Orbán József lapunk augusztusi és szeptemberi számában megjelent kétrészes, vitaindító írására reagál fizikus szerzőnk, melyet két részben közlünk.

A nanofestékekkel körülbelül három évvel ezelőtt kerültem kapcsolatba, különböző kiállításokon – Construma, Renexpo és mások. Nyilvánvaló képtelenségnek tartottam, hogy egy festék több centiméter vastag EPS vagy kőzetgyapot tábla hőszigetelő képességével ér fel. Majd megismerkedtem Orbán József ez irányú munkásságával, többek között a Magyar Építéstechnika 2015. augusztusi és szeptemberi számában megjelent kétrészes cikkével [1],[2]. Mivel a szerző írását vitaindítónak szánta, és hozzászólásokat is vár, megragadom az alkalmat és lehetőséget, hogy fizikusként közreadjam a véleményemet. Különösen fontosnak tartom ezt, miután a szerző professzor emeritus egyik neves egyetemünkön, és már az a puszta tény képes meggyőzni a laikus közönséget a nanofestékek csodálatos tulajdonságairól, hogy egy egyetemi tanár propagálja azokat. Ebben a cikkben ezért fel kell sorolni mindazokat a tudományos érveket és számításokat, amelyek megvilágítják a csodafestékek valóságos tulajdonságait.

ELŐZMÉNYEK

A nanofestékekkel az után kezdtem foglalkozni, hogy a 2013-as Renexpo-n felkeltette az érdeklődésemet. Majd a 2014-es Pollack Expo-hoz csatlakozó konferencián Orbán József (a továbbiakban: O. J.) „Hőszigetelhetők-e a kertvárosi panelek kerámiagömbös festékekkel?" című előadását is hallottam. Azóta is se szeri se száma az erről szóló publikációknak, bemutatóknak.

Elég lenne a józan paraszti észre hivatkozni, hogy ne higgye el senki, hogy egy festék hőszigetel. Szerencsére nincs is posztgraduális fizikusi tudásnak feltüntetett ismeretekre épített parasztvakításra szükség, ha meg akarjuk érteni ezeket a „csodafestékeket". Hőtechnikai viselkedésük fenomenologikus leírás révén is teljesen megismerhető. Ez a leírás mérnöki fizikatudással és épületenergetikai alapismeretekkel is elvégezhető. Szükség van ezen kívül a csodafestékek két fizikai paraméterének mért értékére, ami a szakirodalomból rendelkezésre is áll.

MIT ÁLLÍTANAK A CSODAFESTÉKEKRŐL A FORGALMAZÓK?

Számos kiváló tulajdonsággal jellemzik a forgalmazók a csodafestékeket, amelyek között az épületenergetikában meghatározó két tulajdonságot emelek ki ebben a cikkben.
a) A festéket az épületek külső falára kívülről felhordva, csökkenti a fűtési hőszükségletet, hőszigetelő tulajdonsága révén. A reklámozott megtakarítás mértéke – kinek-kinek a saját bátorsága szerint – 30-50% is lehet.
b) A festéket az épületek külső falára belülről felhordva, csökkenti a fűtési hőszükségletet, hővisszaverő tulajdonsága révén. Az így kezelt fal belső felületének hőmérséklete megnő, nő a helyiség belsejében az operatív hőmérséklet − az, amit a bőrünkkel érzékelünk −, és alacsonyabb léghőmérséklet is elegendő azonos komfortérzet biztosításához, miáltal a fűtési teljesítményt csökkenteni lehet.

Hogy milyen hamis eszmefuttatásokkal magyarázzák a csodálatos tulajdonságokat a forgalmazók, nem szükséges itt mindet megismételni, számos prospektusban és cikkben olvashatók ezek. Egy gondolatot azonban fontos itt előrebocsátani. Azt állítják néhány helyen, hogy hagyományos mérési módszerekkel a festékjük hővezetési tényezője (λ) nem mérhető. Ez az állítás minden alapot nélkülöz, természetesen. Ennek ellentmondó módon máshol közölnek mért lambda-értékeket, amelyek irreálisak. Erről a helyről nem lehet eldönteni, hogy a mérési jegyzőkönyveket szándékosan torzították-e el, vagy eleve fiktív eredményeket közöltek, mindenesetre több közlemény is megjelent hiteles mérésekről [6–10], [12].

A „CSODAFESTÉKEK" CSODÁLATOS TULAJDONSÁGAINAK ELLENŐRZÉSE

A következőkben néhány, O. J. írásában vagy a nanokerámiás festékek prospektusaiban szereplő állításról kialakított véleményem és ezeket alátámasztó számítások, adatok következnek.

