A valóság az úgynevezett „hőszigetelő” festékekről – II.

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

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.

Az 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.

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!

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

R_ÖSSZ= 1/h_e +R_fal+ 1/h_e = R_e+R_fal+R_i                   (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.

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.

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.

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.

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 

Forrás: www.epitéstechnika.hu