Ve fyzice označuje tepelná vodivost schopnost daného kusu látky, konstrukce (např. zdi, izolace) vést teplo. Tepelná vodivost dané látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti. Je definována jako množství tepla, které musí za jednotku času projít tělesem, aby na jednotkovou délku byl jednotkový teplotní spád. Přitom se předpokládá, že teplo se šíří pouze v jednom směru, např. v desce s rovnoběžnými povrchy. Tuto definici lze také vyjádřit tak, že součinitel tepelné vodivosti je výkon (tzn. teplo za jednotku času), který projde každým čtverečním metrem desky tlusté metr, jejíž jedna strana má teplotu o 1 kelvin vyšší než druhá.
Základní tepelně technické veličiny ve stavebnictví
Pro začátek stačí vědět, že základní veličinou vypovídající o tepelně izolačních schopnostech stavební konstrukce (o schopnosti materiálu vést teplo) je součinitel tepelné vodivosti λ (lambda) s jednotkou W/m.K, watt na metr kelvin (která se píše častěji W.m-1.K-1, popř. Wm-1K-1). Jinou důležitou veličinou je součinitel prostupu tepla U (jednotkou je W/m2.K), jímž se vyjadřuje tepelně izolační schopnost ohraničující konstrukce domu.
Součinitel prostupu tepla vyjadřuje, kolik tepla projde 1 m2 konstrukce při rozdílu teplot na obou stranách konstrukce 1 °C. Hodnota součinitele prostupu tepla U je převrácenou hodnotou odporu prostupu tepla R. Tento tepelný odpor stěny se skládá z přechodových odporů pro vnitřní a venkovní prostředí dohromady.
Ještě nedávno se za základní kritérium, které ovlivňuje výslednou kvalitu objektu z hlediska pohody prostředí a z hlediska tepelných ztrát považoval tepelný odpor. Dnes normy vyžadují počítat a zjišťovat součinitel prostupu tepla.
Tepelný odpor konstrukce R (jednotka je m2K W-1) se vypočte ze vztahu R = d / λ (tloušťka izolace v metrech se vydělí výpočtovou hodnotou součinitele tepelné vodivosti materiálu). Výsledný tepelný odpor je součtem všech vrstev konstrukce; ty se (po přepočtu na tloušťku) sečtou. Tepelný odpor R (m2·K/W) charakterizuje izolační schopnost konstrukční vrstvy o tloušťce d [m]: R = d/λ. R = R1 + R2 + R3 + ...
Čtěte také: Složení betonu
Určitý tepelný odpor se projevuje i při površích konstrukce, na rozhraní s obklopujícím vzduchem, jako důsledek šíření tepla prouděním vzduchu a sálavé výměny tepla s obklopujícími povrchy (šíření tepla sáláním). Kromě vedení tepla se zde projevuje proudění a sálání. Proto jsou hodnoty tepelného odporu této vrstvy závislé i na směru tepelného toku, tloušťce vrstvy a orientaci (svislé, vodorovné).
Hodnota součinitele prostupu tepla U popisuje model, kdy je uvnitř budovy teplo, například 20 °C, a venku zima, například -5 °C. Mezi interiérem a exteriérem je vnější stěna budovy. Aby bylo dosaženo co nejnižší hodnoty U, je třeba zvýšit tepelný odpor R obálky budovy - pak se spotřeba energie sníží. Toho lze dosáhnout přidáním izolační vrstvy na fasádu nebo použitím materiálu s lepšími izolačními vlastnostmi přímo při stavbě.
V laboratořích se hodnota λ (jako stavební fyzikální veličina) měří za konstantních podmínek - v tzv. deskové komoře. Hodnota součinitele lambda je určována nejčastěji laboratorně a je uveden v technickém listu výrobku. Odpory při přestupu tepla na vnitřní a vnější straně konstrukce Rsi a Rse jsou uvedeny v normě ČSN 73 0540-3. Tepelný odpor z vnější strany je pochopitelně nižší, tedy Rse = 0,04 m2K/W. Tepelný odpor při přestupu tepla na vnitřní straně je dále rozdělen dle typu konstrukce.
