Tepelná kapacita je fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje množstvo tepla potrebného na ohriatie látky o definovanú hmotnosť pri zmene teploty o jeden stupeň (Kelvin alebo Celzius). Pre stavebnú prax je táto vlastnosť kľúčová pri posudzovaní schopnosti konštrukcií akumulovať a následne uvoľňovať tepelnú energiu.
Objekty s vysokou tepelnou kapacitou, do ktorých konštrukcie sa použilo veľké množstvo hmotných materiálov ako betón či murivo, majú lepšie predpoklady na nižšiu spotrebu energie na chladenie a obmedzenie prehrievania interiéru. Vysoká tepelná stabilita miestnosti totiž prispieva k obmedzeniu prehrievania interiérov budov v letnom období.
Betón ako akumulačný materiál
Na porovnanie, bežný betón vykazuje tepelnú kapacitu približne 1 kJ/(kg . K), zatiaľ čo keramické murivo asi 0,9 kJ/(kg . K). Hoci betón nemá najvyššiu mernú tepelnú kapacitu zo všetkých materiálov, jeho vysoká objemová hmotnosť (až 2500 kg/m³) z neho robí významný prvok tepelnej zotrvačnosti stavby.
| Materiál | Objemová hmotnosť (kg/m³) | Tepelná kapacita (c) [J/(kg·K)] | Tepelná vodivosť (λ) [W/(m·K)] |
|---|---|---|---|
| Betón | 2000 | 840 | 1,30 |
| Sadra | 750 | 1100 | 0,17 |
| Penový polystyrén | 35 | 1520 | 0,04 |
Teplotná zotrvačnosť a relaxačná doba
Pre lepší opis schopnosti steny stabilizovať vnútornú teplotu sa definuje tzv. relaxačná doba (τ0). Ide o jednočíselný parameter, ktorý umožňuje porovnávať teplotne zotrvačné vlastnosti rôznych konštrukcií. Čím je τ0 väčšia, tým je pomalšie ochladzovanie povrchu konštrukcie.
Zaujímavým príkladom je betónový múr hrúbky 150 mm, izolovaný z vonkajšej strany 200 mm polystyrénom. V takomto prípade je relaxačná doba extrémne veľká (396 hodín), čo znamená, že vnútorná povrchová teplota klesá po vypnutí vykurovania veľmi pomaly.
PCM materiály: Moderná cesta k vyššej kapacite
Väčšina nových administratívnych objektov so železobetónovým skeletom má stropy skryté pod podhľadmi, čo znižuje ich schopnosť akumulácie. Na zvýšenie tepelnej kapacity interiérov budov možno využiť tzv. PCM (Phase Change Materials - materiály s fázovou zmenou). Sú to látky, ktoré menia skupenstvo z pevnej fázy na kvapalnú pri vhodných teplotách (20 až 24 °C) a dokážu tak absorbovať veľké množstvo energie.
- Kovové kazety: Obsahujú hydráty solí, majú dobrú tepelnú vodivosť.
- Mikrokapsuly: Možno ich pridávať do omietok alebo sadrokartónových dosiek.
- Organické látky: Vyznačujú sa vyššou cyklickou stálosťou, netrpia prechladením.
Výsledky meraní ukazujú, že využitie PCM v interiéroch budov znižuje nebezpečenstvo prehrievania, zvyšuje tepelný komfort a môže viesť k zníženiu spotreby energie na chladenie objektov.