NPS. Nízkoenergetické a pasivní stavby. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

Transkript

1 Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích NPS Nízkoenergetické a pasivní stavby Přednášky: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Cvičení: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Garant: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Katedra stavebnictví

2 Obvodové konstrukce V našich klimatických podmínkách platí skutečnost, že po dobu většího počtu dní během roku jsou teploty vnitřního vzduchu v interiérech budov vyšší, než teploty venkovního vzduchu. Z této skutečnosti se pak vychází při návrhu obvodových konstrukcí. Střechy a svislé obvodové konstrukce se navrhují a posuzují z hlediska: 1. Návrhových teplot a relativních vlhkostí venkovního vzduchu (θ e, φ e ). 2. Návrhových teplot a relativních vlhkostí vnitřního vzduchu (θ i, φ i ). K difúzi vodní páry skrze střechu a svislé obvodové konstrukce dochází po dobu většího počtu dní v roce směrem z interiéru do exteriéru. 2

3 Obvodové konstrukce Veškeré střechy a svislé obvodové konstrukce se tedy v našich klimatických podmínkách navrhují na základě dvou předpokladů: 1. Teploty vnitřního vzduchu v interiérech budov jsou vyšší než teploty venkovního vzduchu (θ i > θ e ). 2. Parciální tlaky vodní páry obsažené ve vzduchu v interiérech budov jsou vyšší než parciální tlaky vodní páry obsažené ve vzduchu v exteriéru (p di > p de ). Pro konstrukční návrh obvodových konstrukcí z toho vyplývají následující dvě konstrukční zásady: 1. Tepelný odpor R střechy či svislé obvodové konstrukce se musí směrem od interiéru k exteriéru zvyšovat. 2. Difúzní odpor R d, resp. ekvivalentní difúzní tloušťka r d, střechy či svislé obvodové konstrukce se musí směrem od interiéru k exteriéru snižovat. 3

4 Obvodové konstrukce Testovaný vzorek zahrnuje 150 energeticky pasivních objektů, u kterých jsou známy sledované parametry tepelné izolace obvodového pláště. Realizace v letech 2004 až

5 Obvodové konstrukce Testovaný vzorek zahrnuje 150 energeticky pasivních objektů, u kterých jsou známy sledované parametry tepelné izolace obvodového pláště. Realizace v letech 2004 až Stavební materiál Absolutní četnost Relativní četnosti Stěna Lehký dřevěný skelet % Konstrukce SWP % Dřevěné sendvičové panely % Vápenopískové tvárnice % Železobeton ve ztraceném 10 7 % bednění Pórobetonové tvárnice 9 6 % Keramické tvárnice 1 1 % Jiné, nespecifikováno 6 4 % 5

6 Lehký konstrukční systém Lehké konstrukce dřevostavby Dostatečné tepelně-izolační vlastnosti při menších tloušťkách stěn Výhodou rychlost výstavby, menší pracnost a obvykle i nižší cena Použití dřeva je ohleduplné k ŽP a také k následné likvidaci Nevýhodou nižší akumulační schopnost (rychlé ohřátí a vychladnutí) Dřevostavby nevyžadují většinou příliš staticky únosné základy (patky) možnost umístěné konstrukce nad terénem odvětrávaný montážní prostor pod objektem odpadá nutnost hydroizolace, snížení radonového rizika 6

7 Dřevostavby - Fošnové konstrukce Nebo také lehký dřevěný skelet (sloupkový systém) Tradiční systém, používaný v celém světě (Sev. Amerika) Svislé dřevěné prvky staticky spolupůsobí s velkoformátovými deskami (OSB) Systém Two by Four původní rozměry cca 50 x 100 mm Nejčastěji využívají sloupky o rozměru: 160/60, 180/60, 200/60 Sloupky osově umístění s roztečí 625 mm. Svislé prvky jsou nejčastěji fošny z masivního dřeva (TM) Kombinované I nosníky (Steico), pásnice ze dřeva, stojina např. OSB Žebříkové nosníky (stojina z desky přerušená) Rám z nosných prvků se opláští konstrukční nosnou deskou, která zajistí tuhost celé konstrukce 7