Další veličiny
- Tepelná jímavost b (jednotka: W2/sm4K2) je součinem λ . p . c; charakterizuje schopnost materiálu o definované vlhkosti teplo akumulovat a opět postupně uvolňovat.
- Součinitel teplotní vodivosti (jednotka: m2/s) vyjadřuje schopnost materiálu o definované vlhkosti vyrovnávat rozdílné teploty při neustálém vedení tepla.
- Tepelná pohltivost (jednotka: W/m2K) je definována jako schopnost materiálu pohlcovat nebo uvolňovat teplo.
- Teplotní útlum konstrukce vyjadřuje schopnost konstrukce tlumit harmonické změny teploty vnějšího vzduchu v zimním (letním) období na vnitřním povrchu konstrukce.
- Měrná tepelná kapacita (J/kgK) vyjadřuje množství tepelné energie, kterou je třeba dodat materiálu o definované vlhkosti a hmotnosti = 1 kg, aby se ohřál o 1 K.
Kromě toho se ve stavebnictví používá množství dalších veličin; ty se týkají zejména vlhkosti ve stavebních materiálech (např. faktor difúzního odporu, součinitel difúzní vodivosti, hmotnostní vlhkost materiálu, objemová vlhkost materiálu, atd.).
Normativní požadavky a deklarované hodnoty
Aktuálně platný a rozšířený přehled tepelně technických vlastností dalších materiálů podle ČSN 73 0540, ČSN 73 0544 a ČSN 73 0549. Norma pro každou konstrukci udává požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla a rovněž hodnotu doporučenou. Stavba tedy musí vyhovovat minimálně požadované hodnotě.
Čtěte také: Betonová dlažba Brož
Požadovaná minimální hodnota součinitele prostupu tepla U (W/m2.K) musí pro obvodovou zeď dosahovat hodnoty 0,38 (W/m2.K). Pro obvodové zdivo z cihel je doporučená hodnota 0,25 (W/m2.K).
Požadované hodnoty součinitele prostupu tepla se použijí pro základní hodnocení konstrukcí a jako vstupní údaj pro výpočet referenční budovy v hodnocení energetické náročnosti. Použití hodnot doporučených je vhodné všude tam, kde tomu nebrání technické, ekonomické nebo legislativní překážky. Hodnoty doporučené pro pasivní budovy se použijí zejména pro předběžný návrh konstrukcí takových budov. Povinnost dosahovat požadovaných, resp. doporučených hodnot součinitele prostupu tepla vychází z vyhlášky č. 78/2013 Sb.
Norma vymezuje termíny užívané v oboru stavební tepelné techniky, definice veličin, jejich značky a jednotky popisující šíření tepla, vlhkosti a vzduchu stavebními materiály a konstrukcemi, popisující stav vnitřního a venkovního prostředí používané v ČSN 73 0540 - 2, 3 a 4. Termíny a definice veličin, jejich značky a jednotky lze použít i při aplikaci norem souvisejících, zejména uvedených v normativních odkazech normy a souvisejících normách.
Deklarovaná hodnota vlastností stavebních výrobků (XD)
Deklarovaná hodnota vlastností stavebních výrobků, XD, je hodnota vlastnosti stavebních výrobků a zdiva pro jejich určené použití, normou dané referenční podmínky, prohlášená, deklarovaná výrobcem způsobem podle normy výrobku obvykle v návaznosti na označení výrobku CE. Způsob použití deklarovaných hodnot při navrhování a ověřování podle ČSN 73 0540-2 stanovuje ČSN 73 0540-3. Hodnota se označuje též zkratkou MDV, viz. např. EN 1745 nestanoví tepelnou vlastnost ani hodnotu, kterou by měl výrobce deklarovat. Povinnost výrobce deklarovat tepelnou hodnotu u zdiva stanoví harmonizovaná EN 771-1/A1 „Specifikace zdicích prvků - Část 1: Pálené zdicí prvky“ pouze pro zdivo, na něž jsou kladeny tepelněizolační vlastnosti, to je zdivo určené jako tepelněizolační, popř. zdivo nosné s tepelněizolační funkcí.
