Ceny energií sice po extrémních výkyvech posledních let mírně klesly, ale v porovnání s obdobím před rokem 2021 zůstávají na trvale vyšší úrovni. Jestliže chceme v našich domech nejen šetřit za vytápění a chlazení, ale i žít v celoročně příjemném prostředí se stabilní teplotou, potom si jen s tepelnou izolací, ať je jakkoli silná, nevystačíme. Musíme zapojit i tepelnou akumulaci.
Co je tepelná akumulace a teplotní stabilita?
Tepelná akumulace je vlastnost stavební konstrukce nebo stavby pojmout velké množství tepla při relativně malém přírůstku její teploty. S akumulací tepla úzce souvisí pojmy teplotní setrvačnost nebo teplotní stabilita budovy, která je vystavena střídání venkovní teploty. Tepelná akumulace vyjadřuje míru stavební konstrukce nebo stavby pojmout nebo vydat teplo při nárůstu, resp. poklesu její teploty. S tím souvisí pojmy teplotní setrvačnost nebo teplotní stabilita budovy, která je vystavena střídání venkovní teploty.
K hodnocení míry tepelné akumulace konkrétního materiálu je využívána veličina UTA - ukazatel tepelné akumulace (v hodinách). V tomto časopise se častěji používá relaxační doba τ0, která popisuje akumulační schopnost i vícevrstvé konstrukce, např. cihelné obvodové stěny s vnější lehkou tepelnou izolací. Je odvozen z hodnot součinitele tepelné vodivosti λ, měrného tepla a hustoty všech vrstev stěny. Čím větší je hodnota UTA resp. tep. relaxační doby τ0, tím více tepla je materiál schopen pojmout. Tepelnou jímavostí disponují materiály o velké objemové hmotnosti (hustotě). Jinou veličinou, která ovlivňuje akumulaci a má vliv na vnitřní teplotní stabilitu, je tepelná kapacita. Pro nejlepší akumulaci je vhodné vybírat takový materiál, který disponuje vysokou hodnotou tepelné jímavosti při nízké hodnotě teplotní vodivosti. Tak se konstrukce pomaleji ohřeje a pomalu chladne.
Lehké vs. těžké konstrukce
Budovy mohou být stavěny z rozmanitých materiálů. Dle jejich hmotnosti dělíme výsledné objekty na lehké (malá akumulace tepla) a stavby těžké (s výbornou teplotní setrvačností). Mezi lehké konstrukce řadíme ty s plošnou hmotností nižší než 100 kg/m2. V současnosti jde hlavně o systémy dřevostaveb (ovšem paradoxně s malým podílem dřevěných prvků), ale též panelové a jiné deskové systémy na bázi plastů, lehkých kovů, obvykle sestavované tzv. suchou výstavbou. K těžkým konstrukcím patří železobetonové, z cihel (až na ty dutinové), kamene, vápenopískových bloků, či dutinové tvarovky vylévané betonem. Výhodou masivních materiálů je, že dovedou výrazně vylepšit vzduchotěsnost objektu a zejména stabilitu vnitřní teploty. Výborně akumulují tzv. citelné teplo v zimě nebo v létě naopak chlad (oboje pasivně - bez použití technologických zařízení). A to i v případě jednovrstvé konstrukce.
Těžké materiály pro celoroční komfort
Čím je zdivo domu a jeho střecha těžší, tím lépe a déle dům v létě chladí a v zimě naopak teplo drží a chladne pomaleji. Materiály jako je pálená cihla a masivní dřevo, ze kterých jsou postaveny zdi a stropy, jsou dobrými tepelnými akumulátory. Absorbují sálavé teplo z kamen a to následně pozvolna vyzařují zpět do prostoru. Beton v těžkých stavbách nabízí výbornou akumulaci tepla a setrvačnost vnitřní teploty. Napomáhá uchovávat teplo či naopak chlad a vytváří tak rovnováhu při venkovních teplotních výkyvech. Vápenopískové bloky nabízí výbornou tepelnou akumulaci. Jsou vhodné i pro pasivní a nízkoenergetické objekty. Středověké stavby využívaly výborných akumulačních charakteristik těžkých kamenných materiálů. Tyto domy leží v africkém Čadu, v oblasti Gaoui na pomezí saharské pouště. Disponují skvělými akumulačními atributy. Jako stavební materiál slouží hlína - přirozený izolant, okna domu jsou přitom výjimečně malá, aby sluneční paprsky nepronikaly dovnitř a obydlí neprohřívaly. Většina staveb na ostrově Malta je tvořena v místě těženým globigerinovým vápencem, nerostnou surovinou světlé barvy a výborných tepelně-izolačních vlastností, které udržují vnitřní klima budov v příjemných mezích po celý rok.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Kromě variabilních možností zateplení nabízí však trh i stavební materiály, které i bez něj splňují požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla U (ve W/(m2·K)) určenou i pro pasivní domy. Jedná se o masivní materiály, které na rozdíl od lehkých moderních konstrukcí zabraňují přehřívání domu v létě a umožňují udržení tepla v zimě (mimo to též splňují akusticko-izolační požadavky a spoří prostor). Ukládají ve svém nitru tepelnou energii a tu následně po dlouhou dobu předávají zpět do místnosti. Nejčastěji je pro jednovrstvé konstrukce využívána cihla opatřená pouze vnitřní a vnější omítkou. Doba poklesu teploty v případě vypnutí otopného systému je v případě cihelného zdiva dvoj až trojnásobná oproti stavbám tvořeným lehkou konstrukcí. Její výhodou je (ve srovnání se zateplenou obálkou domu) slabá náchylnost k opotřebení. Neulpívají na ní produkty biologické degradace jako jsou řasy, plísně a je odolná i vůči mechanickému znehodnocení. Obdobným způsobem jako tvárnice Silka lze použít i cihly ve variantě "AKU".
