Pálené cihly patří k nejrozšířenějším materiálům používaným zejména v konstrukcích obytných budov. Cihlové zdivo je jakýmsi etalonem stavebních konstrukcí, neboť všechny jiné materiály jsou srovnávány právě s cihelným zdivem. Cihla - nejstarší umělé stavivo - doprovází člověka už více než 10 000 let a má tak za sebou dlouhý vývoj, který se v posledních dvou stoletích velmi výrazně zrychlil. Nejprve byly cihly pouze sušeny na slunci a od 4. tisíciletí př. n. l. se začaly vypalovat. Byl to první zásadní zlom v cihlářství - takové cihly mají výrazně lepší fyzikální vlastnosti.
V souvislosti s vývojem požadavků na součinitel prostupu tepla, zejména konstrukcí obvodových plášťů, se cihla začala proměňovat. Dnes jsou na trhu dostupné cihly, které jsou vhodné i pro jednovrstvé konstrukce obvodových plášťů pasivních domů.
Vývoj a typy 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 velkoformátové cihelné bloky.
V 90. letech přichází cihla „současného“ typu Therm se suchou styčnou spárou mezi jednotlivými cihelnými bloky, označovanou pero-drážka (P+D). V sousedním Německu se v první polovině 90. let začínají objevovat tzv. broušené cihly, které mají zbroušené ložné plochy. Tak, jak se v průběhu času zvyšovaly ceny energie a nároky na tepelný komfort, začaly se používat děrované cihly nebo tvárnice s dutinami. Běžně se setkáváme s celou řadou různých typů cihel i tvárnic.
Cihly lze dělit nejenom podle tvaru a provedení nebo určení, ale i podle váhy, barvy a materiálu. Proto jsou některé děrované, jiné plné. Z jedněch se staví příčky, druhé se hodí například pro jednovrstvé obvodové zdivo, další do vícevrstvých systémů. Vyrábějí se speciální cihly pro nosné stěny, a to pro venkovní i vnitřní, cihly voštinové, betonové i vápenopískové. Lícové můžeme mít jak plné, tak děrované. Stavět lze i z cementotřískových desek, překladů, příčkovek, thermobloků, stropních vložek nebo tvárnic.
Čtěte také: Vše o měrné tepelné kapacitě betonu
Nabídku cihelných výrobků lze v současnosti rozdělit do následujících základních kategorií:
- Pro zdivo vnější: Cihly v tloušťce 365 až 490 mm s tepelně izolačními vlastnostmi dle normy.
- Pro zdivo nosné: Cihly v tloušťce 140 až 365 mm, které slouží především jako nosné vnitřní.
- Pro nenosné zdivo: Cihly 65 až 115 mm sloužící pro nenosné příčky staveb.
Duté cihly a tvárnice
Ve snaze zlepšit tepelně izolační vlastnosti se objevily cihly duté nebo děrované. Díky vzduchovým komůrkám jsou také lehčí, takže méně zatěžují podklad. Od dutých cihel je už jen krok k tvárnicím. Ty mohou být vyrobeny stejně jako cihly, tedy pálené z hlíny, ale dnes se už mnohem více používají tvárnice z pórobetonu. Mění se rovněž způsoby zdění. Zatímco u pálené cihly se pořád používá hlavně malta, tvárnice a podobné zdicí prvky (ať už z jakéhokoliv materiálu) mohou být spojovány speciálním lepidlem, nebo s využitím spoje pero-drážka.
Keramické tvarovky s vertikálně orientovanými dutinami patří k velmi často používaným stavebním materiálům. Podstatně vyšší tepelný odpor takovéto cihly je dán tím, že průřez materiálu, který teplo vede, je podstatně menší a dráha, po níž je teplo vedeno (účinná tloušťka), je mnohem delší. V dutinách se teplo přenáší ze stěny do vzduchu a ze vzduchu do stěny a díky malým rozměrům dutin je zde konvekční přenos málo účinný. Tepelný odpor takové cihly je přibližně R = 3,5 při tloušťce 44 cm a povrchová teplota takové stěny je téměř 19 °C při teplotě 20 °C v místnosti.
U těchto tzv. dutinkových cihel jsou v konfliktu požadavek na izolační schopnost a na pevnost v tlaku (únosnost). Platí, že čím více je v cihle vzduchu, tím lépe izoluje, ale současně tím nižší je její pevnost. V objemu cihly už zkrátka není dost materiálu, který by nesl tíhu domu. Požadujeme-li, aby nosná stěna současně velmi dobře izolovala, je obvykle levnější postavit nosnou zeď tenčí, z cihel s vyšší únosností. Tuto stěnu pak doplnit vnějším zateplením. Používat dobře izolující tvárnice s tloušťkou 40 cm a více bývá zbytečně drahé.
