2024. április 16., kedd

UJ HONLAP BANNER 250 100

Orbán József lapunk augusztusi és szeptemberi számában megjelent vitaindító írására fizikus szerzőnk reagál. Cikkének első részét előző számunkban közöltük.

E) Nő-e a fal hőmérséklete belül, ha nanokerámiás festékkel vonják be?

A hirdetések szerint az alacsony emissziójú festéket belülről a falra kenve megnő a fal belső hőmérséklete, és: „Belsőoldali rétegként alkalmazva, a hőhullámok egy részét visszaveri, egyenletes (szórt) hőelosztást biztosítva a belső térben, ami csökkenti a hőhidakat, valamint a páralecsapódás- és penészképződés veszélyét" [2] – írja Orbán József is. Érdemes ennek utánaszámolni.

A különböző emissziós tényezőkhöz tartozó felületi hőátadási tényezők az előző pontból már rendelkezésre is állnak. A számítást elvégeztem azon a falrétegrenden, amivel Orbán József is számolt:

  • 2 cm külső oldali cementhabarcs vakolat
  • 30 cm vázkerámia falazat
  • 1 cm belső oldali meszes habarcs vakolat

és egy gyengébb hőátbocsátási értékű falra is:

  • 2 cm külső oldali cementhabarcs vakolat
  • 30 cm tömör tégla falazat
  • 1 cm belső oldali meszes habarcs vakolat

A szerző a külső oldali hőátadási tényezőt 2,20 W/m2K, a belső oldalit 1,67 W/m2K irreális értéknek veszi fel, ha a felületre kerámiagömbös festéket alkalmaz. Ezzel szemben én az 1. táblázatban lévő, a szabvány szerint számított értékekkel számoltam, ami a reális konvekciós hőátadási tényezőket vette figyelembe. Ettől csak akkor tudok eltekinteni, ha hiteles mérés az ellenkezőjét bizonyítja.

Tablazat-1-webAz EN ISO 6946 szabvány az 1. táblázat első sorában szereplő 24,16 és 7,643 W(m2K) hőátadási tényező értékeket 24-re és 8-ra kerekítve adja meg, ha az általános esetben ε=0,9 emiszsziós tényezőt veszünk figyelembe. Az alábbiakban nem a kerekített, hanem a pontos h-értékekkel számoltam, hogy ne torzítsam el azokat a különbségeket, amelyek a kisebb emissziós tényezőkre számított eredményekhez képest adódnak.

3-abra-web4-abra-web

Rendre kiszámítottam a két falazat termikus paramétereit 0,1 és 0,9 közötti emissziós tényezőkre, külön a külső, és külön a belső oldalra felvitt 0,3 mm vastag nanofestékkel is. A következő grafikonok az U hőátbocsátási tényezőt, ennek a ΔU/U relatív változását, a belső fal tfi felületi hőmérsékletét, valamint a q transzmissziós hőáramsűrűségnek a Δq/q relatív változását mutatják a két falazat esetén. A belső hőmérséklet 20 °C, a külső 0 °C a szabványnak megfelelően.

Látjuk, hogy gyakorlatilag nincs hatással a hőátbocsátási tényezőre, ha kívülről festjük le a falat nanokerámiás festékkel, míg a belső lefestés jelentősen csökkenti az U-értéket, ha csökken az emissziós tényező. Ez az ún. low-e hatás, amit az üvegezések köréből is ismerünk. Mindenesetre, külső felületre hőszigetelőként ajánlják a festéket a gyártók és forgalmazók, miközben még a legextrémebb ε=0,1 emissziós tényezővel számolva is csak 1,2% javulást találunk a hőátbocsátási tényezőben az egyébként jobb megtakarítást mutató nagyméretű tégla falazat esetén is. Most nézzük a fal belső felületének a hőmérsékletét!

