Polystyren patří mezi nejpoužívanější izolační materiály, což je dáno jeho vynikajícími tepelněizolačními vlastnostmi a cenovou dostupností. Využívá se při zateplování fasád, střech, podlah, příček, soklů a dalších stavebních konstrukcí. Ve stavebnictví se úspěšně používá desítky let a od svého vzniku v polovině 20. století prošel velkým vývojem. Pěnový polystyren (EPS) je již desítky let stálicí mezi izolačními materiály, a to díky unikátní kombinaci vlastností - zejména výborným mechanickým vlastnostem (pevnost v tlaku, tahu a smyku) s nízkou hmotností, výborným izolačním schopnostem (zejména šedé typy), odolností proti vlhkosti a v neposlední řadě i díky příznivé ceně, kdy navíc je ještě velmi příjemný a jednoduchý na zpracování.
Historie a výroba pěnového polystyrenu
Za vznik pěnových polystyrenových kuliček vděčíme především chemikovi a inženýrovi Fritzovi Stastnemu, který vynalezl způsob jejich výroby už před rokem 1949. Pěnový EPS polystyren vzniká polymerací styrenu. Vynikající tepelněizolační vlastnosti má díky svým buňkám, které obsahují vzduch. Výhodou je také snadná opracovatelnost, nízká hmotnost a cenová dostupnost. Malá historická zajímavost - pěnový polystyren byl objeven náhodou v roce 1949 brněnským rodákem Fritzem Stastnym, který tehdy pracoval ve vývoji firmy BASF.
EPS se vyrábí z perlí, které se působením syté vodní páry zvětší až padesátinásobně. Vzniklé pěnové kuličky se následně svaří do bloků a řežou na desky. Během procesu vypěňování polystyrenu nejsou používány freony; pěnový polystyren je ohříván vodní párou, čímž se plynové bublinky rozptýlené ve hmotě perlí rozpínají a uvnitř perlí se vytvoří uzavřená buněčná struktura. Perle se pak v uzavřeném prostoru - formě - vypění do potřebného tvaru. Pěnový polystyren tedy nemá žádné účinky na ozónovou vrstvu.
Dnes výrobci nabízí řadu typů polystyrenu, které mají zlepšené vlastnosti nebo speciální úpravy. Vedle tradičních bílých polystyrenových desek tak narazíte například na šedé polystyrenové desky, které mají díky nanočásticím grafitu lepší izolační vlastnosti. Existují také perimetrické a soklové desky různých barev, které mají nízkou nasákavost a vysokou pevnost v tlaku.
Typy polystyrenu a jejich použití
Expandovaný (pěnový) polystyren (EPS)
- Nejpoužívanější typ polystyrenu.
- Fasádní pěnové polystyreny se používají pro vnější kontaktní zateplovací systémy - ETICS. Polystyrenové desky na fasády se označují písmenem F a vyrábí se v různých tloušťkách. Pro standardní izolaci fasády se obvykle používají polystyrenové desky o tloušťce 50-160 mm. U fasádního EPS polystyrenu se kladou vysoké nároky zejména na rozměrovou přesnost, aby byla možná pokládka bez mezer, a tedy bez vzniku tepelných mostů.
- Polystyren označený písmenem S je stabilizovaný, což znamená, že nemění své rozměry. Stabilizace se provádí uskladněním (odležením) po výrobě, čímž dojde k jeho dotvarování. Po krátkém odležení polystyren vykazuje jen minimální změny v rozměru po nařezání.
- Polystyreny určené pro zateplování podlah se dříve označovaly písmenem Z a představovaly základní variantu, u které nebyla vyžadovaná vysoká rozměrová přesnost. Dnes se tak vyrábí jen podlahové polystyrenové desky, které jsou kvalitativně na úrovni desek označovaných S.
Extrudovaný polystyren (XPS)
- Druhou používanou technologií výroby polystyrenu je extruze. Extrudovaný polystyren (XPS) se vyrábí vytlačováním taveniny polystyrenu za současného sycení vzpěňovadlem.
- Extrudovaný polystyren je na rozdíl od pěnového velmi odolný vůči vlhkosti a na výbornou zvládá dlouhodobé působení tlaku. Díky těmto vlastnostem se využívá k izolování základů, podezdívek nebo podlahových konstrukcí.
- Jeho hlavní nevýhodou je malá odolnost vůči UV záření. Z toho důvodu se nepoužívá v místech, kde dochází ke kontaktu se slunečními paprsky.
