Kvalitní tepelná izolace je nedílnou součástí jakékoliv stavby. Slouží nejen k minimalizování úniku tepla z objektu jako takového, ale i k izolaci konkrétních stavebních částí, např. rozvodů vody. Hlavním úkolem tepelných izolací je vytvořit bariéru, která brání prostupu tepla stěnami, podlahami, stropy či střechami. Tepelné izolace mají nejen udržet teplo v domě, ale také zabránit přehřívání interiéru v letním období.
Na trhu narazíte na nespočet izolačních materiálů, které se liší svými vlastnostmi i způsobem použití. Základním hlediskem pro rozdělování tepelných izolací je vstupní materiál. Zásadně ovlivňuje výslednou hodnotu součinitele prostupu tepla a další parametry (paropropustnost, voděodolnost aj.). Obvykle izolace rozdělujeme na minerální, syntetické a přírodní. Materiálově lze tepelné izolace rozdělit na pěnové materiály, minerální vláknité a rostlinné materiály. Všechny se vyznačují velmi nízkým součinitelem tepelné vodivosti a výrazně ovlivní tepelný odpor konstrukce.
Výběr tepelné izolace a její klíčové vlastnosti
Poměrně častým jevem je, že o tom, jaký druh tepelné izolace se použije, rozhoduje sám investor. Velký důraz se přitom klade zejména na cenu materiálu bez důkladného posouzení jeho vlastností. Špatný výběr tepelné izolace však kromě nežádoucích tepelných ztrát způsobuje i další problémy, jakými jsou kondenzace vlhkosti či přehřívání podstřešních prostorů. Proto se důrazně doporučuje ponechat výběr izolačního materiálu v kompetenci proškoleného projektanta.
Mezi základní vlastnosti tepelné izolace patří tepelná vodivost (součinitel tepelné vodivosti λ), vzduchová neprůzvučnost, hořlavost (třída reakce na oheň), 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 ochotní za něj zaplatit.
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. Tepelný odpor (R-hodnota) měří efektivitu materiálu při zamezování tepelnému toku. Správná instalace tepelné izolace je klíčová pro dosažení optimálních výsledků.
Čtěte také: Vše o měrné tepelné kapacitě betonu
Typy tepelných izolací a jejich specifika
Minerální tepelná izolace
Minerální tepelná izolace není organická, a tak příliš nepodléhá napadání hub, plísní a parazitů. Vyniká nehořlavostí a zpravidla i dobrou propustností par. Obvykle je také hydrofobní. Patří mezi nejpoužívanější izolační materiály vůbec. Vyrábí se z minerálních vláken v podobě skelné vlny nebo čedičové vaty. Oba typy mají velmi podobné vlastnosti, rozdíl spočívá zejména ve výrobní technologii. Skelné vaty se produkují z recyklovaného borosilikátového skla, ty čedičové pak z čediče a dalších hornin (žuly, vápence, dolomitu).
Mezi velmi rozšířené materiály pro zateplování domů patří izolace z minerální vaty. Nejčastěji se jedná o čedičovou izolaci, která vyniká nehořlavostí, ale i slušným akustickým útlumem. Minerální vata je oblíbená pro skvělé tepelně izolační vlastnosti, paropropustnost, odolnost vůči vysokým teplotám i vůči UV záření. Oproti izolaci EPS má vyšší pořizovací cenu, a i vlastní instalace je trochu náročnější než u polystyrenu. 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.
Syntetické tepelné izolace
Tepelná izolace ze syntetických materiálů je vyhledávaná pro skvělé tepelněizolační vlastnosti a cenovou dostupnost. Nejvyužívanějším druhem syntetického izolačního materiálu je bezpochyby polystyren. Podle technologie výroby jej rozdělujeme na pěnový (EPS) a extrudovaný (XPS).
