Ve fyzice tepelná vodivost označuje schopnost daného kusu látky vést teplo. Tepelná vodivost dané látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti. 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.
Pálené cihly patří k nejrozšířenějším materiálům používaných 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.
Vývoj cihel a požadavky na tepelnou izolaci
Do nedávné minulosti jsme si pod pojmem cihla představili plnou pálenou cihlu. 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.
Podle [2] lze vývoj požadavků na součinitel prostupu tepla (U) rozdělit na sedm generačních období podle jejich délky trvání. První norma zabývající se tepelně technickými vlastnostmi byla platná od roku 1949. Do roku 1964 hodnoty tepelného odporu stěn vycházely z etalonu stěny z plných pálených cihel. Další vývoj požadavků na U na vnější stěnu budov podle českých technických norem až do roku 2011 zobrazuje graf 1. S vývojem požadavků na stěnové konstrukce se také začíná měnit tvar cihel.
Čtěte také: Vše o měrné tepelné kapacitě betonu
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.
V současnosti hodnotu U = 0,25 W/(m2‧K), která odpovídá doporučené hodnotě podle normy ČSN 73 0540-2:2007 pro vnější těžké stěny, bez problémů splňuje jednovrstvé zdivo z cihelných bloků typu Therm o šířce 440 mm. Zdivo tloušťky 440 mm dosahuje součinitele prostupu tepla kolem hodnoty U = 0,21 W/(m2‧K) případně i nižší. Je jasné, že z pohledu požadavků na zvýšení tepelného odporu zdiva se nevyvíjel pouze tvar cihel, ale i samotný keramický střep, spojovací malta a také omítky.
Stejně tak jako v Rakousku či Německu se v České republice začínají na trhu uplatňovat cihelné bloky o šířce 500 mm (v Německu je používaný rozměr 490 mm). Zdivo z těchto bloků dosahuje hodnot součinitele prostupu tepla nižších než U = 0,16 W/(m2‧K), což odpovídá ekvivalentní hodnotě součinitele tepelné vodivosti λ = 0,085 W/(m‧K), a tedy tepelnému odporu R = 5,88 m2‧K/W nebo i hodnotám lepším. Při vyplnění dutin tepelně izolačním materiálem je dosaženo až U = 0,11 W/(m2‧K). Podle ČSN 73 0540-1:2005 je za izolační materiál považován takový materiál, který má λ ≤ 0,1 W/(m‧K).
Tepelné vlastnosti cihel a stavebních konstrukcí
Jak již název napovídá, tepelný odpor konstrukce R (m2K/W) vyjadřuje schopnost materiálů klást odpor při prostupu tepla konstrukcí. Čím vyšší hodnota tepelného odporu konstrukce je, tím lépe.
Součinitel lambda je určován nejčastěji laboratorně a je uveden v technickém listu výrobku. Odpory při přestupu tepla na vnitřní a vnější straně konstrukce Rsi a Rse jsou uvedeny v normě ČSN 73 0540-3. Tepelný odpor z vnější strany je pochopitelně nižší, tedy Rse = 0,04 m2K/W. Tepelný odpor při přestupu tepla na vnitřní straně je dále rozdělen dle typu konstrukce.
Čtěte také: Význam tepelné vodivosti betonu ve stavebnictví
Každopádně novostavby musí mít všechny obvodové konstrukce navrženy minimálně na požadovaný součinitel prostupu tepla, lépe však na doporučený součinitel prostupu tepla. Konstrukce mimo jiné musí být navrženy tak, aby byly splněny další požadavky plynoucí z legislativních a normových požadavků.
Vezměme si například klasickou pálenou cihlu o tloušťce 45 cm, ta má velice malý tepelný odpor. Současná stavební norma ČSN 73 0540-2 o tepelné ochraně budov, ale nepracuje s tepelným odporem R, ale s veličinou prostupu tepla U. To je de facto reciproční hodnota zmínění R. Platí, že U se rovná zhruba 1/R. Pokud to tedy přepočteme na současnou normu, tak součinitel prostupu tepla U je pro plné zdivo o tloušťce 45 cm zhruba 1,3 (m2K/W). Čím menší je hodnota U, tím lepší jsou izolační schopnosti zdiva.
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).
Možnosti zateplení zdiva z plných pálených cihel
Stávající zdivo z klasických plných cihel na tloušťku 45 cm má velmi malý tepelný odpor (značí se R). Udává se hodnota R v rozmezí 0,65 až 0,75 (m2.K/W). Současná norma ČSN 73 0540-2 - Tepelná ochrana budov (10/2011) pracuje s veličinou součinitel prostupu tepla U. To je přibližně reciproční hodnota zmíněné R. Platí, že U se rovná přibližně 1/R. Přepočteno tedy na současnou normu, součinitel prostupu tepla U pro Vaše plné zdivo je cca 1,3 (W/m2.K).
Čtěte také: Jak správně izolovat betonovou podlahu?
Závazná norma ČSN 73 0540-2 - Tepelná ochrana budov (10/2011) udává minimální požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla U 0,30 (W/m2.K). Ta se již prakticky ani pro rekonstrukce nepoužívá. Hodnota doporučená je 0,25 (W/m2.K). Té by bylo vhodné dosáhnout. Pro nízkoenergetický standard je pak potřeba splnit hodnotu součinitele prostupu tepla „U“ 0,18 až 0,12 (W/m2.K).
