Kvalitní tepelná izolace je nedílnou součástí jakékoli stavby. Slouží nejen k minimalizování úniku tepla z objektu jako takového, ale i k izolaci konkrétních stavebních částí, například rozvodů vody. Na trhu narazíte na nespočet izolačních materiálů, které se liší svými vlastnostmi i způsobem použití. Základním hlediskem pro rozdělování tepelných izolací je vstupní materiál, který zásadně ovlivňuje výslednou hodnotu součinitele prostupu tepla a další parametry, jako je paropropustnost a voděodolnost.
Typy tepelných izolací
Obvykle izolace rozdělujeme na minerální, syntetické a přírodní.
Minerální tepelné izolace
Minerální tepelná izolace není organická, a tak příliš nepodléhá napadání hub, plísní a parazitů. Vyniká nehořlavostí a zpravidla i dobrou propustností par. Obvykle je také hydrofobní. Patří mezi nejpoužívanější izolační materiály vůbec. Vyrábí se z minerálních vláken v podobě skelné vlny nebo čedičové vaty. Oba typy mají velmi podobné vlastnosti, rozdíl spočívá zejména ve výrobní technologii.
- Skelné vaty se produkují z recyklovaného borosilikátového skla.
- Čedičové vaty se vyrábí z čediče a dalších hornin (žuly, vápence, dolomitu).
Moderní typ tepelné izolace, u kterého oceníte vysokou odolnost v tlaku, je pěnové sklo. Na pěnové sklo narazíte v podobě drtě nebo izolačních desek. Mají porézní strukturu, a tak dokážou dobře pohlcovat vlhkost a současně ji odpařovat. Pěnové minerální desky mají podobné vlastnosti jako desky vápenosilikátové. Vstupními surovinami pro výrobu jsou vápno, písek, voda a zpěňovadlo. Materiály jsou velmi odolné proti napadení plísněmi. Vulkanické materiály se zahřejí na vysokou teplotu a zvětší při tom svůj objem.
Syntetické tepelné izolace
Tepelná izolace ze syntetických materiálů je vyhledávaná pro skvělé tepelněizolační vlastnosti a cenovou dostupnost. Nejvyužívanějším druhem syntetického izolačního materiálu je bezpochyby polystyren. Podle technologie výroby jej rozdělujeme na pěnový (EPS) a extrudovaný (XPS). Vynikají skvělými hodnotami součinitele tepelné vodivosti, musí však být chráněny před UV zářením, které způsobuje degradaci materiálu.
Čtěte také: Na co si dát pozor při osazování oken a tepelné izolaci
PUR a PIR pěny mají jemnou strukturu pórů. Tyto pěny jsou vhodné pro technologii stříkané izolace, dostupné jsou však i v podobě desek. Patří mezi moderní izolační materiály, které vynikají nízkou hmotností, snadnou montáží a dobrými tepelněizolačními vlastnostmi. Deska z fenolické pěny o síle 100 mm má podobné parametry jako deska z polystyrenu o síle 180 mm. Je tak vhodnou alternativou pro zateplení do míst s omezeným výplňovým prostorem.
Přírodní tepelné izolace
Izolaci pro zateplení podlahy, půdy a dalších stavebních konstrukcí vyřešíte také použitím izolace z přírodních materiálů. Poměrně obsáhlou skupinu tvoří tepelné izolace na bázi dřeva a papíru, které však často obsahují i další přísady minerálního či syntetického charakteru.
- Dřevovláknité a dřevocementové izolace: Spadají sem především dřevovláknité a dřevocementové izolace. Vzhledem k velké objemové hmotnosti mají dobrou schopnost tepelné akumulace. Používají se zejména jako vnější izolace, případně izolace ze strany interiéru, a důležitou roli hrají při zateplování dřevostaveb. Jsou také alternativou k sádrokartonu pro zhotovení vnitřních příček. Dřevocementové desky se pak používají jako izolant do sendvičových příček.