Pěnový polystyren (EPS)
Pěnový (expandovaný) polystyren je jeden z nejrozšířenějších tepelně izolačních materiálů. Základní surovinou pro výrobu EPS je zpěňovatelný polystyren, ten vzniká suspenzní polymerací styrenu. Pěnový polystyren se nejvíce používá jako tepelná izolace pro fasády, podlahy a ploché střechy. Pěnový polystyren lze aplikovat i jako kročejovou izolaci, nelze ho však dlouhodobě vystavit vlhku. Mezi jeho hlavní výhody patří nízká pořizovací cena, ale i jednoduchá manipulace s deskami a s tím související rychlá instalace. Ačkoli se řada lidí bojí u polystyrenů zvýšeného nebezpečí požáru, EPS polystyreny jsou samozhášecí. Součinitel tepelné vodivosti expandovaného polystyrenu se pro typ EPS 100 pohybuje od λ = 0,037 W/(m·K) výše.
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 %. 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.
Čtěte také: Význam tepelné vodivosti betonu ve stavebnictví
Zatím nejnovějším typem EPS je šedý polystyrén, který se od běžného EPS liší šedivým vzhledem, ale především lepšími tepelněizolačními vlastnostmi. Šedý pěnový polystyrén s objemovou hmotností 15 kg/m3 má součinitel tepelné vodivosti 0,032 W/(m·K). Této hodnoty bylo dosaženo přídavkem uhlíkových nanočástic do polystyrenu před vypěněním, které způsobují šedé zabarvení. Hlavně ale omezily prostup tepla sáláním, který se děje v řídké tuhé pěně, což vedlo k lepší hodnotě součinitele tepelné vodivosti.
Extrudovaný polystyren (XPS)
S některými nedostatky EPS polystyrenu si umí poradit XPS polystyren. Extrudovaný polystyren je oproti EPS polystyrenu tvrdý, přičemž si zachovává svou nízkou váhu. Tento typ polystyrenu je méně nasákavý, protože má uzavřenou strukturu a zároveň i více odolný v tlaku. XPS polystyren má i o něco lepší tepelně izolační vlastnosti než polystyren expandovaný. Materiál má uzavřené póry, je proto nenasákavý a lze ho použít ve vlhkém prostředí, kde působí jako tepelná izolace, a také jako účinná součást hydroizolace. Jeho výraznou nevýhodou však je nízká odolnost vůči UV záření, kvůli čemuž není vhodný pro zateplování nadzemních staveb. Nejznámější obchodní názvy tohoto materiálu jsou Styrodur, Styrofoam nebo Fibran ECO.
Polyuretan (PUR) a polyisokyanurát (PIR)
PUR a PIR pěny mají jemnou strukturu pórů. Tyto pěny jsou vhodné pro technologii stříkané izolace, dostupné jsou však i v podobě desek. Patří mezi moderní izolační materiály, které vynikají nízkou hmotností, snadnou montáží a dobrými tepelněizolačními vlastnostmi. Jedná se o velmi účinné pěnové tepelné izolace se součinitelem tepelné vodivosti na úrovni až λ = 0,023 W/(m·K). Tepelněizolační pěny PIR pak vykazují ještě nižší součinitel tepené vodivosti λ a vyšší tuhost. Za skvělou hodnotou λ stojí podstatné omezení sálavé, tedy infračervené složky šíření tepla pěnou, což "realizuje" velmi jemná struktura pórů a vysoká hustota přestupových rozhraní mezi tuhou fází PUR/PIR a vzduchem.
Vylepšenou verzí PUR izolace jsou mladší izolační PIR desky, které mají při stejných tepelně izolačních vlastnostech užší profil. Kromě toho nabízí izolační PIR desky nízkou hmotnost, odolnosti vůči ohni, vyniká i nízkou nasákavostí a vysokou pevností v tlaku. Což je zárukou její dlouhé životnosti. Navíc jsou desky z PIR pěny vhodné i pro alergiky, protože předchází vzniku plísní, nelákají hlodavce a jsou zdravotně zcela nezávadné. Izolační desky Therma (výrobce Kingspan Insulation) jsou vyrobeny z tuhé pěny na bázi polyisokyanurátu (PIR) bez použití CFC/HCFC a s nulovým obsahem látek narušujících ozónovou vrstvu (ODP). Odolávají plísním a mikrobům. Desky jsou na obou stranách potaženy fólií, která je během výrobního procesu autoadhesivně spojena s nepropustným jádrem. Fóliový potah je vysoce odolný vůči přenosu vodních par. Jádro izolace je odolné při krátkodobém kontaktu s benzínem a s většinou zředěných kyselin, zásad a minerálních olejů.