Tepelná vodivost a odpor
Ve fyzice označuje tepelná vodivost schopnost daného kusu látky, konstrukce (např. zdi, izolace) vést teplo. Tepelná vodivost dané látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti. Ten je definován jako množství tepla, které musí za jednotku času projít tělesem, aby na jednotkovou délku byl jednotkový teplotní spád. Tepelný odpor udává, jaké množství tepla prochází jedním čtverečním metrem konstrukce určité tloušťky v každé vteřině, jestliže jsou na obou stranách této konstrukce jiné teploty.
Čtěte také: Význam tepelné vodivosti betonu ve stavebnictví
Současná stavební norma ČSN 73 0540-2 o tepelné ochraně budov pracuje se součinitelem prostupu tepla U, který je de facto reciproční hodnota tepelného odporu R. Platí, že U se rovná zhruba 1/R. Čím menší je hodnota U, tím lepší jsou izolační schopnosti zdiva. Pro plné zdivo o tloušťce 45 cm je součinitel prostupu tepla U zhruba 1,3 W/(m2·K).
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).
Anizotropní tepelná vodivost
Výrobci keramických tvarovek s vertikálně orientovanými dutinami standardně uvádějí pouze ekvivalentní tepelné vodivosti ve vodorovném směru kolmo na povrch stěny. Při posuzování řady tepelných vazeb (např. atik, založení stěn, ale i běžných rohů) je nicméně potřebné znát i ekvivalentní tepelné vodivosti zdiva ve zbylých dvou směrech, protože k šíření tepla dochází i ve svislém směru a ve směru rovnoběžném s povrchem stěny. Uvažuje-li se tepelná vodivost zdiva shodná ve všech směrech, mohou výsledky posouzení podobných detailů vykazovat citelné chyby. Struktura dutinových tvarovek je totiž optimalizována pro šíření tepla kolmo k povrchu stěny a zdivo proto vykazuje ve zbylých směrech obvykle horší tepelné vlastnosti.
Ekvivalentní tepelnou vodivost zdiva lze výpočtově stanovit na základě numerického řešení šíření tepla vedením, prouděním a sáláním v charakteristickém výseku zdiva, který musí zahrnovat obvykle minimálně dvě tvarovky a k nim příslušné poloviny ložných a styčných spár.
Na základě výpočtů se ukazuje, že hodnota U zdiva s větším počtem dutin v cihelných blocích je nižší, tedy toto zdivo z těchto bloků vykazuje lepší tepelně izolační schopnost. Lineární činitel prostupu tepla pro vnější rozměry detailu rohu je nejlepší pro cihly s menším počtem řad dutin. Značný vliv na řešení detailů může mít také tvar děrování, kterým se může vznik tepelných mostů výrazně eliminovat. To bude doménou cihel s malými dutinami a tenkými žebry.
Čtěte také: Jak správně izolovat betonovou podlahu?
Tabulka níže ukazuje průměrné hodnoty poměrů mezi ekvivalentními tepelnými vodivostmi v obou vodorovných směrech pro dva typy zdiva:
| Typ zdiva | Průměrný poměr λpar / λperp (kolmo k povrchu) | Průměrný poměr λpar / λvert (rovnoběžně s povrchem) |
|---|---|---|
| Zdivo tl. 400 mm | ≈ 2,0 | ≈ 2,0 |
| Zdivo tl. 440 mm | ≈ 2,0 | ≈ 2,0 |
| Zdivo tl. 300 mm | ≈ 1,0 | ≈ 1,0 |
Příčinou zvýšení tepelné vodivosti ve směru rovnoběžném s povrchem stěny je větší počet takto orientovaných stěn voštin a širší vzduchové dutiny, v nichž dochází ke stále citelnému šíření tepla prouděním.
Zateplování zdiva
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. Izolace může být provedena jako vnější kontaktní zateplení se stěrkovou omítkou. Případně může být vložena do prostoru mezi vnitřní zdí a venkovní přizdívkou, nebo mezi lehkou vnější fasádou.
Při zaizolování z vnější strany je situace analogická jako u stěny kamenné. Povšimněte si většího sklonu průběhu teploty ve stěně, která ukazuje na znatelně menší využitelnou akumulaci tepla.
Porovnání s jinými materiály
Kámen
Kámen má poměrně velkou tepelnou vodivost. Proto ani součinitel prostupu tepla kamenných stěn nevyhovuje současným nárokům bez ohledu na tloušťku stěny. Kamenná stěna má díky své dobré tepelné vodivosti a velké objemové hmotnosti obrovskou akumulační schopnost. V zimě nám ovšem vysoká akumulační schopnost této stěny přináší spíše problémy než užitek. Důvodem je nízká povrchová teplota. Teprve díky dostatečně silné vrstvě tepelné izolace na vnější straně lze velkou akumulační schopnost kamenné stěny využít. Hlavní význam má akumulační schopnost v takzvaných pasivních domech, kde zabraňuje přehřívání a slouží k ukládání tepla ze slunečního záření do druhého dne.
Beton
Beton má podobné tepelné vlastnosti jako výše zmíněný kámen, proto se betonové stěny dnes používají jen ve spojení s tepelnou izolací. Stěny postavené ze stavebního systému THERMOMUR mají malou využitelnou tepelnou kapacitu, protože beton je od vnitřního prostředí oddělen vrstvou pěnového polystyrenu.
