V současné době se stále častěji zaměřujeme na úsporu energie v našich domácnostech. Pro posouzení a srovnávání materiálů jsou důležité dva zásadní parametry: součinitel tepelné vodivosti (lambda) a součinitel prostupu tepla (U).
Součinitel tepelné vodivosti (λ) a součinitel prostupu tepla (U)
Součinitel tepelné vodivosti λ (lambda) vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo, tedy jeho teplotní vodivost. Jedná se o energii, která prochází materiálem (cihlou, betonem, polystyrenem, minerální vatou či jiným materiálem) o tloušťce 1 m při rozdílu teplot 1 K mezi oběma povrchy měřených materiálů. Jednotkou součinitele tepelné vodivosti lambda λ je W·m-1·K-1. Hodnota tohoto součinitele se v praxi používá pro výpočet tloušťky zateplení konstrukce, pro výpočet tepelných ztrát a určení energetické náročnosti budovy. Pro izolace platí, že čím je lambda menší, tím lépe.
Součinitel prostupu tepla U (U-hodnota) je na součinitel tepelné vodivosti navázán a je zásadní pro posouzení a srovnávání konstrukcí, neboť již zohledňuje i tloušťku použitého materiálu v konstrukci. Jednotkou je W/m2·K. Pro součinitel prostupu tepla U platí, že čím nižší jeho hodnota je, tím lepší tepelně izolační vlastnosti konstrukce má. Jednoduchým poměrem tloušťky materiálu a součinitele tepelné vodivosti vypočtete tepelný odpor materiálu (konstrukce), což je obrácená hodnota součinitele prostupu tepla.
Pro ilustraci, 5 cm pěnového polystyrenu EPS 70F (lambda 0,039 W/m2K) odpovídá stěně z pálených cihel (lambda 0,8 W/m2K) o tloušťce 1,0255 m.
Tabulka přibližných součinitelů tepelné vodivosti
| Materiál | λ (W·m-1·K-1) |
|---|---|
| Polyuretanové desky | 0,025 |
| Šedý nebo extrudovaný polystyren | 0,031 |
| Expandovaný polystyren (EPS) | kolem 0,04 |
| Minerální vlna | kolem 0,04 |
| Pálené cihly | 0,8 |
| Pórobeton | 0,15 - 0,20 |
| Dřevo (kolmo k vláknům) | 0,18 |
Inovace v cihelném průmyslu: HELUZ Family 2in1
Vylehčené cihly a cihelné bloky s otvory se v ČR začaly vyrábět počátkem 70. let minulého století. Ve vývoji šlo vždy o to, aby nové výrobky především zvyšovaly tepelně izolační vlastnosti stavěné budovy.
Čtěte také: Tření Mezi Betonem a Jinými Materiály
Po cihlách označených P+D (1998) a STI (2003) byla v roce 2009 zahájena výroba nové řady broušených cihel pro zdivo nízkoenergetických domů bez dodatečného zateplení s názvem HELUZ Family. Co se týká počtu řad otvorů, těch bylo výrobkovou řadou cihel Family dosaženo maximum a jediná schůdná cesta, jak ještě zvýšit tepelněizolační parametry cihel, byla v plnění otvorů izolantem.
Čtvrtá generace cihel HELUZ označená Family 2in1, která je na trhu od roku 2011, má žeber a řad otvorů největší množství a všechny otvory jsou vyplněny drobnými kuličkami polystyrenu. Právě plnění cihel s velkým počtem malých otvorů odlišuje cihly HELUZ od konkurence na českém i evropském trhu. Vyplněním otvorů cihel Family polystyrenem bylo dosaženo zvýšení jejich tepelně izolačních parametrů o 40 %.
Zdivo z těchto cihel šířky 500 mm má stejné tepelněizolační vlastnosti jako 7 m tlustá zeď z klasických plných cihel nebo 36 cm polystyrenu. Významnou předností cihel HELUZ Family 2in1 je výhodná kombinace nízkého součinitele tepelné vodivosti, objemové hmotnosti cihel a měrné tepelné kapacity. Díky tomu se dosahuje velice výhodného fázového posunu - 13 hodin a extrémně vysokého teplotního útlumu. Tyto veličiny mají velký vliv na tepelnou stabilitu jak v zimním, tak i v letním období. Stěny z cihel s integrovaným polystyrenem nejen že dobře izolují, ale navíc velmi pomalu vychládají v zimním období.
Požární odolnost cihel HELUZ Family 2in1
Certifikaci nového výrobku cihel HELUZ Family 50 2in1 a jeho uvedení na trh v roce 2011 předcházela řada zkoušek. Pokud se zaměříme na reakci na oheň cihel HELUZ Family 2in1, je nutno říci, že cihla patří z pohledu zatřídění do třídy reakce na oheň A1. Provedli jsme zkoušky cihel plněných samozhášivým polystyrenem.
