Ve fyzice označuje tepelná vodivost schopnost daného kusu látky, konstrukce (např. zdi, izolace) vést teplo. Tepelná vodivost dané látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti. Ten je definován jako množství tepla, které musí za jednotku času projít tělesem, aby na jednotkovou délku byl jednotkový teplotní spád. Přitom se předpokládá, že teplo se šíří pouze v jednom směru, např. v desce s rovnoběžnými povrchy. Tuto definici lze také vyjádřit tak, že součinitel tepelné vodivosti je výkon (tzn. teplo za jednotku času), který projde každým čtverečním metrem desky tlusté metr, jejíž jedna strana má teplotu o 1 kelvin vyšší než druhá.
Co je součinitel tepelné vodivosti (λ)?
Součinitel tepelné vodivosti, označovaný řeckým písmenem λ (lambda) - běžně nesprávně zkracováno na tepelná vodivost, je fyzikální veličina z oboru termodynamiky. Koeficient λ vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo a je definován jako množství tepla ve wattech, které projde průřezem materiálu o tloušťce 1 metr při rozdílu teplot 1 K (1 Kelvin) mezi oběma povrchy materiálu. Jednotkou součinitele tepelné vodivosti lambda λ je W·m⁻¹·K⁻¹.
Součinitel tepelné vodivosti je klíčovým parametrem pro hodnocení tepelně izolačních vlastností materiálů v oblasti stavebnictví a je zásadní pro výpočet tepelných ztrát a energetické náročnosti budov. Koeficient součinitele tepelné vodivosti λ hraje proto zásadní roli při výběru izolačních materiálů. Různé izolační materiály mají odlišné hodnoty λ. Tyto hodnoty ukazují, jak různé materiály vedou teplo a jak efektivně mohou sloužit jako izolace. Tyto hodnoty jsou obecné a u různých specifikací a výrobců se liší. Hodnota λ se obvykle určuje laboratorními testy za kontrolovaných podmínek.
Základní fyzikální parametr vyjadřující schopnost materiálu vést teplo, přičemž pěnový polystyren (EPS) dosahuje velmi nízkých hodnot tohoto ukazatele díky své uzavřené buněčné struktuře tvořené převážně vzduchem, což z něj činí mimořádně efektivní tepelněizolační materiál pro široké spektrum stavebních aplikací.
Vzorec a praktické použití
Součinitele tepelné vodivosti pak dostanete ze vzorce λ = d/(tSΔT)*Q, kde d je tloušťka materiálu v m, t je čas v sekundách, ΔT je rozdíl teplot mezi oběma vodorovnými stranami, S je plocha materiálu kolmá na tepelný tok a Q pak je množství tepla, které plochami projde.
Čtěte také: Tření Mezi Betonem a Jinými Materiály
Hodnota tohoto součinitele se v praxi používá pro výpočet tloušťky zateplení konstrukce, pro výpočet tepelných ztrát a určení energetické náročnosti budovy. Jednoduchým poměrem tloušťky materiálu a součinitele tepelné vodivosti vypočtete tepelný odpor materiálu (konstrukce), což je obrácená hodnota součinitele prostupu tepla.
Faktory ovlivňující součinitel tepelné vodivosti
Na součinitel tepelné vodivosti λ izolačních materiálů má vliv několik faktorů, které mohou hodnotu tohoto parametru zvyšovat nebo snižovat:
- Vlhkost: Přítomnost vody má mnohem vyšší tepelnou vodivost než vzduch (λ vody je cca 0,58 W·m⁻¹·K⁻¹, zatímco vzduchu cca 0,025 W·m⁻¹·K⁻¹).
- Teplota: U některých materiálů (např. pěnové izolace) roste s rostoucí teplotou. To znamená, že v teplejším prostředí může dojít k poklesu jejich izolačních schopností.
