Současné vývojové trendy ve stavebnictví jsou úzce spjaty s myšlenkami trvale udržitelného rozvoje. Tyto myšlenky reflektují obavy společnosti z vyčerpání surovinových a energetických zdrojů i z dalšího nadměrného znečišťování ovzduší. Dále akcentují zdravotní nezávadnost materiálů používaných ve stavebnictví. Uvedené trendy se promítají i do inovací konstrukce nových typů tepelných izolací. Mezi přírodními izolacemi se těší největší oblibě dřevovláknité izolace, které mají nejčastěji formu dřevovláknitých desek.
Výroba dřevovláknitých desek
Jako základní materiál pro dřevovláknité desky pro tepelnou a zvukovou izolaci jsou jehličnaté stromy, nejčastěji smrk. Jako základní vstupní surovinou je kvalitní bílá štěpka z odkorněného, většinou jehličnatého dřeva. Optimální velikost štěpky je 20-30 mm šířka, 40-50 mm délka a 3-5 mm tloušťka. Před vlastním rozvlákňováním musí být štěpky tříděny na plošných vibračních síťových třídičích, kde je odstraněna hrubá i příliš jemná frakce a pomocí několikastupňových magnetických separátorů jsou odstraněny kovové příměsi.
Další výrobní operací je rozvláknění štěpek na jednotlivá vlákna nebo shluky vláken. Štěpky se zpracují na dřevní štěpku, pomocí vodní páry se nechají změknout a mezi ocelovými kotouči se postupně rozvlákní. Do výsledné formy desek se materiál upravuje suchým či mokrým způsobem.
- Mokrý proces: Využívá přirozených pojících vlastností dřeva a jeho vláken. Tímto způsobem vznikají desky o menší tloušťce do 32 mm (výjimečně se dá speciálními úpravami docílit tloušťky 200 mm), ale větší hustoty až 300 kg/m³. Desky jsou vyráběny výhradně mokrým procesem.
- Suchý proces: V suchém procesu se vlákna obalují do polyuretanové pryskyřice, což umožňuje výrobu desek o větší tloušťce, ale s menší hustotou do 230 kg/m³. V suchém procesu se na mokré nebo u některých technologií až na suché vlákno nanese lepidlo a přídavné látky. Po usušení (vlhkost 5 až 10 %) je tento materiál vrstven na pás do koberce a postupně předlisován a slisován.
Dalšími surovinami jsou pojiva na bázi přírodních pryskyřic a případně i vodoodpudivé látky vyrobené z přírodních produktů, které zabezpečují dokonalou hydrofobizaci desek ve hmotě (parafíny). Některé typy desek jsou opatřeny i povrchovou úpravou na bázi přírodního latexu. Uvedené úpravy zajišťují zvýšenou odolnost proti srážkové vodě, zejména pro dlouhodobější expozici vnějšímu klimatu (např. bednění střech). Příslušnými technologickými postupy se získávají desky o různých tloušťkách. Objemová hmotnost desek je obvykle v rozmezí 120 až 260 kg/m³.
Komerčně se běžně dodávají desky v tloušťkách od 6 do 100 mm. Dodávají se jak s rovným okrajem, tak i profilované pro spoj pero a drážka. Tradičním výrobcem izolací z dřevěných vláken je Smrečina Hofatex, která vyrábí z přírodních materiálů bez použití lepidel a splňuje tak veškerá kritéria ekologického materiálu.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Typy dřevovláknitých desek
Dřevovláknité desky se dle hustoty dělí na měkké, polotvrdé a tvrdé:
- Měkké dřevovláknité desky: Tyto desky, často známé pod názvem Hobra, mají hustotu nižší než 400 kg/m³ (nejčastěji kolem 250 kg/m³). Díky malému slisování dřevních vláken se nepoužívají jako samostatný konstrukční materiál. V současnosti jsou na trhu v tloušťkách od 6 mm do 120 mm a využívají se jako tepelná a zvuková izolace (např. pro zateplení stěn, podkroví, stropů, příček a jako podklad pod podlahy a izolace kročejového hluku).
