Princip funkce izolace Lu..po.Therm :

^{==================================================================}

Lupotherm byl sestrojen přesně podle struktury skafandru.
Uvnitř skafandru není vakuum. Je v něm vzduch (stejně jako zde na zemi). Přes svoji tloušťku o síle asi 3cm dokáže astronauta ochránit před extrémními teplotami, protože funguje na jiném principu než běžné izolace. A stejně tak i Lupotherm.

Animace popisuje princip rámcově, přesné fyzikální vysvětlení je v textu až pod animací. Pro přesné vysvětlení principu budu potřebovat mnohem více slov a čtení textu zabere svůj čas (je psán i pro laiky, odborníkům se omlouvám za některé formulace, které pro zjednodušení nemusí být úplně přesné). Doporučuji před tím, než začnete číst, abyste si udělali pohodlí - text je dlouhý. Naproti tomu - Lupotherm je vyjímečný materiál a zaslouží si pořádné vysvětlení.

Začneme základními fakty. Teplo se šíří třemi možnými způsoby:

1) PROUDĚNÍM (v kapalinách a plynech) – např. studený vzduch je hnán přes žebra výměníku auta, kde se ohřeje a pak jako teplý proudí do kabiny, kterou vytápí. To stejné platí i pro kapaliny – od kotle k radiátorům se teplo šíří prostřednictvím proudící vody.

2) VEDENÍM (na molekulární bázi – nejúčinněji v pevných látkách) – zahříváme-li na jedné straně kovovou tyč, po nějakém čase cítíme, jak se ohřívá i její druhý konec.
Pro vedení platí, že se vždy šíří z teplého prostředí do chladného nikdy naopak (na rozdíl od sálání – viz pozn. *¹) a také, že čím větší je rozdíl teplot, tím je vedení tepla rychlejší. A naopak - V PŘÍPADĚ NULOVÉHO TEPELNÉHO SPÁDU SE TOK TEPLA VEDENÍM ZASTAVÍ.

3) SÁLÁNÍM nebo také infračerveným (IR) zářením (pohybujícím se rychlostí světla v plynech a vakuu) – když „vykoukne“ zpoza mraku sluníčko, ihned ucítíme na tvářích teplo (které během okamžiku proniklo několika kilometry atmosféry).

Právě sálání způsobuje, že běžné izolace i přes stále větší tloušťku nedokáží prostup tepla úplně zastavit. Pouze ho brzdí, ale vždy jimi nějaké proniká.
Běžné izolace totiž obsahují především velké množství nehybného vzduchu. Čím je materiál lehčí (obsahuje více vzduchu) tím sice hůře teplo vede, ale tím lépe se v něm šíří sálání. Ve vzduchových dutinách se sálavé teplo šíří od vlákna k vláknu (vlny) či od buňky k buňce i uvnitř ní (polystyreny). Vlákna i stěny buněk teplo vyzařují a také pohlcují. Přesně z tohoto důvodu je účinnost lehkých izolantů nelineární (tloušťka 30cm nefunguje 3x lépe než 10cm – na vedení tepla sice působí 3x lépe, ale na sálání má větší tloušťka jen omezený účinek).

Princip funkce Lupothermu: Při správné pokládce se Lupotherm nedotýká plošně zateplované stěny. Je vždy aplikován na UZAVŘENOU vzduchovou mezeru, silnou 2-3cm, ve které je téměř potlačeno proudění vzduchu (viz. pozn. *²). V takovém prostředí se teplo od zdi k Lupothermu šíří zejména SÁLÁNÍM. A přesně na tento jev je Lupotherm konstruován. Jeho povrch je tvořen reflexní vrstvou, která je schopna 90% sálání odrazit zpět. Zeď pak toto odražené sálavé teplo velmi dobře pohlcuje, čímž dojde k zastavení ochlazování jejího povrchu. A protože zeď je zásobena teplem zevnitř, ale zvenčí už není ochlazována venkovním vzduchem, začne se celá stěna postupně prohřívat, tepelný spád ve zdi se začne zmenšovat, tok tepla vedením zpomalovat a slábnout. (Pozn.: teplá zeď má také velký vliv na vnímání pocitu tepla a tím i na snížení spotřeby – viz. *³)
Čím je venkovní povrch zdi teplejší, tím intenzivněji sálá a tím více tepla Lupotherm odráží.

Za první vrstvou, uvnitř Lupothermu, se nachází dvě bublinkové folie a za nimi je umístěna opět folie reflexní. Bubliny jsou obrácené od sebe, čímž vytvářejí další uzavřenou vzduchovou mezeru (tedy bez proudění vzduchu), která je nyní ohraničena z obou stran reflexními foliemi. Teplo se zde šíří opět především sáláním (rychlostí světla), a také, díky doteku bublinek s krajními foliemi, i vedením (avšak podstatně pomaleji, než hlemýždí rychlostí). Díky reflexním foliím z obou stran zde dochází k okamžité cyklické výměně infračerveného záření mezi reflexními foliemi, protože bublinové folie jsou pro sálání z více jak 80% propustné.

