Pokud chceme mít doma tepelnou pohodu a zároveň při stále se zvyšujících cenách za energie neutratit všechny své peníze za topení, je potřeba dům zateplit. K zateplení domů se používá celá řada tepelných izolací. Každý tepelný izolant má celou řadu lepších či horších vlastností. Mezi základní vlastnosti patří tepelná vodivost, vzduchová neprůzvučnost, hořlavost, akumulace tepla, pevnost, nasákavost, odolnost proti UV záření, snadnost a rychlost montáže, hmotnost a v neposlední řadě cena.
Žádný izolant není univerzální a vždy je potřeba při jeho výběru zohlednit to, kde a jak bude izolant použit a kolik jsme ochotni za něj zaplatit. Nešikovně zvolená izolace může zvýšit náklady na energie i riziko vzniku plísní. Při výběru izolačního materiálu je důležité zvážit specifika jednotlivých materiálů.
Princip fungování tepelných izolací
Většina izolací funguje na principu vzduchové izolace, kdy hlavním izolantem je všudypřítomný vzduch, který je uzavřený ve struktuře izolantu (např. polystyren, minerální vata, aerogel) a je tak omezeno vedení a proudění tepla. V případě šedého polystyrenu či reflexních fólií je díky reflexi omezena i třetí složka tepla a tím je sálání.
Pokud chceme získat vlastnosti lepší než je vodivost vzduchu lambda 0,026 (při 20 °C), je potřeba nahradit vzduch plynem lepších vlastností, případně vzduch odčerpat a získat vlastnosti vakua. Plyny jako Argon či Xenon se používají např. v oknech, která tak získávají mnohem lepší tepelněizolační vlastnosti. Princip vakua je uplatněn například v některých termoskách, které díky tomu udrží vnitřní teplotu mnohem déle. Mezi stavební izolace, které využívají vlastností vakua patří vakuová izolace, která dosahuje skvělých hodnot lambda 0,007, naproti tomu např. bílý polystyren jen 0,039 (je tak skoro 6x horší).
Charakteristiky izolačních materiálů
Na současném trhu s izolačními materiály se můžete setkat s řadou různých tepelných izolací. Každá z nich má silné i slabé stránky. Důležité je zvážit efektivnost vybraného typu tepelné izolace v poměru ceny a izolačních vlastností.
Čtěte také: Jak vybrat izolant pro váš dům
Polystyren (EPS, XPS)
Polystyren je již zažitá klasika. Na zateplení nadzemní části domů se nejčastěji v Česku používá pěnový polystyren EPS. Jeho hlavními výhodami je nízká pořizovací cena, jednoduchá manipulace s deskami a rychlá instalace. Pokud je správně instalován, může být jeho životnost velmi vysoká. Ačkoli se řada lidí bojí u polystyrenů zvýšeného nebezpečí požáru, EPS polystyreny jsou samozhášecí.
Na druhou stranu, v případě klasického zateplení polystyrenem může dojít ke vzniku nežádoucích tepelných mostů v místě spojů, navíc zdivo dostatečně neodvětrává, protože vlhko je propouštěno pouze omezeně. Odtud také plyne podmínka, že polystyren se nesmí lepit na zdivo s vyšší vlhkostí než 6 %. Obecně se doporučuje zateplovat polystyrenem tloušťky minimálně 120 mm, tak aby nevznikal ve stěně rosný bod, což může být pro řadu staveb ekonomicky nenávratné (nehodí se pro pasivní a energeticky úsporné domy). Navíc při působení vysokých teplot velmi rychle stárne, takže není vhodný pro stěny domu, kam v létě celodenně svítí slunce a teplota povrchu prudce stoupá.
- Bílý polystyren (EPS): Nejběžnější a cenově nejdostupnější tepelná izolace s dobrými izolačními vlastnostmi (lambda = 0,039 - 0,040 W/(mK)). Vhodný pro fasády, střechy a podlahy, a také pod potěr či podlahové topení.
- Šedý polystyren (EPS): Obsahuje příměs grafitu, která zlepšuje jeho tepelněizolační vlastnosti (lambda = 0,031 - 0,032 W/(mK)), čímž izoluje o 15 - 20 % lépe než bílý polystyren. Umožňuje použít tenčí izolační vrstvu při stejném tepelném odporu.
- Extrudovaný polystyren (XPS): Oproti EPS je tvrdý a zachovává si nízkou váhu. Je méně nasákavý díky uzavřené struktuře a odolnější v tlaku. Má o něco lepší tepelně izolační vlastnosti než expandovaný polystyren. Ideální pro místa se zvýšenou vlhkostí, jako jsou základy a střechy, a pochozí nebo zelené střechy. Jeho výraznou nevýhodou je nízká odolnost vůči UV záření.