8 Dřevostavby Fošnové konstrukce 8

9 ENS Dřevostavby Fošnové konstrukce 9

10 Dřevostavby - Fošnové konstrukce Původní standardní řešení řešení: Z vnější strany rošt a obklad či tvrdé tepelně izolační desky a omítka OSB desky z vnější strany Prostor mezi sloupky se vyplní izolací (minerální vlna, foukaná TI) Překrytí parozábranou Instalace roštu s tepelnou izolací a doplnění vnitřní obkladem Problematické díky citlivosti na kvalitnímu provedení parozábrany v ploše i ve spojích. 10

11 Dřevostavby - Fošnové konstrukce Nyní se preferuje systém s OSB deskami z interiéru Zde je za splnění podmínek možné vynechat parozábranu Použití kvalitních OSB desek (nejlépe na P+D), spoje přelepit vhodnou páskou!!! Z venkovní strany může být základní konstrukce doplněná deskami s nižším difuzním odporem (minerální vláknité desky) 11

12 Dřevostavby Panelový systém Systém prefabrikace montovaných dřevostaveb představuje úsporu času a přesnější výrobu stavebních dílců Výhodou krátký čas výstavby, nezávislost na počasí Nutnost použití těžké techniky při montáži Panely bývají na celou výšku nebo délky obvodové stěny 12

13 Masivní dřevěné panely Velkoformátové masivní panely z křížem vrstveného masivního dřeva (CLT cross laminated timber) např. NOVATOP SOLID Panely se vyrábí z vysušených smrkových lamel skládaných do vrstev, orientace vláken jednotlivých vrstev je vždy kolmá k sousedním vrstvám. Počet vrstev různý (konečnou tloušťku panelu) Pro stěny: 62, 84 (42/42), 124 (62/62) mm Pro stropy: 81 (27/27/27), 84 (42/42), 116 (27/62/27) mm 13

14 Dřevostavby Masivní panely 14

15 Dřevostavby Masivní panely 15

16 Masivní zděné konstrukce Masivní (těžké) konstrukce zděné stavby V současnosti převažují stavby z keramických pálených materiálů Tradice keramických pálených bloků je velmi silná Možnost použití cihel a bloků nejrůznějších materiálů: Keramické Vápenopískové Betonové Lehčené silikátové Z hlediska akumulace tepla a akustického útlumu volíme materiály s větší objemovou hmotností a pevností (i při mále tloušťce statická únosnost) Z vnější strany zateplujeme materiály s velkou tepelně izolační schopností 16

17 Masivní zděné konstrukce Tloušťka cca 240 mm u keramiky, tvarovek z lehčeného betonu Tloušťka cca 120 mm u ŽB monolitu nebo betonových prefabrikátů Vnější část nosné stěny doplněna tepelně-izolační vrstvou: Kontaktní zateplovací systémy Větraným vnějším pláštěm, roštem a tepelnou izolací Méně často sendvičová konstrukce s režného zdiva 17

18 Masivní zděné konstrukce Možnost využití keramických tvarovek s dutinami vyplněných izolačními hmotami Vhodné využít zejména v kombinaci s dodatečnou tepelnou izolací U jednovrstvé konstrukce je nutno velmi dobře posoudit případné detaily problematických míst u napojení s jinými konstrukcemi 18

19 Tepelné izolace Tloušťka izolace při vnějším zateplení masivní stavby na úroveň běžnou u pasivních domů U = 0,12 W/(m².K). Nosnou vrstvu tvoří vápenopískové cihly tloušťky 175 mm 19

20 Tepelné izolace Rozdělení tepelně izolačních materiálů Pěnoplastické látky Pěnové polystyreny, extrudované polystyreny, pěnové polyuretany, Vláknité materiály Skleněná, minerální, syntetická vlákna, izolace na bázi ovčí vlny Pěněné silikáty pěnové sklo Minerální materiály expandovaný perlit, expandovaný vermikulit,... Organické materiály Materiály na bázi dřeva, přírodních vláken, celulózových vláken Materiály nové generace kalciumsilikáty, vakuové izolace, aerogel 20