- Polystyreny vyráběné extruzí se využívají také jako tepelná izolace jednoplášťových střech s obráceným pořadím vrstev.
Vlastnosti pěnového polystyrenu
Odolnost vůči vlhkosti
Izolace z polystyrenu nepřijímají prakticky žádnou vlhkost. Pěnový polystyren EPS se dobře vyrovnává s vlhkostí, protože jeho struktura se skládá z uzavřených buněk, které minimalizují absorpci vody. Díky tomu si pěnový polystyren zachovává své vynikající izolační vlastnosti i v prostředí s vyšší vlhkostí. Jeho uzavřená buněčná struktura je unikátní - každá jednotlivá „kulička“, z níž se polystyren skládá, má uzavřenou, voděodolnou buněčnou strukturu obsahující tisíce buněk naplněných vzduchem. Při kondenzaci se vlhkost sráží vždy jen v tenké vrstvě materiálu (při teplotě rosného bodu). Zde zvlhne pouze malá část buněk, ze kterých se vlhkost nešíří do ostatních. Podíl vlhkých vrstev je velmi malý, takže tepelná izolace je vlhkostí ovlivněna jen minimálně. To znamená, že rozdíl mezi deklarovaným součinitelem tepelné vodivosti a skutečným součinitelem tepelné vodivosti je při zateplení EPS téměř stejný.
Čtěte také: Využití lehčeného betonu s polystyrenem
Odolnost proti vlhkosti EPS znamená schopnost pěnového polystyrenu (EPS) dlouhodobě odolávat působení vzdušné vlhkosti, dešťové vody a zemní vlhkosti bez ztráty svých tepelněizolačních a mechanických vlastností. V praxi to znamená, že EPS si i ve vlhkém prostředí zachovává stabilní tepelnou vodivost, tvar a pevnost. Proto se s úspěchem používá v kontaktních zateplovacích systémech fasád, podlahách na terénu, plochých střechách, obrácených střechách, soklových částech staveb, pod základovými deskami i v obalové technice, kde chrání zboží před vlhkostí a kondenzací.
Tepelněizolační vlastnosti
Pěnový polystyren šetří energii a plní funkci izolace proti chladu, teplu a hluku. Na součinitel tepelné vodivosti EPS má vliv obsah vlhkosti. S každým objemovým % obsahu vlhkosti roste tepelná vodivost o 3-4 % (měřeno na zkušebních tělesech o objemové hmotnosti 16 kg/m3). Tato závislost nemá pro praxi žádný význam, protože praktický obsah vlhkosti správně instalovaných polystyrenových desek je zohledněn ve výpočtové hodnotě součinitele tepelné vodivosti. Nasákavost při dlouhodobém ponoření nepřesahuje 5 %.
Mechanické vlastnosti
Díky své buněčné struktuře má pěnový polystyren značnou tuhost a odolnost vůči zatížení tlakem. Standardní polystyren má hustotu asi 0,2-0,4 % a závisí na technologických podmínkách při výrobě a na typu materiálu. Rozměrová stabilita je důležitá pro bezespárovou pokládku a zabránění vzniku tepelných mostů.
Chemická odolnost a životnost
Pěnový polystyren nehnije, neplesniví a netrouchniví. Jeho životnost je stejná nebo vyšší než životnost ostatních částí stavby. Je však třeba dbát na to, aby nepřišel do styku s organickými rozpouštědly, která by mohla způsobit jeho degradaci. Co se týče případného úniku formaldehydu, styrenu, případně radioaktivity v pěnovém polystyrenu - je přísně sledován a žádné beta a gama záření, ani výskyt radonu nebyly u polystyrenu zjištěny.
Vliv vlhkosti na tepelnou vodivost izolačních materiálů - experimentální studie
V dnešní době se klade co největší důraz na zateplení a celkovou energetickou náročnost budov. Cílem je minimalizovat náklady na energie a zároveň chránit životní prostředí. Tepelněizolační vlastnost se s vlhkostí materiálu zhoršuje. Na tepelnou izolaci působí během její životnosti mnoho faktorů, kterými se do materiálu může vlhkost dostat. Tato skutečnost byla hlavní motivací pro zpracování diplomové práce Ing. Ondřeje Pavla, jejíž výsledky shrnujeme níže.