5-abra-web 6-abra-web

Most azzal szembesülünk, mekkora becsapás az, hogy melegebb lesz a fal, ha alacsony emisszióképességű festékkel festjük le. Valójában ennek felismerése számolás nélkül is igen könnyű lett volna. Gondoljuk csak meg, hogy mit is jelentenek a h-tényezők. Az 1/h értékek a környezet és a falfelület közötti hővezetési ellenállások. Ha εcsökken, a h-nak a sugárzási komponense is csökken (lásd az előző részben közölt 2. képletet), vele együtt az egész h-érték is.

Viszont akkor az R=1/h ellenállás érték növekszik. A külső és a belső környezet közötti hőellenállás

RÖSSZ= 1/he +Rfal+ 1/he = Re+Rfal+Ri                   (4)

A külső és belső hőmérséklet közti különbségen az egyes elemek − a külső határátmenet, a fal és a belső határátmenet – az ellenállásaik arányában osztoznak. Ha az alacsony emissziós festéssel megnöveljük a határréteg ellenállását, akkor nagyobb lesz a ráeső hőmérsékletkülönbség. Ha ezt a belső falon tesszük, akkor ez a belső fal felületi hőmérsékletének csökkenését, és nem növekedését jelenti. Ez ilyen egyszerű, mégis azt hirdetik a gyártók és Orbán József egyetemi tanár, hogy csökken a penészesedés veszélye, mert melegebb lesz a fal.

A fenti gondolatmenet ellenére nem volt hiábavaló konkrétan is kiszámítani a tfi belső falhőmérsékleteket. A tfi-k csökkenése egyrészt fokozza a penészesedés kockázatát, másrészt hőérzeti szempontból sem kedvező, a komfortérzet romlik, a hidegebb fal közelében fázunk.

7-abra-web 8-abra-web

Ahhoz, hogy a belső nanofesték esetén visszaállítsuk az eredeti falhőmérsékletet, a belső hőmérsékletet kell emelni. Kiszámítottam, hogy mekkorák lesznek ezt a kompenzálást eredményező ti+ belső hőmérsékletek. Az eredmények a 7. és 8. ábrán láthatók. Látható, hogy a hőmérséklet ilyeténvaló szükséges emelése nem elhanyagolható mértékű. Ki lehet számítani, ez mekkora növekedést okoz a transzmissziós hőveszteségben, illetve ennek megfelelően a nettó fűtési igényben. Ezt látjuk a 9. és 10. ábrán. Tehát jelentősen emelkedik a fűtés nettő energiaigénye, ha belülről alacsony emisszió-képességű festékkel festjük le a falat.

9-abra-web 10-abra-web

Összefoglalva: ennyit az ígért energiamegtakarításról és a penészmentesítésről! Ha penészmentesítésről egyáltalán beszélni lehet egy nanokerámiás festék esetén, az biztosan nem az alacsony emisszióképességének köszönhető.

F) Low-e festékek-e a nanokerámiás festékek?

A félrevezetés azonban nemcsak abban merül ki, hogy a földi hőmérséklethez tartozó alacsony emisszióképességnek éppen az ellenkező hatása van, mint amiről beszélnek. Ismereteim szerint ezeknek a festékeknek nincs is alacsony emisszióképessége, bár O.J. cikkében ezt írja: „A hővédő bevonatnak a „hőszigetelő" képessége magas hőmérsékleti tartományban (T> 200 °C) és sugárzásos hőközlés esetén igen hatékony, mert ebben a hőközlési formában jól tud érvényesülni a hőreflexiós tulajdonsága. A bevonati réteg reflexiós tényezője (r) a hősugárzás visszatükrözésének köszönhetően, lényegesen nagyobb, mint a hagyományos anyagok esetében" [2].