21 Skupina materiálů NPS Pěnoplastické látky Vláknité materiály Tepelné izolace Materiál v [kg.m -3 ] [W.m -1.K -1 ] pěnové polystyreny 30 0,035 extrudované polystyreny 30 0,030 pěnové polyuretany 35 0,027 pěnové polyethyleny 25 0,026 pěněné pryskyřice 40 0,040 pěněné PVC 60 0,043 skleněná vlákna 50 0,038 minerální vlákna 75 0,037 syntetická vlákna 160 0,065 izolace na bázi ovčí vlny 30 0,039 Pěněné silikáty pěnové sklo 120 0,044 Minerální materiály Materiály na bázi dřeva a přírodních vláken Materiály na bázi celulózových vláken expandovaný perlit 75 0,060 expandovaný vermikulit 100 0,065 strusková pemza 500 0,130 keramzit 350 0,110 piliny a mineralizované hobliny 140 0,060 sláma a rákos 70 0,050 korek a korkové desky 150 0,058 dřevovláknité a dřevotřískové desky 400 0,092 drcený mineralizovaný papír 30 0,039 desky z asfaltového papíru 60 0,065 Materiály nové kalciumsilikáty 300 0,063 21

22 Tepelné izolace Expandovaný pěnový polystyren (EPS) Vynalezen 1949 v Německu Fritz Stastny Stále nejrozšířenějším a nejpoužívanějším izolantem Přidáním retardérů hoření se zajišťuje samozhášivost Velmi dobré mechanické vlastnosti Velmi dobré tepelně technické a akustické vlastnosti Vzniká vypěňováním do forem jako produkt polymerace styrenu Základní surovina: zpěňovatelný polystyren Perly obsahující 6-7 % pentanu (nadouvadlo) HC CH 2 CH CH 2 CH 2 CH CH CH 2 CH polymerizace 3 fáze výroby: Předpěnění Meziuskladnění Výroba 22

23 Tepelné izolace Surovina Meziuskladnění Předpěnění Výroba desek Výroba tvarovek Výroba pásů Lisování bloků Lisování tvarovek Tažení pásu Řezání desek EPS desky EPS tvarovky EPS pásy 23

24 Tepelné izolace Expandovaný pěnový polystyren (EPS) Základní fyzikální a mechanické vlastnosti: Odolává teplotám od -150 C do +80 C Dlouhodobě neodolává účinkům UV záření Vykazuje v poměru k velmi nízké objemové hmotnosti velmi vysoké mechanické vlastnosti Pevnost v tlaku kpa při 10% deformaci Pevnost v tahu přes 100 kpa Objemová hmotnost kg/m 3 Nerozpustný ve vodě, nenabobtnává Max. objemová nasákavost 3 5 % Faktor difúzního odporu Reakce na oheň dle ČSN EN třída B EPS vykazuje velmi vysokou pórovitost - objem je tvořen: 2 % polystyrenu a z 98 % vzduchu 24

25 Tepelné izolace Expandovaný pěnový polystyren (EPS) Ve stavitelství se používají 4 základní typy: Z (základní) nízká přesnost desek, použití u podlah S (stabilizovaný) použití ve střechách F (fasádní) vysoká přesnost desek, tolerance 2 mm na 0,5 m, zateplovací systémy Perimeter desky minimálně nasákavé a mrazuvzdorné, uzavřená struktura, vhodné v místech při možném kontaktu s vodou (sokl) Typ polystyrenu se označuje např. EPS 70 S. Číslo udává pevnost v tlaku v kpa. Běžně jsou k dostání polystyreny tříd 50, 70, 100, 150, 200 a

26 Tepelné izolace Expandovaný pěnový polystyren (EPS) Materiál běžně dosahuje hodnot deklarovaného součinitele tepelné vodivosti λ D = 0,036 W/(m.K) pro EPS 100. Dnes se už častěji používá polystyren s příměsí grafitu, který dosahuje hodnot λ D až 0,031 W/(m.K). cca o 20 % menší tloušťka TI Expandovaný polystyren nelze dlouhodobě vystavit vlhku ani účinkům UV záření a je omezená i jeho pevnost. 26

27 Tepelné izolace Expandovaný pěnový polystyren (EPS) U novostaveb se EPS upevňuje při dostatečně soudržném podkladním materiálu, rovinatosti a výšce objektu do 8 m nejčastěji celoplošným lepením bez mechanického kotvení V ostatních případech a u rekonstrukcí je nutné desky mechanicky kotvit hmoždinkami Běžné talířové hmoždinky procházející izolantem jsou dražší a kvůli nutnosti zapouštět je do izolantu a následně překrýt izolační zátkou i pracnější 27

28 Tepelné izolace U nerovných a nesoudržných podkladů je možno využít tzv. lepící kotvy Kotva se zakotví hluboko do nosné konstrukce, na talíř kotvy se následně lepí izolační vrstva kotva neprochází vrstvou tepelné izolace 28