- Struktura materiálu: Materiály s vyšší porozitou (např. minerální vata, pěnové plasty) mají nižší hodnotu λ, protože vzduch v pórech omezuje vedení tepla.
- Tlak a hustota: S rostoucí hustotou se obvykle zvyšuje tepelná vodivost, protože se zvyšuje podíl pevné látky, která lépe vede teplo.
- Typ plynu v pórech: Materiály naplněné plyny s nízkou tepelnou vodivostí (např. argon nebo krypton) mají lepší izolační vlastnosti než ty s běžným vzduchem.
- Stárnutí materiálu: Některé materiály mohou časem degradovat, což vede ke zvýšení jejich tepelné vodivosti.
- Směr vedení tepla: Některé materiály (např. dřevovláknité desky) mohou vykazovat rozdílné hodnoty λ v závislosti na směru vedení tepla (podél vláken vs. kolmo na vlákna).
Rozdíly mezi součinitelem tepelné vodivosti (λ), součinitelem prostupu tepla (U) a tepelným odporem (R)
Rozdíly mezi součinitelem tepelné vodivosti (λ - lambda), součinitelem prostupu tepla (U) a tepelným odporem (R) spočívají v jejich významu, použití a vztahu k vedení tepla.
- Součinitel tepelné vodivosti (λ): Vyjadřuje schopnost jednoho konkrétního materiálu vést teplo. Vysoké hodnoty λ jsou typické pro vodiče tepla (např. kovy), zatímco nízké hodnoty mají izolanty (např. polystyren).
- Tepelný odpor (R): Vyjadřuje odpor proti prostupu tepla přes určitou vrstvu materiálu. Čím vyšší R, tím lépe materiál izoluje.
- Součinitel prostupu tepla (U): Vyjadřuje, kolik tepla projde konstrukcí o určité ploše při rozdílu teplot o 1 kelvin mezi vnitřním a vnějším prostředím. Nízká hodnota U znamená, že konstrukce má dobré izolační vlastnosti.
V praxi jsou všechny tyto veličiny propojené. Když se podíváme na dostupné izolační materiály, jsou stále často používány tradiční volby, jako je polystyren (EPS) nebo minerální vata.
Polystyren jako izolační materiál
Polystyren je nejčastěji používaným izolantem pro zateplení domu. Jedním z měřítek pro kvalitu polystyrenu je parametr tepelné vodivosti (lambda), čím nižší hodnota W/mK, tím má polystyren lepší tepelně izolační vlastnosti. Ze součinitele tepelné vodivosti se pro dané tloušťky odvozují ostatní hodnoty jako tepelný odpor R nebo součinitel prostupu tepla U.
Čtěte také: Hodnoty součinitele prostupu tepla u cihel
Expandovaný pěnový polystyren (EPS)
Expandovaný pěnový polystyren patří k nejpoužívanějším typům tepelné izolace. Vyrábí se vnapěněním polystyrenových perlí o velikostech podle druhu použití (cca 0,63 - 3,15 mm). Označuje se zkratkou EPS a číslem, které vyjadřuje napětí v kPa při 10% stlačení. Pro stavební účely se používá EPS 70 až 150. EPS se používá do stavebních konstrukcí bez zvláštních požárních požadavků. V případech, kdy to požární předpisy vyžadují (například u zateplovacích systémů budov o větších výškách a u skladeb střech), se obvykle nahrazuje deskami z minerálních vláken.
Pěnový polystyren (EPS) je charakteristický strukturou, ve které je přibližně 98 % objemu tvořeno vzduchem uzavřeným v mikroskopických buňkách. Vzduch je přirozeně velmi špatným vodičem tepla, což je hlavní důvod nízké hodnoty součinitele tepelné vodivosti tohoto materiálu. Hodnota součinitele tepelné vodivosti pěnového polystyrenu (EPS) závisí na jeho objemové hmotnosti a konkrétní výrobní technologii. Moderní typy, včetně variant s příměsí grafitu, dosahují ještě nižších hodnot díky schopnosti omezovat přenos tepla nejen vedením, ale i sáláním.