Akumulační materiály brání v létě přehřívání stavby, v zimě vnitřní povrchy naopak sálají teplo a klima uvnitř je podstatně méně náchylné k větrání či provozním výpadkům topidel. Akumulace tepla v obvodových stavebních konstrukcích pomáhá vyrovnávat přestávky mezi topnými intervaly, například v noci, ale také při výrazných poklesech venkovních teplot, po intenzivním vyvětrání, když otopná soustava nestihne na tyto reagovat dostatečně rychle. Pasivní akumulací budov je možné zajistit až 15% úsporu tepla oproti jiným budovám. Je nutné klást zřetel i na otvorové výplně objektu. Ty mohou obzvláště v létě významně znepříjemnit pobyt člověka v interiéru. Sluneční záření vstupuje přímo dovnitř a zároveň ohřívá zasklení i rámy oken. Vzniká tak skleníkový efekt. Tomu můžeme předcházet stínicími prvky. Efektivně pracuje pouze vnější stínění, ideálně reflexního zabarvení (stříbrná či bílá barva). Tyto barvy účinně odrážejí sluneční záření a pokud jsou žaluzie během slunných letních dní zatažené (tj. stíní), výborně nahradí chladicí techniku. Exteriérové žaluzie či rolety jsou též skvělým izolantem během zimy. Spuštěné totiž navyšují počet izolačních vrstev a společně se vzduchovou mezerou, která je vytvořena mezi nimi a oknem, ještě vylepšují termo-izolační parametry objektu. Exteriérové stínění v reflexní stříbrné barvě a světlé zbarvení fasády efektivně brání přehřívání vnitřních prostor objektu.
Vliv umístění tepelné izolace
Důležité přitom je umístění a mohutnost tepelných izolací. Ty by se měly realizovat ideálně na venkovní straně obvodových stěn nebo střechy domu, hned pod fasádou, resp. střešní krytinou. U těžkých zateplených staveb záleží na umístění tepelné izolace: Je-li umístěna na venkovní straně, dochází ke stabilizaci vnitřní teploty. Kromě akumulace tepla je nutno brát ohled též na tepelně-izolační schopnost obálky domu. Z toho důvodu jsou přidávány nejčastěji vnější kontaktní zateplovací systémy. Mohou překrýt systémové vady konstrukce včetně tepelných mostů, především ale udržují vnitřní těžké nosné zdivo na vyšší teplotě. To zvýší tepelně-akumulační potenciál obvodového zdiva a výsledkem je stabilní teplota v interiéru. Samotné zdivo podstatně více zužitkuje svůj akumulační potenciál. U těžkých zateplených staveb záleží na umístění tepelné izolace: Je-li izolace umístěna na venkovní straně, dochází k významné stabilizaci vnitřní teploty.
Myšlenku o lepším fungování venkovní tepelné izolace dokládá přiložená tabulka.
