KAPITOLA 13: TEPELNÉ IZOLACE Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
KAPITOLA 13: TEPELNÉ IZOLACE KLÍČOVÉ POJMY: tepelná izolace, pěnový polystyren, extrudovaný polystyren, pěnový polyuretan, pěnový polyizokyanurát, fenolická pěna, pěnové sklo, aerogelová izolace, vakuová izolace, minerální vata, skelná vata, dřevovláknitá izolace, konopí, sláma, celulóza.
Cíle kapitoly: seznámit se s druhy tepelné izolace a výrobků z nich.
KAPITOLA 13: TEPELNÉ IZOLACE • Použití tepelných izolací ve stavebních konstrukcích je osvědčený způsob jak zabránit únikům tepla během zimních měsíců, ale také způsob jakým chránit vnitřní prostor proti nadměrnému přehřívání v letních měsících. • Tepelné izolace se používají na izolace střech, podlah, stropů, fasád, příček a podhledů. V některých případech můžou teplené izolace převzít i funkci izolace akustické. • Tepelné izolace rozdělujeme dle použitého materiálu, na tepelné izolace polymerové, minerální a přírodní.
13.1 ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI IZOLAČNÍCH MATERIÁLŮ • Tepelná vodivost λ (lambda) [W/m.K+ udává, jak rychle se projeví zahřátí o 1°C jedné strany materiálu o tloušťce 1 m, na jeho straně druhé. Čím nižší je hodnota, tím je materiál lepším izolantem. • Objemová hmotnost (hustota) ρ *kg/m³+ má spolu s měrnou tepelnou kapacitou hlavní podíl na tepelné akumulaci izolační vrstvy. Čím vyšší je hustota a měrná tepelná kapacita, tím vyšší je tepelná akumulace a tedy i teplotní setrvačnost. • Měrná tepelná kapacita c [J/kg.K+ udává množství energie, které je potřeba aby se ohřál 1 kg materiálu o 1°C. • Tepelná jímavost udává tepelnou akumulaci materiálu.
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Expandovaný polystyren (pěnový polystyren), (PPS, EPS) • Největší využití expandovaného polystyrenu je pro dodatečné zateplení fasád. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,039 – 0,037 • Faktor difusního odporu µ: 20-40 • Třída reakce na oheň: E • Výhody: cena, snadná opracovatelnost • Nevýhody: větší objemové změny, nižší odolnost vůči vyšším teplotám, zákaz aplikace ve vyšších podlažích – požární důvody.
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Expandovaný polystyren (pěnový polystyren), (PPS, EPS) tzv. šedý nebo černý polystyren • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,032 – 0,031 • Faktor difusního odporu µ: 20-40 • Třída reakce na oheň: E • Výhody: lepší tepelně izolační vlastnosti o 15-20% oproti expandovanému polystyrénu, pevnost • Nevýhody: cena, vyšší požadavky na provádění (technologie) • Vylepšených tepelně izolačních vlastností je dosaženo přídavkem uhlíkových nanočástic.
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Extrudovaný polystyren (XPS) Využívá se především k izolaci základů, nebo ve skladbách střech s obráceným pořadí vrstev. Materiál má uzavřené póry, je proto nenasákavý a lze ho použít ve vlhkém prostředí. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,035 • Faktor difusního odporu µ: 100-200 • Třída reakce na oheň: C1 • Výhody: lepší mechanické vlastnosti než PPS, velmi nízká nasákavost, snadná opracovatelnost • Nevýhody: vyšší cena, objemové změny
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Pěnový polyuretan (PUR) Jedná se o vysoce účinnou tepelnou izolaci s velmi nízkým součinitelem tepelné vodivosti. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,028-0,022 • Faktor difusního odporu µ: 30-100 • Třída reakce na oheň: E-B2 • Výhody: nízká nasákavost, vysoká pevnost, výborné tepelně izolační vlastnosti, vysoká přilnavost k podkladu • Nevýhody: vyšší cena, neodolává UV záření (nutný ochranný nátěr), při provádění nutné vhodné klimatické podmínky
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Polyizokyanurát (PIR) Jedná se o vysoce účinnou tepelnou izolaci s velmi nízkým součinitelem tepelné vodivosti. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,022 • Faktor difusního odporu µ: 35 • Třída reakce na oheň: B2 • Výhody: nulová nasákavost, vyšší pevnost než PUR, výborné tepelně izolační vlastnosti, vysoká přilnavost k podkladu • Nevýhody: vyšší cena, neodolává UV záření (nutný ochranný nátěr), při provádění nutné vhodné klimatické podmínky
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Pěnové sklo Vyrábí se ze speciálního hlinitosilikátového skla, rozemletého na prášek a smíchaného s velmi jemným uhlíkovým prachem. využívá se především v energeticky úsporných či pasivních domech pro izolaci spodní stavby a pro přerušení tepelného mostu. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,038 • Třída reakce na oheň: A1 • Výhody: nenasákavé, vysoká pevnost v tlaku, nehořlavé, biologicky a chemicky odolné, beze změn odolává extrémním teplotám, plně recyklovatelné • Nevýhody: vyšší cena, velký difusní odpor
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Fenolická pěna vyrábí se napěněním fenolformaldehydových pryskiřic Používá se pro zateplení fasád u rekonstrukcí či v detailech, kde není místo na velkou tloušťku izolantu • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,024-0,018 • Faktor difusního odporu µ: 35 • Třída reakce na oheň: B • Výhody: výborné tepelně izolační vlastnosti, vysoká odolnost v tlaku, odolná proti alkáliím • Nevýhody: vysoká cena
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Aerogelové izolace • Aerogel je porézní ultralehký materiál vyráběný odstraněním kapalné části z gelu. • Vnitřní struktura aerogelu se skládá z křemičitých dutých koulí o velikosti řádově několika nanometrů. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,012-0,016 • Dobře tlumí vibrace a zvuk. • Materiál má 40krát lepší izolační vlastnosti než sklo a přitom váží jen tisícinu jeho hmotnosti. • Jeho průmyslovému používání brání zejména fakt, že při styku s vodou se mění opět na gel.