Základní tepelná hodnota zdiva
Základní tepelná hodnota zdiva - průměrná ekvivalentní hodnota součinitele tepelné vodivosti nebo tepelného odporu zdiva v suchém stavu s uvedením rozdílu mezi průměrnou a mezní hodnotou uvedené tepelné veličiny, odvozená postupem podle EN 1745 (zřejmě ve tvaru Λev = 0,18 ±0,02 W∙m-1·K-1)). Rozdíl mezní hodnoty např. ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti od hodnoty průměrné, stanovený pro konkrétní zdivo postupem podle EN 1745 není skutečným rozdílem příslušným pro zdivo z daných zdicích prvků a malt s jejich skutečnými vlastnostmi, stanovený statistickým vyhodnocením souboru výsledků měření závislosti ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti na objemové hmotnosti v suchém stavu daného zdiva. Jedná se ve skutečnosti o rozdíl mezi průměrnou a mezní hodnotou ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti daný smluvní - normovou závislostí uvedených veličin podle tabulky A1 EN 1745 odpovídající průměrné a mezní hodnotě objemové hmotnosti v suchém stavu daného zdiva.
Čtěte také: Půjčovna pil na beton – vyplatí se?
Návrhová (výpočtová) hodnota vlastností stavebních výrobků/zdiva (XU)
Návrhová (výpočtová) hodnota vlastností stavebních výrobků/zdiva, XU, je hodnota dané vlastnosti určená za specifických venkovních a vnitřních podmínek, které mohou být považovány za typické pro chování stavebních materiálů, výrobků, zdiva a výplní otvorů. Návrhová hodnota se stanoví výpočtem nebo z tabulek podle ČSN 73 0540-3. Návrhová hodnota tepelných vlastností zdiva se může stanovit výpočtem podle EN 1745 pro určené národní vlhkostní podmínky podle ČSN 73 0540-3.
Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti (Λev)
Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti Λev ve W∙m-1·K-1 vyjadřuje schopnost vrstvy dané tloušťky sestávající z různých materiálů, popř. vzduchových vrstev vrstvených rovnoběžně s tepelným tokem šířit teplo. Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti udává tepelnou vodivost nehomogenní vrstvy stejné tloušťky, která se v ploše nebo v průřezu může sestávat z různých druhů materiálů. Hovoří se o nestejnorodé vrstvě s různými materiály ve vrstvě kolmé na tepelný tok (ve směru teplotního spádu).
Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti stanovený zkouškou nebo výpočtem je vztažen k určujícím vlastnostem zdiva bez omítek včetně jeho tloušťky, uspořádání zdiva, geometrickým parametrům zdicích prvků apod. Při výrazné tepelné nehomogenitě a rozdílnosti tepelných vlastností jednotlivých materiálů ve vrstvě zdiva by nebylo přesné z této hodnoty stanovit přepočtem např. tepelný odpor zdiva silnějšího/slabšího. Míra nepřesnosti vzrůstá např. s rozdílností objemové hmotnosti cihelného střepu obvodového žebra a žeber vnitřních, s rozdílem ekvivalentní tepelné vodivosti vrstvy ložné spáry a nehomogenní vrstvy zdicích prvků, u zdiva ze zdicích prvků s velikostí úchytných otvorů, kanálků pro výplňový beton apod. Výpočtem podle ČSN 73 0540-4 Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody v návaznosti na EN ISO 6946 Stavební prvky a stavební konstrukce - Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla - Výpočtová metoda, popř. Měřením dle EN 12664 Tepelné chování stavebních materiálů a výrobků - Stanovení tepelného odporu metodami chráněné topné desky a měřidla tepelného toku - Suché a vlhké výrobky o středním a nízkém tepelném odporu popř. dle EN 1934 Tepelné chování budov - Stanovení tepelného odporu metodou teplé skříně při použití měřiče tepelného toku - Zdivo, nebo dle EN ISO 8990 Tepelná izolace - Stanovení vlastností prostupu tepla v ustáleném stavu - Kalibrovaná a chráněná teplá skříň a následným výpočtem z hodnoty tepelného odporu nebo součinitele prostupu tepla vrstvy. V případě výpočtu ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti zdiva např. - popř. Vliv uvedených faktorů je zřejmý z následující závislosti ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti na tloušťce ložné spáry zdiva o tl.
