = 0,671 m²K/W.

Součinitel prostupu tepla reflexní fólie U_RF, která je ve stěně umístěna nekontaktně, je pak

kde U_OB je součinitel prostupu tepla obyčejné fólie. Ze (3) pak plyne pro 1/U_OB → 0 maximální hodnota součinitele prostupu tepla reflexní fólií U_RF = 1,49 W/(m²K). Skutečná hodnota U_RF, kdy se člen 1/U_OB nezanedbává, vyjde nižší a tedy z pohledu tepelné ochrany příznivější.

Závěr

Článek diskutuje měření lehké předstěny složené z OSB desky a sádrokartonu, mezi nimiž je vzduchová mezera a v ní obyčejná, resp. reflexní fólie SUNFLEX ROOF-IN o tloušťce 3,5 mm. Z měření a výpočtů, v nichž je podstatný předpoklad, že je na obou vnějších površích předstěny stejný odpor při přestupu tepla 0,13 m²K/W, vyplynul závěr: reflexní fólie uvnitř stěny zvýší v porovnání s běžnou fólií její tepelný odpor na 2,5 násobek, výpočtem o 0,670 m²K/W. To odpovídá víc než sedm krát silnější vrstvě minerální vlny.

Odvozený součinitel prostupu tepla reflexní folie je pak podle (3) menší než 1,49 W/(m²K). Vynásobením tloušťkou reflexní fólie 0,0035 m dostaneme číslo 0,0052 W/(mK) o rozměru součinitele tepelné vodivosti, v němž jsou ale zahrnuty odpory při přestupu tepla, zvýšené vysokou reflexí tepelného záření.

Toto číslo ukazuje, že u sestav složených z několika reflexních fólií SUNFLEX ROOF-IN, kdy se většina přestupových odporů na reflexních plochách stane součástí vnitřní struktury vícevrstvé sestavy, by bylo možné docílit velmi nízké hodnoty součinitele tepelné vodivosti, blížícímu se 0,005 W/(mK)..

Literatura a zdroje

[1] Hana Marková, Petr Kacálek: Testování folie Sunflex ve skladbě vzorové obvodové stěny. VUT FAST Brno,prosinec 2008.