Vakuová izolace představuje jednu z nejpokročilejších technologií tepelné ochrany současnosti. Fyzikální princip zvýšení tepelně izolačních vlastností vakuovací technikou je dlouho známý. Vakuované izolační materiály jsou inovativní mikroporézní tepelné izolace, které se vyznačují vysokými tepelně izolačními vlastnostmi s faktorem 8 až 10 vyšším, než běžně používané izolace ze styroporu. Tím je možné podstatné snížení tlouštěk tepelných izolací střech, fasádních ploch a stropních konstrukcí. Tyto materiály se skládají z anorganických, silikátových substancí. Základní hmotou je vysoce disperzní kyselina křemičitá. Ostatní součásti jsou například různé kalící přísady k minimalizaci účinků infračerveného záření a jiné.
Princip vakuové izolace
Myšlenka a princip vakuových izolačních panelů je velmi prostá. Vzduch je sice dobrý izolant, ale vakuum je podstatně lepší. Pokud nemáte nic (v tomto případě ani vzduch), co by přenášelo teplo vedením, bude se teplo šířit sáláním. Přenos tepla sáláním je méně efektivní než vedením, a vakuová izolace tak izoluje lépe než tradiční izolační materiály. Poklesem vnitřního tlaku vakuováním se snižuje počet molekul vzduchu v materiálu.
Vakuový panel je tvořen jádrem (představme si jej jako krystalickou síť tvořenou z velmi tenkých vláken, nejčastěji oxidu křemičitého), které je schopno zajistit panelu stálý tvar, aniž by došlo k jeho zborcení. Z této vysoce porézní struktury jádra, chráněného vnějším obalem, je odčerpán vzduch, a čím méně jej v panelu zůstane, tím lépe.
Materiály pro vakuovou izolaci
Jako izolační jádra jsou vhodné různé druhy materiálů, například lisované anorganické prášky na bázi silikátů. Póry jádrového materiálu jsou tak malé (méně než 0,5 μm), že v pórech uzavřený vzduch se jen stěží může pohybovat a tím může transportovat jen minimální množství tepla.
Materiál je slisován do tvaru desky a obalen převážně vícevrstvými foliemi z umělých hmot potaženými velice tenkým kovovým filmem, nejčastěji z hliníku. Tloušťka vrstvy hliníku se pohybuje mezi 50 nm (u metalizované folie) a 10 μm u kovové folie. Přednostně se proti prostupu plynů ochranou vrstvou používá hliníku pro jeho snadnou dostupnost a přijatelnou cenu. Vnější obal vakuového panelu musí proto být pevný a neprodyšný, a proto je z plastu (PE), který je navíc pokoven slabou vrstvou hliníku.
Čtěte také: Efektivní pokládka velkých dlaždic
Ve stavebnictví je zatím používáno převážně izolační jádro z pyrogenního silikátového prášku (písek v nejjemnější formě). Pro vakuované izolační jádro u prvků VIS (Vacuum - Insulating - Sandwich), které jsou chráněny obalem z nerezavějící oceli, se používá mikroporézní extrudovaný polystyrén nebo pyrogenní kyselina křemičitá v práškové formě, lisovaná do pevných desek.
Jádrový materiál z lisované kyseliny křemičité je vhodný pro vysoké teploty okolí až do 1000 °C. Omezení v použití za zvýšených teplot je dáno vakuovacím obalem z kombinovaných folií. Podle druhu obalových materiálů udávají výrobci maximální teplotu při trvalém nasazení mezi 80 až 88 °C, krátkodobé zvýšení teploty na 120 °C probíhá bez ztráty funkčních vlastností.
Vlastnosti vakuových izolačních panelů (VIP)
Hlavním přínosem vakuové izolace je velmi nízký koeficient prostupu tepla λ, který se u kvalitních panelů pohybuje okolo 0,004 W/mK. Oproti klasickým izolacím, jako je polystyren nebo minerální izolace, se jedná o desetkrát lepší hodnotu.
Vakuové izolační panely (VIP) jsou tenké desky tvořené jádrem z mikroporézního materiálu, který je hermeticky uzavřen do vícevrstvé fólie a zbaven vzduchu. Tloušťka 20 mm VIP panelu je ekvivalentem cca 0,35 W/m²K (běžná izolace by pro stejný výkon potřebovala 10-15 cm). VIP panely umožňují splnit normy i tam, kde by to s běžnými materiály nebylo technicky možné. Při neporušeném stavu se udává λD = 0,004 W/(mK), po 25 letech životnosti λD = 0,008 W/(mK). Při těchto hodnotách je možné použít k izolování stěny na úroveň pasivního domu pouze 6 centimetrů široký panel.