29 Tepelné izolace Minerální vlna (MW) Po EPS druhou nejrozšířenější variantou tepelné izolace Vyrábí se průmyslovým tavením hornin (čedič, křemen, ) Podle suroviny kamenná nebo skelná minerální vlna Pojivem nejčasněji formaldehydové pryskyřice nahrazovány!!! Desky jsou hydrofobizované, ale nelze je trvale vystavit vlhku Běžně dosahují tepelné vodivosti λ D mezi 0,035 0,040 W/(m.K) Výhodou nehořlavost a odolnost vůči vysokým teplotám Nízký difuzní odpor a tím vysoká paropropustnost (větrané fasády) Aplikace klasickým kontaktním způsobem (lepení a kotvení) nebo vkládání desek či foukání do roštů Násákavost nutno chránit zhoršení hodnot tepelné vodivosti 29

30 Tepelné izolace Celulóza Tepelná izolace z celulózových vláken vyrobená recyklací papíru Papír se rozmělní a rozvlákní, následně se přimíchají přísady proti hnilobě, požáru a hlodavcům Aplikace pomocí strojního foukání za sucha (půdy) nebo objemovým plněním do připravených dutin nutno počítat se zhutněním Při aplikaci nevzniká žádný odpad U volného foukání cca 30 kg/m 3, u foukání do dutin od 70 kg/m 3 Celulóza dosahuje podle způsobu aplikace a objemové hmotnosti hodnot λ D = 0,035 0,042 W/(m.K), Navíc má nízký difuzní odpor 30

31 Tepelné izolace Celulóza Z hlediska klasifikace celulózových vláken dle reakce na oheň (ČSN EN ) jsou dány jejich vlastnosti přídavkem pojiva a obsahem boritých solí: Suchý materiál: C Nastříkaný s pojivem Karsil - E 01: B Nastříkaný s pojivem Sokrat 2802A: D Objemová hmotnost celulózových vláken: Volně uložených kg/m 3 Strojně uložených kg / m 3 U nástřiků s vodou nebo pojivy kg/m 3 31

32 Tepelné izolace Celulóza Tepelně izolační parametry Součinitel tepelné vodivosti Volně ložený nebo mírně zhutněný zásyp λ= 0,037 W/(m.K) Nástřiku s vodou λ= 0,039 W/(m.K) Nástřiku s pojivem λ= 0,042 WW/(m.K) Faktor difúzního odporu Násyp z celulózových vláken 1,5 3 Při použití pojiva 2 4 Nevýhody: vyšší navlhavost 16,6 % (20 C, 90 %) 32

33 Tepelné izolace Izolace z dřevitých vláken, konopí a lnu Desky z dřevitých vláken jsou ekologické a šetrné k ŽP Při výrobě se používá jen minimální množství lepidla Díky vysoké měrné tepelné kapacitě (2100 J/(kg.K) zabraňují přehřívání interiéru v letních měsících Desky jsou paropropustné Hodnota λ D se pohybuje v rozmezí 0,038 0,050 W/(m.K) 33

34 Tepelné izolace Izolace z dřevitých vláken, konopí a lnu U přírodních rostlinných vláken je důležitý způsob rozvlákňování, které může probíhat: Mechanicky (suchým nebo mokrým způsobem) Chemicky Pomocí speciálních technologií (například pomocí tlakových šoků) Klíčová je zde především míra rozvláknění na primární/elementární vlákna, a také chemická čistota vláken (odstranění nečistot např. tuků z živočišných vláken apod.) Obecně existují tři základní technologie výroby: Mechanické pojení (technologie vpichování, proplétání, zpevňování paprsky vody) Chemické pojení Termické pojení (pojení pojivovými bikomponentními vlákny, technologie kolmo kladených netkaných textilií - technologie Strutto) 34

35 Tepelné izolace Izolace z dřevitých vláken, konopí a lnu Len 100% přírodní, pěstovaný v našem klimatu, dobré izolační vlastnosti Na trhu ve 3 formách: volně sypaný, plsť, desky Nevýhody: lněná vlákna hořlavá, snadno se lámou Pro omezení lámavosti přidání polyesterových vláken Konopí Podobné vlastnosti jako len Omezuje navíc hluk a vibrace Desky sendvičového typu Tepelná a zvuková izolace 35