A) Mérhető-e a nanokerámiás festékek λ-értéke?

„A hőszigetelő festékekből- és hővédő bevonatokból egyre több a kínálat, és a termékgazdák is egyre bátrabban kínálják „portékájukat", olyan kedvező hőszigetelési tulajdonságokat tulajdonítva a festékanyagnak, mint pl. λ= 0,0017 W/mK, aminek a korrekt ellenőrző mérése, mind a mai napig még várat magára"[2] − írja O. J.

Ezzel szemben több korrekt méréssel igazolták már, hogy a csodafestékek hővezetési tényezője nem rendkívül alacsony [6–10], [12]. Egy konkrét mérést választottam ki, ami azért is érdekes, mert a mérést egy konferencián mutatták be, amelyet a Thermo Shield német gyártója szervezett a terméke csodálatos tulajdonságainak igazolása végett [6]. A szerzők az idevágó szabvány szerint végezve a mérést, azt találták, hogy a Thermo Shield hővezetési tényezője 0,04 W/(mK). A továbbiakban ezt fogom használni a számításokban.

B) Változik-e a λ-érték a hőmérséklettel?

„A kerámiagömbös hővédő bevonatok „hőszigetelő" képessége nem állandó, értéke változik az alkalmazott hőmérsékleti tartomány és a rétegvastagság függvényében, nem úgy, mint egy hagyományos kőzetgyapotnál, aminek a λ értéke lényegében állandó." [2]

Ezzel szemben az ásványgyapot hőszigetelése többek között a hőmérséklettől is függ. Ennek számítását az ISO 10456 szabvány szerint végezzük, eszerint egy 0,04 W/(mK) hővezetési tényezőjű ásványgyapot esetén a tényező változása 10 °C hőmérséklet-különbség esetén 5,8%, 20 °C hőmérsékletkülönbség esetén 11,9%. Hasonló igaz egyéb anyagokra is.

C) Hőszigetelés vagy hővéde lem?

O. J. arról ír, hogy a nanokerámiás festék hővédő képességét nem az alacsony hővezetési tényezőjének (λ) köszönheti, hanem a reflexiós tényezőjének: „Ez abból adódik, hogy a kerámiagömbös bevonatoknak a hőszigetelő (λ) tulajdonsá- guk mellett, a hőreflexiós képességük is fontos szerepet játszik a szigetelendő falszerkezet hővédelmében." [2]

Itt és a dolgozatban másutt is, két dolgot mos össze a szerző — mindkettő szintén összekeverve szerepel a forgalmazóknál is:
• A festék hővisszaverő képessége révén elért nyári hővédelem, ami a hűtési költségeket csökkenti.
• A festék hőszigetelő képessége révén elért téli energia-megtakarítás, ami a fűtési költségeket csökkenti.

Az elsőt a fal külső felületének a napsugárzáséval azonos („szoláris": látható és közeli infravörös) hullámhossztartományban mérhető reflexióképessége (Rsol) határozza meg, az utóbbit a földi hőmérsékleteken kisugározható termikus sugárzás hullámhossztartományában (távoli infravörös) mérhető emissziós tényező (ε_A) és a hővezetési tényező (λ) határozzák meg, és a kettő között nincs kapcsolat.

D) Lehet-e a nanokerámiás festékeknek extra hőátadási tényezőjük?

Amikor a forgalmazók szembesülnek az extra alacsonynak mondott hővezetési tényezőt cáfoló hiteles mérésekkel, akkor egy másik anyagparaméter különleges értékében keresnek kibúvót. Ez a téli hőszigetelés tekintetében a felületi hőátadási tényező, helyenként az alacsony emissziós tényező. (Látni fogjuk, hogy az utóbbi kettő összefügg egymással.) Ugyanerről ír O. J. is: „A kerámia gömbök nanostruktúrájú falszerkezete miatt, a hővédő bevonatok hőfelvétele és a hő leadásának mechanizmusa nagymértékben eltér a szokványos felépítésű és normális szerkezetű anyagokétól. Ugyanis igen nagy szerepet játszik a kerámia gömbök reflektáló tulajdonsága, valamint a hő rácsrezgéses szállításának korlátozottsága a nanoméretű anyagon belül, a fononok reflektálódása miatt. Mindezek igen nagymértékben befolyásolják a hővédő anyaggal bevont felületek hőátadási tényezőjét. A Krasznojarszki termékfejlesztő- és a Szentpétervári Kutató Intézet hiteles mérési adatai szerint a TSM Ceramic hővédő anyaggal bevont falfelületek belsőoldali hőátadási tényezője „hi" (régebben „αi") = 1,29 ÷1,67 W/m²K, míg a külső oldali tényezője, he = 2,2 ÷ 2,5 W/m²K. Ezek az értékek nem a reklám jellegű prospektusokban közölt adatok, és lényegesen eltérnek a hőtechnikai számításokban a normál szerkezetű anyagoknál alkalmazott hi és he értékektől."[2]