- Izolanty na bázi papíru a celulózy: Nejčastěji se využívají pro technologii foukané izolace. Protože je vstupním materiálem recyklovaný papír, je výroba ekologická. Z papíru se dále vyrábí vlnité desky či voštinové desky.
- Izolace z ovčí vlny: Izolační materiály čistě přírodního původu jsou hypoalergenní a šetrné k životnímu prostředí. Přesto musí obsahovat speciální látky, které materiály ochrání před škůdci, plísněmi či houbami a minimalizují hořlavost. Pro zateplení stavebních konstrukcí můžete použít například izolaci z ovčí vlny. Používá se jako výplň a při adekvátní technologické úpravě se hodí i pro izolaci střešních plášťů či plovoucích podlah. Nevýhodou je vyšší cena a zvýšené riziko požáru.
Formy izolačních materiálů
Konkrétní typ výrobku tepelné izolace volte podle způsobu zpracování a umístění. Nejčastěji narazíte na izolanty ve formě desek, rohoží nebo volného násypu.
- Desky: S deskami se vám bude dobře manipulovat a oceníte i jejich větší pevnost v tlaku.
- Rohože: Rohože jsou pak kompaktnější, a tak vám umožní snazší izolaci prostorů nepravidelného tvaru.
- Volně sypané izolanty: Tyto izolanty pak můžete použít při zateplení spodních vrstev podlah.
Katedra materiálového inženýrství a chemie: Inovace a výzkum
Katedra materiálového inženýrství a chemie vznikla v roce 2007 jako profilová katedra oboru Materiálové inženýrství. Od té doby zaznamenala mnoho úspěchů v oblasti vědy a výzkumu a neustále se rozvíjí. V současné době působí na katedře čtyři profesoři, sedm docentů a šest odborných asistentů.
Pedagogická činnost katedry
Pedagogická činnost katedry je soustředěna do tří hlavních oblastí:
Čtěte také: Jak 3D tisk mění stavebnictví
- Základní teoretická a experimentální výuka stavebních materiálů.
- Základní výuka chemie.
- Specializovaná výuka předmětů oboru Materiálové inženýrství na bakalářském a magisterském studiu.
Katedra má též významný podíl na výuce doktorského oboru Fyzikální a materiálové inženýrství.
Vědeckovýzkumná činnost katedry
Vědeckovýzkumná činnost katedry je zaměřena na činnosti související s materiálovým inženýrstvím. Konkrétně se jedná o experimentální a teoretickou analýzu přenosu a akumulace tepla, vlhkosti a chemických látek ve stavebních materiálech, metodiku řízeného návrhu stavebních materiálů a jejich vícevrstvých systémů a testování, hodnocení a ovlivňování funkčních vlastností stavebních materiálů a jejich systémů za různých podmínek od vědeckých laboratoří po dokončené stavební konstrukce. Vědeckovýzkumné aktivity pokrývají širokou škálu stavebních materiálů od malt, sáder, betonů a cihel až po izolační materiály, tmely a materiály povrchové úpravy.
Hlavní oblasti výzkumu
- Vztah mikrostruktury a užitných vlastností: Klíčovým pojítkem pro všechny výzkumné oblasti je vztah mikrostruktury a užitných vlastností v závislosti na předchozích procesech výroby a podmínkách provozování při využití metod optické a elektronové mikroskopie. Mikrostrukturní parametry budou doplněny hodnocením především mechanických, korozních vlastností a technologických vlastností.
- Svarové spoje a jejich degradace: Pro zvýšení bezpečnosti, spolehlivosti a životnosti energetických zařízení je nutné dlouhodobě sledovat procesy spojené s mikrostrukturními změnami svarových spojů, které z důvodu dlouhodobé vysokoteplotní expozice mohou vykazovat mikrostrukturní změny indikující změnu mechanických vlastností. Na základě tohoto sledování a bližšího rozboru degradačního poškození svarových spojů je možné provést včasnou predikci vzniku a vývoje vad v těchto kritických místech energetických zařízení. Proces svařování je však v technické praxi používán ve více průmyslových odvětvích, proto mu bude v rámci studentských prací věnováno více prostoru, a to jak z hlediska technologického provedení, tak z materiálového hlediska s důrazem na pokročilé typy svařovacích technik zejména bez použití přídavného materiálu.