Povrchové úpravy a ochranné vrstvy
Vakuové panely jsou citlivé na mechanické poškození, proto se často dodávají s ochrannými nebo designovými krycími vrstvami. Jádro z VIP je oboustranně oplášťováno 4 mm deskami z polyesterových vláknitých materiálů. Desky s oplášťováním plní současně i funkci rozdělení užitného zatížení podlahové plochy a splňují požadavky na provozní zatížení 3,5 kN/m² (podle DIN 1055). Oplášťování jádra dvěmi vrstvami polyesterových vláknitých desek tloušťky cca 4 mm, vyráběnými z recyklovaných materiálů, také chrání panely.
Čtěte také: faktor difuzního odporu
Použití a aplikace vakuové izolace
Je v současné době ve stavebnictví všude tam, kde je při nedostatku místa a prostoru potřebné dosažení vysoké tepelné izolace. Vakuová izolace se používá zejména v chladírenském průmyslu pro uchovávání potravin v mrazicích a chladicích boxech. Obecně, použití vakuových izolačních panelů dává smysl v případech, kdy potřebujeme kvalitně zaizolovat plochu budovy a přitom použít co nejtenčí vrstvu izolace.
Tloušťka vakuovaného izolačního panelu se podstatně neodlišuje od tloušťky izolačního panelu okenních zasklení. Vakuové panely se používají často při řešení náročnějších detailů, především izolace ostění oken nebo parapetů. Vakuové panely jsou vhodné především pro podlahové systémy, střechy, balkony a terasy, pro izolaci střešních oken a vnějších stěn. Také se uplatní zejména v místech, kde je nedostatek prostoru pro použití jiné izolace s násobně větší tloušťkou.
Příklady aplikací
- Podlahové konstrukce: V současné době je použití VIP v podlahových konstrukcí staveb technicky výhodné především při sanacích budov, protože u tradičních konstrukcí podlah umožní snížení výšky až o 8 cm. Balkony a terasy jsou citlivým místem stavební konstrukce z tepelně-technického hlediska. Vakuová izolace dokáže tento problém vyřešit při minimálním nárůstu tloušťky konstrukce. VakuPRO® TER je vakuová izolace s unikátními vlastnostmi a je nejvhodnější varianta pro tepelnou izolaci teras.
- Rekonstrukce a sanace: Obzvláště zjevné je to u rekonstrukcí, kde použití standardní izolace vyžaduje oboustrannou aplikaci, což konstrukci neúměrně zatěžuje a prodražuje, zároveň hrozí rizikem kondenzace par. Kingspan Optim-R nabízí výjimečnou tepelnou izolaci při nepatrném navýšení tloušťky konstrukce, navíc aplikované pouze v úrovni podlahy. Jako logické se jeví využívání vakuové izolace například při sanacích a rekonstrukcích starších objektů.
- Bezbariérové přístupy: Umožňují bezbariérový přístup na plochu terasy (zařízení pro tělesně postižené). Použití tradičních izolací by snížením průjezdné výšky omezilo jejich funkční užívání.
Instalace vakuových izolačních panelů
Vakuové izolační panely se pokládají podobně jako plovoucí podlaha, tedy bez lepení, nebo se naopak lepí pomocí tmelu. Izolační panely se pokládají na suchý, rovný a čistý povrch a v případě vodorovného použití panelů je třeba použít roznášecí vrstvu (například podlahové OSB desky nebo sádrovláknité podlahové dílce).
Panely není možné v ploše řezat ani aplikovat mechanické kotvy skrz panely. Pro upevnění panelů k podkladu se používá stabilizace přitížením. Vakuové izolační panely není možné při pokládání „zaříznout“ dle potřeby, protože každé narušení ochranné fólie panelu znamená zničení vakua a tedy jeho izolačních vlastností. Z tohoto důvodu se panely pro tyto účely vyrábí přímo na míru. Panely se vyrábí ve standardních rozměrech jako 600/1200 mm nebo 600/600 mm, ale i v případě jejich použití na větší plochu je třeba okrajové panely vyrobit na míru. Proto je třeba počítat s přesným kladečským plánem a panely pečlivě očíslovat.
Jako nevýhodu lze vnímat fakt, že vakuové izolační panely není možné při pokládání „zaříznout“ dle potřeby, protože každé narušení ochranné fólie panelu znamená zničení vakua a tedy jeho izolačních vlastností. Z tohoto důvodu se panely pro tyto účely vyrábí přímo na míru.