Čtěte také: Vlastnosti cementového lepidla na polystyren
Zkoumané materiály
Pro experimentální část bylo vybráno celkem sedm tepelněizolačních materiálů pro vnější kontaktní zateplovací systémy:
- pěnový polystyren - Isover EPS 70F, tl. 100 mm
- pěnový polystyren s příměsí grafitu - Isover EPS Greywall Plus, tl. 100 mm
- minerální vlna s podélným vláknem k rovině desky - Isover TF Profi, tl. 100 mm
- minerální vlna s kolmým vláknem k rovině desky - Isover NF 333, tl. 100 mm
- polyuretanové desky - TPD - PUR 30/40, tl. 100 mm
- fenolická pěna - Kingspan Kooltherm K5, tl. 80 mm
- pěnové sklo - Foamglas T4+, tl. 80 mm
Metodika experimentu
Jedním z experimentů bylo zjišťování vlivu absorbované vlhkosti z vlhkého prostředí na tepelnou vodivost materiálu. Pro tyto zkoušky byly připraveny tři vzorky od každého materiálu o rozměrech 100 × 100 mm a výšce odpovídající tloušťce konkrétní tepelné izolace. Vzorky byly umísťovány do exsikátorů, kde byly ponechány v různě vlhkých prostředích nad roztoky solí do doby, než se ustálila jejich hmotnostní vlhkost. Následně se na materiálech stanovovala tepelná vodivost pomocí přístroje Isomet.
Tepelná vodivost vzduchu je přibližně dvacetkrát menší nežli tepelná vodivost vody, tudíž je zřejmé, že i tepelná vodivost suchých materiálů s pórovitou strukturou bude nižší než u materiálů s obsahem vlhkosti.
Výsledky experimentu
Absorpce vzdušné vlhkosti
Absorpce vzdušné vlhkosti se nejvíce projevila u fenolické pěny, u které došlo k nárůstu hmotnostní vlhkosti již v prostředí s nejnižší absolutní vlhkosti (9,5 g/m3). S dalším nárůstem vlhkosti prostředí vlhkost fenolické pěny dále prudce stoupala. Poměrně výrazná absorpce vlhkosti byla zjištěna i u vzorků z tvrdého polyuretanu. Naopak materiály z minerálních vláken s ohledem na vláknitou strukturu překvapily relativně nízkou absorpcí v porovnání s polyuretanem a fenolickou pěnou. Nižší pohltivost vlhkosti lze v tomto případě opět přisuzovat hydrofobní úpravě materiálu.
Vliv vlhkosti na tepelnou vodivost
Je celkem logické, že při vzrůstající vlhkosti materiálu dochází ke zvýšení tepelné vodivosti, a tudíž ke zhoršení tepelněizolační schopnosti. Z tohoto experimentu nejlépe vyšel expandovaný polystyren, který si i přes výrazný obsah vlhkosti po ponoření vzorků do vody nejlépe zachoval svou tepelněizolační schopnost. K nejvýraznějšímu nárůstu naměřených hodnot tepelné vodivosti došlo v případě fenolické pěny a minerální vlny s podélným vláknem. Hodnotu součinitele tepelné vodivosti u nasycených vzorků minerální vlny s kolmými vlákny se nepodařilo přístrojem Isomet naměřit ani jednou z dostupných sond.
Čtěte také: Použití polystyrenu
Z hodnot lze také vyvodit, že u materiálů, které přišly do kontaktu s vodou, nedochází po jejich vysušení k výraznému či vůbec žádnému zhoršení tepelněizolačních vlastností. Pěnový polystyren a pěnové sklo si nejlépe zachovávají své tepelněizolační vlastnosti i při vysoké vlhkosti prostředí. Jedná se o materiály s uzavřenou a pro vodu nepropustnou vnitřní buněčnou strukturou, do které nepronikají vodní páry nebo pronikají jen v omezené míře. Naopak zejména u fenolické pěny dochází k výraznému nárůstu tepelné vodivosti při zvýšené vzdušné vlhkosti, což je důsledek její vysoké absorpce vodních par do vnitřní struktury materiálu.
Zároveň bylo zjištěno, že po úplném vysušení vzorků nasycených vodou dochází k obnovení původní tepelněizolační schopnosti materiálu. Tepelná vodivost po vysušení nabývá téměř původních nebo zcela stejných hodnot jako před namočením. Lze tedy konstatovat, že zkoušené tepelné izolace si zachovávají v suchém stavu své tepelněizolační vlastnosti i přesto, že projdou fází plného nasycení vodou. Předpokladem je však zachování struktury materiálu, která může být například mechanicky poškozena. Zároveň je nutné vzít v úvahu, že v praxi k úplnému vysušení materiálu většinou nedojde, jelikož zajištění podmínek pro úplné vysušení je v praxi téměř nemožné.