Polystyren není považován za ekologický, protože je vyroben z ropných derivátů. Recyklovatelnost je omezená, zejména u extrudovaného polystyrenu (XPS).
Minerální vata
Mezi velmi rozšířené materiály pro zateplování domů patří i izolace z minerální vaty. Nejčastěji se jedná o čedičovou izolaci, která vyniká nehořlavostí (nejvyšší třída A1, A2) a slušným akustickým útlumem. Je oblíbená pro skvělé tepelně izolační vlastnosti, paropropustnost, odolnost vůči vysokým teplotám i vůči UV záření. Vhodná pro starší budovy a zaoblené fasády díky pružnosti vláken, zejména pro mezistropní podlahy a stropy - výborně tlumí kročejový hluk a tepelně izoluje.
Oproti izolaci EPS má vyšší pořizovací cenu a i vlastní instalace je trochu náročnější. Další slabinou minerální izolace je její zvýšená nasákavost, takže na rozdíl od polystyrenu není vhodná na soklové části domu, u chodníku a v místech, kde hrozí odkapávání či odstřikování vody. Za nevýhodu pak bývá považováno i uvolňování částeček při montáži, protože ty dráždí dýchací cesty.
Čtěte také: ekologické izolační materiály pro domy
PUR a PIR desky
Velmi významným krokem v oblasti tepelné izolace staveb byl nástup PUR izolací, které mohou mít formu stříkané pěny nebo pevných desek. Polyuretanové desky na bázi PUR (polyuretan) nebo PIR (polyisokyanurát) jsou moderním tepelněizolačním materiálem s vysokou mírou zateplení. Za běžných podmínek 10 cm těchto desek nahradí až 18 cm běžného polystyrenu. Použitím tenčích desek tepelné izolace dochází k úspoře půdorysné vnitřní plochy domu nebo bytu a velké uplatnění se také najde při zateplování balkonů nebo lodžií. Tvrdé polyuretanové desky se navíc dodávají v libovolných tloušťkách, zcela na přání zákazníka.
Mají velice nízkou, skoro žádnou, nasákavost a jsou dobře difuzně propustné. Desky se mohou pro své dobré mechanické vlastnosti používat i do skladeb podlah. Jedná se o samozhášivý materiál (třída hořlavosti B).
- PUR desky: Vznikají napěněním polyuretanové hmoty a vytváří uzavřenou mikroskopickou buněčnou strukturu, díky níž mají skvělé tepelněizolační a hydroizolační vlastnosti.
- PIR desky: Vylepšená verze PUR izolace, tvořená kombinací uretanových a isokyanurátových vazeb. Mají při stejných tepelně izolačních vlastnostech užší profil. Kromě toho nabízí nízkou hmotnost, odolnost vůči ohni, vyniká nízkou nasákavostí a vysokou pevností v tlaku, což je zárukou její dlouhé životnosti. PIR deska izoluje o cca 35-40 % lépe než EPS. Součinitel tepelné vodivosti PIR desky je λ = 0,022 W/mK. To je téměř o polovinu méně než u tradičního pěnového polystyrenu. Desky z PIR pěny jsou vhodné i pro alergiky, protože předchází vzniku plísní, nelákají hlodavce a jsou zdravotně zcela nezávadné. Jednoduchá je i samotná montáž PIR desek, protože na rozdíl od desek polystyrenových jsou po všech stranách zpravidla opatřeny ozubem či pero-drážkou. To je navíc dělá i vysoce odolnými vůči větru. Ideální pro nízkoenergetické a pasivní domy, kde záleží na každém milimetru tloušťky.
Jistou nevýhodou zateplení pomocí PIR desek je vyšší cena než u výše uvedených tepelně izolačních materiálů. Kromě toho se jedná o materiál, který je sice vůči životnímu prostředí šetrný, ale není přírodní.
Pěnové sklo
Méně často se v praxi setkáte s izolací domu pomocí pěnového skla. V tomto případě se jedná o recyklovaný materiál, který je i přesto mechanicky velmi odolný. Výborně odolává ohni, mrazu, vlhkosti, plísním a hnilobě. Jeho instalace je jednoduchá, materiál má nízkou hmotnost, vysokou odolnost a nepropouští vodu. Nevýhodou je jeho pořizovací cena, která je až třikrát vyšší než u ostatních materiálů.
Přírodní izolace
Naštěstí existují přírodní alternativy k běžným izolantům. Ty při výrobě produkují nízké emise CO₂, v některých případech je celková bilance skleníkových plynů dokonce záporná. Rostliny totiž při svém růstu ukládají uhlík z atmosféry do svých pletiv, ve kterých zůstává vázaný a nepřispívá ke skleníkovému efektu. Kromě ekologičnosti přírodní materiály nabízejí i jiné výhody, například až dvojnásobnou měrnou tepelnou kapacitu oproti polystyrenu či minerální vatě. Přírodní izolační materiály se většinou vyznačují podobnou tepelnou vodivostí, která je mírně horší než u polystyrenu.