Tepelný odpor vrstvy, zdiva, konstrukce (R)
Tepelný odpor vrstvy, zdiva, konstrukce R v m2·K·W-1, je tepelněizolační vlastnost vrstvy materiálu, zdiva konstrukce, nestejnorodé vrstvy, dané tloušťky. Je-li známa hodnota součinitele tepelné vodivosti vrstvy materiálu Λ, nebo její ekvivalentní hodnota Λev a povrchy vrstvy jsou kolmé na směr tepelného toku a jsou vzájemně rovnoběžné, je tepelný odpor dán podílem tloušťky vrstvy a součinitele tepelné vodivosti, popř. její ekvivalentní hodnoty.
Součinitel prostupu tepla (U-hodnota)
Součinitel prostupu tepla, U-hodnota ve W·m-2·K-1 stanoví celkovou výměnu tepla v ustáleném stavu mezi dvěma prostředími vzájemně oddělenými stavební konstrukcí, zdivem o tepelném odporu R. Zahrnuje vliv všech tepelných mostů včetně vlivu prostupujících hmoždinek a kotev, které jsou součástí konstrukce, zdiva. Součinitel prostupu tepla udává množství tepla ve wattech, které prostoupí plochou 1 m2 konstrukce pří rozdílu teplot prostředí 1 K.
Tepelné mosty a vazby
Vliv tepelného mostu se zohledňuje při výpočtu tepelného odporu konstrukce R a součinitele prostupu tepla U. Tepelný most ovlivňuje tepelné vlastnosti stavební konstrukce stanovené výpočtem nebo měřením. Důsledkem výskytu tepelného mostu v konstrukci je v porovnání se stejnou konstrukcí bez tepelného mostu, zvýšení hustoty tepelného toku a lokální snížení vnitřní povrchové teploty konstrukce. Tepelným mostem není vzájemný styk dvou nebo více druhů stavebních konstrukcí, např. konstrukční styk obvodového pláště a stropní konstrukce, příčky a obvodové konstrukce apod.
Tepelná vazba je rozhraní mezi dvěma a více konstrukcemi, kde tepelný tok v konstrukcích je významně změněn jejich vzájemným působením. Je to zvláštní případ tepelného mostu, odlišný od ostatních svou nepřiřaditelností k jedné či druhé konstrukci. V některých přejímaných normách EN/ISO se nazývá i tato tepelná nestejnorodost tepelným mostem přesto, že ze vzájemných souvislostí je zřejmé, že se jedná o tepelné vazby. Vliv tepelné vazby se nezahrnuje při výpočtu nebo měření tepelného odporu konstrukce R nebo součinitele prostupu tepla U jednotlivých konstrukcí, ale až při výpočtu měrné ztráty prostupem tepla HT a průměrného součinitele prostupu tepla Uem apod.
Pokud jsou v konstrukci přítomny nepravidelnosti a jiná oslabení tepelněizolačních vrstev, musí se odpovídajícím způsobem hodnota součinitele prostupu tepla zvýšit.
Charakteristika a vlastnosti betonu
Stavební materiály mají velmi rozdílné hodnoty lambda - beton, který je pevný, má velmi dobrou tepelnou vodivost λ = 2,3 W/mK, a proto je pro izolaci nevhodný.
Pórobeton
Pórobeton má výborné tepelné vlastnosti. Umožňuje snadnou výstavbu, stavební prvky jsou velmi lehké a snadno se s nimi manipuluje. Pórobeton se stejně jako klasický beton vyrábí z plniva, pojiva a vody. Jako plnivo se používá křemičitý písek nebo elektrárenský popílek, jako pojivo pak cement, vápno nebo jejich směs. Autoklávovaný pórobeton je v podstatě beton, vyrobený z křemičité jemnozrnné vápenné, cementové nebo cementovápenné malty vylehčené plynem, vzniká chemickou reakcí hliníkové přísady a vytvrzuje se parou pod tlakem. Jde tedy o silikátový kompozit s makropóry (až 80 % objemu tvoří uzavřené mikropóry o průměru 0,5 až 2,5 mm).