Az interneten is megtalálható a 2. táblázat, amely festékek sugárzási paramétereit tartalmazza. A második számoszlop a földi környezeti hőmérséklethez tartozó emisszióképességet, ε-t mutatja. A Kirchhofftörvény szerint ez egyenlő az abszorpcióképességgel (α). Közönséges anyagok majdnem mind átlátszatlanok az ezen a hőmérsékleten kibocsátott hőmérsékleti sugárzás centrális hullámhossztartományára, a távoli infravörös tartományra (centruma kb. 10 μm), azaz transzmissziós tényezőjük, τ, itt 0.

tablazat-2-web

Ezért igaz, hogy

α + ρ + τ = 1, de átlátszatlan anyagokra

α + ρ = 1                                        (5)

ε = α = 1 - ρ és ρ = 1 - ε                 (6)

Látjuk a táblázatban, hogy a fehér festékek emissziós képessége a távoli infrában 0,86 és 0,92 között van, és feltüntettem két nanofesték, a Protektor kültéri és a Protektor beltéri festék adatlapján [11] közölt adatokat, valamint egy hagyományos fehér festék, az F2 diszperziós festékét is, és ezek rendre 0,91, 0,9 és 0,88, benne vannak a fehér festékek tartományában. Tehát nem igaz az állítás, miszerint a nanofestékek reflexiós tényezője a beltérben uralkodó hőmérsékleti sugárzással szemben eltérne a hagyományos anyagokétól és festékekétől, és magas reflexiójú, vagyis low-e (alacsony emissziós) típusúak lennének. Nemcsak a fehér festékek között nem foglalnak el kitüntetett helyet a nanofestékek extra kicsi földi emissziós vagy nagy reflexiós képességükkel.

Számos olyan festék van a piacon, amely üreges kerámia mikrogömböket tartalmaz. Ezek összetétele például valamilyen töltőanyag (kb. 32% TiO2, CaCO3), 5 és 60 mikron közötti méretű üreges kerámia mikrogömbök (kb. 8%), valamilyen kötőanyag (pl. polvinilakrilát) és egyéb segédanyagok kb. 13%-ban és 47% víz.

A standard építőanyagok emissziós képessége is 0,9 körül van, tehát a környezetükből rájuk eső hosszúhullámú (termikus) sugárzást kb. 90%-ban abszorbeálják, csakúgy, mint a festékek. Ezt az értéket használjuk az épületenergetikában – amint ezt korábban már említettem –, amikor a felületi hőátadási tényező sugárzási komponensét számítjuk ki, nem téve különbséget az egyes anyagok között. Ami a nanokerámiás és hagyományos festékek közötti hasonlóságot illeti, az az összetételből is kitűnik, lásd a keretes részt [7].

A sugárzás elnyelése és visszaverése az anyagok felületén játszódik le, és a külsején a nanofesték is csak egy közönséges festék, a gömböcskék ebbe vannak beágyazódva.

G) Van-e a nanokerámiás festékeknek energiamegtakarító hatása a nyári túlmelegedés csökkentése révén?

Itt arról van szó, hogy nyáron az épület határfelülete erősen felmelegedhet egy derült nyári napon, ami felmelegítheti a belső teret is. Ha a felület Rsol (szoláris) reflexióképessége nagy, akkor ez a felmelegedés kisebb, mint egy kevésbé reflektáló felület esetén.

Fontos tudni, hogy ennek mikor van és mikor nincs jelentősége. Ki lehet számítani, hogy nehéz szerkezetű falak esetén ez a hatás elég csekély, valamivel jobban számít könnyűszerkezetes falaknál, és még látványosabb lehet a hatás – akár hőszigetelt – ferde tetőknél, főként, ha az átszellőztetett réteg hiányzik vagy nem működik.

Nehéz szerkezetű falaknál azért kisebb a jelentősége a fal visszaverő-képességének, mert az a hőmennyiség, amit a benapozott órák során a fal elnyel, több órányi késleltetéssel érné csak el a belső teret, de közben a benapozás megszűnik, és a külső felmelegedett réteg lehűl. A napsütötte oldalon lévő helyiségek elsősorban nem a falon, hanem az árnyékolatlan üvegfelületeken keresztül melegszenek túl. Egy nehéz kerámia vagy beton fedésű ferde tető mögött – az ún. koporsófödémeket kivéve – egy könnyű szerkezet szokott lenni, amelynek a késleltetési ideje rövid, és ha nincs megfelelő átszellőztetés, akkor nyáron a tetőtéri helyiség ezen keresztül is túlmelegedhet.

