Knudsen-effektus: mit jelent, és mi köze a vékonyrétegű bevonatokhoz
A Knudsen-effektus valós, elismert gázkinetikai jelenség: a vákuumszigetelő panelek és az aerogélek éppen ezen működnek. A MIG mbH a MIG-ESP / DHMb bevonat hőtechnikai számításaiban is erre hivatkozik. Ez a cikk azt járja körül, mit mond a jelenség fizikája, mit állít róla a gyártó, mi van ebből ténylegesen megmérve — és milyen mérés döntené el a kérdést.
Tartalom — 9 fejezet
A Knudsen-effektus az utóbbi években a vékonyrétegű, hőszigetelőként hirdetett bevonatok legtöbbet idézett magyarázata lett. A jelenség maga nem marketingfogalom: száz éve leírt, mért, iparilag hasznosított gázkinetikai hatás, és két bevett szigetelőanyag-család — a vákuumszigetelő panelek és az aerogélek — közvetlenül rá épül. A kérdés tehát nem az, hogy létezik-e, hanem az, hogy egy 0,4–0,6 mm vastag ásványi bevonat esetében ténylegesen fellép-e, és ha igen, mekkora hőtechnikai hatást jelent. Ez a cikk mérnököknek és tervezőknek szól: végigmegyünk a fizikán, közöljük a gyártó saját állításait és dokumentumait, majd tételesen szétválasztjuk a megmért adatot a feltevéstől.
Az olvasás szabálya ezen az oldalon
Minden nem triviális állítást forrásjelöléssel közlünk. Ahol a gyártó állít valamit, azt szó szerint idézzük, és megnevezzük a dokumentumot. Ahol saját számítást végzünk, azt jelöljük. Ahol nincs mérés, azt kimondjuk. A cél nem a gyártói anyag elhallgatása, hanem az, hogy a tervező lássa, mire lehet és mire nem lehet építeni.
Mi a Knudsen-effektus: a közepes szabad úthossz és a pórusméret
Egy gázban a hővezetés úgy működik, hogy a molekulák ütköznek egymással, és az ütközésekben energiát adnak át. A folyamat léptékét a közepes szabad úthossz adja meg: az az átlagos távolság, amit egy molekula két ütközés között megtesz. Ez a távolság a hőmérséklettel nő, a nyomással fordítottan arányos, és a molekula méretétől függ.
kb. 68 nm
a levegő közepes szabad úthossza 20 °C-on, 1013 hPa-n
Forrás: gázkinetikai alapösszefüggés; 0,364–0,372 nm ütközési átmérővel 65–68 nm adódik
Ha a gázt olyan pórusba zárjuk, amelynek mérete összemérhető ezzel a távolsággal vagy kisebb nála, a molekula már nem másik molekulába ütközik, hanem a pórus falába. A fal-ütközés viszont sokkal rosszabb energiaátadó, mint a molekula-molekula ütközés: a fal hőmérsékletéhez való részleges alkalmazkodás miatt a gáz effektív hővezetése lecsökken. Ez a Knudsen-effektus. A mértékét a Knudsen-szám írja le, amely a közepes szabad úthossz és a jellemző geometriai méret hányadosa: Kn = l / d. A ritkulási hatás nagyjából Kn > 0,01 fölött kezd érzékelhető lenni, és Kn ≈ 1 körül válik dominánssá.
Független forrás
A pórusba zárt gáz hővezetése a Kaganer-összefüggés szerint csökken: λ_g = λ_g0 / (1 + 2·β·Kn), ahol λ_g0 a szabad gáz hővezetése, β az akkomodációs és molekuláris kölcsönhatásokat összefogó paraméter (levegőre jellemzően 1,5–2 körüli), Kn pedig a Knudsen-szám.V. G. Kaganer: Thermal Insulation in Cryogenic Engineering, 1969; a vákuumszigetelő panelek méretezésének alapösszefüggése
Az összefüggést érdemes végigszámolni, mert megmutatja, hol van a jelenség érdemi tartománya. Az alábbi táblázat λ_g0 = 0,026 W/mK és β = 2 mellett készült, 20 °C-os levegőre, légköri nyomáson.
| Pórusméret | Knudsen-szám (Kn) | A pórusgáz hővezetése λ_g [W/mK] |
|---|---|---|
| 1 000 nm (1 µm) | 0,068 | 0,020 |
| 100 nm | 0,68 | 0,007 |
| 71 nm | 0,96 | 0,0054 |
| 27 nm | 2,52 | 0,0023 |
| 10 nm | 6,8 | 0,0009 |
A táblázatból két dolog olvasható ki. Az első: a hatás valóban erős — néhány tíz nanométeres pórusban a gáz hővezetése egy nagyságrenddel a szabad levegőé alá esik. A második, és a gyakorlat szempontjából ez a fontosabb: ez a szám kizárólag a pórusban lévő gázra vonatkozik. Egy valódi porózus anyag effektív hővezetése ennél mindig nagyobb, mert a szilárd váz és a sugárzás is szállít hőt, méghozzá párhuzamosan a gázzal. A Knudsen-effektus tehát nem az anyag hővezetését nullázza, hanem az anyag hővezetésének egyik összetevőjét csökkenti.