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. Jistou nevýhodou zateplení pomocí PIR desek je vyšší cena než u výše uvedených tepelně izolačních materiálů. Polyisokyanurátová pěna se používá pro výrobu deskových materiálů. Desky je možno vyrábět například řezáním z bloků vzniklých volným pěněním, ale pokud mají být desky pevně spojeny s jinými materiály (například s hliníkovou fólií či skelnou textilií) vyrábí se výhradně napěňováním do finální tloušťky. Suroviny pro výrobu pěny se aplikují mezi tenké folie napnuté na protilehlých válcích výrobní linky.
Čtěte také: Jak správně izolovat betonovou podlahu?
Fenolické pěny (Kingspan Kooltherm®)
Izolace z tvrdé fenolické pěny řady Kingspan Kooltherm® se vyrábí napěněním syntetické fenolové pryskyřice mezi hliníkové kompozitní folie nebo mezi rouno ze skelných vláken, případně kombinací folií. Kooltherm® desky můžeme použít k zateplení všech částí budov, obzvláště vhodné je použití při realizacích dodatečného kontaktního vnějšího zateplení stěn (ETICS), při zateplování šikmých střech, rekonstrukcích historických objektů nebo při řešení stavebních detailů. Deska z fenolické pěny o síle 100 mm má podobné parametry jako deska z polystyrenu o síle 180 mm. Je tak vhodnou alternativou pro zateplení do míst s omezeným výplňovým prostorem.
Oproti izolantům z polyuretanu a polyisokyanurátu má Kooltherm lepší tepelněizolační vlastnosti a je méně hořlavý (třída reakce na oheň B, případně C, dle použitého materiálu na povrchu desky). Venkovní fasádní deska Kingspan Kooltherm® K5 Kontaktní fasádní deska je tepelně izolační deska z tuhé fenolické pěny, která izoluje téměř dvakrát lépe než jiné materiály. Jádro desek tvoří tuhá fenolická pěna s uzavřenou buněčnou strukturou. Výrobek Kooltherm® K5 Kontaktní fasádní deska je na obou stranách opatřen povrchovou úpravou na bázi skleněné textilie, která je s jádrem desky spojena během výrobního procesu. Třída reakce na oheň je C-s2,d0. Desky mají výjimečnou hodnotu součinitele tepelné vodivosti λ 0,020 W/m·K.
Pěnové sklo (FOAMGLASS)
Zajímavé možnosti nabízí pěnové sklo známé jako FOAMGLASS. Vyrábí se ze speciálního hlinitosilikátového skla, rozemletého na prášek a smíchaného s velmi jemným uhlíkovým prachem. Směs je v ocelových formách v tunelové peci zahřáta na cca 1000 °C. Při tomto procesu je sklo roztaveno, současně dochází k oxidaci uhlíku na plyn CO2, který následně vytvoří z taveniny pěnu a zvýší její objem. Nový materiál obsahuje drobné uzavřené bublinky, díky této struktuře je hmota zcela nehořlavá a parotěsná. Foamglas se využívá především v energeticky úsporných či pasivních domech pro izolaci spodní stavby a pro přerušení tepelného mostu, například u paty nosných stěn. Další aplikací jsou izolace podlah nebo pojízdných a pochozích střech s velmi vysokým tlakovým namáháním v průmyslových provozech, občanských stavbách, obchodních domech apod.
