Pálené cihly patří k nejrozšířenějším materiálům používaným zejména v konstrukcích obytných budov. Dá se říci, že cihelné zdivo je jakýmsi etalonem stavebních konstrukcí, neboť všechny jiné materiály jsou právě srovnávány výhradně s cihelným zdivem. V souvislosti s vývojem požadavků na součinitel prostupu tepla, zejména konstrukcí obvodových plášťů, se cihla začala proměňovat. V současnosti jsou na trhu dostupné cihly, které jsou vhodné i pro jednovrstvé konstrukce obvodových plášťů pasivních domů.
Co je součinitel tepelné vodivosti a proč je důležitý
Ve fyzice označuje tepelná vodivost schopnost daného kusu látky, konstrukce (např. zdi, izolace) vést teplo. Tepelná vodivost dané látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti. Součinitel tepelné vodivosti λ vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo, tedy jeho teplotní vodivost. Je definována 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. 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. Jednoduchým poměrem tloušťky materiálu a součinitele tepelné vodivosti vypočtete tepelný odpor materiálu (konstrukce), což je obrácená hodnota součinitele prostupu tepla. Čím menší je hodnota U, tím lepší jsou izolační schopnosti zdiva. Ekologické a přírodní materiály jako konopná, lněná, jutová nebo dřevovláknitá izolace mají velmi podobný součinitel tepelné vodivosti jako např. minerální izolace.
Výpočet součinitele tepelné vodivosti
Součinitele tepelné vodivosti pak dostanete ze vzorce:
λ = d/(tSΔT)*Q
Čtěte také: Tření Mezi Betonem a Jinými Materiály
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
- Q pak je množství tepla, které plochami projde
Vývoj tepelně technických parametrů cihel
Do nedávné minulosti jsme si pod pojmem cihla představili plnou pálenou cihlu. S vývojem požadavků na stěnové konstrukce se také začíná měnit tvar cihel. Od plných cihel se přechází v období let 1946-1960 k příčně děrovaným cihlám typu CDm. V letech 1961-1980 se objevuje typ cihly CDK a CD Týn. Cihly typu CD Týn můžeme považovat za mezník, neboť se jednalo o bloky s rozměry (délka × šířka × výška), např. 290 × 190 × 215 nebo 240 × 365 × 238 mm, neboli o velkoformátové cihelné bloky. Výškový modul zdiva byl 250 mm při použití maltového lože o tloušťce 12 mm. V 90. letech přichází cihla „současného“ typu Therm se suchou styčnou spárou mezi jednotlivými cihelnými bloky označovanou pero drážka, též P+D. V sousedním Německu se v první polovině 90. let začínají objevovat tzv. broušené cihly, které mají zbroušené ložné plochy. Vylehčené cihly a cihelné bloky s otvory se v ČR začaly vyrábět počátkem 70. let minulého století. Po uvolnění trhu v 90. letech k nám začaly přicházet nové výrobní technologie, které stimulovaly i vývoj ve firmě HELUZ.
Požadavky na U obvodových stěn se za posledních 50 let zpřísnily přibližně 6krát, z toho za posledních deset let asi 2krát. U zdiva z pálených cihel došlo k navýšení tepelného odporu za posledních 50 let 11krát, z toho za posledních 10 let asi 3krát. Došlo k zefektivnění výroby, úspoře keramického materiálu, ale i materiálů jako jsou malty či omítky. Zároveň si cihly právě díky tomu, že jsou z keramiky, zachovávají výjimečnou trvanlivost a neměnnost svých parametrů. Tímto se může chlubit málokterý materiál.
Doporučenou hodnotu pro vnější svislé stěny bez problémů splňuje například jednovrstvové zdivo z cihelných bloků typu Therm o šířce 440 mm. Tento materiál dosahuje součinitele prostupu tepla kolem hodnoty U= 0,21 W/(m2‧K) případně i nižší. Podobně jako v sousedních zemích (především v Německu a v Rakousku) se i u nás objevují cihelné bloky o šířce 500 mm, které mají součinitele prostupu tepla nižší než U= 0,16 W/(m2‧K), což odpovídá tepelnému odporu R= 5,88 (m2‧K/W) nebo i lepšímu. Pakliže jsou dutiny vyplněny tepelně izolačním materiálem, je dosaženo až U= 0,11 W/(m2‧K).