Infračervené záření je postupně absorbováno bublinovou folií a také molekuly vzduchu. A protože se vše prohřívá zcela rovnoměrně (díky rychlosti světla), vytváří se zde pole molekul se stejnou teplotou (bezgradientní prostředí), které tok tepla, procházející Lupothermem vedením, výrazně zpomaluje.


Vedení tepla se tedy děje především ve foliích a také na okrajích vzduchové mezery.
Ovšem díky bezgradientním polím ve vzduchových mezerách je tok tepla vedením stále slabší a pomalejší.

Zásadní výhodou Lupothermu oproti jiným vícevrstvým reflexním izolacím je, že neobsahuje žádné pěny nebo textilie. Tyto materiály se totiž reflexních folií celoplošně dotýkají a teplo se v nich šíří vedením (je to hmota). Pokud je tedy mezera mezi reflexními vrstvami tvořena pěnou nebo plstí, je celková účinnost izolace výrazně menší. Chybí zde prostor pro vznik bezgradientních polí, které lze pozorovat jen ve vzduchových bublinách, jako je tomu u Lupothermu.

Zkoušky a měření
Současně platná a používaná metoda měření reflexních izolací podle normy, je pro Lupotherm nevhodná. Spočívá v upevnění vzorku izolace do rámečku, který se následně umístí mezi chladnou a teplou komoru a měří se prostup tepla izolací či vytvořenou skladbou konstrukce. Tato metoda je vhodná jen pro materiály, ve kterých se teplo šíří všemi směry stejně.
V Lupothermu jsou však reflexní vrstvy tepelně vodivé, a proto dochází k úniku tepla na okrajích vzorku z prvních nejteplejších vrstev do testovacího rámečku a odtud zase zpět do jeho chladnějších vrstev. Uzavřením Lupothermu do rámečku se nemůže projevit kaskádovitý efekt, způsobený bezgradientním prostředím. Čím je měřený vzorek menší, tím se naměří logicky horší výsledek, protože dráha pro vedení tepla folií je kratší a tudíž má menší tepelný odpor.
Popsaná metoda měření je však v ČR a SR normativní a z výsledků z ní se stanovují tepelně izolační vlastnosti všech materiálů, i těch, ve kterých se nešíří teplo všemi směry stejně – tedy i Lupothermu.

Výrobce Lupothermu se už několik let snaží prosadit jinou měřící metodu, která by nedostatky měření v teplé skříni odstranila. Bohužel se mu to nedaří. Zkušebny vystavují certifikát pouze na výsledky zkoušek, provedených dle norem a tím dochází ke zkreslení skutečných vlastností materiálu.

---

Vysvětlivky/Poznámky k textu:
*¹) Paradox šíření tepla „z chladného prostředí do teplého“: Budeme-li stát spoře odění v místnosti s teplotou vzduchu -10°C, logicky nám bude zima. Jakmile však zapálíme oheň v krbu, ve chvilce ucítíme, jak nás sálavé teplo od ohně ohřívá a pokud se několikrát natočíme, abychom si prohřáli celý povrch těla, už nám zima nebude (přestože v místnosti se teplota vzduchu nestihla ohřát ani o jeden stupeň). Teplota ohně může být okolo 300°C, povrch našeho těla okolo 36°C – takže v tomto případě se teplo šíří normálně z teplého prostředí do chladného, jak to má správně být.
Jakmile se postavíme vedle krbu (který je obezděný), přestane na nás dopadat infračervené záření a začne nám být opět zima. Avšak pokud nyní před krb představíme reflexní folii, a natočíme ji tak, aby dopadající paprsky infračerveného záření se odrazili směrem k nám, začne nám být opět teplo. A přitom povrchová teplota reflexní folie je -10°C, teplota našeho těla je 36°C a přesto k nám od ledové folie bude sálat spousta tepla, které nás dokáže zahřát. Je to paradox?
Tento příklad zde uvádím pro uvědomění si, že odražené sálavé teplo, které se šíří vzduchovou mezerou zpět ke zdi, způsobuje zásadní dopad na výpočet tepelného odporu vzduchové mezery. Díky odrazu sálavého tepla, které se šíří od studenější folie zpět k teplejší zdi dochází při tomto jevu de-facto k záporné vodivosti. S tímto faktem však žádný z autorů článků o reflexních foliích nepracuje. Odpory vzduchových mezer počítají chybně, podle normy, která s odrazem sálání nepočítá.