Typy EPS pro různé aplikace:
- Fasádní polystyren EPS 70F: Všem asi nejznámější fasádní polystyren je ten s označením EPS 70F. U českých výrobců má součinitel tepelné vodivosti 0,039 W/mK. Je vhodný pro zateplení novostaveb, rekonstrukcí, bytových a panelových domů. Pro funkční zateplení fasády se doporučuje zvolit minimální sílu izolace 8 cm. Vyrábí se v rozměrech 500x1000 mm v tloušťkách 10-300mm.
- Šedý fasádní polystyren: Pro maximální zateplení fasád slouží šedý fasádní polystyren. Ten má díky obsahu grafitu o 20% lepší tepelně izolační vlastnosti než bílý EPS 70F. Jeho součinitel tepelné vodivosti je 0,032 W/mK a právem je považován za nejúčinnější fasádní polystyren. Šedý polystyren sice perfektně izoluje, ale má téměř dvojnásobnou teplotní roztažnost oproti EPS 70F. Velkým nepřítelem pro šedé fasádní desky je přímé slunce. Při zateplování se doporučuje natáhnout na lešení stínící ochranné plachty, co nejrychleji fasádní desky přikotvit a nanést krycí a armovací vrstvu. Po tomto opatření jsou šedé desky rozměrově stabilizovány. Šedý fasádní polystyren je doporučován náročným klientům, kteří kladou důraz na precizní zateplení. Upozorňujeme, že díky svému složení je nutno použít lepící stěrky odpovídající kvality.
- Polystyren Baumit Open: Je na trhu unikátní díky svým prodyšným vlastnostem. Jedná se o fasádní desky typu EPS 70F, ve kterých jsou cca dvoumilimetrové kruhové otvory pro odvod vodních par v rastru 2x2cm po celé ploše desky. Je vhodný na novostavby, rekonstrukce a pro starší objekty. Polystyrenové desky Baumit Open jsou nedílnou součástí vysoce paropropustného zateplovacího systému. Fasádní desky Baumit Open Reflect jsou na bázi šedého polystyrenu s bílým nátěrem na lícové straně desky. Stejně jako desky Baumit Open jsou opatřeny difuzními otvory po celé ploše desky. Jedná se o vylepšenou desku Open s lepšími teleně izolačními vlastnostmi cca o 20%. Fasádní desky Baumit Open Reflect se doporučuje kotvit systémem Track. Vyrábí se v tloušťkách od 6cm do 20cm.
- Fasádní polystyren Weber EPS-F Clima Rda a SD: Mezi paropropustné polystyreny se řadí i fasádní polystyren Weber EPS-F Clima Rda a SD. Skladba fasádní desek vychází z kombinace bílého a šedého polystyrenu. Díky svému nezaměnitelnému vzhledu dostal mezi stavaři přezdívku "Dalmatin polystyren". Fasádní desky Clima mají difuzní otvory po celé ploše desky, které ale neprochází skrz celou desku. Prořez otvorů končí cca 3cm od lícové strany fasádní desky. Doporučujeme kombinovat pouze se systémovými výrobky pro ucelený systém Weber therm Clima. Vyrábí se ve dvou variantách.
- Podlahový polystyren: Pro zateplení podlahy v novostavbách je nejběžněji používán bílý podlahový polystyren s označením EPS 100Z. Dále je použitelný na šikmé střechy nad krokvemi, běžně zatížené podlahy, obvodové stěny pod terénem s izolací proti vodě. Díky stále se zvyšujícím doporučeným hodnotám pro zateplení podlahy se stal velmi oblíbený šedý podlahový polystyren Styrotherm PLUS 100 s lambdou 0,031 W/mK. Mezi podlahový polystyren se také řadí speciální izolace z elastifikovaného pěnového polystyrenu s útlumem kročejového hluku s označením Styrofloor. Podle zatížení se dělí na Styrofloor T4, který je vyráběn pro podlahové konstrukce se zatížením max. 3,5 kN/m2 a Styrofloor T5 s maximálním zatížením 5 kN/m2. Součinitel tepelné vodivosti 0,045 W/mK. Pokládá se na podlahový polystyren jako vrchní vrstva při zateplení podlahy.