Hol működik bizonyítottan: vákuumszigetelő panelek és aerogélek
A jelenség ipari hasznosítása két irányban történt meg, és mindkettő tanulságos, mert megmutatja, milyen feltételek együttállása kell a valódi hatáshoz.
A vákuumszigetelő panel (VIP) a nyomás oldaláról támadja meg a problémát. Mivel a közepes szabad úthossz a nyomással fordítottan arányos, a burkolat kiszívásával a mikrométeres pórusú, pirogén kovasav alapú mag pórusaiban is elérhető a Kn > 1 tartomány. Egy jó minőségű VIP mag hővezetése így 0,004–0,008 W/mK körüli értékre esik — nagyjából a hagyományos szigetelőanyagok ötöde-tizede. Az ár a burkolat sértetlensége: ha a vákuum megszűnik, ugyanaz a panel visszaáll 0,020 W/mK körüli értékre. Ez önmagában megmutatja, hogy a Knudsen-effektus itt a nyomás, nem az anyag műve.
A szilícium-dioxid aerogél a másik irányból közelít: nem a nyomást csökkenti, hanem a pórusméretet viszi le a szabad úthossz alá. A tipikus aerogél pórusmérete 10–50 nm, és ehhez társul egy másik, legalább ilyen fontos tulajdonság: a 90–99% közötti porozitás. A szilárd váz olyan ritka és olyan kanyargós, hogy alig vezet hőt. Így születik meg a légköri nyomáson mért 0,013–0,018 W/mK, ami a mai napig a nem evakuált szigetelőanyagok alsó határa.
Méretarányos ábra — a rajzi lépték valós
A rétegrend metszete, valós vastagságokkal
- 0,4 mm — MIG-ESP® bevonat (sd = 0,05 m (CE))
- 0,1 mm — MIG alapozó (aljzattípus szerint)
- 30 mm — MIG-Therm M65 hővédő vakolat (innen jön a hőtechnikai hatás túlnyomó része)
- 380 mm — Tömör tégla falazat
- 15 mm — Beltéri vakolat
A felső sáv méretarányos: ezen látszik, hogy a bevonat a teljes rétegrendhez képest hajszálvékony. Az alsó sáv a külső néhány centimétert nagyítja ki, mert enélkül a 0,4 milliméteres réteg nem lenne látható. A hőtechnikai teljesítmény túlnyomó része a vastag vakolatrétegből származik, nem a bevonatból.
Forrás: A rétegvastagságok a termékek műszaki adatlapjából származnak; a bevonat 0,40 mm száraz rétegvastagsága a hatás feltétele (a megvalósuló réteg 0,4–0,6 mm). A rajz felső sávja méretarányos, az alsó a külső szakasz nagyítása.
A két példa közös tanulsága
Sem a VIP, sem az aerogél nem attól szigetel, hogy a pórusai kicsik. Attól szigetel, hogy a pórusai kicsik ÉS a szilárd váz elhanyagolható hányadot foglal el. Ha a váz tömege és összefüggősége nagy, akkor a hőáram egyszerűen megkerüli a gázt, és a Knudsen-elnyomás mértéke lényegtelenné válik. A porozitás és a pórusméret két külön adat, és mindkettőt meg kell mérni.
Mit állít erről a MIG mbH a saját anyagaiban
A gyártó több dokumentumában is a Knudsen-effektusra vezeti vissza a bevonat hőtechnikai viselkedését. Az alábbiakban ezeket az állításokat változatlan tartalommal közöljük, a forrásdokumentum megnevezésével — mert a tervezőnek joga van közvetlenül látni, mire hivatkozik a gyártó.
A gyártó állítása
„A MIG-ESP® anyag esetében a pórusok mérete 27-71 nm között van, és a porozitás meghaladja az 58%-ot. Ennek köszönhetően a Knudsen-effektus érvényesül, és a hővezetés minimalizálódik. Az Uni Siegen mérései is alátámasztják, hogy az anyag szerkezete alkalmas ennek a hatásnak a kihasználására.”MIG páraszabályzó hőszigetelő rendszer leírása (magyar nyelvű gyártói műszaki anyag, dátum nélkül)
Megjegyzésünk: A megjelölt forrás, a Siegeni Egyetem jegyzőkönyve, a következő fejezetben tárgyalt okból nem tartalmaz pórusméret-mérést. A tartomány felső fele (68–71 nm) egyébként már nem kisebb a levegő 68 nm-es közepes szabad úthosszánál, tehát ott a Kn ≈ 1 alatti tartományban lennénk. A pórusméretet és a porozitást ezért ebben a cikkben mindenütt gyártói állításként kezeljük, nem mért adatként.
A gyártó állítása
„A Knudsen-effektust figyelembe véve a konvekció elhanyagolható azokon a membránstruktúrákon, ahol az effúzió történik.”Calculation of the U-value of building components and materials / Karbonmentesítő prospektus, MIG mbH, 2023-09
Megjegyzésünk: A mondat a pórusban zajló effúzióról szól, a rá következő számítás viszont a felület FÖLÖTTI, szabad levegőben kialakuló határréteg konvektív tagját nullázza. A két hely fizikai léptéke között öt-hat nagyságrend a különbség — erről a „skála-kérdés” fejezetben számolunk.