- Aditivní výroba materiálů: Jelikož jsou metody spojené s aditivní výrobou přesných produktů stále aktuální a jejich použití v průmyslových odvětvích neustále narůstá, je třeba také dostatečně charakterizovat materiály touto metodou produkované, a to jak ve vztahu k nastaveným parametrům výroby včetně geometrie konečných výrobků, tak z hlediska postprocessingu, respektive následného zpracování povrchu. Cílem této části bude do hloubky prozkoumat vliv nastavení výroby na konečné užitné i mechanické vlastnosti a charakter povrchu vzniklých výrobků. V rámci tohoto předkládaného projektového návrhu budou primárně zkoumány slitiny titanu vyrobené rozdílnými metodami aditivní výroby.
- Vliv vodíku na materiály: V souladu s energetickou politikou budou intenzivně řešena témata týkající se vlivu a degradačního působení vodíku na specifické druhy materiálů.
- Termomechanické zpracování ocelí: Různé podmínky termomechanického zpracování ocelí způsobují významné mikrostrukturní změny, které ovlivňují jejich mechanické vlastnosti. V rámci tohoto projektu budou proto analyzovány vztahy mezi výrobními procesy, termomechanickým zpracováním, mikrostrukturními parametry a výslednými mechanickými vlastnostmi vybraných druhů ocelí využívaných v energetickém sektoru.
- Příprava fosilních surovin a materiálový design kotlů: V návaznosti na materiály používané v energetice bude jedním z výzkumných témat i technologie přípravy energeticky bohatých fosilních surovin na jejich další využití, kdy bude studována technologie rozmrazovacího tunelu, a to především s důrazem na materiálové provedení klíčových komponent tak, aby byla zajištěna jejich dlouhodobá životnost a snížená poruchovost. V podobném měřítku bude provedena i materiálová analýza a vhodný design HRSG kotle, který využívá odpadní teplo ze spalovacího procesu ke genezi nízkotlaké páry. V rámci tohoto tématu bude kladen důraz opět na materiálové provedení klíčových součástek tak, aby byla zajištěna bezporuchovost celého zařízení, a tedy jeho zvýšená životnost.
- Moderní výrobní postupy a cirkulární ekonomika: Jedním z cílů projektu je vzájemně propojit studium vlivu moderních výrobních postupů výsledných technologických a materiálových charakteristik, výzkumná témata jednotlivých studentů budou také zaměřena na pokročilé metody výroby specifických součástek. V rámci této části bude studována metoda vstřikování prášku (MIM) použita k výrobě dílců z nástrojové oceli. Dále budou studovány metody spojené s výrobou magnetů, kdy bude sledován vliv charakteru vstupního granulátu na lisovatelnost feritového prášku a potažmo i výsledné vlastnosti připravených magnetů. Jelikož je jedním z témat současné doby, které se promítlo i do strategického záměru vědy a výzkumu, cirkulární ekonomika, bude v rámci předkládaného projektového návrhu řešeno i téma sekundárního využití odpadů na bázi stabilních a netoxických izolačních materiálů. Tato část výzkumného záměru bude cílit především na způsoby separace minerálních izolačních vláken od zbytku odpadu a další zpracování této cenné druhotné suroviny.
- Ochrana konstrukcí před korozí: Degradační procesy spojené s provozem konstrukcí působí nemalé škody ve všech průmyslových odvětvích, kdy náklady spojené s korozním poškozením tvoří nemalou část HDP všech rozvinutých zemí, bude další výzkumné téma zaměřeno na ochranu konstrukcí před působením koroze dodatečnými povrchovými úpravami na bázi kombinace mechanicko-chemických předúprav a procesu fosfátování.
