Podni konstrukcijski sklop kao element nekog prostora odnosno stana mora ispunjavati najrazličitije tehničke i netehničke zahtjeve. Ovi potonji su možda najizrazitiji kod zaključnog ili habajućeg sloja, budući da nosivi i zaštitni slojevi osiguravaju prije svega nosivost i stabilnost te toplinsku, zvučnu i vodenu zaštitu.
Kod bavljenja toplinskim pojavama razlikujemo slučajeve sa podnim odnosno međuetažnim konstrukcijama između prostora s jednakom ili približno jednakom temperaturom (primjerice, međuetažna konstrukcija između dva stana) i među prostorima s vrlo različitom temperaturom, dakle – među toplinskim zonama, ili naspram temperature okoliša (na primjer podovi iznad otvorenog prolaza, podovi nasuprot negrijanog prostora, podovi na zemlji).
Za opis toplinskih svojstava konstrukcijskoga sklopa u stacionarnim i poznatim graničnim odnosima koristimo toplinski otpor (R) i njegovu obrnutu vrijednost, toplinsku provodljivost (U). Podaci koji nam pritom trebaju su pojedine toplinske provodljivosti (l) i debljine pojedinih slojeva sklopa te toplinski prijelazi graničnih slojeva zraka (a). Toplinska svojstva možemo poboljšati prije svega dodavanjem odnosno povećavanjem debljine sloja toplinske zaštite.
Sve navedeno nam omogućuje da odredimo i površinsku temperaturu poda. Ipak, taj izračunati podatak još ne daje pravi ili konačni dojam toplinskog ugođaja, koji nudi obrađivani pod. Podovi su onaj dio prostora s kojim smo takoreći u neposrednom dodiru tijekom čitavoga svog aktivnog dijela dana. Kod prijenosa topline s našega tijela preko, primjerice, stopala na tlo radi se o dinamičnoj toplinskoj pojavi, i zato za ocjenu radnih odnosa moramo poznavati dva dodatna dinamična parametra koji nam pomažu prosuditi vjerojatnost pojave (ne)ugodnog osjećaja u dodiru s određenim tipom podova ili podne obloge. Pri tome najvažniju ulogu u svemu igra upravo završni sloj, to jest sloj koji se izravno koristi.
Kako nam je za stacionarnu obradu prijenosa topline dostatan osnovni podatak – toplinska provodljivost (l) materijala, za nestacionarni opis su nam potrebni dodatni podaci: gustoća (r) i specifična toplina (c). Sa ove tri poznate količine možemo opisati termičku difuzivnost (a) i toplinsku prodornost (b) materijala, odnosno sloja.
Termička difuzivnost opisuje brzinu putovanja izotermnih podražaja kroz tvari, kada se temperatura u toj tvari mijenja tijekom protjecanja vremena. Opisujemo je izrazom
Mala termička difuzivnost je važna za one tvari koje slabo provode toplinu i imaju velik toplinski kapacitet. Naravno, nije neophodno da oba svojstva nastupaju istodobno ili jednako izrazito; u slučajevima kad se radi o različitim tvarima važno je samo koja od tih osobina prevladava. Tipičan primjer tvari s malom termičkom difuzivnošću je drvo ili laki izolacijski materijali. Veliku termičku difuzivnost imaju masivan kamen, metali, keramika i njima slične tvari.