13.2 POLYMERNÍ MATERIÁLY Vakuová izolace (VIP) Na první pohled se jedná o trochu kosmický materiál, pro jeho lesklý povrch, který tvoří ochranná fólie. Z vysoce porézní struktury jádra chráněného vnějším obalem je odčerpán vzduch, a čím méně jej v panelu zůstane, tím lépe. koeficient prostupu tepla λ (W/mK): 0,006-0,008 20 mm vakuového izolačního panelu má srovnatelný tepelný odpor jako 200 mm minerální izolace. Použití vakuových izolačních panelů dává smysl v případech, kdy potřebujeme kvalitně zaizolovat plochu budovy a přitom použít co nejtenčí vrstvu izolace.
13.3 NEROSTNÉ MATERIÁLY Minerální / skelná vata Kamenná vata – z vulkanické horniny Skelná vata – z písku nebo recyklátu skla provedení deskové nebo ve formě foukané • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,030 – 0,042 • Faktor difusního odporu µ: 1 • Třída reakce na oheň: A1 Výhody: možnost aplikovat do libovolné výšky budovy, odolnost vůči mikroorganismům, recyklovatelnost odpadu, dlouhá životnost
Nevýhody: nevhodné do vlhkého prostředí, vyšší cena v porovnání s polystyrenem
13.4 PŘÍRODNÍ MATERIÁLY Dřevovláknité izolace Dřevovláknité desky jsou vyráběny z dřevní hmoty - dřevních vláken. Dřevovláknitá izolace má široké spektrum využití, a to například v interiéru, na střechách, na fasádu či k zateplení stěn, podlahy.
• Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,039 – 0,048 • Faktor difusního odporu µ: 2-5 • Třída reakce na oheň: E Vhodný materiál při realizaci difúzně otevřeného systému Nevýhody: pořizovací cena, větší objemová hmotnost
13.4 PŘÍRODNÍ MATERIÁLY Konopí Konopí patří mezi velmi využívané technické rostliny. Jeho největší předností je rychlá obnovitelnost. Z vláken této rostliny jsou vyráběny konstrukční desky i tepelněizolační materiály ve formě desek či rouna. Používá se i konopná foukaná sypká izolace. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,04 Uchovávají si dlouhodobě své vlastnosti, jsou pevné, odolné proti vlhkosti, nehrozí ani napadení škůdci či hnilobou. Jsou paropropustné, v konstrukci navíc fungují jako savý papír – vlhkost pohltí a rozšíří, aniž by byly mokré.
13.4 PŘÍRODNÍ MATERIÁLY Celulóza Celulózové tepelněizolační materiály se vyrábějí z recyklovaného novinového papíru. Izolace je aplikována foukáním, lze jí vyplnit jakékoli, i obtížně dostupné dutiny.
Při použití tohoto materiálu je nutné počítat s takzvaným „sedáním”, při aplikaci je proto nutné hmotu zhutnit. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,039 v konstrukci se chová jako savý papír, to znamená, že na sebe naváže vlhkost ze zdiva a rovnoměrně ji předá dál.
13.4 PŘÍRODNÍ MATERIÁLY Sláma Sláma je jeden z nejobvyklejších stavebních i tepelněizolačních materiálů našich předků a její obliba v současnosti opět roste. Ke slovu přichází zase ve všech oblastech – jako součást zdících materiálů – nepálených cihel, případně hliněných omítek, jako střešní krytina, tepelná izolace, případně i součást nábytku. Podstatnou nevýhodou je nízká odolnost proti vlhkosti, slaměnou izolaci je proto nutné před ní dobře chránit, například omítkou či obkladem. • Součinitel tepelné vodivosti (W/mK): 0,1
OTÁZKY A ÚKOLY Použití pěnového polystyrénu ve stavbách? Jaký je rozdíl mezi pěnovým a extrudovaným polystyrénem? Jaké je využití fenolické pěny pro dodatečné zateplení objektů? Co je to aerogel? Jaké jsou výhody dřevovláknité izolace?