Čtěte také: Test plastových oken: výsledky a doporučení
- Celulóza: Nejpoužívanější přírodní izolace v našich končinách. Výhodou celulózy je nízká energetická náročnost výroby, biologická rozložitelnost a schopnost vázat uhlík. Má výborné tepelně i zvukově izolační vlastnosti, navíc za velice přijatelnou cenu, srovnatelnou s polystyrenem. Nevýhodou je citlivost na vlhkost a možnost si časem sedat.
- Ovčí vlna: Nabízí jedinečné izolační vlastnosti. Tepelná vodivost je srovnatelná s minerální vatou a zůstává téměř neměnná i při zvýšené vlhkosti. Navíc výborně tlumí hluk. Nevýhodou je až více než dvojnásobná cena oproti celulózové izolaci.
- Technické konopí: Izolace se vyrábí z rychle rostoucích rostlin, které během svého životního cyklu váží velké množství uhlíku. Konopí má dobré tepelně izolační vlastnosti a je velmi odolné vůči vlhkosti, i když méně než ovčí vlna.
- Sláma: Dostupný a levný materiál vznikající jako zemědělský odpad. Je ekologická, biologicky rozložitelná a váže značné množství uhlíku, často má tedy nulovou nebo dokonce zápornou uhlíkovou stopu. Nevýhodou jsou horší izolační vlastnosti, a proto je nutné ji používat v tlustších vrstvách, například v celých balících.
- Desky z dřevních vláken: Často se vyrábějí z odpadu pil. Jsou ekologické, biologicky rozložitelné a mají dobré izolační vlastnosti. Nevýhodou je citlivost na dlouhodobou vlhkost, proto vyžadují pečlivé konstrukční řešení. Cenově tato izolace vychází podobně jako konopí či vlna.
Ekologické izolace mohou nahradit konvenční materiály, jako je polystyren, PIR či PUR pěna a přitom zlepšit celkové parametry konstrukcí.
Testování izolačních materiálů
Pro ověření vlastností izolací byl proveden experiment, jehož cílem bylo porovnat různé druhy izolací mezi sebou. Ke kýženému výsledku, který si klade za cíl porovnat různé druhy izolací mezi sebou, však nevedla úplně jednoduchá cesta. Při testu bylo potřeba zajistit prostředí respektující přírodní zákony, aby nedocházelo ke zkreslování výsledků u různých typů izolací. Nejsme akreditovaná laboratoř s potřebným měřicím zařízením, ale snažili jsme se provést testy s nejlepším vědomím a svědomím.
Experimentální setup
Byly testovány následující izolanty:
- Běžný bílý fasádní polystyren 70F, tl. 40mm
- Šedý fasádní polystyren 70F, tl. 30mm
- Minerální fasádní izolace tl. 50mm
- Vícevrstvá reflexní fólie Superfoil SF40, tl. 65mm
První experiment: Simulační termoska
K prvnímu experimentu nás inspirovala klasická termoska. Tento experiment se zdál jednoduchý, lehce realizovatelný a porovnatelný. Princip spočíval v tom, že se vytvoří box z izolantu, který bude simulovat termosku a do něj se vloží ohřátá voda o určité hmotnosti a teplotě. Box, ve kterém ohřátá voda vychladne nejrychleji, bude mít nejhorší tepelně izolační vlastnosti.
Byly vytvořeny 4 boxy o vnějších rozměrech 35 x 35 x 53 cm z výše vyjmenovaných izolantů. Stěny a dno boxů jsou slepeny PU pěnou, v případě reflexní fólie je použita ke slepení systémová reflexní páska. Víka boxů, kvůli snadnému a opakovatelnému přístupu, lepena nejsou, jsou však zatížena a případné netěsnosti jsou sníženy na minimum. Do vytvořených boxů byla vložena sklenice horké vody s hmotností kapaliny 672 g. Max. teplota kapaliny se mírně lišila (vstupní teplota byla okolo 60 °C). Předpokládali jsme, že teplota vody v boxu s horším izolantem bude klesat rychleji, než v boxu s izolantem lepším. Ukázalo se, že pokles teploty vody byl u všech boxů prakticky totožný. Vyvodili jsme z toho, že tímto způsobem kvalitu izolace nelze určit a ani změřit.