- Polotvrdé dřevovláknité desky (MDF): Mají hustotu od 400 do 900 kg/m³. Jejich nejdůležitější vlastností je homogenita v celém průřezu, což umožňuje čisté a kvalitní opracování frézováním a profilováním. Používají se především ve výrobě nábytku (např. kuchyňská dvířka, čela zásuvek). Pro interiéry se používá močovinoformaldehydové lepidlo, pro vlhčí prostředí melaminformaldehydové lepidlo.
- Tvrdé dřevovláknité desky: Hustota je větší než 900 kg/m³. Vyrábějí se v tloušťkách od 2 do 6 mm. Historicky se vyráběly mokrou cestou (např. Sololit od Solo Sušice) a používaly se na pláště dveří nebo záda nábytku. Současné tvrdé DVD, většinou vyráběné suchou cestou, se používají na záda skříní a dna zásuvek. Některé typy s hustotou až 1200 kg/m³ se využívají i jako koupelnové dlaždice.
Charakteristické vlastnosti
Dřevovláknité desky se vyznačují řadou pozitivních vlastností, které z nich činí oblíbený izolační materiál.
Tepelně izolační a akumulační schopnosti
Základní veličinou, která ovlivňuje velikost tepelného toku materiálem, je součinitel tepelné vodivosti λ. Nositelem tepelně-izolačních vlastností je vzduch v dřevovláknité desce. Součinitel tepelné vodivosti desek dosahuje hodnot λ = 0,038-0,05 W/mK. Dřevovláknitá izolace má dobré tepelně izolační vlastnosti (součinitel tepelné vodivosti je mezi 0,039 a 0,048 W/mK).
Důležitou vlastností materiálů je z pohledu tepelné stability interiérů budov jejich schopnost akumulovat tepelnou energii. Hlavní předností dřevovláknitých desek je díky jejich objemové hmotnosti schopnost tepelné akumulace, která zabraňuje v interiéru letnímu přehřívání a v podzimních a zimních měsících rychlému vychládání. Nelisované dřevovláknité desky mají vysokou akumulační schopnost. Akumulační vlastnosti tohoto materiálu zajišťují až 16hodinový fázový posun a udržují tepelný komfort v domě během celého roku. Fázový posun vyjadřuje schopnost látky brzdit průchod tepla z exteriéru do interiéru, a tím zamezuje přehřívání budovy v letních měsících. Naopak v zimních měsících brání akumulační schopnost rychlému vychládání budovy. Tyto vlastnosti materiálu se odvíjí především od jeho objemové hmotnosti, a ta je u dřevovláknité izolace v porovnání s polystyrenem nebo minerální izolací podstatně vyšší - pohybuje se mezi 40 až 270 kg/m³.
Prodyšnost a vlhkostní regulace
Díky difúzní propustnosti těchto izolací je možnost konstruovat difúzně otevřené skladby obvodových plášťů dřevostaveb a střešních plášťů. Veličinou popisující schopnost materiálu propouštět vodní páru mechanizmem difuze je faktor difuzního odporu µ. Faktor difuzního odporu μ dřevovláknitých desek má hodnotu běžně v rozmezí 5-10 (platí pro desky s objemovou hmotností cca nad 150 kg/m³). Dřevovláknitá izolace je vhodným materiálem při realizaci difúzně otevřeného systému (její součinitel difúzního odporu mí se pohybuje mezi 2-5). To je důležitá skutečnost pro tvorbu tzv. difuzně otevřených konstrukcí.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
Díky své pórovité struktuře dokáže absorbovat ze vzduchu vlhkost až do objemu 1/5 své hmotnosti. Dřevovláknité desky mohou být během skladování a montáže po určitou dobu (obvykle několika týdnů) vystavené přímému působení klimatu. Pro tyto případy je nezbytné, aby byly alespoň po určitou dobu desky vodostálé, aby nebobtnaly, nedegradovaly vlhkostí a pokud možno vodu v kapalné fázi i odpuzovaly. Dřevovláknitá deska je schopná pojmout asi 12-20 % vlastní hmotnosti vody, tj. asi 0,12-0,2 kg vody na 1 kg desky (podle typu desky a stupně hydrofobizace). Sorpční schopnost dřeva je tedy jistou analogií tepelně kapacitních vlastností. Účinně napomáhá překonávat „špičky“ vlhkostního klimatu. V případě příliš suchého vzduchu v interiéru vodu ve formě vodní páry uvolňuje (desorbuje), v případě příliš vlhkého vzduchu ji naopak pohlcuje (adsorbuje). Tento typ materiálů by však neměl přijít do styku s vysokou vlhkostí, proto se například nepoužívá jako izolace základů.