36 Tepelné izolace Rákos Tradiční stav. materiál, oproti slámě tvrdší a odolnější, nepodléhá biologickému rozkladu, snížené riziko samovznícení Použití: došky snopky z žitné slámy, rákosu nebo kukuřice Korek Lehký, pružný, odolný vůči H 2 O, plísním, chemikáliím Odolný vůči mech. tlaku, tlumí hluk vibrace Použití: podlahy Součinitel tepelné vodivosti 0,04 0,10 W/(m.K) 36

37 Tepelné izolace Sláma Obliba slámy jako tepelné izolace v poslední době stoupá Běžně se používá v kombinaci s jinými přírodními materiály (hliněné omítky, nepálené cihly) Fyzikální vlastnosti závisí z velké části na kvalitě a objemové hmotnosti slaměných balíků Vzhledem k nerovnosti a rozměrové nepravidelnosti balíků nutno počítat s vyšší pracností Kvalitně slisované slaměné balíky o objemové hmotnosti kg/m³ dosahují hodnotu λ D = 0,052 W/(m.K) při použití kolmo na stébla. Možnost použití jako izolace u nosné stěny nebo nosná konstrukce tvořena přímo balíky slámy 37

38 Tepelné izolace Slaměné ekopanely Slaměné panely, tzv. ekopanely- kotví se jen do podlahy a stropu, tj. jsou samonosné Součinitel tepelné vodivosti 0,10 0,13 W/(m.K) Objemová hmotnost kg/m 3 Faktor difúzního odporu Pevnost v tahu za ohybu 0,15 MPa Seno Podobné vlastnosti a využití jako sláma Dostupnější, ale snadněji podléhá přirozené biologické zkáze 38

39 Tepelné izolace Extrudovaný pěnový polystyren (XPS) Od expandovaného polystyrenu se liší jak způsobem výroby, tak vlastnostmi Na rozdíl od EPS má uzavřenou strukturu bez mezer XPS se vyrábí protlačením pěny (extruzí) XPS vyniká dobrými parametry pevnosti v tlaku (únosnost) a minimální nasákavostí U pasivních domů se díky svým vlastnostem XPS nejčastěji používá při založení betonové desky na izolaci, v inverzní neboli obrácené skladbě ploché střechy (tedy i zelené střechy), dále při izolování základů, suterénu, soklu, podlahy a eliminaci tepelných mostů. 39

40 Tepelné izolace Extrudovaný pěnový polystyren (XPS) Výroba XPS a polystyrenových desek z XPS: Zahřátí polystyrenu spolu s napěňovací přísadou, retardérem hoření a nukleačním činidlem v extrudéru Tekutá pěna Protlačení skrz vytvářecí ústí Chlazení v chladící části extrudéru za sníženého tlaku 40

41 Tepelné izolace Extrudovaný pěnový polystyren (XPS) Základní chemické a fyzikální vlastnosti Odolává teplotám od -150 C do +70 C Neodolává účinkům UV záření Ve srovnání s EPS ještě výhodnější poměr objemové hmotnosti a mechanických vlastností Pevnost v tlaku XPS desek kpa při 10% deformaci Objemová hmotnost kg/m 3 Nerozpustný ve vodě, nenabobtnává Nenasákavý, max. objemová nasákavost 0,5 % Faktor difúzního odporu Reakce na oheň dle ČSN EN třída B Uzavřená pórová struktura Součinitel tepelné vodivosti 0,029 0,040 W/(m.K) 41

42 Tepelné izolace Polyuretanová izolační pěna (PUR) Ve stavebnictví se používá tvrdá polyuretanová izolační pěna Velmi nízkým součinitel tepelné vodivosti λ D až pod hodnoty 0,025 W/(m.K) Aplikuje se buď přímo na místě stříkáním nebo litím, nebo je dodáván ve formě desek či tvarovek Nesnášenlivý na UV záření (stejně jako EPS a XPS) Vysoká energetická náročnost a produkce škodlivin při výrobě Diskutabilní obsah izokyanátů jakožto alergenů 42

43 Tepelné izolace Polyuretanová izolační pěna (PUR) Výroba Polyadicí difenyldiizokyanátu a směsí vícesytných polyéter a polyester alkoholů, aktivátorů, katalyzátorů, stabilizátorů, vody, retardérů hoření a nadouvadel Vlivem teploty a vznikajícího CO 2 napěnění hmoty uzavřená mikroskopicky buněčná struktura výborné tepelně izolační a hydroizolační vlastnosti Mechanické vlastnosti PUR pěny závisí na: její struktuře její objemové hmotnosti 43