Zapojení studentů a vybavení laboratoří
V rámci projektu se předpokládá zapojení studentů navazujícího a doktorského studia do přípravy vzorků z různých typů technických materiálů, do sběru experimentálních dat a interpretace získaných výsledků v rámci realizace jejich závěrečných, respektive disertačních prací. Projekt počítá s maximálním využitím zařízení Katedry materiálového inženýrství a recyklace v oblasti přípravy metalografických výbrusů, světelné mikroskopie a digitální obrazové analýzy. V laboratořích elektronové mikroskopie budou využívány řádkovací (SEM) a prozařovací (TEM) elektronové mikroskopy, včetně technik EDX (energiově dispersní spektroskopie), EBSD (difrakce zpětně odtažených elektronů) a speciálních zařízení pro přípravu preparátů. Pro studium korozní odolnosti progresivních technických materiálů, včetně odolnosti vůči vodíkové křehkosti, budou využita zařízení laboratoře koroze. Korozní odolnost bude studována pomocí elektrochemických zkoušek v prostředí simulujícím bodovou korozi a také bude hodnocena míra zcitlivění materiálu v tepelně ovlivněné oblasti svarových spojů metodou EPR-DL. Součástí projektu bude hodnocení mechanických vlastností progresivních technických materiálů. K charakterizaci vlastností materiálů bude využíváno technické vybavení Katedry materiálového inženýrství a recyklace, které umožňuje provádět statické i dynamické zkoušky. Pro řešení závěrečných prací v rámci studijních programů Materiálové inženýrství, Materiály pro energetiku (navazující studium) a Materiálové vědy a inženýrství (doktorské studium), jsou výše uvedené experimentální metody pro hodnocení struktury a mechanických vlastností nezbytné. Výsledky projektu přispějí ke zvýšení kvality pedagogického procesu a současně k rozvoji znalostí a dovedností studentů i pedagogů v oblasti studia struktury a vlastností pokročilých materiálů. Zvláštní důraz bude kladen na interpretaci získaných dat, která budou publikována v impaktovaných časopisech a sbornících mezinárodních konferencí. Aktivní zapojení studentů magisterského studia do řešení projektu pozitivně ovlivní kvalitu jejich závěrečných prací, což zároveň přispěje k dobrému jménu fakulty. Očekává se, že účast v projektu SGS bude studenty motivovat k dalšímu studiu v doktorských programech.
Studijní předměty a rozvoj znalostí
Předmět seznamuje posluchače s principy návrhu, vývoje, výroby a chování specifických materiálů předem definovaných vlastností pro speciální stavební aplikace. Studenti získají informace o struktuře materiálů a vazbách, které k formování struktury hmot vedou. Následně si osvojí znalosti o vlastnostech materiálů ve vztahu k jejich makro i mikrostrukturním parametrům. Dále se studenti seznámí s možnostmi cílené změny vlastností materiálů jak při výrobě, tak při samotném materiálovém návrhu. Posluchači získají také přehled o možnosti využití odpadních materiálů a druhotných surovinových zdrojů při výrobě stavebních hmot a o principech recyklace stavebních materiálů. Obeznámí se také s problematikou certifikace stavebních výrobků a materiálů.
Plán přednášek předmětu POMI v akademickém roce
- Úvodní slovo. Struktura látek, vazby, skupenství.
- Hydrofobizace a konsolidace materiálů, nátěry.
- Samonivelační kompozity, příměsi, přísady a výztuž kompozitních stavebních materiálů.
- Recyklace stavebních materiálů.
- Betony pro speciální aplikace.
- Nanomateriály ve stavebnictví.
- Lehčené hmoty, vlákny vyztužené polymery.
- Materiály pro rekonstrukci a sanaci.
- Využití druhotných surovinových zdrojů a odpadů při výrobě stavebních materiálů.
Doporučená literatura
- M. Glara Gonçalves, F. Margarido, Materials for Construction and Civil Engineering - Science, Processing and Design, Springer, 2015, ISBN 978-3-319-34841-4.
- A. Ahmed, J. Sturges, Materials Science in Construction: An Introduciton, Routledge - Taylor & Francis Group, 2015, ISBN 978-1-85617-688-0.
Čtěte také: Průvodce světem stavebních materiálů
tags: #materialy #pro #tepelne #izolace #i #katedra