A gyártó állítása
„The U-value for MIG ESP is calculated according to DIN ISO 6946 annex C with hce = hci = 0 because of to Knudsen effect (see test report university Siegen (Germany) ) an average emissivity in and outside of 0,2, minimum temperature of -5°C outside and inside temperature 20°C. See calculation sheet: Rse 1,15 m2/W*K and Rsi 0,88 m2/W*K.”MIG mbH számítási lap, Indotec Weiss, 2025-04-02
Megjegyzésünk: Ez a mondat köti össze a Knudsen-hivatkozást a hirdetett U-érték-javulással. Az EN ISO 6946:2017 normatív C melléklete a részletes felületi számítást a sugárzási tagra engedi (hr = ε·hr0); a konvektív tag rögzített érték marad (beltéren irányfüggően 0,7 / 2,5 / 5,0 W/m²K, kültéren hce = 4 + 4v). A táblázatos értékek Rsi = 0,13 és Rse = 0,04 m²K/W.
Mit tudunk és mit nem tudunk a bevonat pórusszerkezetéről
A Knudsen-érvelés egyetlen bemenő adaton áll vagy bukik: a pórusméret-eloszláson. Ezért megnéztük azt a dokumentumot, amelyre a gyártó a 27–71 nm-es tartományt és az 58%-os porozitást visszavezeti.
Forrásdokumentum
Knudsen Effekt — UNI Siegen: Analyse der Porösität von MIG-ESP Interior Anti-Microbial
Universität Siegen · 2023 · keltezés: Siegen, 2023. augusztus 22., 15 oldal
A jegyzőkönyv tartalma: röntgendiffrakciós (XRD) fázisdiffraktogramok a kiindulási mintáról, valamint 400 °C-on és 600 °C-on hőkezelt mintákról, azonosított fázisokkal (kalcit, dolomit, rutil, wollastonit, perovszkit, diopszid, titanit, krisztobalit, periklász), továbbá pásztázó elektronmikroszkópos (SE és BSE) felvételek. A dokumentumban a „Knudsen”, „Porosität”, „porös”, „Pore”, „BET” és „nm” kulcsszavakra egyaránt nulla találat van.
Nyitott kérdés
A hivatkozott Siegeni Egyetem-i jegyzőkönyv XRD fázisanalízist és SEM-felvételeket tartalmaz, porozimetriát nem. A 27–71 nm-es pórusméret-tartományra és az 58%-ot meghaladó porozitásra ebben a dokumentumban nem található mérési eredmény.saját dokumentum-átvizsgálás a gyártótól kapott, teljes terjedelmű jegyzőkönyvön
Megjegyzésünk: Ez nem azt jelenti, hogy a bevonat ne lehetne nanoporózus — azt jelenti, hogy erre a konkrét számpárra jelenleg nincs a birtokunkban mérési bizonyíték. Az XRD azt mondja meg, milyen kristályos fázisok vannak jelen; a SEM-kép a felszíni morfológiát mutatja. Pórusméret-eloszlást egyikből sem lehet levezetni.
Adatalapú ábra — a számok forrása alább
Az sd-érték: hány méter álló levegővel egyenértékű a réteg
A páradiffúziós ellenállást azzal a levegőréteg-vastagsággal fejezzük ki, amely ugyanennyire fékezné a vízgőzt. A szabvány három osztályt különböztet meg; a skála logaritmikus, mert a valós termékek között több nagyságrend a különbség.
Forrás: Az sd-értékek a MIG-ESP CE-teljesítménynyilatkozatából (MSZ EN 15824:2017, vizsgálati módszer EN ISO 7783). Az osztályhatárok az MSZ EN 1062-1 szerinti V1/V2/V3 vízgőzáteresztési osztályok.
A megkülönböztetés nem formalitás. A nanoporozitás mérése önálló, szabványosított mérési feladat: gázadszorpciós (BET/BJH, illetve NLDFT kiértékelésű) vizsgálat vagy higanyos porozimetria kell hozzá, az ISO 15901 sorozat, illetve az ISO 9277 szerint. Ezek a módszerek adnak pórusméret-eloszlást, összporozitást és fajlagos felületet — pontosan azt a három adatot, amire a Kaganer-egyenlet alkalmazásához szükség van. A mérés rutinfeladat, jó néhány hazai és európai anyagvizsgáló laboratórium elvégzi.
A skála-kérdés: pórus vs. határréteg
Tegyük fel egy pillanatra, hogy a pórusadat helyes. Ekkor is marad egy önálló kérdés, amelyet érdemes külön kezelni: hol lép fel a hatás. A Knudsen-effektus az anyagon BELÜLI gázra vonatkozik — a bevonat pórusaiban lévő levegő hővezetésére. A számítás viszont, amely a hirdetett U-érték-javulást adja, a bevonat felülete FÖLÖTT, a helyiség szabad levegőjében kialakuló termikus határréteg konvektív hőátadási tényezőjét (hci, hce) írja nullára.