Tepelně izolační omítky různých výrobců se vyrábí vylehčením póry a s příměsí polystyrénového granulátu nebo perlitu. Jejich tepelná vodivost λ nedosahuje lepších hodnot než 0,09 až 0,17 (W/m.K).
- při tloušťce 30 mm bude max.
- při tloušťce 40 mm bude max.
Kontaktní zateplení děrovaným EPS (patrně v systému s šedým EPS) je vhodnou variantou. Difúzní vlastnosti zdiva se zásadně nezhorší, při použití více paropropustných lepidel a finálních omítek lze připustit i mírně vlhké zdivo kolem 5%, max. do 7%. Před každým použitím lepeného izolantu doporučuji vlhkost ověřit změřením z odebraného vzorku. Póry umožňují odvětrávaní, EPS není nasákavý, v šedé variantě se lze dostat na doporučenou hodnotu již při cca 12 až 14 cm izolantu.
Minerální vata má tepelnou vodivost deklarovanou kolem 0,040, prakticky cca 0,042 W/m.K. Musí být tedy ve větší tloušťce, cca 16 cm, spíše více. Přestože jsou vlákna hydrofobizovaná, určitou náchylnost ke zvýšení vlhkosti má (pokud bude rosný bod v izolantu, ale dá se navrhnout konkrétní tloušťka i tak, aby kondenzace byla minimální. To vyjde z výpočtu. Vysoká vlhkost zdiva ale může vatu také ovlivnit.
Zateplení minerální vatou s odvětráním pod samostatný přidaný fasádní obklad je pro zavlhčené zdivo nejšetrnější řešení. Je zde ale vyšší cena. Tloušťka vaty bude jako výše, materiálních řešení obkladu a roštů je mnoho.
Při obavách z vyšší vlhkosti zdiva tedy lze doporučit variantu 4.
Vliv vlhkosti na tepelně izolační vlastnosti
Vždy platí, že zateplovat by se mělo jen suché zdivo. To znamená před jakýmkoli zateplováním odstranit příčiny vlhnutí (například podříznout zeď a vložit izolaci). Pokud vlhké zdivo opatříme zvenku kontaktním zateplením (s vysokým difuzním odporem), problémy s vlhkostí se zaručeně zhorší. Vlhkost, která se až dosud odpařovala z vnějšku i zevnitř, může najednou odcházet jen z vnitřní strany. To vede k objevení nebo zvětšení "map" a někdy i k plísním. Takovéto problémy se mohou objevit i u zdí, které se před zateplením jevily jako suché.
Požadavku na dostatečnou izolační schopnost (při rozumné tloušťce) jen stěží vyhoví zeď z jakýchkoli cihel či tvárnic. Proto je rozumné dimenzovat nosné zdivo jen podle statických požadavků a doplnit izolaci podle potřeby.
Součinitel prostupu tepla
Součinitel prostupu tepla je veličina, která vyjadřuje schopnost stavebního materiálu či celé skladby konstrukce tepelně izolovat. Hodnota součinitele U musí být u obvodových konstrukcí domu ze zákona dodržena a slouží také k výpočtu tepelných ztrát objektu a k dimenzování otopné soustavy. Součinitel prostupu tepla určuje, k jakým tepelným ztrátám skrze danou konstrukci dochází. Jednotka W/m2K vyjadřuje, kolik tepelné energie ve Wattech prostupuje obvodovou konstrukcí o ploše 1 m2 při rozdílu venkovní a vnitřní teploty 1 K.
Součinitel prostupu tepla je vhodné znát zejména u novostaveb a staveb, u nichž dochází k rekonstrukci a zateplení obálky budovy. Součinitel prostupu tepla zateplovaných konstrukcí musí dosahovat stanovených hodnot, které jsou uvedeny v normě ČSN 73 0540-2. Povinnost dosahovat požadovaných, resp. doporučených hodnot součinitele prostupu tepla vychází z vyhlášky č. 78/2013 Sb.
Pokud se dále pro výpočet užije níže uvedený vzorec, vyjde nám měrný tepelný tok, ke kterému dochází v celé ploše obvodových konstrukcí. Jinak řečeno určuje, kolik Wattů energie prostupuje skrze všechny konstrukce domu při rozdílu 1 K. Vynásobením této hodnoty číslem 20 vyjde tepelná ztráta ve Wattech, ke které dochází v okamžiku, kdy je rozdíl vnitřní a venkovní teploty zmíněných 20 °C (např.
Praktický příklad
Obvodová stěna:
| Konstrukce | Tloušťka d [m] | Lambda [W/mK] | R [m2K/W] |
|---|---|---|---|
| Omítka vápenocementová | 0,020 | 0,990 | 0,020 |
| Cihla plná pálená | 0,450 | 0,800 | 0,563 |
| Tepelná izolace EPS70 | 0,120 | 0,036 | 3,333 |
| Omítka vápenocementová | 0,020 | 0,990 | 0,020 |
| CELKEM R | 3,936 | ||
| Svislá konstrukce směrem do exteriéru | Rsi =7,690 | 0,130 | |
| Rse =25,000 | 0,040 | ||
| CELKEM RT | 4,106 | ||
tags: #tepelná #vodivost #cihla #plná #pálená #hodnoty