- Stropní polystyren: Pokud vybíráte stropní polystyren na zateplení stropu z obytné části kontaktním způsobem, postačí v mnohých případech klasický EPS 70 s koncovým označením Z,S nebo F. Jelikož se nejedná o namáhané zatížené konstrukce, tak je zbytečné používat daleko dražší produkty. Mějte na paměti, že izolant by měl být nejlépe celoplošně nalepen a následně ukotvený talířovými hmoždinkami. Pokud zateplujete strop ze shora, doporučujeme použít stropní polystyren s vyšší gramáží např.: EPS 100S nebo Z. Nejen, že o něco lépe izoluje, ale především je vhodný pro běžně pochůzí využití. V extrémních případech se pro takovéto zateplení stropu používá šedý polystyren Styrotherm PLUS 100. U vnějšího zateplení stropu doporučujeme skládat izolační desky ve dvou vrstvách přes spáry.
- Střešní polystyren: Střešní polystyren se především používá do plochých střech. Podle míry zatížení se zvolí správný typ střešního polystyrenu, který má označení EPS 70S - podkladní vrstva izolací plochých střech, EPS 100S - pro ploché střechy s běžným zatížením, EPS 150S - pro ploché střechy s vysokým zatížením, EPS 200S - pro ploché střechy s nejvyšším zatížením. Dodáváme střešní polystyren v tloušťkách od 10 - 300mm s možností vyrobení spádových klínů a zajištění kladečského plánu.
Perimetr
Izolační desky Perimetr a Perimetr SD patří mezi speciální výrobky z EPS, tvarovaných vypěňováním přímo do speciálních forem. Desky vynikají zvýšenou pevností, odolností proti průrazu a minimální nasákavostí. Jsou používány pro tepelnou izolaci spodních staveb, soklové části, podlah, stěn bazénů aj., bez požadavku na útlum kročejového hluku. Součinitel tepelné vodivosti 0,034 W/mK. Soklový polystyren Perimetr SD doporučujeme použít na zateplení soklu v min. síle 8cm. Perimeter se vyrábí tzv. vypěňováním do formy. Výrobek se dále nedělí. Na rozdíl od EPS má uzavřenou strukturu povrchu. Tento polystyren má obvykle dlouhodobou objemovou nasákavost při úplném ponoření < 3 % (dle ČSN EN 12 087), a proto může být užívaný pro izolaci podzemních částí budovy, soklů (do míst exponovaných vodou), kde díky profilaci povrchu může plnit i drenážní funkci, a pro podlahy na terénu bez nároků na kročejový útlum. Někteří výrobci uvádějí použití i pro inverzní střechy.
Extrudovaný polystyren (XPS)
Extrudovaný polystyren se označuje zkratkou XPS a číslem, které označuje napětí při 10% stlačení materiálu. Prvotní surovinou pro výrobu XPS je ropa, dále polystyrenový granulát, který se extruduje rozpínavými plyny. Hlavní předností extrudovaného polystyrenu je uzavřená struktura pórů, což zaručuje téměř nulovou nasákavost. XPS se vyznačuje velkou pevností v tlaku. Používá se zejména do konstrukcí staticky zatěžovaných a exponovaných vodou (tepelná izolace stěn v kontaktu s terénem a sokly budov, střechy s opačným pořadím vrstev, pod plošné základy, pojížděné střechy atd.). Extrudovaný polystyren má zpravidla stejnou použitelnost jako Perimetr, navíc o malé procento menší nasákavost.