Akustické vlastnosti
Dřevovláknité desky tlumí zvuk šířený vzduchem i tzv. kročejem. Mají zhruba desetinásobně vyšší plošnou hmotnost než stejně tlusté desky minerálně vláknitých nebo pěnových izolací. Tím je automaticky dána lepší zvukoizolační schopnost z pohledu vzduchové neprůzvučnosti. Mají výborné akustické vlastnosti.
Mechanické a požární vlastnosti
V porovnání s ostatními běžně užívanými tepelně izolačními materiály se dřevovláknité desky vyznačují značnou tuhostí. To umožňuje dodávat a zpracovávat desky i jako velkoformátové, běžně ve velikostech 580 × 2500 až 1250 × 2600 mm, bez rizika jejich zlomení při manipulaci. U desek s objemovou hmotností okolo 250 kg/m³ je pevnost desky v tahu asi 70 kPa, pevnost v tlaku asi 100-200 kPa. Specifickou vlastností dřevovláknitých desek určených pro tvorbu povrchů exteriérů i interiérů staveb je jejich povrchová pevnost. Účinně se tak zamezuje urážení hran a podobným estetickým defektům při manipulaci s deskami. Díky velmi dobrým mechanickým parametrům je možné desky kotvit pouze bodově, mechanickým způsobem bez potřeby plošného podlepování.
Dřevovláknité desky se vyznačují vysokou požární odolností. Orientačně uveďme, že konstrukce stěny dřevostavby, zateplená z vnější strany dřevovláknitými deskami tloušťky 60 mm, má z této strany ověřenou požární odolnost 120 minut. Také bývají používány místo sádrokartonových desek, protože tolik nepraskají, mohou se upravovat tenkovrstvými omítkami a na rozdíl od sádrokartonu mají vyšší odolnost vůči ohni.
Možnosti využití
Dřevovláknité desky mají široké spektrum využití ve stavebnictví:
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
- Vnější izolace: Fasádní dřevovláknitá izolace (např. NATUR HELD WAND 140/180) se používá k opláštění difúzně otevřených dřevostaveb i zděných staveb.
- Jádrová izolace: Využívají se jako jádrová izolace.
- Izolace z interiéru: Tyto desky se využívají jako izolace z interiéru.
- Střechy a podkroví: Používají se pro zateplení střech (z interiéru i exteriéru) a podkroví. U dřevostaveb a u zateplování střešních plášťů jde o základní materiál pro konstruování v konceptu difuzně otevřených konstrukcí stěn a podkroví. Flexibilní dřevovláknitá izolace FLEX je vhodná pro výplně dutin stěn, střech, stropů ale i interiérových příček.
- Podlahy: Tradiční a nejstarší aplikací desek je jejich použití do podlah (funkce tepelné a kročejové izolace). Velice účinná je dřevovláknitá kročejová izolační deska (např. produkt NATUR HELD INNEN).
- Interiérové příčky a podhledy: V současnosti našly desky značné uplatnění i v interiérech staveb. Zde se využívají k oplášťování příček i k tvorbě podhledů. Povrchově se upravují tenkovrstvými omítkami.
- Konstrukční faktor: Díky své struktuře mají dřevovláknité desky relativně vysoké parametry pevnosti i tuhosti. Řada výrobců dřevostaveb tuto vlastnost vědomě využívá při konstrukci stěnových panelů tak, že tradiční nosné opláštění umisťuje pouze ze strany interiéru a ze strany exteriéru se umísťuje pouze samotná dřevovláknitá deska. Z ryze ekonomického hlediska se snižuje počet vrstev v konstrukci, což snižuje pracnost a zrychluje výrobu.
