Teori

Teori

Teori termisk isolering

Forekommer det en temperaturforskjell mellom to sider av et materiale eller en konstruksjon, vil det alltid gå en varmetransport mot den siden med lavest temperatur. Dette og mange andre ting gir vi en gjennomgang på her.

Varmetransport

Forekommer det en temperaturforskjell mellom to sider av et materiale eller en konstruksjon, vil det alltid gå en varmetransport mot den siden med lavest temperatur. I bygningskontruksjoner vil denne varmetransporten i hovedsak skje gjennom tre transportformer:

  • Ledning
  • Konveksjon (strømning)
  • Stråling

Ledning finner sted både i faste stoffer, væsker og gasser og består i at varmen forplanter seg gjennom stoffet som molekylbevegelser. “Varmere” molekyler overfører gjennom støt noe av sin energi til “kaldere” og mer energifattige molekyler.

Konveksjon (også kalt strømning) finner sted i gasser og væsker. I bygningsfysikken er det stort sett bare konveksjon i luft som har noen praktisk betydning. Konveksjon kan oppstå i et hulrom omgitt av to flater med ulik temperatur. Luften mot den varme overflaten blir oppvarmet, den blir da lettere og stiger opp. Langs den kalde flaten blir luften avkjølt, da blir den tyngre og synker. Tilsammen fører disse mekanismene til at luften i hulrommet sirkulerer. Denne sirkulasjonen, som kalles naturlig ventilasjon, fører til at varme blir transportert fra den varme til den kalde siden.

Stråling kan, i motsetning til ledning og konveksjon, også forekomme i vakuum. Varme kan overføres fra en materialoverflate til en annen ved termisk stråling. Alle materialer sender ut (emitterer) termisk stråling som er sterkt avhengig av overflatetemperaturen. Det vil gå en netto varmestrøm fra varm til kald side, fordi en varm overflate sender ut mer stråling enn en kald.

I en konstruksjon vil varmetransporten foregå som en kombinasjon av de tre nevnte former. Figuren under viser hvordan varmetapet fordeler seg mellom ledning, konveksjon og stråling for et hulrom på 10 cm uisolert og isolert med glassull. 

Varmekonduktivitet

Varmetransporten er avhengig av materialenes varmekonduktivitet (også kalt varmeledningsevne). Varmekonduktiviteten blir gjerne forkortet med den greske bokstaven lambda, λ. Dette fører til at varmekonduktiviteten ofte bare blir omtalt som λ (lambda)-verdien. Metall leder varme veldig godt og har med andre ord høy varmekonduktivitet. Gasser og væsker derimot har langt lavere varmekonduktivitet, noe som skyldes mindre molekyltetthet. Teoretisk framstilt vil varmekonduktiviteten være den varmemengde (W) pr. tidsenhet som ved stasjonære forhold går gjennom 1 m2 av et materiale med tykkelse 1 m, når temperaturforskjellen mellom varm og kald side er 1 K (Kelvin). I varmeteorien benyttes Kelvin i steden for Celsius (oC), dette har ingen praktisk betydning siden størrelsene er like store og det er temperaturforskjellen  ΔT, som er av interesse.
 
Varmekonduktiviteten til et byggemateriale vil være avhengig av materialets struktur (poremengde, porestruktur og porefordeling) og dessuten av fuktinnhold og temperatur. Det sistnevnte punktet er viktig å være klar ved blant annet isolering innenfor VVS-området, der vi isolerer både varme og kalde rør. Normalt øker varmeledningsevnen med temperaturen. For normale bygningskonstruksjoner angis varmekonduktiviteten ved 10oC middeltemperatur. Når det gjelder materialstrukturen kan en som hovedregel si at materialets varmeisolerende evne vokser med porøsiteten. At det må være slik forstår en lett når en vet at konduktiviteten for luft ligger på ca. 0,025 W/mK mens det faste stoffet i de fleste porøse materialer har verdier som er fra 50 til 200 ganger høyere. Det er altså luft som danner grunnlaget for så å si all varmeisolasjon. Problemet er å få luften til å stå stille (det vil si unngå konveksjon). Dette oppnås ved hjelp av glassullfibre. Varmetransporten gjennom glassullen påvirkes av fibermengde, fiberoverflate og fiberretning.

Mineralull må beskyttes mot fuktighet siden varmekonduktiviteten vil øke med økende fuktinnhold.