Význam tepelných izolací použitých v moderním stavitelství stále roste. V současné energeticky úsporné Evropě tvoří masivní vrstva tepelné izolace tepelně izolační obálku budovy. Minimalizace tepelných ztrát zajistí nízkou energetickou náročnost objektu při zajištění potřebného komfortu. Požadavky investorů na vylepšení izolačních vlastností konstrukcí neustále rostou, což nutí výrobce tepelných izolací k vývoji stále účinnějších a efektivnějších typů izolačního materiálu.
Vývoj šedého polystyrenu a jeho vlastnosti
Bílý pěnový polystyren je při provádění izolací hojně používán pro svou nízkou tepelnou vodivost a výhodnou cenu. Přesto se našly rezervy v dalším zlepšování jeho tepelně izolačních vlastností. Z řady měření vyplývá, že součinitel tepelné vodivosti bílého pevného pěnového polystyrenu (EPS) klesá s rostoucí hustotou. Například EPS o hustotě 15 kg/m³ dosahuje hodnoty λ = 0,037 W/(mK), při hustotě 35 kg/m³ ale už jen λ = 0,032 W/(mK). Součinitel tepelné vodivosti je lokální (tj. materiálová) vlastnost o jednotce W/(mK).
Princip a vznik šedého polystyrenu
Tepelná vodivost izolačních materiálů je výrazně ovlivněna plynem, který se nalézá v jejich materiálové struktuře. V případě EPS je celkový prostup tepla dán jednak vodivostí pevné složky pěny, vodivostí vzduchu, ale také propustností (permeabilitou) pěny pro tepelné záření. Sálavý transport energie lze podstatně snížit zvýšením hustoty EPS, souběžné zvýšení (neradiační) tepelné vodivosti v pevné fázi pěny při obvyklých hustotách EPS nehraje větší roli. Po roce 2000 začal koncern BASF s hledáním řešení vedoucím ke snížení optické propustnosti ve zmíněném pásmu kolem 10 µm pomocí stopové přísady bez změny v hustotě materiálu. Jako nejvhodnější se ukázal grafit, jemně rozemletý až na nanometrové částice, kterým je rovnoměrně vyplněna pevná fáze EPS. Vzniknul tak šedý polystyren.
Grafitové částice zde účinkují jako mikroskopické absorbéry a zároveň reflektory. Nanotechnologie, která dokáže „namlet“ velmi jemné částice, umožňuje, aby vzdálenost mezi částicemi grafitu byla pod 10 mikronů a zároveň aby se částice nedotýkaly. Tím se stane membrána polystyrénové vypěněné buňky obtížně prostupná pro dlouhovlnné tepelné záření. Zároveň s tím se zvýší odrazivost prostředí z 0 na cca 20 % (grafit v podstatě vytváří z membrán polystyrénových kuliček tepelná zrcadla). Tím, že se částice nedotýkají, nezvýší se výrazně tepelná vodivost materiálu.
Výsledkem přidání grafitu do bílého polystyrenu je šedý expandovaný polystyrén, který při objemové hmotnosti pouhých 15 kg/m³ dosahuje součinitele celkové propustnosti tepla λ = 0,032 W/(m·K). Stejnou hodnotu celkového součinitele tepelné vodivosti má běžný EPS s více než dvojnásobnou hustotou 35 kg/m³.
Čtěte také: Inovativní řešení s nanotechnologií a grafitem
Výhody a aplikace šedého polystyrenu
Šedé izolační desky pěnového polystyrenu se zvýšeným izolačním účinkem se na našich stavbách vyskytují již od roku 2005. Jejich vývojem se podařilo stávající výhody bílého polystyrenu vylepšit v oblasti izolační účinnosti, kdy šedé desky vykazují při shodné tloušťce o cca 20 % lepší izolaci. Lambda o dvě třídy lepší, tj. 0,032-0,033 W(m.K) pro fasádní desky, 0,031 W(m.K) pro podlahové polystyreny. Izolační desky Isover EPS Grey 100 jsou nejnovějším typem EPS desek využívající nanotechnologie pro profesionální zateplení. Miliony buněk izolantu se stopovou přísadou grafitu účinně odrážejí teplo zpět k jeho zdroji a podstatně tak zlepšují izolační vlastnosti.