Montáž a manipulace
Práce s touto izolací je poměrně snadná, na technické vybavení náročná jako klasické dřevo. Tenčí desky (zhruba do 15 mm) je možno řezat i nožem. Desky se nejčastěji spojují na pero a drážku s ukotvením sponami či vruty do dřevěného podkladu. Vhodným způsobem upevňování jsou spony se širokým hřbetem (nastřelované pneumatickými sponkovačkami). Spony aktivují při upevnění větší oblast desky a navíc je tento způsob upevňování výrazně rychlejší. Statické spolupůsobení dřevovláknitých nelisovaných desek v ploše se pochopitelně vylepšuje, pokud se použijí desky s okraji upravenými pro spoj typu pero a drážka. Tentýž spoj zabezpečuje i zcela rovný povrch sousedních desek při skládání větší celistvé plochy při montáži. Tím se poněkud snižují požadavky na přesnost (rovinnost) podkladní nosné konstrukce, což zpětně zrychluje montáž. Dostatečně rovná plocha povrchu ploch je nutnou podmínkou pro ekonomickou a bezproblémovou aplikaci vnějších tenkovrstvých omítek. Systém pero a drážka navíc v podstatě znemožňuje infiltraci vzduchu, takže se není třeba obávat tepelných ztrát z titulu jeho konvekce.
Při uskladnění je třeba dřevovláknité desky chránit před povětrnostními podmínkami, protože do konstrukce musí být tento materiál vkládán suchý. Jeho upevňování probíhá pouze mechanicky, není tedy třeba lepidel.
Vakuové izolační panely (VIP) s přírodními vlákny
Možnosti využití snadnoobnovitelných surovin pro výrobu pokročilých tepelně izolačních materiálů představují zajímavou cestu z pohledu trvale udržitelného rozvoje ve stavebnictví. Přírodní vlákna vykazují obecně velmi malou tepelnou vodivost. Rostlinná vlákna vykazují většinou vysoký podíl celulózy, často také vysoký podíl ligninu a hemicelulózy. Klíčová, z hlediska výroby izolačních materiálů, jsou především vlákna lýková, a to hlavně len, konopí a juta, a dále vlákna ze semen, kde hlavního zástupce představuje bavlna. Některé vědecké práce a experimenty ukazují, že by organická/přírodní vlákna mohla být zajímavým a obnovitelným materiálovým zdrojem pro výrobu vakuových izolačních panelů (VIP).
Problémem u přírodních vláken je závislost tepelné vodivosti na tlaku, která je velice podobná závislosti u skelné vlny. VIP vyrobené z těchto vláken mají obecně vyšší citlivost vůči změně interního tlaku a nejsou proto vhodné pro využití v oblasti stavebnictví. Asi obecně největším problémem je sklon přírodních izolací k „outgassingu“ (odpařování nestabilních sloučenin při snížení tlaku) i poměrně problematické sušení pro odstranění fyzikálně vázané vody, která by se mohla při nízkém tlaku v čase uvolňovat.
Experimentální výroba a měření VIP
V rámci výzkumných prací byly navrženy a vyrobeny vzorky vláknitých izolantů na bázi organických/přírodních vláken, které by bylo možné použít v upravené (lisované) formě pro výrobu VIP. Pro výrobu vzorků byla použita jako základ přírodní lněná vlákna, která byla doplněna vlákny bavlny nebo PES vlákny (druhotná vlákna získaná recyklací odpadních technických textilií). Podíl přírodních vláken se pohyboval v rozsahu 50-80 %.
Vzorky byly vyrobeny ve dvou krocích. Nejprve byly vyrobeny vlákenné rohože metodou termického pojení 20 % bikomponentních PES vláken v objemových hmotnostech 25 a 30 kg/m³, a následně byly vzorky dolisovány za tepla na objemové hmotnosti v rozsahu 110-245 kg/m³. Cílem bylo dosažení co nejvyšší objemové hmotnosti za současného zachování příznivých tepelně izolačních vlastností. Výsledné tloušťky izolantů se pohybovaly v rozmezí 10-18 mm. Bylo celkem vyrobeno 5 různých zkušebních sad vzorků od každého typu izolantu, které se od sebe lišily objemovou hmotností. Na zkušebních vzorcích bylo provedeno stanovení tloušťky, lineárních rozměrů a objemové hmotnosti.