44 Tepelné izolace Polyisokyanurátová izolační pěna (PIR) PIR je tuhá polyisokyanurátová pěna, která se svým vzhledem i tepelně izolačními vlastnostmi podobá materiálu PUR Oproti PUR má dobrou požární odolnost Desky PIR jsou vhodné zejména jako tepelná izolace plochých střešních plášťů Velmi nízká hodnota součinitele tepelné vodivosti 0,023 W/ m.k) 44

45 Tepelné izolace Pěnové sklo Vzniká ztavením směsi skleněného a uhlíkového prášku Úplné nehořlavý, nenasákavý a parotěsnosný Vysoká cena Ve formě desek se využívá především pro přerušení tepelného mostu, například u paty nosných stěn Větší využití má pěnosklo v průmyslu, kde se aplikuje na podlahy či střechy s extrémním tlakovým namáháním Součinitel tepelné vodivosti se pohybuje v závislosti na únosnosti mezi 0,040 0,050 W/(m.K) Dalším produktem je štěrk z pěnového skla, který se využívá zejména při zakládání domu na izolaci, což umožňuje dosáhnout celistvé izolační obálky bez tepelných mostů Při aplikaci je potřeba počítat s koeficientem zhutnění 1,2 1,4, při kterém dosahuje štěrk pěnového skla hodnotu λ D = 0,075 0,085 W/(m.K) Pro pasivní domy tak potřebujeme vrstvu přibližně 500 mm zhutněného skleněného štěrku. 45

46 Tepelné izolace Vakuové izolace V současné době high-tech izolační materiály Vzhledem k vysoké ceně použití velmi zřídka Izolace s extrémně nízkou hodnotou součinitele tepelné vodivosti nižší než 0,01 W/(m.K). Po započítání vlivu okraje desek a vlivu stárnutí se ve výpočtu počítá s hodnotou λ D = 0,008 W/(m.K). Při těchto hodnotách stačí použít k izolování stěny na úroveň pasivního domu pouze 6 cm tlustý panel. 46

47 Tepelné izolace Vakuové izolace Dodávané ve formě panelů obalených v metalizované fólii Jsou tvořeny jádrem (tepelný izolant), obalem (a ochrannou vrstvou) Jádra izolantu mohou být tvořena: Křemičitými aerogely/pyrogenní SIO 2 Skleněnou vlnou, PUR pěnou, PS pěnou, Alternativními izolanty 47

48 Tepelné izolace Vakuové izolace Výroba vakuových izolace Formátování jádrového izolantu Vysušení jádrového izolantu při teplotě C Obalení jádrového izolantu ochrannou textilií Formátování obalu Aplikace jádrového izolantu do obalu Provedení zavakuování izolantu (včetně zatavení) Provedení úpravy izolantu a dodatečného zatavení hranu 48

49 Tepelné izolace Vakuové izolace Vlastnosti vakuových izolací Vlastnost Jádro na bázi SiO2 Jádro na bázi skleněné vlny Tepelná vodivost [W.m -1.K -1 ] 0,0045 0,0060 0,0030 0,0040 Životnost [let] < 15 Napětí při 10% deformaci [N.mm -2 ] >90 >100 Objemová hmotnost [kg.m -3 ] Teplotní rozmezí použití [ C] -70 až až

50 Tepelné izolace Aerogelové izolace Poprvé byl vytvořen Samuelem Stephensem Kistlerem v roce 1931 z běžné želatiny. Nový trend v oblasti vývoje tepelných izolací Hodnota součinitele tepelné vodivosti aerogelů může být až 10x nižší než u běžných materiálů, jako je EPS nebo MW Vznik gelu Gelová struktura vzniká dostatečným propojením řetězců oxidů, vzniká tzv. Alcogel, který se skládá z tuhé a kapalné části, zabírající stejný objem Aerogel Vzniká odstraněním (superkritickou extrakcí) kapalné fáze z alcogelu bez porušení struktury pevné fáze. 50

51 Tepelné izolace Aerogelové izolace Příprava aerogelu probíhá ve 2 krocích: Vytvoření mokrého gelu Vysoušení tvorba aerogelu Základní gelová fáze vzniká kondenzací křemičitanu sodného. Soli vytvořené během chemických reakcí, které nejsou chemicky vázány v gelové struktuře, musí být odstraněny opakovaným vymýváním. Nejčastěji používané vstupní suroviny pro výrobu aerogelů jsou tetramethyl ortosilikát (TMOS, Si(OCH3)4) a tetraethyl ortosilikát (TEOS, Si(OCH2CH3)4) Pro urychlení reakce vzniku aerogelu jsou používány katalyzátory (kyselé, zásadité), které ovlivňují mikrostrukturu aerogelu a mají vliv i na jeho fyzikální a optické vlastnosti 51