Srovnání materiálů
Vzdušná vlhkost má zásadní vliv na izolační funkci v případě tepelné izolace z fenolické pěny a minerální vlny, méně výrazný vliv byl zjištěn u polyuretanových desek a pěnového polystyrenu.
| Materiál | Deklarovaná tepelná vodivost (W/mK) | Tepelná vodivost suchý vzorek (W/mK) | Tepelná vodivost nasycený vodou (W/mK) | Tepelná vodivost vysušený vzorek po nasycení (W/mK) |
|---|---|---|---|---|
| Isover EPS 70F (pěnový polystyren) | 0.039 | 0.038 | 0.040 | 0.038 |
| Isover EPS Greywall Plus (grafitový polystyren) | 0.032 | 0.031 | 0.033 | 0.031 |
| Isover TF Profi (minerální vlna podélná) | 0.037 | 0.036 | 0.045 | 0.036 |
| Isover NF 333 (minerální vlna kolmá) | 0.034 | 0.033 | Nelze změřit | 0.033 |
| TPD - PUR 30/40 (polyuretan) | 0.024 | 0.023 | 0.027 | 0.023 |
| Kingspan Kooltherm K5 (fenolická pěna) | 0.021 | 0.020 | 0.035 | 0.020 |
| Foamglas T4+ (pěnové sklo) | 0.041 | 0.040 | 0.041 | 0.040 |
Polystyren a kondenzace vlhkosti v budovách
Zateplení polystyrenem může výrazně snížit tepelné ztráty, ale aby správně fungovalo, je třeba také pochopit, jak materiál ovlivňuje přenos vlhkosti a vznik tepelných mostů. Vlhkost je jedním z nepřátel vnějších stěn. Zabránit vzniku plísní na povrchu vnitřní konstrukce, prodloužit její životnost a zlepšit její tepelněizolační vlastnosti lze pomocí kvalitní vnější izolace z pěnového polystyrenu EPS, který si s přirozenou vlhkostí poradí bez větší ztráty svých tepelněizolačních vlastností.
Vlhkost ve zdivu je způsobena rozdílem teplot mezi vnějším a vnitřním prostředím. Ke kondenzaci dochází tam, kde povrchová teplota klesne pod kritickou hodnotu (teplota rosného bodu). Zateplením obvodového pláště budovy se rosný bod při dostatečné tloušťce izolace přesune do izolantu a chrání zdivo před nežádoucí vlhkostí.
Pěnový polystyren EPS výrazně snižuje riziko kondenzace vodních par tím, že zvyšuje povrchovou teplotu vnitřní strany stěny a posouvá rosný bod do izolační vrstvy. Správně navržená izolace z pěnového polystyrenu EPS zabraňuje vzniku tepelných mostů, čímž snižuje pravděpodobnost kondenzace vodních par na vnitřních površích stěn.
Odstranění vlhkosti z místností závisí především na správné výměně vzduchu, nikoli na propustnosti stavebních materiálů. Studie ukazují, že pouze malá část vlhkosti je odstraněna pronikáním vodní páry skrz stěny. Například při venkovní teplotě 0 °C je z místnosti odstraněno celkem 245,2 g/h vlhkosti, přičemž venkovní stěnou projde pouze 3,2 g/h, zatímco při větrání otevřenými okny je odstraněno až 242 g/h.
Praktické aspekty práce s polystyrenem
Při práci s polystyrenem je důležité používat speciální lepidla, která jsou vhodná pro tento materiál. Lepidlo na polystyren je nejčastěji disperzní na bázi akrylátu nebo modifikovaného polyvinylacetátu. V případě potřeby dalšího upevnění polystyrenu, například při montáži na stěnu, se používají hmoždinky nebo hřeby speciálně určené pro polystyren. Pro řezání polystyrenu použijte řezačku na polystyren.
Existuje nespočet typů polystyrenových desek a vždy je potřeba vybrat takový, který je pro své vlastnosti vhodný ke konkrétnímu způsobu využití. Ať už potřebujete pěnový, nebo extrudovaný polystyren, doporučuje se konzultovat výběr s proškoleným personálem.
tags: #penovy #polystyren #vlhkost #vlastnosti