Je nutné, aby zdi zmrzly?
Často se stává, že je třeba například ochránit potrubí před zamrzáním, pokud nestačí tepelná izolace je možno (a také se to tak dělá) ovinout potrubí topným vodičem pod tepelnou izolací. Poměrně malý elektrický výkon spolu s izolací zaručí, že obsah potrubí nezamrzne.
Následující postup se může zdát nelogický - tepelná izolace brání vysychání zdi a tedy bude dům delší dobu vlhký. Nicméně, pokud hrozí, že mrznoucí voda roztrhá zdi a dům spadne, myslím si, že je lépe mít déle dům vlhký, než žádný. Získáme čas - do další zimy - na vysušení. Z těchto důvodů také izolaci přikládáme až když mrazy opravdu hrozí, aby zeď co nejdéle vysychala. Izolace může být nekvalitní, ošklivá a levná - je jen na pár měsíců, totéž platí o topných kabelech, které však samozřejmě musí zapojovat jen osoba s příslušnou kvalifikací, aby se předešlo ohrožení elektrickým proudem.
Uvědomíme-li si, že na zmrznutí 1 kg vody je třeba odvést asi 334 kJ tepla, záleží rychlost promrzání zdi na výkonu, kterým je zeď ochlazována. Představme si následující řešení.
1. případ
Obydlený dům, stěna zamokřená, tlustá 35 cm, tepelná vodivost vlhkého zdiva λ = 1Wm-1 K-1, teplota vzduchu uvnitř 20°C, teplota vzduchu venku -20°C. Vypočítáme-li rozložení teploty ve stěně, získáme následující graf:
Obr.1 - Rozložení teploty v mokré zdi
Vidíme, že zeď promrzne téměř v celé tloušťce.
2. případ
Obydlený dům, stěna zamokřená, tlustá 35 cm, vodivost vlhkého zdiva λ = 1Wm-1 K-1, teplota vzduchu uvnitř 20°C, teplota vzduchu venku -20°C. Zvenčí obložíme zeď tepelnou izolací tloušťky 4 cm o tepelné vodivosti λ = 0,04Wm-1 K-1 (například pěnový polystyren). Vypočítáme-li rozložení teploty ve stěně, získáme graf:
Obr.2 - Rozložení teploty ve zdi a vnější tepelné izolaci
Zeď nepromrzne vůbec, strmý nárůst teploty vlevo se odehrává v tepelné izolaci: celá zeď je teplejší než bod mrazu (navíc ušetříme za vytápění, ale o to teď asi nejde).
3. případ
Stejná zeď, stejně zaizolovaná, venku je -14°C, uvnitř temperujeme tak, aby byla teplota vzduchu uvnitř 5°C. Průběh teploty je následující:
Obr.3 - Izolovaná zeď, uvnitř temperujeme
Vidíme, že zeď promrzne více než ze dvou třetin tloušťky.
4. případ
Zeď stejná, uvnitř temperujeme pouze na 1,5°C, venku je -19°C, mezi izolaci a zeď jsme vložili topný vodič tak, abychom získali výkon 20Wm-2 topného výkonu, pro dům zatopený do výšky 2 m o půdorysu 10x10m je celkový elektrický příkon do topného vodiče 1600W, tedy náklady nejsou veliké. Průběh teploty je následující:
Obr.4 - Izolovaná zeď, uvnitř temperujeme, mezi zdí a izolací topný vodič 20Wm-2
Vidíme, že zeď nepromrzne.
Nebylo by škoda to nezkusit?
Kdyby někdo chtěl zkoumat například dynamiku promrzání a podobně, máme vyvinuty účinné numerické nástroje pro řešení podobných úloh, také přepočítat grafy pro jinou tloušťku, materiál, teploty atd. není problém. Pokud byste někdo uvedený postup zkusil, uvítáme, pokud se získané zkušenosti objeví v reakcích na tento článek. Pokusit se o realizaci bez výpočtu je samosebou vždycky možné, ale s výpočtem je to určitě jistější. Jistější, pochopitelně nikoli jisté.