Plná cihla
Plná cihla má sice skoro 3x menší tepelnou vodivost než kámen, ale opět nelze při rozumné tloušťce splnit požadavek normy na součinitel prostupu tepla. Akumulační schopnost stěny je o něco menší než u stěny kamenné. Podobně se chová stěna z vápenopískových cihel.
Pórobeton
Pórobeton je homogenní materiál s malými póry, s malou objemovou hmotností a poměrně nízkým součinitelem tepelné vodivosti (λ = 0,20 až 0,15 W/m·K). V případě pórobetonu je jasné, že s rostoucím podílem dutinek bude klesat tepelná vodivost materiálu (což je dobré), ale současně bude klesat jeho pevnost (což je špatné). Další nevýhodou pórobetonu je jeho horší zvukově izolační schopnost. Práce s pórobetonem je snadná a umožňuje jednoduché opracování, a to včetně vysekávání drážek pro elektrická vedení. Tvárnice jsou lehké, mají dobrou tepelnou vodivost a jsou pevné, avšak mají nižší pevnost v tlaku.
Dřevo
Dřevo je výborný stavební materiál, který v sobě spojuje dobrou pevnost a poměrně nízkou tepelnou vodivost (při toku tepla kolmo k vláknům je λ = 0,18). S čistě dřevěnými stěnami se setkáme u starých roubených chalup stavěných v dobách, kdy neopracované dřevo bylo levné. Moderní dřevěné stěny s tepelnou izolací uvnitř mají při dané tloušťce stěny příznivější součinitel prostupu tepla než ostatní druhy stěn a proto se s oblibou používají v takzvaných nízkoenergetických domech. Na rozdíl od všech předchozích stěn je u dřevěné stěny možný únik tepla nejenom vedením, ale také infiltrací, tj. prouděním vzduchu netěsnostmi.
Moderní cihelné systémy
Základem všech moderních cihlových systémů je velkorozměrová vylehčená příčně děrovaná cihelná tvarovka typu THERM, která spolehlivě splňuje dnešní velice náročné (a často protichůdné) požadavky na stavební materiál. Dala by se nazvat takovým „materiálovým desetibojařem“, který např. vyhoví nárokům na tepelnou izolaci i pevnost a únosnost.
Rozměry cihel jsou optimalizovány tak, aby mohl cihlou (cihelným blokem) manipulovat jeden člověk (hmotnost do 25 kg, pro tloušťku zdiva max. 440 mm). Cihelný střep je základní hmota tvořící cihlářské výrobky. Zlepšených tepelněizolačních vlastností se dnes dosahuje vylehčováním cihelného střepu především přímo působícími (vyhořívajícími) lehčivy. Tloušťky žebírek se stále zmenšují a pomocí komplikovaných tvarů děrování je snaha co nejvíce prodloužit cestu tepelného toku tvarovkou.
Maltové spáry jsou také velmi důležitou oblastí cihlářských výzkumů. Dnes se už obvykle svislá (styčná) spára nepromaltovává a statické spolupůsobení je zajišťováno různými druhy ozubení. Eliminuje se tak nejen tepelný most, ale také se zvyšuje homogenita zdi, což je důležité především s ohledem na omítky.
Cihelný systém je celý soubor vzájemně se doplňujících výrobků, ze kterých lze postavit celý dům. Kromě cihel pro vnější, nosné a nenosné zdivo zahrnuje i speciální výrobky, jako jsou cihlové tvarovky s vysokým tepelným odporem, úhlové tvarovky, cihly pro ostění otvorů, vysokopevnostní cihly, cihly s instalačními drážkami, komínové cihly, akustické tvarovky vyplňované minerální vlnou nebo betonem, keramické dlažby a roletové schránky.
Cihlový systém Porotherm lze využít pro jakoukoliv část stavby. Pro založení zdiva jsou vhodné soklové cihly Porotherm, jako obvodové zdivo volte cihly vhodné pro jednovrstvé zdění řady Porotherm T Profi nebo EKO+, u vnitřních příček je ideální volba akustické zdivo Porotherm AKU. Zdivo Porotherm vyniká vysokou pevností a trvanlivostí, klade velký důraz na úsporu tepla, s rezervou splňuje hodnoty akustické normy, a navíc umožňuje rychlé a efektivní zdění. Všechny keramické bloky Porotherm jsou vyrobeny z čistě přírodních materiálů.
S cihelným systémem HELUZ postavíte celou hrubou stavbu jako nic. Všechny komponenty jsou provázané, mají velmi dobré tepelněizolační vlastnosti. Jsou vhodné pro všechny typy energeticky úsporných staveb, a to včetně pasivních domů. Cihly patří mezi ekologické materiály, protože na jejich výrobu se používá jen čistá hlína, což je přírodní produkt.
tags: #tepelna #vodivost #dutinove #cihly