Wpis z cyklu: “Nie znam się, ale się wypowiem”
Rynek izolacji termicznych dominują produkty o barwie ciemno szarej. “Zmiana koloru” EPS lub XPS znacznie redukuje jego współczynnik λ [W/mK] z wartości 0,038-0,042 na 0,031-0,033.
Ki diaboł tam siedzi?
W trakcie produkcji materiałów spełnianych dodaje się do nich mączkę grafitowa, sadzę lub związki “amelinium” do 4% zawartości – tak zwane dodatki atermiczne.
Co zmienia dodanie garści śmieci do polistyrenu? Poza zmianą różnych właściwości fizycznych (raczej na gorsze) rzekomo ma zmieniać emisyjność długofalową szkieletu polistyrenu.
Co się składa na wartość przewodnictwa cieplnego takiego materiału porowatego?
- Przewodzenie szkieletu materiału
- Przewodnictwo gazu w porach
- Wpływ konwekcji gazu (w przypadku porowatych raczej wartość nieistotna)
Przewodzenie przez promieniowanie zależne od emisyjności szkieletu.
Parę słów o promieniowaniu
Wszystkie ciała (wybaczcie fizycy) emitują i absorbują energią za pomocą promieniowania elektromagnetycznego. Ciała w “zwykłej” w zwykłej temperaturze emitują promieniowanie w zakresie długich fal podczerwonych (wraz ze wzrostem temperatury emisja przesuwa się w stronę widma fal widzialnych).
Rozkład promieniowania ciała idealnie czarnego (czyli takiego, który w 100% emituje i absorbuje promieniowanie) opisuje Prawo Plancka.
Poniżej prosta wizualizacja:
W rzeczywistości ciała nie są “idealnie czarne” i ich zdolność do emisji jest różna w różnych długościach fali i w różnych temperaturach.
W zakresie widzialnym intuicyjnie wiemy, że czarna koszulka więcej pochłonie promieniowania słonecznego a biała więcej odbije. Wiemy też, że kebaba lub poszkodowanego w wypadku dobrze okryć sreberkiem aby ograniczyć emisję promieniowania. Wiemy też, że foliowe pokrycie głowy zredukuje ilość dedykowanych reklam na telefonie.
Przykład zmiany oporu szczeliny powietrznej w zależności od emisyjności
Poniżej jako przykład zaprezentuje wpływ wartości emisyjności powierzchni na przykładzie dużej szczeliny wg PN-EN ISO 6946 „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”. Wzór jest wszelako krytykowany i ma dużo ograniczeń, ale robię to tylko dla wizualizacji
Opór przestrzeni powietrznej:
Gdzie współczynnik przejmowania ciepłą przez promieniowanie wynosi:
Emisyjność wypadkowa E jest zależna emisyjności (ε1 i ε2) przegród po obu stronach przegrody przestrzeni powietrznej.
Współczynnik przejmowania ciepłą przez konwekcje ha [W/(m2*K)] w przypadku przepływu poziomego wynosi wartość większą z 1,25 lub 0,025/d (d- grubość szczeliny)
Gdzie, hro – współczynnik przejmowania ciepłą przez ciało idealnie czarne
(szczegóły w normie)
Liczmy przykład szczeliny szerokości 3 cm i średniej temperaturze w szczelinie 5*C:
Jak widać, na powyższym wykresie, zmiana pokrycia powłok ograniczających szczelinę powietrza na refleksyjne potrafi zmienić wartość oporu szczeliny ok. trzykrotnie.
Wartość tego oporu nie jest oszałamiająca z uwagi na fakt, że lepszy efekt uzyska się poprzez zastosowanie 3 cm warstwy styropianu zamiast 3 cm pustki (kiedyś nie było dobrych materiałów izolujących dlatego stosowało się pustki).
Są przypadki gdzie zmiana emisyjności powierzchni przynosi istotny efekt, np.:
- Okna z powłokami niskoemisyjnymi
- Panele próżniowe typu VIP
- Dachy podlegające silnej radiacji do nieboskłonu
- Izolacje instalacji wysokotemperaturowych
Emisyjność szkieletu EPS szarego
Należy zadać pytanie jak dodanie mączki do polistyrenu zmienia jego “zdolności emisyjne”?
Niestety jest to trudne do określenia z uwagi na fakt, że producenci nie muszą tego badać a opór cieplny materiału można zbadać bez wyznaczania tej wartości.
W Internetach znalazłem parę prób wyznaczenia tej wartości w zakresie widma pracy kamery termowizyjnej, ale uznaje je za prawdopodobnie błędne. Mnie samemu też brakuje narzędzi aby dokonać szacowania w satysfakcjonujący dla siebie sposób. Należy zwrócić uwagę na fakt, że większość powierzchni styropianów EPS na budynkach jest zniszczonych przez promieniowanie słoneczne co też zmienia parametry.
Cos tam w internetach jednak znalazłem to się podzielę. Badania pokazuje odpowiedź różnych materiałów spełnionych w spektroskopie Ramana. Interpretacja jest dla mnie zbyt trudna, ale może ktoś się zainteresuje.
(Structural analysis of insulating polymer foams with terahertzspectroscopy and imaging
Andreja Abina a, Uros Puc, Anton Jeglic, Aleksander Zidansek)
(Change in conductive-radiative heat transfer mechanism forced by graphite
microfiller in expanded polystyrene thermal insulation-experimental and
simulated investigations, Blazejczyk Aurelia, Jastrzębski Cezariusz, Wierzbicki Michał)
—————————————————————————————————————————————————————————————————————————–
Chciałem sprawdzić co się dzieje z EPS białym i grafitowy w spektrum kamery termowizyjnej – czyli w okolicy szczytu promieniowania.
Wziąłem odpady z budowy, nakleiłem na próbki taśmę o znanej wysokiej emisyjności (ok. 0,94), próbki wrzuciłem na chwilę pod otwarty nieboskłon nocny nieboskłon (promieniowanie średnie odbite to -19*C)
Okazało się, że płyta biała zachowała się jak “lustro w podczerwieni” a płyta szara miała niewielką różnicę temperatury w stosunku do wysokoemisyjnej taśmy.
Czyli w tym zakresie widma i na tych próbkach ta cała ładna teoria się nie sprawdziła. Będę musiał zweryfikować też inne próbki i metodą weryfikacji.