Použití „těžších“ polystyrenů ve výstavbě je však například u zateplené fasády neekonomické vzhledem k více než dvojnásobné ceně za materiál, nehledě na ochranu životního prostředí a surovinových zdrojů. U podlah a jiných aplikací, kde není snadné přidat další cm izolace, jsou lepší tepelně-izolační vlastnosti šedého polystyrenu zásadní. V ostatních případech ušetříme na dopravě a při zabudovávání na stavbě.
Speciálně navržený šedý polystyren je ideální pro nízkoenergetické a pasivní domy, nicméně svoje uplatnění nachází na všech druzích staveb či rekonstrukcích. Díky široké škále produktů je vhodný na zateplování interiéru a exteriéru rodinných a bytových domů, komerčních budov nebo průmyslových staveb. Výroba v tloušťkách až 300 mm vyhovuje požadavkům i pro moderní vysoce úsporné stavby.
Šedo-bílý polystyren: Řešení aplikačních komplikací
Změna barvy z bílé na šedou ale znamená jednu podstatnou aplikační komplikaci. Bílá barva téměř ideálně odráží sluneční paprsky (deska se neohřívá), zatímco šedá barva desek tyto sluneční paprsky intenzivně pohlcuje, a tím se deska i výrazně více ohřívá a hrozí poškození desky.
Vývojáři se rozhodli spojit výhody šedého i bílého polystyrenu a vytvořit šedý polystyren, který je z lícové strany bílý. Nejnovější desky pro fasádní systémy ETICS ISOVER EPS GreyWall SP (Sun Protect) spojují přednosti šedého a bílého polystyrenu. Tuto nejnovější desku tvoří izolační jádro šedého polystyrenu z nejvýkonnějších dostupných surovin, na které je přímo ve výrobě nalisována tenká ochranná vrstva polystyrenu bílého.
Čtěte také: Vše o měrné tepelné kapacitě betonu
Desky ISOVER EPS GreyWall SP (Sun Protect) se vyrábějí jako tvarovka tj. v tvarovkových automatech. Tvarovková výroba desek ISOVER EPS GreyWall SP umožňuje provádět oboustranný profilovaný povrch. Vaflová struktura zajišťuje dokonalé spojení s lepícími tmely a stěrkami, což je významné jak pro běžné zateplení, ale zejména pro systémy pouze lepené bez použití kotev, nebo pro systémy s těžkým obkladem.
Tvarovková výroba nových desek do forem umožňuje ještě lepší svaření jednotlivých polystyrenových kuliček (perlí) a tím se podobně jako u perimetrických desek pro SOKL a spodní stavbu snižuje nasákavost a zvyšuje mrazuvzdornost. Konkrétně desky ISOVER EPS GreyWall SP dosahují nasákavosti max. 3 % oproti běžným deskám EPS 70F s nasákavostí max. 9 %.
Nové desky ISOVER EPS GreyWall SP vykazují ještě lepší mechanické vlastnosti oproti běžným fasádním deskám EPS 70F. Konkrétně je pak deklarovaná pevnost v tlaku CS = 80 kPa (oproti běžným 70 kPa), pevnost v ohybu BS = 150 kPa (oproti běžným 115 kPa), pevnost v tahu TR = 150 kPa (oproti běžným 100 kPa) včetně pevnosti ve smyku. S deklarovanou lambdou λD = 0,030 W/(m.K) jsou v současnosti nejvýkonnějšími EPS fasádními deskami na trhu.
Nové izolační desky ISOVER EPS GreyWall SP (Sun Protect) znamenají další výrazný vývojový krok EPS izolantů pro fasádní zateplovací systémy ETICS. Spojují výhody šedých a bílých fasádních EPS desek tj. zejména vysokou izolační schopnost a jednoduchost provádění.
Aplikační specifika a skladování šedého polystyrenu
Zavedení šedých výkonnějších polystyrenů si prošlo stejně jako zavedení jiných výrazně pokrokových materiálů svými dětskými nemocemi. Šedé desky se od běžného bílého polystyrenu liší v řadě vlastností. Při aplikaci za slunečných dní docházelo u některých staveb k problémům. Mezi deskami vznikaly mezírky, ačkoliv materiál byl prokazatelně stabilizovaný. Rozdíl chování v oblasti teplotní dilatace vlivem přímého slunce obou materiálů na přímém slunci je zřejmý - šedé desky na přímém slunci vykazují více než 700% navýšení prodloužení oproti deskám bílým.