Podle výsledků těchto zkoušek by bylo možné zařadit takto upravené cihly i do třídy A2. Jenže podle normy, která bere v úvahu přítomnost organické látky nehomogenně rozptýlené, tedy otvory plněné částicemi s větším průměrem než je 1 mm, což je náš případ, nelze výrobek klasifikovat ve třídě A2, i když má parametry odpovídající tomuto zařazení. V případě našeho výrobku jde o objem 55-57 % polystyrenu, v objemovém poměru k ostatnímu materiálu. Hmotnostně to představuje 300 g polystyrenu z 20 kg váhy celého cihelného bloku, tj. 1,5 % hm. Vzhledem k malému množství polystyrenu je energie uvolněná při hoření minimální, netvoří se kouř ani kapky, které by mohly odkapávat z výrobku při možném požáru stavěné budovy.
Čtěte také: Hodnoty součinitele prostupu tepla u cihel
Podobné zjištění bylo i po zkouškách požární odolnosti, kdy stěna z cihel HELUZ Family 2in1 zatížená na maximum, odolávala ohni více než 90 minut. Po tuto dobu si zachovala nosnost, celistvost i izolační vlastnosti. Výsledky zkoušek ukázaly, že pokud se nevyplní 5 řad otvorů, lze nosnou stěnu zatřídit jako REI 90 DP1, tj. jakoby se jednalo o konstrukci z nehořlavých materiálů.
Životnost a vliv vlhkosti
Jak prokázala studie z Centra materiálového výzkumu VUT Brno, je životnost polystyrenu v dutinách cihel minimálně 80 let. Z provedených zkoušek vyplývá, že při předpokládané životnosti stavby 80 let a za podmínek běžného užívání se rozměrová změna EPS výplně v dutinách cihel pohybuje v hodnotách řádu několika desetin milimetrů a je zcela zanedbatelná.
Díky malému množství izolantu je velice příznivé i environmentální hodnocení výrobku. Pokud bychom totiž místo polystyrenu použili minerální vatu, byly by jí potřeba až 3 kg pro naplnění jedné cihly.
V akreditované laboratoři CSI Praha byl proveden porovnávací test propustnosti vodní páry na vzorcích cihel HELUZ Family bez zabudované izolace a vzorcích cihel HELUZ Family 2in1. Kromě stanovení základního parametru pro šíření vodní páry byl proveden unikátní test v uznávané rakouské laboratoři BTI Linz, kde byly cihly HELUZ Family a HELUZ Family 2in1 podrobeny testům při simulaci reálných tepelně vlhkostních podmínek ve speciálních klimatických komorách.
Množství akumulované vlhkosti bylo velmi malé, dokonce u cihel HELUZ Family 2in1 bylo nižší než u běžných cihel HELUZ Family. To je způsobeno výrazným zvýšením izolačních vlastností cihel s integrovanou izolací, neboť přenos vlhkosti souvisí výrazně i s tepelně izolačními vlastnostmi - mluvíme o společném šíření tepla a vlhkosti. Množství kondenzátu za sledované období bylo nižší než 0,35 % hmotnostní vlhkosti, což téměř odpovídá sorpčním vlastnostem cihelného střepu.
Čtěte také: Vlastnosti betonu: Tepelná vodivost
Zkušenosti s vysycháním cihel plněných polystyrenem jsou nyní popsány. První test se týkal cihel, které během provádění zmoknou. Za 51 dnů cihla vyschla z původních 4,6 % hm. vlhkosti na 1,0 % hm. Druhý test simuloval případ, kdy cihly nasají vodu z kaluže na základové desce. V tomto případě cihla z původních 46 % hm. vlhkosti vyschla za 46 dní na 1,8 % hm. Poslední zkouška byla extrémním testem, kdy cihla byla vhozena do kádě s vodou do úplné saturace. Extrémní test ukázal, že za dobu 3,4 roku poklesne vlhkost v cihlách na 2,0 % hm. vlhkosti.
Doporučené tloušťky izolace
Dům postavený z plných cihel na tloušťku 45 cm (s omítkami 50 cm) současným kritériím na tepelnou izolaci a úspory tepla při vytápění nevyhovuje ani zdaleka. Návrh tloušťky dodatečného zateplení by měl vyjít z posouzení stávající stěny a normových požadavků. Ty stanovuje současná platná norma ČSN 73 0540-2. Norma rozlišuje dvě hodnoty součinitele prostupu tepla - požadovanou a doporučenou.
- Požadovaná minimální hodnota součinitele prostupu tepla U pro obvodovou zeď je 0,38 W/(m2·K).
- Doporučená hodnota je pro zdivo obvodové z cihel 0,25 W/(m2·K).
Vzhledem k rostoucím cenám energií se doporučuje, aby v případě dodatečného zateplení byla již naplněna hodnota doporučená, tedy 0,25 W/(m2·K). Stávající zeď z plných cihel má hodnotu U v rozmezí od 1,3 do 1,5 W/(m2·K). Doporučená tloušťka dodatečného zateplení (například na bázi EPS) dle ČSN je 14 až 16 cm. Pokud chcete dosáhnout nízkoenergetického standardu, muselo by to být alespoň 20 cm.
