Sklovláknobetonové desky s přídavkem grafitu – tepelně aktivní konstrukční prvky – Testování na 3D modelu

K ověřování stálosti vnitřního prostředí 3D modelu za reálných klimatických podmínek byl zrealizován objekt jednoduchého geometrického tvaru o vnějších rozměrech (šířka x výška x hloubka) 1060x1360x1060 mm (obr.1). Konstrukce ve tvaru hranolu byla osazena na kovovém podstavci ve výšce 450 mm od základny.

Vnitřní konstrukce objektu byla tvořena sklovláknobetonovou stěnou tloušťky 20 mm s obsahem práškového grafitu ve směsi. Pro testování byl zvolen materiál s obsahem grafitu (G4), který se ukázal jako optimální podle laboratorních testů popsaných v minulém článku.

Obvodový plášť tvořila PE fólie, tepelná izolace Rockwool tloušťky 200 mm a sklovláknobetonová deska tloušťky 10 mm s nulovým obsahem grafitu ve směsi (G1). Strop („víko“) měl stejnou skladbu jako obvodový plášť (obr. 2).

 

3D modelový objekt byl umístěn v exteriéru, přibližně ve výšce třetího patra. Sledována byla konstrukce víka a obvodové pláště orientované na jižní a severní stranu.

 

3D modelový objekt měl zajistit požadované vnitřní prostředí se stálým rovnoměrným rozložením vnitřní teploty vzduchu při dané relativní vlhkosti vzduchu. U 3D modelového objektu byla zvolena návrhová vnitřní teplota vzduchu 37 °C a relativní vlhkost vnitřního vzduchu v rozmezí 60–65 %. Objekty byly ovlivněny místním mikroklimatem Brna s návrhovou teplotou venkovního vzduchu –15 °C, relativní vlhkostí vnějšího vzduchu 84 % a slunečním zářením působícím na konstrukci 3D modelového objektu.

 

Princip udržení stálosti vnitřního prostředí (návrhové teploty vnitřního vzduchu a relativní vlhkosti vzduchu) spočíval v zakomponování určitého druhu a množství grafitu do matrice SVB a zabudování elektrod v průběhu odlévání směsi do formy (obr. 5). Temperovaná SVB stěna pak představovala otopné těleso ohřáté na požadovanou teplotu, které vyzařovalo do prostoru/místnosti teplo. Princip byl v souladu s Ohmovým zákonem, který vyjadřuje vztah mezi elektrickým odporem, napětím a proudem. 3D modelový objekt tak byl vytápěn prostřednictvím vnitřní konstrukce objektu z elektrovodivého betonu. Princip udržení stálé relativní vlhkostí vnitřního vzduchu spočíval ve vhodně zvoleném nasyceném roztoku soli, umístěném v kádince uvnitř modulu. Z důvodu dostupnosti byl zajištěn dusičnan hořečnatý Mg(NO₃)₂. Při zachování těchto principů elektrovodivý beton sloužil jako zdroj tepla.

 

Měření bylo provedeno pomocí 16vstupových měřicích ústředen MS5D (obr. 3). Jako čidla pro měření teploty byly použity teploměry Pt100 se snímáním odporu nebo v zapojení s převodníky v proudové smyčce 4–20 mA. Teplotní gradient byl měřen v jednotlivých vrstvách sendvičové skladby objektu (obr. 2). Čidla pro měření ostatních veličin (relativní vlhkost, tlak vzduchu, sluneční svit, směr větru, síla větru) byla zapojena s převodníky v proudových smyčkách (obr. 4). Vytápění objektu bylo realizováno galvanicky odděleným napětím o průmyslovém kmitočtu a řízeno měřicí ústřednou. Teplota byla udržována pomocí měřicích ústředen v nespojitém režimu při příkonu 100 W a při galvanicky odděleném zdroji napětí.

 

3D modelový objekt se měří celoročně. Měřené hodnoty se snímají v intervalu 30 minut. Pro konkrétnější zobrazení přesností měřených veličin byl namátkově vybrán průběh dne 10. 4. 2008. Tabulka 1 znázorňuje průměrná klimatická data sledovaného dne, tabulka 2 průměrné hodnoty naměřených veličin 3D modelového objektu.

Pro grafické znázornění byl vybrán průběh vnitřní teploty vzduchu, viz graf 1. Požadovaná hodnota teploty vnitřního prostředí byla 37 °C a naměřená průměrná vnitřní teplota vzduchu byla 37,1 °C. Podobně tomu bylo u průběhu vnitřní relativní vlhkosti vzduchu, viz graf 2. Vlhkostní hodnota pro zajištění vnitřního prostředí byla 60–65 % a naměřená průměrná vnitřní relativní vlhkost vzduchu byla 63,7 %.

 

Obecně lze konstatovat, že při rozdílných klimatických podmínkách je možné zajistit požadované vnitřní podmínky se stálou vnitřní teplotou vzduchu a stálou vnitřní relativní vlhkostí vzduchu. Vnitřní teplotu vzduchu lze v tomto konkrétním uspořádání regulovat podle potřeby v rozmezí kladných hodnot až do cca +100 °C, s prakticky dosaženou přesností řízení teploty ±0,1 °C, avšak v závislosti na vhodně zvoleném nasyceném roztoku soli. Změnu vnitřní relativní vlhkosti libovolně regulovat nelze, lze však vnitřní relativní vlhkost udržovat v rozmezí ±5 %. V tomto uspořádání bylo k udržení požadované teploty zapotřebí příkonu 12 W v ustáleném režimu. Za daného konstrukčního řešení 3D objektu a ověření teoretických předpokladů lze elektrovodivý beton, sloužící jako zdroj tepla, doporučit k dalšímu vývoji pro atypické aplikace, ve kterých by nebylo možné stávající postupy (např. topné kabely apod.) použít kvůli nejrůznějším omezením. Tepelná efektivita tohoto řešení bude vždy spjata s řešením tepelných izolací v aplikaci.

 

 

LUCIE PAVELKOVÁ