Vakuové izolační panely (VIP)
Vakuové izolační panely (označované zkratkou VIP) obsahují jako výplň tuhou síťovou strukturu složenou z klastrů (shluků) částic oxidu křemičitého (SiO2) nanometrických rozměrů. Tato prostorová, velmi jemná síť je známá pod názvem aerogel. Další důležitou součástí VIP je vzduchotěsný a mechanicky tuhý obal s vysokou termoreflexí (a téměř nulovou emisivitou). Ten umožní úplné a trvalé odčerpání vzduchu z výplně SiO2, dále trvalé téměř úplné odstínění sálavé složky sdílení tepla a konečně i bezporuchovou manipulaci s panely při výstavbě. Panely VIP se vyrábějí v rozměrech stavebních izolačních desek, jejich tloušťka je malá, od 2 do 8 cm. Součinitel tepelné vodivosti nejlepších vakuových panelů dosahuje hodnoty λ = 0,004 až λ = 0,005 W/(m.K). Kvůli velmi vysoké ceně zatím u nás nacházejí vakuové panely oproti zahraničí uplatnění především při řešení komplikovaných konstrukčních detailů, a to v souvislosti s odstraňováním tepelných mostů.
Přírodní materiály
Pro zateplení podlahy, půdy a dalších stavebních konstrukcí můžete řešit také použitím izolace z přírodních materiálů. Poměrně obsáhlou skupinu tvoří tepelné izolace na bázi dřeva a papíru, které však často obsahují i další přísady minerálního či syntetického charakteru. Spadají sem především dřevovláknité a dřevocementové izolace. Vzhledem k velké objemové hmotnosti mají dobrou schopnost tepelné akumulace. Izolační materiály čistě přírodního původu jsou hypoalergenní a šetrné k životnímu prostředí. Přesto musí obsahovat speciální látky, které materiály ochrání před škůdci, plísněmi či houbami a minimalizují hořlavost. Pro zateplení stavebních konstrukcí můžete použít například izolaci z ovčí vlny. Používá se jako výplň a při adekvátní technologické úpravě se hodí i pro izolaci střešních plášťů či plovoucích podlah. Nevýhodou je vyšší cena a zvýšené riziko požáru.
Experimentální srovnání izolačních materiálů
K porovnání tepelněizolačních vlastností různých materiálů byly provedeny dva experimenty. První experiment simulující termosku, kde se měřil pokles teploty horké vody v boxech z různých izolantů, ukázal, že tímto způsobem kvalitu izolace nelze určit ani změřit, jelikož pokles teploty vody byl u všech boxů prakticky totožný. To naznačuje, že v tak malém a uzavřeném systému jsou vlivy jiných faktorů, než je samotný tepelný odpor materiálu, dominantní.
Druhý test simuloval zateplený dům, ve kterém se topí na stále stejnou teplotu. Byly vytvořeny boxy z bílého EPS, šedého EPS, minerální fasádní izolace a vícevrstvé reflexní fólie. Vnitřní teplota byla udržována na 44 °C a venkovní na 10 °C. Měřila se spotřeba energie na udržení stanovené teploty. Výsledky testu jsou shrnuty v následující tabulce:
| Pořadí | Materiál | Tloušťka | Deklarovaný λ (W/m·K) | Změřená spotřeba energie (Wh) | Rozdíl oproti EPS bílému |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | EPS bílý | 40 mm | 0,039 | 20,02 | - |
| 2 | Superfoil SF40 | 65 mm | 0,028 | 25,33 | +26,5% |
| 3 | EPS šedý | 30 mm | 0,032 | 27,11 | +36,4% |
Předpokládalo se, že reflexní fólie Superfoil SF40 s deklarovanými parametry dosáhne až trojnásobně lepších výsledků než ostatní izolace, což se nepotvrdilo. Dokonce i po eliminaci potenciálních netěsností a vlivu spojů, což bylo ověřeno speciálním testem, se tepelněizolační vlastnosti fólie nepřiblížily deklarovaným hodnotám a dosáhly horších výsledků než očekávané. Ostatní izolanty měly také odchylky oproti očekávání, ale rozdíly nebyly tak propastné.
Z výsledků vyplývá, že bílý polystyren se v těchto specifických experimentálních podmínkách ukázal jako nejefektivnější z testovaných materiálů. Nicméně, je důležité zdůraznit, že tyto testy nebyly prováděny v akreditované laboratoři a jsou spíše ilustrativní. Profesionální projektanti a energetičtí poradci jsou schopni na základě komplexních výpočtů a znalosti chování materiálů v různých podmínkách navrhnout nejvhodnější řešení pro konkrétní stavební projekt.
tags: #tepelna #izolace #odolna #vysokym #teplotam