Egy függőleges falfelület mellett kialakuló természetes konvekciós termikus határréteg vastagsága szokásos beltéri körülmények között 5–50 mm nagyságrendű. Ebbe helyettesítsük be a Knudsen-szám definícióját.
| Hely | Jellemző méret | Knudsen-szám | Ritkulási hatás? |
|---|---|---|---|
| Bevonat pórusa (gyártói állítás szerint) | 27–71 nm | kb. 1–2,5 | igen, domináns |
| Falfelület melletti termikus határréteg | 5–50 mm | 1,4·10⁻⁵ – 1,4·10⁻⁶ | nem |
| A hatás küszöbe | — | 0,01 | — |
Saját elemzésünk
A falfelület melletti termikus határréteg Knudsen-száma légköri nyomáson 10⁻⁵–10⁻⁶ nagyságrendű, azaz három-négy nagyságrenddel a ritkulási hatás Kn > 0,01 küszöbe alatt van. Ahhoz, hogy egy 5–50 mm-es határrétegben Kn elérje a 0,01-ot, a levegő nyomását nagyjából 0,1–1,4 mbar-ra kellene csökkenteni — ez a vákuumszigetelő panelek belső nyomástartománya.saját számítás; l = 68 nm 20 °C-on és 1013 hPa-n, l fordítottan arányos a nyomással
Megjegyzésünk: Ez a számítás nem a bevonatról mond ítéletet, hanem a számítási eljárás egy lépéséről: a hci = hce = 0 felvétel nem vezethető le a Knudsen-effektusból, mert az a hatás a pórusban lép fel, nem a felület fölötti szabad levegőben.
Érdemes hozzátenni, hogy a felületi érdesség hatása a konvekcióra a mérések szerint ellentétes irányú: az érdes, tagolt felület jellemzően növeli — nem csökkenti — a konvektív hőátadási tényezőt, mert megnöveli az érintkező felületet és megzavarja a lamináris határréteget. Recenzált publikációt arra, hogy a mikro- vagy nanoporozitás mérhetően csökkentené a hc-t levegő–szilárd határfelületen, atmoszférikus nyomáson, nem találtunk.
A szilárd váz: a párhuzamos hőútvonal
Van egy harmadik, az előző kettőtől független korlát is, és ez nem a pórusgázról, hanem az azt körülvevő anyagról szól. Ez az a pont, ahol a VIP és az aerogél példája a legtöbbet segít: ott a szilárd váz elenyésző hányadot foglal el, egy ásványi bevonatban viszont nem.
Saját elemzésünk
A Siegeni Egyetem XRD-vizsgálatával azonosított fázisok (kalcit, dolomit, rutil, wollastonit, diopszid) hővezetése egyaránt néhány W/mK nagyságrendű, jellemzően 3–8 W/mK között. Ha a gyártó által állított, 58%-ot meghaladó porozitást adottnak vesszük, a maradék mintegy 42% összefüggő ásványi váz párhuzamos hőútvonalat képez a pórusgáz mellett: még tökéletes Knudsen-elnyomást feltételezve is nagyságrendileg tized–egész W/mK effektív hővezetés adódik. Aerogél-szintű értékhez ezekkel az ásványokkal 90% fölötti porozitás kellene.saját, párhuzamos vezetési modellen alapuló nagyságrendi becslés, a Siegeni Egyetem által azonosított kristályos fázisok irodalmi hővezetési értékeivel
Megjegyzésünk: Ez a becslés felső korlát jellegű, a valós érték a váz szerkezetétől függően ennél kedvezőbb lehet — de nem nagyságrendekkel. Éppen ezért nem meglepő, hogy a gyártó saját nedvességtechnikai modelljében a bevonat λ = 0,160 W/mK értékkel szerepel: az ásványi összetétellel ez konzisztens, a Knudsen-elnyomott tartománytól viszont két-három nagyságrendre van.
Mennyit adhat hozzá a hatás 0,5 mm-ben, ha minden feltevés igaz?
Ez a legcélszerűbb ellenőrző kérdés, mert nem igényel semmilyen vitát a pórusszerkezetről: elég a rétegvastagság. A hőellenállás R = d / λ, és itt d = 0,0005 m.
Adatalapú ábra — a számok forrása alább
Hőmérséklet-eloszlás a falkeresztmetszetben
- 16,6 °C belső felületi hőmérséklet — száraz falazat (λ = 0,60 W/(m·K), 0,7 m% nedvességtartalom)
- 15,3 °C belső felületi hőmérséklet — nedves falazat (λ = 0,92 W/(m·K), 5 m% nedvességtartalom)
A hőmérséklet a falban nem ott ugrik, ahol gondolnánk: a két legnagyobb lépcső a beltéri és a kültéri határrétegben van. Ugyanaz a fal nedvesen rosszabbul szigetel, ezért a belső felülete hidegebb — és ezzel átlépheti a penészküszöböt.