Moderní technologie a materiály
V současné době je vývoj zaměřen na snižování tepelné vodivosti střepu při zachování maximální možné pevnosti. Další podmnožinou tohoto směru vývoje je používání surovin, zejména charakteru odpadních hmot, které jednak zlepšují vlastnosti střepu (např. tvorbou pórů svým vyhoříváním při vypalování), snižují energetické nároky na výpal, zlepšují proces sušení apod. Další oblast vývoje spočívá v hledání nových možností vytváření samotné geometrie cihelných bloků potlačující přenos tepla. S tím souvisí samozřejmě i vývoj nových technologií. Třetí oblast tvoří vývoj v oblasti kombinování páleného cihelného bloku a izolačního materiálu.
Čtěte také: Hodnoty součinitele prostupu tepla u cihel
Jako izolační materiál se v současnosti nejvíce používá minerální vlna, a to ve formě rozřezaných desek do tvaru velkých dutin nebo ve formě granulátu pro vyplnění malých dutin, dále pak perlit nebo expandovaný polystyrén. Cihelné bloky s minerální vlnou či expandovaným perlitem mají výhodu v požární odolnosti konstrukce a zdivo dosahuje výborných hodnot vzduchové neprůzvučnosti. Společnost HELUZ cihlářský průmysl v.o.s. patří mezi tři největší výrobce zdících systémů na našem trhu, jako jediná je ryze česká.
HELUZ Family 2in1
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. 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.
Vliv vlhkosti na součinitel tepelné vodivosti cihel
V akreditované laboratoři CSI Praha byl proveden porovnávací test propustnosti vodní páry - stanovení hodnoty součinitele difuzní vodivosti a ekvivalentního faktoru difuzní vodivosti - 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.
Při tomto dlouhodobém testu bylo sledováno množství vzniklého kondenzátu v různých typech cihel. V klimatických komorách bylo na jedné straně zdi simulováno vnější zimní období a na vnitřní straně běžné vnitřní prostředí. 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. Obsah vlhkosti byl tedy výrazně nižší.
Čtěte také: Vlastnosti betonu: Tepelná vodivost
Testování vysychání cihel
Zkušenosti s vysycháním neplněných cihel jsou velké. Naopak zkušenosti s vysycháním cihel plněných polystyrenem nejsou zatím popsány. Provedené testy simulovaly různé situace, kdy se cihly mohou dostat do kontaktu s vodou:
Cihly zmoklé během provádění stavby: Cihla byla zvážena a uložena v laboratoři, aby mohla vysychat. Za 51 dnů cihla vyschla z původních 4,6 % hm. vlhkosti na 1,0 % hm.
Cihly nasávající vodu z kaluže na základové desce: Při této situaci je cihelný střep dokonale nasycen vodou, ale ve výplni ke vzlínání vody nedochází. Celkově však cihla z původních 46 % hm. vlhkosti vyschla za 46 dní na 1,8 % hm.
Extrémní test úplné saturace vodou: Cihla byla vhozena do kádě s vodou, kde zůstala do její úplně saturace. Pak byla vyjmuta z kádě, ponechala se okapat a následně byla zabalena do fólie a zvážena. Extrémní test ukázal, že za dobu 3,4 roku poklesne vlhkost v cihlách na 2,0 % hm. vlhkosti.
Z výsledků vyplývá, že i při značném zavlhčení si cihly s integrovanou izolací udržují schopnost vysychání a množství akumulované vlhkosti je minimální, což přispívá k zachování jejich tepelně izolačních vlastností.
Určující vlastnosti pro součinitel tepelné vodivosti
Určující vlastnosti tepelných vlastností jsou fyzikální vlastnosti materiálů, výrobků a zdiva, a referenční podmínky, na kterých je přímo závislá hodnota tepelné veličiny. Určující vlastnosti ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti, popř. tepelného odporu zdiva, jsou vedle údajů jednotlivých komponent, to je zdicích prvků a malt pro zdění, popř. omítek.