Tabulka: Porovnání chladnutí obvodových konstrukcí po vypnutí vytápění (po 120 hodinách)
| Typ konstrukce | Výchozí teplota (°C) | Výsledná teplota (°C) | Součinitel prostupu tepla U (W/(m2K)) |
|---|---|---|---|
| Obvodové zdivo Silka Tempo S20-1500 s venkovním zateplením Multipor (150 mm) | 25 | 10,2 | 0,208 |
| Obvodové zdivo Silka s venkovním zateplením EPS (150 mm) | 25 | ? | 0,178 |
| Obvodové zdivo Silka s vnitřním zateplením EPS | 25 | -12,4 | (EPS izoluje lépe než Multipor) |
| Lehká střecha (betonová krytina, vzduch. mezera, fólie, izolace, fólie, mezera, sádrokarton) | 25 | -13 | ? |
Poznámka: Hodnota U pro Silku s venkovním EPS (150mm) je 0,178 W/(m2K), což je lepší než s Multiporem. Tabulka neuvádí výslednou teplotu pro tuto variantu, ale je naznačeno "Ještě lepší je Silka zateplená na venkovní straně pěnovým polystyrénem (EPS) stejné tloušťky 150 mm na úroveň U = 178 W/(m2K)". Předpokládá se, že výsledná teplota by byla vyšší než 10,2 °C.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
Příklady a důsledky
Ukažme si to na příkladu materiálů na bázi betonu a pórobetonu. Obvodové zdivo z tvárnic Silka Tempo S20-1500 s venkovním zateplením pomocí tepelné izolace Multipor tloušťky 150 mm na úroveň U = 0,208 W/(m2K) se po 120 hodinách po vypnutí otopné soustavy ochladí z 25 °C na 10,2 °C! Ještě lepší je Silka zateplená na venkovní straně pěnovým polystyrénem (EPS) stejné tloušťky 150 mm na úroveň U = 178 W/(m2K). Ještě hůř to dopadne, když Silku zateplíme zevnitř pomocí EPS. I když EPS izoluje lépe, než Multipor, vnitřní povrch této stěny zchladne za stejnou dobu až na -12,4 °C. Lze to shrnout, že vnitřní zateplení akumuluje do obvodové konstrukce v zimě chlad a v létě zas horko, což nejvíc pocítíme při vypnutí topení. Vůbec nejhůř dopadá lehká střecha ve složení: betonová skládaná krytina, vzduchová mezera, fólie, tepelná izolace, fólie, mezera, sádrokarton. Ta na vnitřním povrchu zchladne po 120 hodinách na -13 °C.
Z toho, že vnitřně tepelně izolované stěny po vypnutí vytápění rychleji chladnou, neplyne, že je vnitřní zateplení nevhodné nebo že vede k vyšším ztrátám tepla. Vnitřnímu zateplení musíme ale přizpůsobit režim vytápění: ten musí včas a citlivě reagovat jak na pokles vnitřní teploty, tak její růst. Naopak vnitřnímu zateplení se stavitelé spíše vyhýbají, poněvadž eliminuje tepelnou akumulaci obvodových zdí domu. Interiér chladne podstatně rychleji než v případě aplikace vnějšího zateplení. Existují však výjimky, například rekreační objekty, kde obvykle vyvstává potřeba objekt rychle vyhřát, zatímco doba vychladnutí nehraje roli. Následující tvrzení jsou založena na stacionárním teplotním modelu, který předpokládá, že průběh teploty v obvodových konstrukcích vždy odpovídá ustáleným podmínkám. Příroda volí pro svá dějství často nejrychlejší cestu, která je ale komplikovaná, chceme-li ji popsat fyzikálními vzorci. V tom duchu je i tento popis rychlosti chladnutí vnitřních povrchů po vypnutí vytápění.
Akumulace tepla v letním období
Není však řeč pouze o zimní akumulaci, tedy o topné sezóně, kdy si majitel logicky přeje uspořit co nejvíce při souběžné stabilní a příjemné vnitřní teplotě. Jde také o letní období, kdy slunce významně rozpaluje jak střešní krytinu, tak fasády domů. I v létě je proto akumulace zdicího materiálu podstatná. Pokud jsou takto rozpalované povrchy tvořeny masivními akumulačními materiály, je i v obdobích největšího slunečního žáru uvnitř zachována příjemná teplota. Hmota, z níž je zdivo tvořeno, totiž utlumí rychlost teplotní vlny, čili pronikání tepla do interiéru. Roli hraje i sálání chladné noční oblohy, která po setmění vnější povrchy ochlazuje a tlumí tak účinek tepla akumulovaného za dne. Při správném výběru zdicího materiálu je tak dosaženo stabilní teploty uvnitř domu jak v noci, tak ve dne. A nezapomínejme také na střechy, které se podílejí na tepelných ztrátách v zimě a nežádoucích ziscích v létě až 50 %. Uplatnění masivního zdiva v kombinaci s masivní střechou by měla být samozřejmost. Těžké materiály je potřeba použít nejen na zdi domu, ale i na střechu. Až tehdy je využit celý akumulační potenciál budovy.
Závěrečná doporučení
Chcete-li mít celoročně příjemné prostředí, stavějte z těžkých hmot, těžké stěny, stropy a zejména těžké střechy. Vyváženost tepelně-akumulačních vlastností konstrukce s jejími tepelně-izolačními parametry však každopádně přispívá k udržení zdravého vnitřního klimatu budovy. Speciálně u pasivních domů je samozřejmě potřeba též ověřit, zda námi vybraný zdicí materiál splňuje i ostatní důležité parametry jako tepelně-izolační funkci, akustickou ochranu, ochranu před nadměrnou vlhkostí, faktor difuzního odporu, dostatečnou pevnost v tlaku, požární odolnost, rezistenci proti stárnutí, výši vlivu na životní prostředí a zdravotní nezávadnost.