Forrás: Rsi = 0,13 és Rse = 0,04 m²K/W (MSZ EN ISO 6946 táblázatos érték), 380 mm tömör tégla, λ = 0,60 → 0,92 W/(m·K) a nedvességi átszámítással (MSZ EN ISO 10456). Peremfeltétel: 20 °C / 60% beltéri és -1 °C kültéri levegő. A 80%-os penészküszöb a Magnus-formulából.
Saját elemzésünk
0,5 mm rétegvastagság mellett még VIP-mag szintű λ = 0,004 W/mK esetén is R = 0,125 m²K/W az elérhető maximum — egy átlagos falszerkezet hőellenállásának néhány százaléka. A gyártói jegyzőkönyvekben szereplő 0,752 m²K/W-os hőellenállás-növekményhez ugyanezen a vastagságon λ ≈ 0,00066 W/mK kellene: a legjobb evakuált VIP-mag hatoda, légköri nyomáson, szilárd ásványi anyagban.saját számítás; R = d/λ, d = 0,5 mm
Megjegyzésünk: Ez elméleti felső korlát egy fizikailag irreális feltevés mellett, nem a bevonat mért teljesítménye — a bevonatra a CE-teljesítménynyilatkozat NPD-t (nincs meghatározott teljesítmény) deklarál a hővezetési tényezőnél, tehát mért λ nem áll rendelkezésre. A rétegvastagság önmagában korlátot szab: bármilyen anyagon belüli hatásról legyen szó, egy fél milliméteres rétegben az elérhető hőellenállás felülről korlátos.
A gyártó állítása
A gyártó saját WUFI Pro rétegtáblái a bevonatot 0,05 cm vastagsággal, λ = 0,160 W/mK hővezetési tényezővel és R = 0,003 m²K/W hőellenállással szerepeltetik (ESP INTERIOR és ESP EXTERIOR sorok).MIG mbH WUFI Pro számítások, Szeged / LeierPLAN sorozat, 2025-03; azonos érték az összes átnézett rétegtáblában
Megjegyzésünk: A 0,160 W/mK közönséges ásványi vakolat nagyságrendje, és két-három nagyságrenddel a Knudsen-elnyomott tartomány fölött van. A gyártó tehát a saját nedvességtechnikai modelljeiben nem alkalmaz Knudsen-hatást a rétegre — az kizárólag a felületi ellenállás felvételében jelenik meg.
Mit kellene mérni, hogy a kérdés eldőljön
A helyzet abban a szerencsés állapotban van, hogy nem elméleti vitával, hanem mérésekkel eldönthető. Az alábbi lista azt tartalmazza, amit egy tervezőnek elég lenne kézhez kapnia ahhoz, hogy a Knudsen-érvelést önállóan ellenőrizze.
- Pórusméret-eloszlás és összporozitás a megszilárdult bevonaton: gázadszorpciós vizsgálat (ISO 9277 / ISO 15901-2) vagy higanyos porozimetria (ISO 15901-1), akkreditált laboratóriumtól, a mintavétel és a szárítási előkészítés dokumentálásával.
- A bevonat hővezetési tényezőjének közvetlen mérése: hőárammérős (EN 12667 / ISO 8301) vagy tranziens síkforrás (ISO 22007-2) módszerrel, kellő vastagságú, azonos receptúrájú próbatesten.
- Féltérbeli emisszió mérése a hosszú hullámhosszú infravörös sávban (ASTM C1371 vagy EN 15976), frissen és mesterséges öregítés után — ez az egyetlen tag, amelyet az EN ISO 6946 Annex C ténylegesen enged beszámítani.
- Vízgőz-diffúziós ellenállás (sd, EN ISO 12572), kapilláris vízfelvétel (Aw, EN ISO 15148) és nedvességtárolási függvény (EN ISO 12571) — ezek a valóban védhető, szárító hatás modellezéséhez kellenek, WUFI-bemenetként.
- Összehasonlító mérés: ugyanaz a mérési sorozat egy közönséges páraáteresztő mészfestéken. Az állítás ugyanis nem az, hogy a bevonat páraáteresztő, hanem hogy jobb, mint az alternatívák — ezt csak összehasonlítás mutathatja meg.
- Napsugárzás-visszaverés és SRI a nemzetközi cool-roof gyakorlat számai szerint (ASTM E903 / C1549, SRI ASTM E1980) — itt már van akkreditált alapadat, ezt érdemes szabványos formátumba tenni.
Mi az, ami ma is védhetően állítható
A fenti elemzésből nem az következik, hogy a termék hőtechnikai szempontból érdektelen volna. Az következik, hogy a legerősebb tulajdonsága nem a Knudsen-effektus, hanem egy másik, akkreditáltan megmért jellemző.
Sematikus magyarázó ábra — nem mérési eredmény
Az öt bizonyíték-fokozat, erősorrendben
1. MÉRT
Akkreditált vizsgálóhely mérési jegyzőkönyve, nevesített mérésvégzővel, műszerrel és jegyzőkönyvszámmal. Ez a legerősebb fokozat.
Példa: MFPA Weimar, Prüfbericht Nr. B 21.15.223.01
2. FÜGGETLEN
Szabvány, egyetemi vagy kutatóintézeti közlemény, jogszabály. Nem a mi termékünkre vonatkozik, hanem az általános épületfizikára — ezért erős, de közvetett.