Toplinska prodornost (koju zovemo i toplinskim upijanjem) je neka vrsta utega, kojim jedno tijelo utječe na temperaturu dodirne površine s drugim tijelom. Radi se zapravo o mjeri topline koja prilikom dodira mora prodrijeti u tijelo da se ono zagrije, odnosno o onoj koju tijelo mora predati, da bi se ohladilo. Opisujemo je izrazom
Termička difuzivnost je količina koja opisuje događanje unutar slojeva, dok je toplinska prodornost neposredno povezana sa događanjima na i oko njihovih površina. Kod podne površine njome možemo opisati prenošenje topline sa stopala na pod. Dodirna temperatura dvaju tijela je, naime, prosjek njihovih početnih temperatura:
Tvar sa većom toplinskom prodornošću ima veći utjecaj na dodirnu temperaturu, što znači da će se pri dodiru – manje ohladiti (odnosno ugrijati) od tvari koja ima manju toplinsku prodornost. Opisana zakonitost nam objašnjava zašto je osjećaj hodanja po drvenom podu ugodniji (kad osjećamo manju hladnoću) od hodanja po betonskom podu. Naime, beton ima približno šest puta veću toplinsku prodornost od drva. Kod jednake površinske temperature poda (i jednake zbirne toplinske provodljivosti) ova osobina uječe na intenzitet upijanja topline. Ako, primjerice, betonsko tlo prekrijemo tekstilnom podnom oblogom, hod po njoj – što se tiče topline – neće biti ugodniji zato jer se time povećao njihov zbirni toplinski otpor, nego zato jer smo upotrijebili materijal sa znatno manjom toplinskom prodornošću i termičkom difuzivnošću.
Dakle, podove osjećamo kao hladne ako imaju (pre)veliku toplinsku prodornost, jer nam odmah nakon dodira oduzimaju veliki dio topline i time nas previše rashlađuju. S druge strane, nas kod hodanja po vrućoj podlozi više peče onda, ako ta podloga ima veliku toplinsku prodornost. Naravno, na osjećaj topline ili hladnoće utječu i temperaturni uvjeti u okolici; zato nam i jest tijekom ljetnih vrućina ugodno bosim nogama stupiti na »hladne« kamene ili keramičke podove u stanu, dok nam je u neko drugo ljetno doba ipak ugodnija »toplina« parketa.
Kao i kod nekih drugih nestacionarnih odnosno dinamičkih toplinskih pojava, i ovdje možemo govoriti o osjetilnoj temperaturi. Isto je tako, mada zbog nekih drugih fizikalnih polazišta – recimo, i pri promatranju utjecaja vjetra odnosno gibanja zraka na subjektivni osjećaj hladnoće. Kod jednake temperature vanjskog zraka bit će nam hladnije ako – puše vjetar. Osjećaj hladnoće se povećava, odnosno temperatura koju osjećamo se snižava sa brzinom gibanja zraka s kojom se povećava izmjena (gubitak) topline sa konvekcijom.
Kao zanimljivost možemo spomenuti i to, da se toplinom na neki način bavio i analitički psiholog Jung, jasno – sa posve drugog stajališta. U obradi topline kao metafore za libido spomenuo je kako je djelovanje topline učinkovitije i brže ako je biće koje je prima za to više raspoloženo, te da se na primjer toplina vatre bolje prenosi u ona tijela, koja su prikladnija za prijem. Prevedemo li to u fizikalne izraze, doći ćemo zapravo do – termičke difuzivnosti i toplinske prodornosti.
Toplinska svojstva čitavog podnog sklopa zajedno sa fenomenom prenošenja topline sa stopala na pod utječu na osjećaj ugode u prostoru, na zdravlje i radnu sposobnost čovjeka. Podovi, odnosno – završni slojevi podnih konstrukcija su zato i toplinski, odnosno – po svojim osobinama, u pravilu razvrstani s obzirom na namjenu pojedinih prostora (bivalni, školski, zdravstveni, tvornički …). Pritom važnu ulogu ima i komponenta vremena, to jest predviđenog trajanja zadržavanja u određenim prostorima, odnosno trajanja dodira s određenom vrstom poda.
Kod zacrtavanja sastava podnoga sklopa treba – zbog osiguranja njegovih odgovarajućih toplinskih značajki – poštovati granične temperaturne uvjete, namjenu tih prostora i zahtjeve korisnika te izabrati materijale s odgovarajućim osobinama tvari. Kod zaključnih slojeva moramo se pored njihove toplinske provodnosti pozabaviti i njihovom gustoćom i specifičnom toplinom, odnosno njihovom toplinskom prodornošću i termičkom difuzivnošću. Tako ćemo osigurati i ispunjenje dodatnih funkcionalnih i zdravstveno-higijenskih zahtjeva.
mag. Miha Tomšič, dipl. ing. građ.