Čtěte také: Význam tepelné vodivosti betonu ve stavebnictví
Po odečtení počátečního nastavení 2,00 mm bílá deska vykazuje prodloužení 0,16 mm (2,16 − 2,00 = 0,16), šedá pak cca 1,15 mm (3,15 − 2,00 = 1,15), tj. více než sedminásobek. Důsledek je jasný - na stěně vznikají mezi deskami mezírky. Navíc délkové prodloužení je rozdílné na vnějším a vnitřním povrchu izolační desky. Jednoduchým a dostatečně účinným řešením výše uvedeného je stínění sítěmi. Přímému slunění je tak zabráněno a zvýšená teplotní dilatace se neprojeví.
Druhou oblastí, kde se šedý polystyren chová mírně jinak než bílý, je vysoká teplota. Oblast skladování byla ošetřena podmínkou, že desky se musejí skladovat takovým způsobem, aby bylo zabráněno dlouhodobému teplotnímu zatížení nad 70 °C. Desky musí být dopravovány a skladovány za podmínek vylučující jejich znehodnocení. Neskladovat dlouhodobě na přímém slunci. Neskladovat na přímém slunci (teplotní stabilita max. 70 °C).
Povrchová teplota šedé desky EPS bez vlivu odrazu se pohybuje okolo 85 °C. Ideální odraz od zrcadla má shodný účinek jako rozptýlený odraz - oba účinky navyšují teplotu přes 100 °C. Je nezbytné dodržovat technologické postupy pro aplikaci šedých EPS. Jedná se zejména o stínění fasád sítěmi a vhodné skladování.
Srovnání s jinými izolačními materiály a ekologické aspekty
Kromě polystyrenu je známo mnoho druhů tepelných izolací, které se liší nejen z hlediska funkce a použití, ale také materiálem a strukturou. Z oblasti pěnových izolací stojí za zmínku díky λ na úrovni 0,023 W/(m·K) též polyuretan (PUR) a polyizokyanurát (PIR). Ještě lepší, ale i o hodně dražší, jsou vakuová izolace.
Ekologická stopa izolačních materiálů
Zásadním parametrem při posuzování budov, například u průkazů energetické náročnosti budovy, je primární energie vložená do paliv nutných pro vytápění a ohřev TUV v souvislosti se zdroji tepla. Málokdo se však zabývá vázanou primární energií, tzv. „šedou energií“, ve stavebních materiálech. V rámci ekologie se jedná o zásadní parametr, který není tak patrný. Porovnatelným parametrem jsou například emise CO2, SO2 produkované při výrobě jednotlivých stavebních materiálů a hlavně energie použitá pro výrobu a dopravu PEI (MJ/m2).
Tabulka: Environmentální charakteristiky vybraných tepelných izolací
| Materiál | Tloušťka (cm) pro U=0,25 W/m2K | Vázaná primární energie (MJ/m2) | Emise CO2 (kg/m2) |
|---|---|---|---|
| Bílý EPS | 15 | 250 | 15 |
| Šedý EPS | 12 | 210 | 13 |
| Minerální vlna | 16 | 300 | 18 |
| Celulóza | 18 | 100 | 5 |
| Polyuretan (PUR) | 10 | 350 | 20 |
Tloušťka tepelné izolace byla zvolena taková, aby bylo dosaženo požadavku na U=0,25 W/m2K, dále bylo nutné zavést porovnatelnou funkční jednotku - zde zvolen 1 m2. Z tabulky je patrné, že v ekologičnosti zpracování a komplexní výroby materiálu jasně vítězí stavební tepelné izolace přírodního původu, což není překvapivé zjištění.
Při výrobě šedého polystyrenu přímo v našich závodech nejsou použité žádné nebezpečné látky, jen vodní pára. Mimo úspory energie má i ekologické přednosti. Je 100% recyklovatelný a opět využitelný. Nepředstavuje žádná zdravotní rizika, není zapotřebí používat speciální ochranné pomůcky a díky své nízké hmotnosti je manipulace s ním velmi jednoduchá.
tags: #tepelna #izolace #seda #informace