Tvárnice obvodového zdiva se vyrábí v šířkách 200, 300, 375 a 499 mm. Pro obvodové zdivo se používají tvárnice Ytong Multipor a P2-400 PDK (200 x 390 x 599 mm a 300 x 249 x 600 mm) s U = 0,14 W/m2K, dále tepelněizolační tvárnice Ytong Lambda (375 x 249 x 599 mm) s U = 0,23 W/m2K anebo úsporné tvárnice Ytong P2-400 (375 x 249 x 599 mm) se stejnou hodnotou součinitele prostupu tepla. Prakticky nejlehčí masivní tvárnice (výrobce ji představuje jako prvek s nejlepšími tepelněizolačními parametry na tuzemském trhu). Používá se pro stavbu nízkoenergetických domů bez nutnosti zateplení. Tloušťka nezateplené stěny je 499 mm, součinitel prostupu tepla U = 0,18 W/m2K.
Liaporbetonové sendvičové tvárnice
Stěnové dílce Super IZO a IZO plus jsou liaporbetonové sendvičové tvárnice určené pro jednovrstvé obvodové nosné i výplňové zdivo. Spojením uvedených „ingrediencí“ vznikl sendvičový blok, určený pro jednovrstvé obvodové nosné i výplňové zdivo tloušťky 300 mm, určené pro stavby s požadavkem na vysoký tepelný odpor (R = 3,44 m2K/W bez omítek, s tepelněizolačními omítkami R = 3,73 m2K/W) a tepelnou akumulaci stěny při zachování malé tloušťky obvodového zdiva, zajišťující maximální využití obestavěného prostoru.
Zdivo z dřevoštěpových tvárnic
Zdivo z dřevoštěpových tvárnic (bednicích desek) vyplněných betonem kombinuje příznivé vlastnosti dřeva a pevnost betonu. Základem je rychlá montáž pomocí distančních spon. Tím se dosahuje vysoké tepelné izolace. Pro stavbu rodinných domů nízkoenergetických parametrů jsou vhodné například desky VELOX WS-EPS-plus s celkovou tloušťkou stěny bez omítky - 270, 300, 320, nebo 340, 370, 400 a 420 mm. S vrstvou betonu v síle 150 mm a s izolací pěnovým polystyrenem s obsahem grafitu od 50 do 200 mm (to vše mezi dvěma dřevoštěpovými deskami tloušťky 35 mm).
Hodnoty tepelné vodivosti vybraných materiálů
Tuto tabulku není možné brát jako závazný dokument sloužící pro stanovení vlastností konstrukcí staveb.
| Látka | Tepelná vodivost λ[W•m-1•K-1] (při 20 °C) |
|---|---|
| Vzduch | 0,024 |
| Skelná vata | 0,04-0,042 |
| Čedičová vlna | 0,039-0,042 |
| Pěnový polystyren | 0,035 až 0,16 |
| Desky OSB | 0,13 |
| Liapor | 0,14-0,77 |
| Pórobeton | 0,15-0,2 |
| Cihla | 0,28-1,2 |
| Sklo | 0,60-1,0 |
| Škvárobeton | 0,70 |
| Voda | 1,0 |
| Čedič | 1,4 |
| Beton | 1,5 |
| Žula | 4,1 |
| Křemen | 8,4 |
Pro získání stejného tepelného odporu R = 2,5 m2KW-1 jako má 10cm vrstva minerální vlny o tepelné vodivosti 0,04 W/mK by bylo nutno tepelnou izolaci vytvořit ze dřeva o tloušťce 30 až 45 cm (podle druhu dřeva). Stejně izoluje zeď ze dvou řad (80 cm) cihelných bloků nebo 200 cm silná zeď z klasických plných cihel.
Ekologické a přírodní materiály jako konopná, lněná, jutová nebo dřevovláknitá izolace má velmi podobný součinitel tepelné vodivosti jako např. minerální izolace.
tags: #cs #beton #tepelny #soucinitel #vlastnosti