Součinitel tepelné vodivosti u extrudovaného polystyrenu je kolem 0,030 W/m.K.
Čtěte také: Vlastnosti betonu: Tepelná vodivost
Polyuretanová pěna (PUR pěna)
Polyuretanová pěna přichází s revolučním přístupem k izolaci. Tento materiál má součinitel tepelné vodivosti na úrovni 0,024 W/m.K, což je mnohem nižší hodnota než u polystyrenu a minerální vaty. PUR pěna se tak řadí mezi nejefektivnější izolační materiály na trhu. Kromě toho je schopna vytvářet dokonalá těsnění.
Ekologické a přírodní materiály jako konopná, lněná, jutová nebo dřevovláknitá izolace má velmi podobný součinitel tepelné vodivosti jako např. minerální izolace.
Přehled součinitelů tepelné vodivosti vybraných izolačních materiálů
| Materiál | Součinitel tepelné vodivosti λ [W/mK] |
|---|---|
| Minerální vata | 0,035 |
| Expandovaný pěnový polystyren (EPS 70F) | 0,039 |
| Šedý fasádní polystyren (s grafitem) | 0,032 |
| Podlahový polystyren (EPS 100Z) | ~0,037 - 0,039 |
| Šedý podlahový polystyren (Styrotherm PLUS 100) | 0,031 |
| Elastifikovaný pěnový polystyren (Styrofloor) | 0,045 |
| Izolační desky Perimetr | 0,034 |
| Extrudovaný polystyren (XPS) | ~0,030 |
| Polyuretanová pěna (PUR) | 0,024 |
| Vzduch (pro srovnání) | 0,025 |
| Voda (pro srovnání) | 0,58 |
Poznámka: Uvedené hodnoty jsou orientační a mohou se lišit v závislosti na konkrétním výrobci, objemové hmotnosti a výrobní technologii.
Výpočtové hodnoty a přirážky
V praxi se při tepelně technických výpočtech používají tzv. "výpočtové" hodnoty tepelné vodivosti, které zohledňují reálné podmínky zabudování materiálu v konstrukci a jeho vystavení vlhkosti. Pro materiály na bázi expandovaného polystyrenu se často udává přirážka kolem 2%, pro minerální vlákna pak kolem 5-7% dle zabudování tohoto materiálu. Charakteristická hodnota pro EPS se pohybuje například u EPS 70F firmy Orsil na hodnotě 0,038 W/(m.K). Pokud tedy toto přenásobíme, dostaneme pro EPS výpočtovou hodnotu tepelné vodivosti 0,039 W/(m.K), u minerálních izolací je to pak kolem hodnoty 0,042-0,043 W/(m.K).
Důležitým aspektem jsou také tepelné mosty. V souladu s ČSN EN ISO 6946 je možné při výpočtu zanedbat plastové kotvící prvky a součinitel prostupu stěny zateplený systémem ETICS tak nezatěžovat žádnou přirážkou na tepelné mosty. Přirážka na celkové tepelné mosty ve výši 0,05 W/(m.K) je použitelná v případě, kdy je izolace na většině plochy v neztenčené tloušťce. Tato podmínka ale nemusí být vždy dodržena, například při zateplení střešní konstrukce a fasády, kdy propojení izolantu vlastně ani není možné. V takových případech se pak na stávající (staré) konstrukce aplikuje přirážka delta U.
Často se setkáváme s otázkou, proč norma pro většinu prvků nabízí dvě možnosti tepelných vodivostí. To souvisí s obvyklým provedením sendvičových panelů - zeslabená izolace, různá položebra, nenavazující tepelná izolace při výrobě. Zohlednění těchto nesystémových tepelných mostů se provádí pomocí korekce součinitele prostupu tepla Delta U.
tags: #soucinitel #tepelne #vodivosti #polystyren #prirazka