Součinitel tepelné vodivosti, označovaný řeckým písmenem λ (lambda), je fyzikální veličina z oboru termodynamiky, ačkoli je běžně nesprávně zkracována na "tepelná vodivost".
Definice a význam součinitele tepelné vodivosti
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. 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.
V oblasti stavebnictví je součinitel tepelné vodivosti zásadním faktorem při výběru izolačních materiálů pro nové konstrukce i při modernizaci stávajících budov. Různé izolační materiály mají odlišné hodnoty λ, které ukazují, 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.
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 hodnota λ s rostoucí teplotou, což znamená, že v teplejším prostředí může dojít k poklesu jejich izolačních schopností. Také stabilita izolačních plynů v materiálech obsahujících uzavřené plyny je důležitá.
- Struktura materiálu (Porozita): 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. Tlakové podmínky jsou důležité v případě izolací s plyny.
- Typ plynu v pórech: Materiály naplněné plyny s nízkou tepelnou vodivostí (např. vakuové izolační panely) mají výrazně nižší λ než ty, které obsahují vzduch.
- Stárnutí materiálu: Degradace materiálu, například vyplavování látek, může snížit jeho izolační schopnosti a zvýšit λ.
- Směr vedení tepla (Anizotropie): 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.
Čtěte také: Tření Mezi Betonem a Jinými Materiály
- 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.
- Tepelný odpor (R): Vyjadřuje odpor proti prostupu tepla přes určitou vrstvu materiálu.
- Součinitel prostupu tepla (U): Vyjadřuje, kolik tepla projde konstrukcí o určité ploše při rozdílu teplot o 1 kelvin mezi vnitřním a vnějším prostředím.
V praxi jsou všechny tyto veličiny propojené.
Aplikace součinitele tepelné vodivosti u sádrokartonových konstrukcí Rigips
Hlavní charakteristika sádrokartonu je, že je lehký, pevný, dobře opracovatelný, nehořlavý, propouští vodní páru a vyniká dlouhou životností. Izoluje proti hluku a v menší míře proti úniku tepla. Při zateplování se na sádrokarton přidávají další izolační materiály, jako je nejčastěji CLIMATIZER PLUS nebo minerální vlna. Sádrokarton se montuje v podobě podhledů, příček, předsazených stěn, obkladů podkroví a všech typů konstrukcí tohoto systému suché výstavby výrobců Knauf a Rigips.
Vliv a účinnost reflexních parobrzd
Pro kvalitně provedenou stavbu je třeba použít i parobrzdu. Od tradičních polyetylénových, které nabízejí pouze parotěsnou funkci, existují i reflexní parobrzdy, které díky reflexnímu povrchu také do jisté míry snižují tepelné ztráty. Speciální parobrzdy, jako je například Isover Vario KM Duplex UV, mění hodnoty svého ekvivalentního difúzního odporu sd v závislosti na změnách vlhkosti.
Reflexní povrchy mají vysokou reflexi (definuje kolik procent záření se odrazí) a malou emisivitu (definuje kolik procent se vyzáří, úplná minima se pohybují na hranici 0,017, což je 1,7 %). Za reflexní materiály lze tedy označit ty materiály, které svojí reflexní vrstvou dokáží významně odrážet teplo a tím snižovat součinitel tepelné vodivosti vzduchové mezery sousedící s reflexní vrstvou v souladu s ČSN EN ISO 6946.
Následující tabulka ukazuje vliv různých typů izolace a parobrzd na součinitel prostupu tepla U u šikmých střech:
Čtěte také: Hodnoty součinitele prostupu tepla u cihel
| Typ skladby | Součinitel prostupu tepla U [Wm⁻²K⁻¹] | Relativní zlepšení (%) |
|---|---|---|
| Tepelná izolace v celé konstrukci (tl. 290 mm) | 0,136 | 111,1 % |
| Tepelná izolace v tl. 250 mm a reflexní parobrzda | 0,146 | 104,6 % |
| Tepelná izolace v tl. 250 mm a parobrzda bez reflexe | 0,153 | 100,0 % |
Vliv reflexní parobrzdy oproti parobrzdě klasické zlepšuje tepelně-izolační vlastnosti konstrukce téměř o 5 %.