Důležitou věcí u zateplení staršího domu polystyrenem je otázka vlhkosti stávajícího zdiva. Pokud je zdivo namáhané vlhkostí ze základů, kontaktní lepené zateplovací systémy se nedoporučují. Vždy platí, že zateplovat by se mělo jen suché zdivo. Pokud vlhké zdivo opatříme zvenku kontaktním zateplením (s vysokým difuzním odporem), problémy s vlhkostí se zaručeně zhorší.
Pro dosažení dobrých energetických vlastností domu jako celku závisí nejen na obvodových stěnách. Je nutno splnit doporučené (tedy ty přísnější) hodnoty tepelné izolace i u ostatních konstrukcí tak, jak doporučuje norma, avšak pro nízkoenergetický dům (NED) je nutno dosáhnout ještě lepších hodnot:
- Podlaha přilehlá k zemině: Požadovaná U = 0,45 W/(m2·K), doporučená U = 0,30 W/(m2·K), NED U = 0,20 W/(m2·K).
- Strop pod nevytápěnou půdou se střechou bez tepelné izolace: Požadovaná U = 0,30 W/(m2·K), doporučená U = 0,20 W/(m2·K), NED U = 0,15 W/(m2·K).
Akumulační schopnost a tepelná stabilita
Obvodové stěny zpravidla tvoří největší plochu obálky budovy a uniká jimi nejvíce tepla. Stěny z kamene nebo plných cihel mají díky své dobré tepelné vodivosti a velké objemové hmotnosti obrovskou akumulační schopnost. Ve starých kamenných domech bývá v létě příjemný chládek, ale v zimě přináší vysoká akumulační schopnost spíše problémy kvůli nízké povrchové teplotě.
Pokud stěnu z vnější strany zaizolujeme, situace se dramaticky změní. Teplota kamenné stěny je na vnitřním povrchu skoro 21°C a na vnější straně je skoro 19°C (při vytápění na 22°C v místnosti). Větší část tohoto akumulovaného tepla je tedy využitelná pro temperování místnosti při přerušení vytápění. Vidíme, že teprve díky dostatečně silné vrstvě tepelné izolace na vnější straně lze velkou akumulační schopnost kamenné stěny využít.
Hlavní význam má akumulační schopnost v takzvaných pasivních domech, kde zabraňuje přehřívání a slouží k ukládání tepla ze slunečního záření do druhého dne.
U dutinkových cihel jsou v konfliktu požadavek na izolační schopnost a na pevnost v tlaku (únosnost). Platí, že čím více je v cihle vzduchu, tím lépe izoluje, ale současně tím nižší je její pevnost. Požadujeme-li, aby nosná stěna současně velmi dobře izolovala, je obvykle levnější postavit nosnou zeď tenčí, z cihel s vyšší únosností. Tuto stěnu pak doplnit vnějším zateplením.
Další konstrukční prvky a izolace
Stropy
Stropy představují zvláště u přízemních budov poměrně velkou plochu pro únik tepla a je proto dobré jim věnovat náležitou pozornost. Současná norma požaduje pro stropní konstrukce ještě lepší (nižší) hodnotu součinitele prostupu tepla než pro obvodové stěny.
Podlahy
Podlaha je často podceňovanou částí obálky budovy. Je-li v podlaze topení s teplotou 30 až 40°C, je třeba podlahu izolovat o to důkladněji. Čím blíže obvodovým stěnám, tím více klesá teplota pod podlahou, těsně u okraje domu může být i pod nulou. Proto pro podlahy v pásu 1 m od rozhraní s venkovním vzduchem předepisuje ČSN 73 0540 stejné hodnoty jako pro obvodovou zeď. Dodatečné zateplení podlah stávajících budov je problematické kvůli vysokým nákladům. Částečným řešením je instalovat izolaci zvenku, pod úrovní terénu okolo základů, alespoň do hloubky 0,3 až 0,5 m, nebo izolaci položit naplocho na terén okolo stěn, v pásu 0,5 až 1 m.
Vakuové izolace
Materiály s několikrát vyšší tepelně izolační schopností než v současnosti prodávané tepelné izolace bohužel běžně k dispozici nejsou. Existují vakuové izolace, které se vyrábějí ve formě panelů v metalizované fólii, plnivo je pyrogenní kyselina křemičitá s unikátními vlastnostmi. Udávaný součinitel tepelné vodivosti λ se pohybuje od 0,004, prakticky se započtením stárnutí se udává 0,008 W/m.K. Jedná se o high-tech technologii a kvůli vysoké ceně se používá zatím okrajově.
Prof. Ing. Roman Šubrt, CSc. (*1961) je energetickým auditorem, soudním znalcem v oborech stavebnictví a energetika budov, zabývá se tepelně-technickými vlastnostmi budov. Je autorem několika odborných publikací na téma tepelné mosty.
tags: #soucinitel #prostupu #tepla #cihla #polystyren