Mezi tyto vlastnosti patří:
- rozměry, tvar a geometrické vlastnosti zdicích prvků
- počet řad otvorů
- počet otvorů v řadě
- řazení otvorů ve směru tepelného toku (střídavě, za sebou)
- tvar otvorů
- tloušťka obvodových a vnitřních žeber
- poměrný objem otvorů
- souhrnná tloušťka vnitřních a obvodových žeber
Referenční podmínky jsou okrajové podmínky pro provedení zkoušky nebo výpočtu, které v průběhu zkoušky musí být monitorovány a udržovány na požadované úrovni stanovené zkušební normou, popř. musí být použity při výpočtu ve formě okrajových podmínek. Výše uvedené referenční a určující podmínky zdiva a jeho komponent musí být uvedeny v protokolu o zkoušce, aby měl potřebnou vypovídací schopnost a praktický význam. Je-li stanoven tepelný odpor zdiva včetně omítky, musí být tato skutečnost výslovně zdůrazněna.
Příklady ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti pro různé typy zdiva
Následující tabulka uvádí popis jednotlivých typů fragmentů zděných konstrukcí, které kromě položky 9 tvořily podklad pro stanovení návrhových hodnot ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti v rámci revize ČSN 73 0540-3.
| Označení | Popis zdiva a jeho prvků | Objemová hmotnost zdiva v kg·m-3 |
|---|---|---|
| 1 | Pálený zdicí prvek 36 P+D; (247/365/238); ložná spára - zdicí malta IP 35 W - v plné tloušťce zdiva; styčná spára - na suchu; oba povrchy opatřeny stěrkou z lehčené omítky IP18 E tl. 5 mm. | 717 |
| 2 | Pálený zdicí prvek 40 P+D; (247/400/238); ložná spára - zdicí tepelněizolační malta Porotherm ISO-Fertigmörtel v plné tloušťce zdiva; styčná spára - na suchu. | 755 |
| 3 | Pálený zdicí prvek PTH 44; (247/440/238); ložná spára - zdicí tepelněizolační malta Porotherm ISO-Fertigmörtel; povrchy oboustranně zatřeny. | 660 |
| 4 | Pálený zdicí prvek 36,5 P+D; (247/365/238); ložná spára - zdicí teplá malta v plné tloušťce zdiva; styčná spára - na suchu. | 667 |
| 5 | Pálený zdicí prvek 44 P+D; (245/440/238) ložná spára - malta MVC 011 - 4x přerušené maltování; oba povrchy opatřeny omítkou MVC 072 v tl. 10-15 mm. | 865 |
| 6 | Pálený zdicí prvek 36,5 P+D; (245/365/238); ložná spára - malta MVC 011 - 3x přerušené maltování; oba povrchy opatřeny lehčenou omítkou s vlákny MVCv 037 v tl. 10-15 mm. | 714 |
| 7 | Pálený zdicí prvek 380; (240/380/238); vyzděno na maltu MVC 011 - 3x přerušené maltování ložné spáry; oba povrchy opatřeny omítkou MVC 072 v tl. 10-15 mm. | 587 |
| 8 | Pálený zdicí prvek 38 P+D; (247/380/238); ložná spára - malta MVC 011 1x přerušené maltování; oba povrchy zatřené omítkou MVC 072. | 792 |
| 9 | Pálený zdicí prvek 44 P+D SI; (247/440/238); 35 řad otvorů; objemová hmotnost cihelného střepu 1 467 kg∙m-3; ložná spára - tepelněizolační malta λ= 0,20 W·m-1·K-1; maltování nepřerušené; povrchy oboustranně zatřeny omítkou. | 605 |
| 10 | Pálený zdicí prvek 44 Si (247/440/238); 35 řad otvorů; objemová hmotnost cihelného střepu 1 411 kg∙m-3; ložná spára - tepelněizolační malta v plné tloušťce zdiva, tl. | - |
tags: #soucinitel #tepelne #vodivosti #vlhke #cihly