Ha valaki mégis nanokerámiás festékkel szeretne nyári energiamegtakarító hatást elérni, nézze meg a 2. táblázatot. Az összes fehér festéknek a – rendszerint TiO2 – fehér pigmentnek köszönhetően nagy az Rsol = 1- αsol szoláris reflexiója (4. számoszlop), tehát bármelyik fehér festék megfelel erre a célra – ha eddig sötétre lett volna festve a háza.

H) Hőszigetel-e kívülről a nanokerámiás festék? Amit mások mértek.

Miroslav Čekon szlovák kutató egy helyiség méretű boxnak egyazon falán helyezett el 1,2 m × 1,2 m-es kivágásokban leárnyékolt, hagyományos és nanokerámiás festékkel bevont lapokat. A mérést low-e bevonatos lapokkal is elvégezte. A vizsgálat több napon át folyt, nappal a nyári, éjszaka a téli állapotot szimulálva [8]. Azt találta, hogy a kerámiafesték semmiben nem különbözött a hagyományos festéktől, míg a low-e festék, a várakozásnak megfelelően, kisebb transzmissziós hőáramot eredményezett, mint a referencia − ahogy ezt a 7. és 8. ábra is mutatja. A low-e festékben ezüst pigmentek voltak, mint ahogy az üvegek low-e bevonatában is ezüst réteg van, nem fehér festék. Hasonlóképpen dolgoztak egyesült államokbeli kutatók, amikor egyforma dobozokat készítettek, az egyiket közönséges, a másikat nanokerámiás festékkel festették be. Szintén nem találtak különbséget a belülről fűtött dobozok hőveszteségében [6].

I) Magyar mérések

1. Bozsaky Dávid írja dolgozatában: „Mindezekből kiindulva kétféle mérési módszert dolgoztam ki, hogy a hőszigetelő bevonat jó hőszigetelő képességét és hővisszaverő képességét ki lehessen mutatni." [ 9] Prekoncepcióval indult tehát a munka, de a várt eredmény elmaradt, amint azt az összefoglalóban írja: „Az MSZ EN 12667:2001 alapján azonban sikerült közvetlenül megmérni az anyag hővezetési tényezőjét, mely érték (0,0690 W/mK) teljes mértékben eltért a gyártók és a szakirodalom által közölt adatoktól."

Ennek ellenére még reménykedik: „Az anyag jó hőszigetelő képességét tehát nem az alacsony hővezetési tényezője okozza, hanem valami más jelenség (felületi hőátadási tényező)."

2. Kihűlési görbék mérése

Bernáth Róbert mérte [12] normál és nanokerámiás festékekkel befestett meleg vízzel feltöltött víztartályok kihűlési görbéit, és semmi különbséget nem talált. Ez azt igazolja, hogy bármilyen is legyen külön-külön a nanofesték λ-értéke, visszaverőképessége vagy hőátadási tényezője, egy normál festéktől eltérő hőszigetelő tulajdonsággal nem rendelkezik.

3. Besugárzás mérése

Fémlemezeket vont be különböző festékekkel Bernáth Róbert [12], és a kültérben, függőleges pozícióban napsugárzásnak kitéve mérte a lemezek felmelegedését a túloldalon. Kétféle nanofesték semmilyen eltérést nem mutatott a hagyományos festéktől, visszaigazolva azt, amire a sugárzási paraméterek táblázatából is lehetett következtetni.

4. Egy debreceni mérés

Orbán József irodalomjegyzékében hivatkozik egy debreceni mérési jegyzőkönyvre [13]. Ebben az áll, hogy egy nanokerámiás festék hővezetési tényezője 0,0017 W/(m2K). Bernáth Róbert kimutatta [14], hogy a jegyzőkönyvi adatok szerint a hőnek a hidegebb helyről a melegebb helyre kellett volna áramolnia 48 órán keresztül.