Példa: MSZ EN ISO 10456, Fraunhofer IBP
3. SZÁMÍTOTT
Hő- és nedvességtranszport-szimuláció vagy táblázatos hőtechnikai számítás. Nem mérés: az eredményt a bemeneti anyagjellemzők és a felvett peremfeltételek határozzák meg, ezért mindkettőt megnevezzük.
Példa: Salzkotten, hároméves transzport-szimuláció
4. TAPASZTALAT
A tulajdonos, az üzemeltető vagy a tervező írásos beszámolója. Hiteles arra, hogy mit tapasztaltak — de nem műszeres mérés, ezért teljesítményadatot nem vezetünk le belőle.
Példa: Veresegyház, a tulajdonos írásos beszámolója, 2024
5. NINCS ADAT
Olyan állítás, amelyet a gyártói anyagok tartalmaznak, de nyilvános mérési jegyzőkönyvet nem találtunk hozzá. Közöljük, hogy létezik ilyen állítás, és megmondjuk, mi hiányzik a bizonyításához. Ezeket a magunk nevében nem állítjuk.
Példa: Pórusméret és porozitás
Az első fokozat a legerősebb, az ötödik azt jelenti, hogy nyilvános mérési jegyzőkönyvet nem találtunk. Az ötödiket a magunk nevében nem állítjuk — de kiírjuk, hogy létezik ilyen állítás.
Ugyanez a jelölés fut végig az egész oldalon: minden állítás mellett ott áll, milyen erős bizonyíték támasztja alá. Az ötödik fokozat azt jelenti, hogy nyilvános mérési jegyzőkönyvet nem találtunk — ezt is kiírjuk.
Akkreditált mérés
A MIG-ESP Außen mintán mért féltérbeli spektrális reflexió 0,965–0,980 az 500–1000 nm sávban, 0,927–0,964 az 1100–1600 nm sávban és 0,64–0,88 az 1750–2500 nm sávban. Ez pontosan az a hullámhossz-tartomány, ahol a napsugárzás energiájának túlnyomó része érkezik.MFPA Weimar (Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar), Prüfbericht Nr. B 21.15.223.01; Agilent Cary 5000 spektrométer, DRA 2500 integráló gömb
0,93–0,98
napsugárzás-visszaverés az 500–1600 nm sávban
Forrás: MFPA Weimar, Prüfbericht Nr. B 21.15.223.01
Ebből közvetlenül levezethető a nyári felületi hőmérséklet csökkenése, a hűtési igény mérséklése és a városi hőszigethatás elleni hozzájárulás — mind olyan állítás, amelynek harmadik fél által mért, ellenőrizhető alapja van. Emellé társul egy további, szakmailag megalapozott érv: a bevonat ásványi kötésű és páraáteresztő, tehát nem zárja el a falszerkezetet, márpedig a nedves falazat lényegesen rosszabbul szigetel a száraznál — a víz hővezetése mintegy 20–24-szerese a levegőének, és ezt az EN ISO 10456 nedvességi átszámítása szabványosan kezeli.
Független forrás
Kültéren alkalmazva az alacsony emissziójú felület csökkenti az éjszakai kisugárzás miatti felületi páralecsapódást: a Fraunhofer IBP hasonló infravörös-reflektáló bevonaton a kondenzációs idő 13%-os, kelvin-órában kifejezve 28%-os csökkenését mérte.Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP), infravörös-reflektáló bevonatok kondenzációs viselkedésének mérése
Megjegyzésünk: Ez kültéri hatás. Beltéren a fizika iránya ellentétes: minden felületi hőátadási ellenállás-növekedés hűti a belső falfelületet, ezért ebből beltéri penészvédelmi előny nem vezethető le.
A cikk állásfoglalása egy mondatban
A Knudsen-effektus valós fizika, és a vákuumszigetelő panelekben, illetve az aerogélekben bizonyítottan működik. Egy 0,4–0,6 mm-es ásványi bevonatnál — még a gyártó által állított, 58%-ot meghaladó porozitást adottnak véve is — a hatás fellépését ma nem támasztja alá porozimetriai mérés, a rétegvastagság pedig önmagában felső korlátot szab a hozzájárulásnak; a bevonat védhető erőssége ezért nem a hővezetés, hanem a napsugárzás-visszaverés és a páratechnikai viselkedés.
Ha Ön tervezőként vagy energetikusként vékonyrétegű bevonattal találkozik egy projektben, három kérdés általában elég a tisztázáshoz: van-e porozimetriai jegyzőkönyv a pórusméretre; mit deklarál a CE-teljesítménynyilatkozat a hővezetési tényezőnél; és a bemutatott U-érték-számításban milyen Rsi és Rse értékek szerepelnek. A harmadik kérdés a leggyorsabb — a szabványos, táblázatos értékek 0,13 és 0,04 m²K/W.
A kutatási tárban megtalálja azt a gyártói számítást, amely a hőátbocsátási tényezőt a Knudsen-effektus figyelembevételével vezeti le, valamint az alacsony emissziójú bevonatokról szóló háttéranyagot. Mindkettőnél jelöljük, mi épül mérésre és mi feltevésre.
