Zima a čerstvý vzduch

Je zima, ale v našich domovech pěkně teploučko. Jak ale teplo neztratit a přitom se „neudusit“? Odpovědět je nasnadě – musíme se naučit správně větrat. Jak na to?

Pokud vypneme topení, otevřeme okna dokořán a rychle vyměníme vzduch za čerstvý, pak se po uzavření oken tepelná rovnováha v místnosti obnoví téměř okamžitě. Tepelná kapacita vzduchu je totiž ve srovnání s pevnými předměty v místnosti a zdmi velmi malá.

Fyzikální vysvětlení je jednoduché – hustota atomů v pevných látkách je asi 1000x vyšší, než je ve vzduchu při stejné teplotě a tlaku. Jak dlouho tedy větrat? To už není tak jednoduché, protože musíme uvážit tepelné relaxační časy RC (R je tepelný odpor a C tepelná kapacita) všech objektů v místnosti. Například tepelný relaxační čas prázdné skleničky na víno je půl minuty, zatímco u plné lahve vína je to okolo tří hodin. Pro stěny místnosti a jiné velké objekty to je ještě několikanásobně déle. Větrání, aniž by došlo k vychladnutí stěn a předmětů, je tedy snadno proveditelné. Konvekční proudění vzduchu o malé tepelné kapacitě rychle obnoví původní teplotu v místnosti. Z hlediska úspor energie je takovýto způsob větrání, byť by se nám zdál v době klimatizačních zařízení zastaralý, tím úplně nejlepším a nejšetrnějším! Naopak stálý, byť malý, přísun studeného vzduchu do našeho pokoje způsobí, že teplotní gradient poblíž naší kůže bude strmý a nám se tedy bude zdát zima.

V příjemně teplém pokoji se dobře řeší fyzikální problémy, porovnejme tedy dvě situace: studený pokoj a teplý pokoj. Ve kterém bude celková energie molekul vzduchu větší (pokud zanedbáme průvan)? Protože střední kinetická energie molekuly plynu je přímo úměrná teplotě, celková kinetická energie teplého pokoje by měla být větší. Ale je v tom háček. Když teplota stoupá, vzduch se rozpíná a některé molekuly uniknou netěsnostmi tak, aby tlak zůstal nezměněn. Uvažujeme-li tedy vzduch jako ideální plyn, je jeho hustota za stejného tlaku nepřímo úměrná teplotě a energie je dána jen kinetickou energií. A protože objem našeho pokoje se nemění, dojdeme k překvapujícímu závěru: Když vytopíme náš pokoj, celková energie vzduchu v něm se nezmění!

Podle Europhysics News 40/6, str. 30, l.J.F. (Jo) hermans * Leiden University, The Netherlands *
Hermans@Physics.LeidenUniv.nl