*²) Rychlost termického proudění vzduchu v mezeře ovlivňují dva faktory. Čím je mezera užší, tím více brzdí pohyb vzduchu tření molekul o sebe. Obecně lze říci, že vliv tohoto tření se projevuje až do 4cm tloušťky. Ovšem jen do té doby, dokud nerozpohybuje vzduch nějaká energie, která toto tření molekul o sebe překoná. Tímto hnacím motorem je např. rozdíl teplot mezi krajními vrstvami. Proto dochází k proudění vzduchu i v tak malých mezerách jako je např. okenní dvojsklo. Foukneme-li malou dírkou mezi 2 skla cigaretový kouř (je třeba udělat dvě dírky, jinak se to nepodaří – a následně je zalepit) pozorujeme v zimě, kdy je v místnosti teplo a venku mráz, jak vzduch v této mezeře rotuje. Avšak pokud na venkovní rám přilepíme hermeticky další sklo (vytvoříme tedy trojsklo), cigaretový kouř v mezeře se po chvíli výrazně zpomalí. A když přilepíme i z vnitřní strany na rám okna sklo (vytvoříme tedy čtyř-sklo), pohyb cigaretového kouře se po chvíli ve vnitřní mezeře prakticky zastaví (urazí cca. 1m za minutu - tedy 0,0167 m/s).
Lupotherm má 13 vrstev (tvořící 8 vzduchových mezer), které oddělují mezeru u zdi od studeného prostředí. Rozdíl teplot protilehlých vrstev je tedy velmi malý, takže hnací síla nepřekoná tření molekul o sebe a proto lze vycházet z předpokladu, že rychlost proudění vzduchu v mezeře je téměř nulová.

*³) Jakmile se zeď prohřeje, přestane přijímat tolik tepla ze vzduchu. Radiátor začne topit méně a tím dojde v místnosti ke zpomalení proudění vzduchu. Při malém proudění ucítíme i sálavé teplo, které jsme však předtím nevnímali, protože náš pocit tepla ovlivňoval výhradně proudící vzduch.
Popišme si rozdíl mezi vnímáním sálavého tepla a tepla od proudícího vzduchu:
Tím, jak okolo nás proudí vzduch, vnímáme prioritně jeho teplotu. Protože teplota lidského těla je okolo 36°C a teplota vzduchu v místnosti 22°C, je logické, že dochází k ochlazování pokožky. A protože je v zimě ohřátý vzduch velmi suchý, odpařuje se do něj i vlhkost z kůže. Přímo na těle se mění skupenství z kapalného do plynného, ke kterému je potřeba mnoho tepla. Tím dochází k dalšímu ochlazování kůže (nejvíce si to uvědomujeme, když vylezeme mokří z bazénu a zafouká větřík, třeba i teplejší jak 30°C a přesto nám mozek v tu chvíli oznamuje že „je nám zima“). Takže je třeba, aby vzduch, který cirkuluje v místností, byl dostatečně teplý, abychom tento pocit ochlazování pokožky, nevnímali jako nepříjemný.
Jakmile se však proudění vzduchu v místnosti zpomalí, přestane se kůže tolik ochlazovat a člověk vnímá pocitově, že je mu tepleji. Navíc při malém proudění vzduchu začne vnímat i sálavé teplo, které se k němu šíří ze všech stran - nejen od teplých zdí, ale i ode všech předmětů v místnosti. Sálavé teplo, na rozdíl od proudícího vzduchu, nezpůsobuje ochlazování pokožky, naopak kůže sálání výborně pohlcuje a člověk vnímá tento stav jako intenzivnější pocit tepla. A tak, přestože vůbec nedošlo ke změně teploty v místnosti, mozek vyšle signál „je Ti vedro člověče – udělej s tím něco“, a my nastavíme na termostatu nižší teplotu. Radiátory opět sníží průtok topné vody, nebo jej dokonce na chvíli úplně vypnou, čímž dojde k dalšímu zpomalení proudění vzduchu. Pokožka je tedy ještě méně ochlazována a kůže vnímá intenzivněji a do hloubky sálavé teplo a mozek má opět pocit, že je třeba s tím něco udělat.
Konečným důsledkem není jen výrazně menší spotřeba, ale především potlačení víření prachu s roztoči a jinými drobečky, které bychom moc dýchat neměli. Navíc snížením teploty vzduchu vzroste i jeho relativní vlhkost, takže ženy se nepotřebují tak často krémovat, protože se jim tolik nevysušuje pleť.

V domech bez vzduchotechniky, izolovaných Lupothermem, bývá teplota vzduchu mezi 19 - 21°C a přesto „je obyvatelům teplo“.
Avšak tento markantní rozdíl mezi sáláním a teplým vzduchem lze vnímat jen v objektech, kde není řízená cirkulace vzduchu – tedy převážně u objektů po rekonstrukci. U novostaveb je vzduchotechnika už standardem – otázkou jen zůstává, jestli je řízené větrání (samozřejmě i s dohřevem vzduchu a spotřebou elektřiny na pohon ventilátorů), které navíc způsobí cirkulaci vzduchu v místnosti, opravdu ta nejlepší cesta...

Výše uvedený text byl recenzován odbornou veřejností i zástupci akademické obce. Zde naleznete recenze.