A Knudsen-effektusra épülő számítás eredetibenGyakori kérdések
Létezik egyáltalán a Knudsen-effektus, vagy marketingfogalom?
Létezik, és jól dokumentált gázkinetikai jelenség. Akkor lép fel, ha egy gázt olyan térbe zárunk, amelynek jellemző mérete összemérhető a molekulák közepes szabad úthosszával vagy kisebb annál — levegőben, 20 °C-on és légköri nyomáson ez kb. 68 nm. Ilyenkor a molekulák inkább a pórus falába ütköznek, mint egymásba, és a gáz effektív hővezetése lecsökken. A vákuumszigetelő panelek és az aerogélek működésének ez a fizikai alapja.
Ha a jelenség valós, miért nem magyarázza a vékonyrétegű bevonatok hőszigetelő hatását?
Három egymástól független ok miatt. Először: a hatás nagysága a pórusméret-eloszlástól függ, ezt pedig porozimetriával kell megmérni — a MIG-ESP esetében a hivatkozott siegeni jegyzőkönyv XRD-fázisanalízist és SEM-felvételeket tartalmaz, porozimetriát nem. Másodszor: a hatás az anyagon belüli gázra vonatkozik, tehát csak a réteg saját hőellenállásán hathat, és 0,5 mm-ben még VIP-mag szintű hővezetés mellett is R = 0,125 m²K/W a felső határ. Harmadszor: a szilárd váz párhuzamosan vezeti a hőt, és a gyártó által állított 58%-os porozitás mellett is a maradék mintegy 42% összefüggő ásványi váz rövidre zárja a gázfázist.
Mi a különbség a pórusban lévő gáz és a fal melletti határréteg között?
Öt-hat nagyságrend. A bevonat pórusa a gyártói állítás szerint 27–71 nm, itt a Knudsen-szám 1 körüli, tehát a ritkulási hatás valóban működne. A falfelület melletti termikus határréteg viszont 5–50 mm vastag, ahol a Knudsen-szám 10⁻⁵–10⁻⁶, miközben a hatás küszöbe Kn > 0,01. A határrétegben a Knudsen-effektus légköri nyomáson nem lép fel — ahhoz a nyomást 0,1–1,4 mbar körüli értékre kellene csökkenteni, ami éppen a vákuumszigetelő panelek belső nyomása.
Beszámítható-e a bevonat az energetikai tanúsításban hőszigetelésként?
Nem. A CE-teljesítménynyilatkozat a hővezetési tényezőnél NPD-t, azaz nincs meghatározott teljesítményt deklarál, deklarált teljesítmény nélkül pedig a 7/2006 (V. 24.) TNM rendelet szerinti számításban hőszigetelő rétegként nem vehető figyelembe. Az energetikai szoftverekbe „virtuális szigetelő rétegként”, fiktív hővezetési tényezővel bevinni pedig azért nem szabad, mert az a tanúsítványt megalapozatlan bemenő adatra építené — ez a tanúsító és az adatot szolgáltató felelősségét is megalapozza.
Akkor mit lehet a bevonatról megalapozottan állítani?
A legerősebb, akkreditáltan mért tulajdonság a kiemelkedően magas napsugárzás-visszaverés: az MFPA Weimar jegyzőkönyve szerint 0,93–0,98 az 500–1600 nm sávban. Ebből közvetlenül következik a hűvösebb nyári felület, a kisebb hűtési igény és a városi hőszigethatás mérséklése. Emellett védhető, hogy a bevonat ásványi kötésű, páraáteresztő, nem éghető, és 0,4–0,6 mm-es vastagságával ott is alkalmazható, ahol táblás hőszigetelés geometriailag nem fér el — például műemléki homlokzaton vagy belső falfelületen.
Milyen mérés zárná le a vitát?
Elsősorban egy akkreditált porozimetriai jegyzőkönyv (gázadszorpció ISO 9277 / ISO 15901-2 szerint, vagy higanyos porozimetria ISO 15901-1 szerint) a megszilárdult bevonaton, pórusméret-eloszlással és összporozitással. Mellé a bevonat hővezetési tényezőjének közvetlen mérése (EN 12667 vagy ISO 22007-2), valamint a féltérbeli emisszió mérése frissen és öregítés után. Ez a három adat elegendő ahhoz, hogy bárki önállóan ellenőrizze a Knudsen-érvelést.