Stanovení součinitele tepelné vodivosti bylo provedeno na vysušených vzorcích při teplotě +105 °C. Bylo zjištěno, že dotlakem při měření (simulujícím stlačení vzorků při zavakuování) došlo u vzorku P ke stlačení a jeho objemová hmotnost dosáhla 285 kg/m³, což se negativně projevilo na vysoké tepelné vodivosti za normálního tlaku.
Dále bylo provedeno stanovení tepelné vodivosti za vakua (tlaku 5 Pa). Z pohledu dosažených tepelných vodivostí bylo dosaženo nejlepších výsledků u vzorku směsi lnu a bavlny a u vzorku čistého lnu. V obou případech se jednalo o hodnoty cca 8-9× nižší než dosažené tepelné vodivosti za normálního tlaku, což lze považovat za velmi dobrý výsledek. U všech vzorků bylo provedeno stanovení závislosti tepelné vodivosti na tlaku v rozsahu od 5 Pa až po atmosférický tlak. Izolanty vykazují obdobné chování jako izolanty na bázi skelné vlny využívané pro výrobu průmyslových VIP - při vzestupu interního tlaku dochází k rychlé degradaci tepelně izolačních vlastností, na stranu druhou tyto izolanty vykazují do tlaku okolo 10 mBar velmi dobré tepelně izolační vlastnosti.
V rámci provedených prací bylo provedeno i stanovení tepelné vodivosti v závislosti na teplotě. Bylo zjištěno, že u vyvíjených izolantů dochází při zvýšení teploty při nízkém tlaku k minimální změně tepelné vodivosti.
Na základě provedených měření bylo zjištěno, že nejlepších vlastností bylo dosaženo u kombinace lnu a bavlny, nicméně výsledky se významně neliší od vzorku na bázi čistého lnu. Nejhorší výsledky vykazovala směs lněných a PES vláken, která však měla také nejvyšší objemovou hmotnost. Vzorky po zavakuování vykazují velmi nízkou hodnotu součinitele tepelné vodivosti, která u vzorku C na bázi kombinace lnu a bavlny dosahovala 0,0042 W/(m.K). Jelikož je v rámci VIP panelu izolant obalený bariérovou fólií, nejsou tyto izolanty citlivé na vlhkost jako původní přírodní izolanty. Hlavní potenciál těchto vývojových izolantů lze vidět především v oblasti použití s nižší předpokládanou životností, například v oblasti izolace chladírenských zařízení, kontejnerů, přechodných staveb apod. V oblasti klasického stavebnictví je vhodné využití těchto izolantů především v interiérech, kde je možné je po kratším životním cyklu vyměnit a kde jsou méně zatíženy účinkem vyšší teploty. Izolant je možné po skončení životnosti VIP plně recyklovat.
Shrnutí vlastností dřevovláknitých desek
| Vlastnost | Popis |
|---|---|
| Základní materiál | Jehličnaté stromy (dřevní štěpka) |
| Součinitel tepelné vodivosti (λ) | 0,038-0,05 W/mK |
| Objemová hmotnost | 40-270 kg/m³ (měkké desky až 300 kg/m³) |
| Akumulační schopnost | Vysoká, fázový posun až 16 hodin |
| Difúzní odpor (µ) | 2-10 |
| Sorpční schopnost | Až 1/5 vlastní hmotnosti (12-20 %) |
| Akustické vlastnosti | Výborné tlumení vzdušného i kročejového hluku |
| Požární odolnost | Vysoká (např. 60mm deska = 120 minut) |
| Mechanická odolnost | Značná tuhost, odolnost proti lomu, povrchová pevnost |
| Ekologický dopad | Ekologický produkt z obnovitelných zdrojů, bez lepidel |
| Cena | Vyšší než u běžných izolací |
I přes svou vyšší pořizovací cenu se dřevovláknitá izolace jeví jako perspektivní a ekologická volba pro moderní stavebnictví, splňující požadavky na udržitelnost a zdravé vnitřní prostředí.
tags: #izolace #z #vlaknitych #desek #informace