ÖSSZEGZÉS

  • Több kutatóintézeti hiteles mérés bizonyítja, hogy a nanokerámiás festékek termikus tulajdonságai nem térnek el a hagyományos festékekétől, építőanyagokétól.
  • Nem bizonyították a forgalmazók, hogy nanokerámiás festékük hosszú hullámú emisszió-képessége jóval alacsonyabb, mint a hagyományos festékeké. Ezt M. Čekon infravörös spektroszkópiás mérései is cáfolják [7].
  • Szintén nem bizonyították, és a fizika törvényeinek is ellentmond, hogy valamely, a fal belső oldalára felvitt alacsony emisszió-képességű festék csökkenti a falfelület hőmérsékletét, és ezen tulajdonsága révén csökkenti a kondenzáció, a penészesedés veszélyét.
  • Nem bizonyított, és eddigi méréseknek is ellentmond az az állítás, hogy a „csodafestékek" rövidhullámú reflexiós tényezője és ennek révén a nyári hővédelemben nyújtott teljesítménye sokkal jobb, mint a hagyományos festékeké.

A cikkben a fentieket adatokkal, számításokkal támasztottam alá.

 

Dr. Csomor Rita
fizikus 

Irodalom
[1] Dr. Orbán József: Épületek energiafelhasználásának csökkentése hővédő vékonybevonattal – I. Magyar Építéstechnika 2015/7–8. 18–21. o.
[2] Dr. Orbán József: Épületek energiafelhasználásának csökkentése hővédő vékonybevonattal – II. Magyar Építéstechnika 2015/9. 40–42. o.
[3] http://www.vizesfal.net/AQUAPOL-M%C5%B1k%C3%B6d%C3%A9si-Elve.php
[4] http://szkeptikus.bme.hu/aquapol/
[5] https://www.youtube.com/watch?v=A-pqyfgeMu4&feature=youtu.be
[6] R. Garber-Slaght, C. Craven: „Product Test. Nansulate and Super Therm" August 11, 2009, Fairbanks, USA (http://www.cchrc.org/docs/Insulating_Paint_Final.pdf)
[7] Miroslav Čekon: „Spectral Emissivity Properties of Reflective Coatings" Slovak Journal of Civil Engineering, Vol. XX, 2012, No. 2, pp. 1–7, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778814003053)
[8] Miroslav Čekon: „Thermodynamic Properties of Reflective Coatings" Advanced Materials Research Vol. 649 (2013) pp. 179–182 (www.scientific.net/AMR.649.179)
[9] Bozsaky Dávid, dr.: „Nanotechnológiás kerámia hőszigetelő bevonatok vizsgálatai" XL. Épületszerkezettani Konferencia, Győr–Pannonhalma, 2015. május 21–22. http://real.mtak.hu/19929/1/konf_Epszerk2015Gyor.pdf pp. 11–21.
[10] P. Koniorczyk, J. Zmywaczyk, M. Kowalski: „Experimentelle Untersuchungen zur Wärmeleitfähigkeit des aus hohlen keramischen Mikrokugeln bestehenden Verbundüberzugs ("Thermo-Shield") / Experimental studies of studies of thermal conductivity of the composite coating consisted of hollow ceramic microspheres („Thermo-Shield") 1st Scientific International Coating Congress, 4. November 2004, Berlin. http://www.thermoshield-kongress.de/referate/koniorczyk.pdf pp. 1–17.
[11] http://thermofestek.hu/protektor-festek-bevizsgalasok/
[12] Bernáth Róbert: Nanokerámiás festékek mérése http://biosolar.hu/forum/360
[13] dr. Csomor Rita: „Mindenki becsapható, avagy: hőszigetelnek-e a "hőszigetelő festékek?"" http://tervlap.hu/cikk/show/id/3916 2015. okt. 14.
[14] http://biosolar.hu/forum/show/49381#49381

 

 

Keresés

mehi-banner-media 120x240