Charakteristika a vlastnosti pěnového polystyrenu (EPS)
Vlastní pěnový polystyren se vyrábí v několika tzv. typech podle napětí v tlaku (v kPa) při 10% stlačení. Výrobky z pěnového polystyrenu se označují značkou EPS (Expanded Polystyrene) a číslem udávajícím hodnotu napětí v tlaku při 10% stlačení v kPa. Dnes se tedy vyrábí pro potřebu stavebnictví pěnový polystyren pod označením EPS 50 až EPS 200. Jednotlivé typy EPS mají v závislosti na uvedené hodnotě napětí v tlaku a na tom, zda se jedná o základní nestabilizovaný nebo stabilizovaný polystyren, předepsány výrobcem možnosti jejich použití.
Kromě toho někteří výrobci ještě nabízejí speciálně upravené pěnové polystyreny například do podlah s výraznějším útlumem kročejového hluku nebo na obklad spodní stavby a soklů budov (například výrobky perimetr a soklové desky). Pěnový polystyren na zateplování fasád musí mít oproti ostatním výrobkům přesnější rozměry.
Tepelně technické vlastnosti pěnového polystyrenu jsou velmi dobré a lze konstatovat, že současně vyráběné typy pěnového polystyrenu mají výrazně lepší hodnoty součinitele tepelné vodivosti (λ), než tomu bylo v minulosti. Hodnota součinitele tepelné vodivosti EPS je však závislá na typu EPS. Například pro EPS 100 S Stabil se dnes uvádí hodnota λ = 0,038 W/(m.K), což je hodnota téměř totožná s hodnotou udávanou pro extrudovaný polystyren, pro EPS 200 S Stabil je hodnota součinitele tepelné vodivosti ještě nižší.
Použití EPS v konstrukcích
Obecně lze říci, že do podlah se používá nejčastěji EPS 100 Z (nebo speciální výrobky s větší pevností v tlaku, případně s větším útlumem kročejového hluku), do plochých střech EPS 100 S Stabil (u dvouvrstvé tepelné izolace i EPS 70 S Stabil jako spodní vrstva), na terasy a střešní zahrady EPS 150 S Stabil či dokonce EPS 200 S Stabil, a na kontaktní zateplovací fasádní systémy nejčastěji EPS 70 F Fasádní či méně často EPS 100 F Fasádní. Pěnový polystyren na ploché střechy (například EPS 100 S Stabil) je stabilizovaný stejně jako polystyren na fasádu (například EPS 100 F Fasádní). Pěnový polystyren určený na zateplování fasád lze použít i jako tepelnou izolaci plochých střech, ale pěnový polystyren určený pro tepelnou izolaci plochých střech nelze použít na zateplení fasády. Na fasádní pěnový polystyren jsou tak kladeny větší požadavky na rozměrovou přesnost než na pěnový polystyren určený pro ploché střechy. Fasádní pěnový polystyren je proto také dražší.
Čtěte také: Vlastnosti betonu: Tepelná vodivost
Je potřeba upozornit ještě na další fyzikální vlastnost EPS, a tou je tepelná roztažnost EPS. Koeficient lineární tepelné roztažnosti EPS má hodnotu 0,05 až 0,07 mm/m.K. Znamená to, že například při rozdílu teplot 70°C dochází k prodloužení (nebo zkrácení) desky dlouhé 1 m až o 5 mm. Proto by neměly být na provedení jednovrstvé tepelné izolace plochých střech používány desky dlouhé například 2 m, jejichž tepelná roztažnost je oproti metrovým deskám dvojnásobná. I z těchto důvodů by měly být desky z EPS v plochých střechách vždy uchyceny k podkladu lepením nebo přikotvením.