Források
- 1.MFPA Weimar, Prüfbericht Nr. B 21.15.223.01 — spektrális reflexió-mérés, MIG-ESP Außen
- 2.Universität Siegen: Knudsen Effekt — Analyse der Porösität von MIG-ESP Interior Anti-Microbial (2023. augusztus 22., 15 oldal)
- 3.MIG mbH: Calculation of the U-value of building components and materials, according to EN ISO 6946 plus Knudsen Effect / Karbonmentesítő prospektus, 2023-09
- 4.MIG mbH számítási lap, Indotec Weiss, 2025-04-02 — „hce = hci = 0 because of to Knudsen effect”
- 5.MIG mbH WUFI Pro számítások, Szeged / LeierPLAN sorozat, 2025-03 — rétegtábla: ESP INTERIOR / EXTERIOR, 0,05 cm, λ = 0,160 W/mK, R = 0,003 m²K/W
- 6.MIG mbH: MIG páraszabályzó hőszigetelő rendszer leírása (magyar nyelvű gyártói anyag) — a 27–71 nm-es pórusméret és az 58%-ot meghaladó porozitás állítása
- 7.V. G. Kaganer: Thermal Insulation in Cryogenic Engineering (Israel Program for Scientific Translations, 1969) — a pórusgáz hővezetésének Knudsen-korrekciója
- 8.MSZ EN ISO 6946:2017 — Épületszerkezetek és épületelemek. Hővezetési ellenállás és hőátbocsátási tényező. Számítási módszerek; normatív C melléklet a felületi hőátadási ellenállásról
- 9.MSZ EN ISO 10456 — Építőanyagok és -termékek. Hő- és nedvességtechnikai tulajdonságok. Táblázatos tervezési értékek és eljárások (nedvességi átszámítás)
- 10.ISO 15901-1 és ISO 15901-2 — Szilárd anyagok pórusméret-eloszlásának és porozitásának meghatározása higanyos porozimetriával, illetve gázadszorpcióval; ISO 9277 — fajlagos felület BET-módszerrel
- 11.Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) — infravörös-reflektáló bevonatok kondenzációs viselkedésének mérése
- 12.MIG Active Coating Explained — a gyártó technológiai bemutatója (másik lapon nyílik meg)
Kapcsolódó cikkek
Mérnöki
Rsi = 0,13 vagy 0,88? A felületi hőátadási ellenállás vitája — mindkét számítás
A MIG-ESP / DHMb bevonatrendszerhez kiadott U-érték-számítások egy olyan bemenő értéken állnak vagy buknak, amelyről a legtöbb energetikai számításban szó sem esik: a felületi hőátadási ellenálláson. A gyártó számítása belső oldalon Rsi = 0,88 m²K/W értékkel dolgozik, az MSZ EN ISO 6946:2017 táblázatos alapértéke ugyanerre 0,13 m²K/W. A különbség nem elhanyagolható részlet — egyetlen valós rétegrenden 0,62 W/(m²K) és 0,42 W/(m²K) között dönt. Ez a cikk mindkét számítást leközli, teljes levezetéssel, és megmutatja, hol tér el a kettő útja.
Mérnöki
Hőszigetelő festék vélemények és kritika – válasz pontról pontra
A magyar szakmai sajtóban és a mérnöki fórumokon évek óta fut egy jól megalapozott hőszigetelő bevonat kritika. A bírálat nagy részével egyetértünk. Ebben a cikkben pontról pontra végigmegyünk a négy legsúlyosabb ellenvetésen: megmutatjuk, hol áll meg a kritika, mit nem a mi termékünkről mondanak, és mi az, amit mi állítunk – minden esetben forrásmegjelöléssel, gyártói, akkreditált, független vagy saját eredetet feltüntetve.
Hogyan működik
Hővisszaverő festék: a hőreflexió és az emisszió különbsége
Egy bevonat terméklapján gyakran két, egymáshoz látszólag közeli szám szerepel: „a visszaverés 97%" és „az emisszió 0,315". A két adat nem ugyanarra a sugárzásra vonatkozik, nem ugyanazzal a műszerrel mérik, nem ugyanaz a szabvány írja le, és a szerkezet hőmérlegében sem ugyanott lép be. Ez a cikk szétválasztja a hőreflexió és az emisszió különbségét: megmutatja, hol húzódik a két sugárzási tartomány határa, mit mond Kirchhoff törvénye és mit nem, mit mértek az általunk ismert jegyzőkönyvek, és hol hiányzik még a mérés. Mérnököknek, tervezőknek és kiírást készítőknek szól.
Mérnöki
A gyártó saját mérési módszere vékonyrétegű bevonatokra — és a korlátai
A vékonyréteg szigetelés mérés kérdése azzal kezdődik, hogy a klasszikus λ/d eljárás 0,4–0,6 mm-es rétegvastagságnál valóban a mérési bizonytalanság alá kerül. A MIG mbH ezért kidolgozott egy saját eljárást: Dipl.-Chem. Ing. Burkhard Brandt 2020. áprilisi módszertani jegyzőkönyve egy parafadobozos, jégakkumulátoros mérőberendezéssel készült, és a szerző saját összegzése szerint 42%-os U-érték-javulást állapít meg. Ez a cikk közli a módszert a maga teljességében — a berendezés felépítését, a képleteket, a mért adatsorokat és a gyártó számpéldáját —, majd a jegyzőkönyv saját függelékadataiból levezeti, mit határoz meg ez az eljárás, és mi hiányzik ahhoz, hogy energetikai számításban felhasználható legyen. A rövid válasz: a módszer premisszája helytálló, a kivitelezése egy tranziens, 157 másodperces hőmérséklet-különbséget rögzít, és a mért jel 117%-a a minta meleg oldaláról származik — vagyis onnan, ahonnan a hőellenállásról nem lehet következtetést levonni.