A felületi hőátadási tényező két tagból áll, a konvekciós és a sugárzási részből. A konvekciós részt meghatározza a felületi minőség, és a felület mellett lévő levegő részecskéinek „aktivitása", amelyek a fallal történő ütközések ereje és gyakorisága révén vesznek részt az ottani energiacserében.

Az „aktivitást" itt szélsebességként szokás definiálni. Semmi okunk nincs feltételezni, hogy egy nanokerámiás festék esetén a konvekciós hőcsere másképpen történne, mint közönséges festékeknél, hiszen a nanogömbök egy egyszerű festékbe vannak beágyazva, a felületet ez a festék alkotja.

A hőátadási tényező sugárzási tagja azt a fizikai folyamatot tükrözi, amikor a fal és a környezete között sugárzásos hőcsere jön létre. Úgy a környezet, mint a fal a saját T abszolút hőmérsékletének megfelelően a Stefan—Boltzmann-törvény szerint:

Q= ε∙σ∙T⁴∙A [W] (1)

energiát sugároz egy A felületen. ε a test felületének emissziós tényezője, Ϭ a Stefan
–Boltzmann-állandó:

σ=5,67∙10-8∙W/m² K⁴

A környezet és egy függőleges fal közötti hőcsere energiamérlegéből kiszámítható fajlagos hőáramsűrűség a sugárzási hőátadási együttható:

hr=4∙ ε∙σ∙ T_ex       [W/(m²K)] (2)

ahol T_ex a falak környezetének a hőmérséklete.

A h= h_c+h_r hőátadási tényező értékeit ill. számítását az EN ISO 6946 szabvány rögzíti. A konvekciós részt eszerint beltérben és kültérben hci=2,5 W/(m²K), illetve hce=20 W/(m²K) értékeknek kell felvenni.

A sugárzási tag értékét befolyásolja a felület emissziós tényezője, amit a szabvány általános esetekre 0,9 értékben rögzít. Így adódnak az ismert 24 külső és 8 W/(m²K) belső hre és hri érték. Mivel a forgalmazók és Orbán József is a nanokerámiás festékek extra alacsony emisszós tényezőjére hivatkoznak, nézzük meg, hogyan alakul a h külső és belső értéke ennek függvényében. A sugárzási komponenst az ε függvényében az 1. ábra mutatja. A külső felület esetén a 0 fokhoz, a belső tér esetén 20 fokhoz tartozó értékekkel kell számolni. Ezek a külső és a belső h értékek az emissziós tényező függvényében az 1. táblázatbeli értékek, grafikusan pedig a 2. ábrán láthatók.

Látjuk, hogy a belső hőátadási tényező esetében önmagában a sugárzási komponens is 0,2 emissziós tényezőtől fölfelé nagyobb, mint a híres orosz intézetek által mondott legfeljebb 1,67 W/(m²K) érték. Márpedig a Planck-féle és a Stefan–Boltzmann-féle sugárzási törvények univerzális törvények, és egyetlen falfesték sem képez alóluk kivételt a tudomány mai állása szerint.

Ha a külső oldali hővezetési tényező lehetséges legkisebb értékét keressük, a konvekciós tagot a belső oldali értékkel helyettesíthetjük, mert az vonatkozik gyakorlatilag nyugvó levegőre (nulla szélsebességre). De egy zárt dobozban lévő gáz molekulái is állandó mozgásban vannak és energiát cserélnek a fallal, ezért rögzítették 2,5 W/(m²K) értékre a belső téri hci értékét, és ezzel 0,1 ε értéknél is máris 3 W/(m²K) fölötti hőátadási tényezőt kapunk. Hozzá kell még tenni, hogy kültérre a szabvány

hce=4+4∙v     (3)

számértéket ír elő, ahol v a szélsebesség m/s-ban. Ebből zérus szélsebességnél is minimum 4,5 W/(m²K) adódik, szintén nagyobb, mint az orosz intézeteké. A „Krasznojarszki termékfejlesztő- és a Szentpétervári Kutató Intézet hiteles mérési adatait" ezért nem tekintem hitelesnek, amíg ezt más mérések nem támasztják alá.

dr. Csomor Rita
fizikus