Druhý experiment: Simulace vytápěného domu
Zadáním druhého testu bylo simulovat zateplený dům, ve kterém se topí na stále stejnou teplotu. Při návrhu tepelné obálky domu se obvykle počítá s výpočtovou teplotou venku (-12 °C, popř. -15 °C) a vevnitř (+20 °C). Rozdíl je tedy 32 °C, respektive 35 °C. Stejný teplotní rozdíl byl stanoven i pro náš experiment. K okolní venkovní teplotě boxů cca 10 °C, bylo přičteno 34 °C. V testu je tedy počítáno s vnitřní teplotou 44 °C a venkovní 10 °C. Kvůli rozdílným měrným tepelným kapacitám izolantů proběhne nejdříve hodinové nahřívání na finální teplotu. Až se izolanty plně nahřejí, začne oficiální měření. Výsledkem bude číselná hodnota, která nám ukáže, kolik se v boxech protopí energie na udržení stanovené teploty.
Při tepelném nátopu boxů se ihned ukázalo, jak který izolant akumuluje. Zatímco u polystyrenových boxů šla teplota velmi rychle nahoru, tak u minerální vaty už toto tempo bylo pomalejší, ale rozdíl nebyl dramatický. Velkým překvapením byl box z reflexní fólie, který při nátopu teplo doslova hltal a teplota stoupala velmi pomalu. Byla proto do tohoto boxu dána silnější žárovka, aby byl nátop rychlejší a v boxu byla déle finální teplota. Do boxů polystyrenu byl naopak vložen kousek tenkého plechu, který omezil časté spínaní tepelného zdroje. V případě polystyrenů sice dochází k rychlému nahřátí, ale i k rychlému vychladnutí vzduchu.
Naměřené výsledky byly na rozdíl od prvního testu „termoska“ rozdílné a tím pádem i průkaznější. Opakování testů ve více dnech prokázalo stejné výsledky měření. V průběhu měření jsme se zaměřili i na nepatrné netěsnosti víka boxů. U bílého EPS bylo u třetího testu víko zatíženo více (došlo k eliminaci skulinek) a výsledek byl o více jak 1Wh lepší.
Nejpracnější bylo vytvoření boxu z vícevrstvé reflexní fólie, kterou k sobě nelze tak jednoduše přilepit jako minerální desku či desku z EPS. Fólii k sobě lze jen překládat a přelepovat přes sebe originální páskou určenou k tomuto účelu. V jednom z testů jsme víko velmi důkladně na 2x olepili páskou a maximálně tak omezili případný únik tepla. Abychom zjistili skutečné vlastnosti tohoto materiálu bez nežádoucích vlivů spojů, udělali jsme 3. speciální test pro tuto fólii. Použili jsme box z bílého polystyrenu a větší kus reflexní fólie, coby víko. Toto víko jsme podpěnili pur pěnou. Box tak nemá spoje ani přelepy páskou. Ukázalo se, že naměřená hodnota byla naprosto stejná, jako když bylo použito víko z polystyrenu. Ani bez problematických spojů se tepelněizolační vlastnosti Superfoil SF40 k deklarovaným hodnotám zdaleka nepřiblížily a dosáhly tak mnohem horšího výsledku, než bylo očekáváno. Ostatní izolanty mezi sebou měly také odchylky oproti očekávání, ale rozdíly nebyly tak propastné.
Výsledky druhého experimentu
Výsledky testů ukázaly následující pořadí (od nejnižší spotřeby energie):
- EPS bílý 40mm, 0,039 --> 20,02 Wh - nejnižší spotřeba
- Superfoil 65mm, 0,028 --> 25,33 Wh - horší o 26,5% (s eliminací tepelných mostů spotřeba 20,02 Wh)
- EPS šedý 30mm, 0,032 --> 27,11 Wh - horší o 36,4%
Předpoklad byl, že vzhledem k deklarovaným parametrům, jednoznačně vyhraje Superfoil SF 40 65mm, který měl dosáhnout až cca 3x lepší výsledek než ostatní izolace (na základě R), což se nepotvrdilo.
Tabulka srovnávající klíčové vlastnosti izolačních materiálů
| Vlastnost | Minerální vata | Polystyren (EPS, XPS) | PIR desky |
|---|---|---|---|
| Tepelná vodivost (W/mK) | Dobrá (0,034-0,040) | Dobrá (EPS: 0,039-0,040; Šedý: 0,031-0,032; XPS: 0,030-0,035) | Velmi dobrá (λ = 0,022) |
| Hořlavost | Nehořlavá (A1, A2) | Hořlavý (E) | Samozhášivé (B) |
| Původ | Přírodní suroviny (kámen, sklo) | Ropné deriváty | Polyizokyanurát |
| Cena | Střední až vyšší | Nižší | Vyšší |
| Odolnost vůči vlhkosti | Zvýšená nasákavost | XPS odolnější, EPS méně vhodný pro vlhká místa | Vysoká odolnost |
| Použití | Fasády, šikmé střechy, vnitřní příčky, mezistropní podlahy | EPS: Fasády, střechy, podlahy; XPS: Základy, střechy (pochozí, zelené) | Nízkoenergetické/pasivní domy, ploché střechy, fasády, podlahy |
tags: #srovnani #pir #polystyren