Na plochých střechách se také setkáváme s namáháním tepelné izolace v tlaku, a to nejen od technologického zařízení umístěného na střeše, ale dnes stále častěji i od provozních souvrství, jako jsou terasy a střešní zahrady. Toto zatížení je však třeba kontrolovat a dle jeho působení navrhovat i pevnější typy EPS - například pro terasy EPS 150 S Stabil nebo EPS 200 S Stabil. V poslední době se na vytvoření hydroakumulační a drenážní vrstvy ve vegetačním souvrství střešních zahrad používají tzv. nopové fólie. Dosedací plocha jejich nopů je však kolem 10% plochy nopové fólie, tzn. že bodové zatížení v úrovni dosedací plochy nopů může výrazně převýšit možné přetížení běžně používaného pěnového polystyrenu. Proto je zpravidla nutné navrhnout pevnější typ EPS nebo použít dokonce roznášecí vrstvu z extrudovaného polystyrenu - vytvořit tzv. DUO střechu.
Pro ploché střechy dnes řada našich i zahraničních výrobců nabízí tzv. kompletizované výrobky z EPS s nakašírovanými hydroizolačními asfaltovými pásy, které tvoří po pokládce první hydroizolační vrstvu. Kompletizovaný tepelně izolační výrobek je vytvořen z pěnového polystyrenu EPS, na který je již ve výrobě nakašírován (nalepen) hydroizolační asfaltový pás. Tento asfaltový pás, který má zpravidla šířku 1080mm, je na desku z pěnového polystyrenu obvykle nalepen pomocí polyuretanového lepidla naneseného v pruzích - tím je zároveň mezi nakašírovaným asfaltovým pásem a povrchem tepelné izolace vytvořena expanzní vrstva. Někteří výrobci používají k nalepení asfaltového pásu technologii lepení pomocí horkého asfaltu. Na dvou stranách kompletizovaného výrobku přesahuje nakašírovaný asfaltový pás polystyrenovou desku o 80mm. Při správné aplikaci tohoto výrobku na stavbě vytvoří tento nakašírovaný asfaltový pás první hydroizolační vrstvu střešního pláště. Deska z pěnového polystyrenu je buď rovinná, nebo spádová. Rovinná deska může být dodána i s boční polodrážkou, která minimalizuje vznik tepelných mostů. Kompletizované tepelně izolační jednostranné spádové desky s nakašírovaným asfaltovým pásem tvoří ve střešním plášti jednoplášťových plochých střech spádovou vrstvu, tepelně izolační vrstvu a první hydroizolační vrstvu. Součástí dodávky těchto výrobků je i jejich kladečský plán zpracovaný pro konkrétní střechu.
Isover EPS Rigifloor je speciálním typem elastifikovaných desek EPS s minimální dynamickou tuhostí. V kombinaci s roznášecí deskou umožňuje vytvářet podlahy s vysokou kročejovou neprůzvučností. Desky jsou určeny pro kročejový útlum podlah s užitným zatížením max. 4 kN/m² (byty, kanceláře, školní třídy, přednáškové sály apod.), tloušťka 50 mm pak pro užitné zatížení max. 3 kN/m². Navrhuje se nejčastěji jako těžká plovoucí podlaha s roznášecí železobetonovou deskou (min. tl. 50 mm, beton B20, síť W4 oka 150/150 mm), nebo odpovídající litý anhydrit. Kolem stěn a navazujících konstrukcí je nutno použít pružné obvodové podlahové pásky (Isover N/PP). Izolační desky EPS Isover jsou vyrobeny pomocí nejnovějších technologií bez obsahu CFC a HCFC (známé jako freony).
* Pro vlastní použití konkrétních výrobků je nutné vždy vyhodnotit jejich skutečné technické parametry udávané jejich výrobcem. ** Přípustné zatížení tepelné izolace v tlaku je možné informativně uvažovat hodnotou 10 % z hodnoty pevnosti při 10% stlačení. Skutečnou hodnotu dlouhodobého přípustného zatížení konkrétních výrobků v tlaku je nutno konzultovat s jejich výrobcem (například firma Rigips uvádí pro EPS 100 hodnotu až 2 t/m2).
Reference a normy
- Výzkumná zpráva vypracovaná v CSI, a.
- ČSN 73 0542 Tepelně technické vlastnosti stavebních konstrukcí a budov.
tags: #soucinitel #tepelne #vodivosti #rigips