Čtěte také: Kingspan OPTIM-R pro moderní stavby
Produkty a dodavatelé
- Kingspan Optim-R: Společnost Kingspan Group se specializuje na výrobu tepelných izolací na bázi PIR, fenolických pěn a vakuových izolací. Kingspan Optim-R je panel s vakuovou izolací (vacuum insulation panel neboli VIP), který poskytuje třikrát lepší izolační vlastnosti ve srovnání s fenolickou pěnou či PIR a až šestkrát lepší vlastnosti než minerální vlna či EPS. Vynikající hodnoty deklarovaného součinitele tepelné vodivosti (λ = 0,007 W/(mK)) dosahuje OPTIM-R i po 25letém životním cyklu v aplikaci (ověřeno zkouškou vlivu zrychleného laboratorního stárnutí). Základní izolační panely Optim-R doplňují panely Optim-R flex a Optim R-fix, k výplni mezer mezi panely a konstrukcí a k upevnění vakuových panelů ke konstrukci.
- VakuPRO®: VakuPRO® je vysoce efektivní izolace se součinitelem tepelné vodivosti λ = 0,007 W/(mK) a dokáže zajistit dostatečnou tepelněizolační funkci i v tenké vrstvě. Pro tepelnou izolaci teras je nejvhodnější varianta VakuPRO® TER. Jednotlivé panely této varianty jsou opatřeny pryžovou vrstvou tl. 3 mm na spodní straně a PUR deskou. Pro okrajovou část zateplované plochy jsou k dispozici panely VakuPRO® opatřené 50 mm PUR lemu na stranách.
- THERMOSILENT (Polywert GmbH a Poretex - Daemmstoffe): Systém sendvičových panelů vyvinutý ve spolupráci firem Polywert GmbH a Poretex - Daemmstoffe (SRN) je přihlášen k patentování. Základním prvkem panelů je vakuované jádro VIP ve svařené ochranné folii s obchodním označením THERMOSILENT. Jádro vakuovaných izolačních desek je nehořlavé a vyhovuje požadavkům IMO FTPC - část 1 a DIN ISO 4102, část 1, třídě A 1.
Srovnání s tradičními izolacemi a ekonomické hledisko
An 8 to 10 times higher thermo-insulating effect is reached with vacuum insulating materials than with commonly used insulations e.g. from a rockwool or polystyrene. Such effective insulations cannot be reached with any other insulation materials in an existing state of technology.
Ve srovnání s tradičními izolačními materiály jsou VIP stále ještě poměrně drahé. Ve většině dostupných zdrojů se uvádí, že cena vakuových izolačních panelů je oproti standardním izolacím podstatně vyšší. Po průzkumu dostupných (zejména zahraničních informačních zdrojů) jsme dopátrali ceny cca 1250-1750 Kč/m² za vakuový izolační panel tloušťky 25 mm. Na českém trhu nabízí 20mm vakuový panel za cenu okolo 2500 Kč/m².
V současné době je největší nevýhodou vakuových izolačních panelů jejich vysoká cena společně s chybějící možností rozměrových úprav při montáži. Pokud tedy vzroste poptávka po tomto materiálu na trhu, je pravděpodobné, že postupně klesne jeho cena, rozhodně však ne na úroveň klasických izolačních materiálů.
| Materiál | Tepelná vodivost (λ) | Poznámky |
|---|---|---|
| Vakuová izolace (VIP) | 0,004 - 0,008 W/(mK) | Extrémně nízká tepelná vodivost, tenké tloušťky, vyšší cena |
| Polystyren (EPS) | 0,031 - 0,036 W/(mK) | Běžně používaný, cenově dostupný |
| Minerální vlna | 0,035 - 0,040 W/(mK) | Nízký difúzní odpor, paropropustná |
Budoucnost vakuové izolace
Výzkum a vývoj v použití inovativní technologie VIP probíhá nadále intenzivně pro různé možnosti uplatnění ve stavebnictví. Revoluční inovativní technologie vakuovaných tepelně izolačních desek dosáhne jistě v blízké budoucnosti dalšího rozšíření a uplatnění. Do vývoje této dynamicky se rozvíjející technologie by se měly zapojit i české firmy, snad i s podporou státních organizací a možná i Evropské unie. Některé firmy v SRN hledají spolupráci a snad ji i v ČR najdou.
tags: #vakuova #izolace #lepeni #metody #materialy