52 Tepelné izolace Aerogelové izolace Superkritické sušení Finální a nejdůležitější technologický krok výroby Kapalina uvnitř gelu je odstraněna a zůstávají pouze spojené silikátové řetězce. Proces může být proveden odpařením a odstraněním C 2 H 5 OH nebo za pomocí CO 2 - odvzdušněním Proces probíhá v autoklávu naplněným etanolem. Systém je přetlakový s tlakem 5,2 5,9 MPa s CO 2 a chlazením až na 5 10 C 52

53 Tepelné izolace Aerogelové izolace Aerogely dělíme dle reakce na: Jednostupňové Dvoustupňové Jednostupňové zásaditě katalyzované aerogely vykazují většinou vyšší pevnosti, ale jsou křehčí než dvoustupňové aerogel Dvoustupňové aerogely obsahují naopak vyšší podíl menších pórů a jsou průsvitnější než jednostupňové aerogely 53

54 Tepelné izolace Aerogelové izolace Základní fyzikální vlastnosti aerogelu Objemová hmotnost g/cm 3 Vnitřní povrch m2/g Pórovitost % Podíl tuhé fáze 1-15 % Střední průměr pórů ~20 nm Základní průměr částic 2-5 nm Teplotní odolnost do 500 C Součinitel tepelné vodivosti 0,004 0,017 W/(m.K) Pevnost v tahu 16 kpa Dielektrická konstanta ~1.1 Extrémně nízká tepelná vodivost, kterou lze snižovat dále vakuováním 54

55 Tepelné izolace Aerogelové izolace Nejčastěji se používá aerogel nanesený na tkaninu tloušťky 10 mm Aerogelové izolace slouží pro řešení problematických detailů, kde není možné použít větší tloušťky izolací, například v místě parapetu nebo žaluziového boxu Sanace historických budov 55

56 Tepelné izolace Testovaný vzorek zahrnuje 150 energeticky pasivních objektů, u kterých jsou známy sledované parametry tepelné izolace obvodového pláště. Realizace v letech 2004 až

57 Obvodové konstrukce 57

58 Střešní konstrukce Střešní konstrukce může být řešena jako: Jednoplášťová Dvouplášťová s větranou vzduchovou dutinou U masivní plochých střech není zpravidla obtížné zvýšit tloušťku tepelné izolace na cca mm Nosná konstrukce dvouplášťové větrané střechy: Úsporný dřevěný sbíjený vazník, seshora s celoplošným bedněním (OSB, dřevovláknité desky) Na spodní pásy vazníku je možné připevnit podbití, na kterou lze umístit tepelnou izolaci Vzduchový prostor pod střešní krytinou musí být napojen pomocí větracích kanálů na venkovní prostředí I horní plášť větrané střechy musí mít určitý tepelný odpor (0,2-0,5 W/(m 2 K)), který zabrání kondenzaci vodní páry v dutině Pokud není možné splnit požadavek na tepelný odpor, je nutné vrstvu tepelné izolace chránit proti stékající a odkapávající vodě (difuzní fólie) 58

59 Střešní konstrukce U šikmých střech je provedení tepelné izolace o vhodné tloušťce značně problematičtější než u plochých střech, podobá se řešením stěnových konstrukcí dřevostaveb. Využívají se dvojité nosné rošty z hranolů a fošen, I nosníky místo klasických krokví Střešní rovina je ztužena celoplošným podbitím z desek (OSB) Tvar krokví ovlivňuje hodnotu součinitele prostupu tepla 59

60 Střešní konstrukce Ploché střechy 60

61 Střešní konstrukce Šikmé střechy 61

62 Střešní konstrukce Oblíbené jsou také zelené (vegetační) střechy Doporučuje se volit střecha s extenzivní zelení. Taková střecha značně přispívá k lepší tepelné setrvačnosti budovy. Navíc může také akumulovat nezanedbatelné množství srážkové vody. 62

63 Okna a dveře Nejslabší článek obvodového pláště (až 40 % ztrát z výplní otvorů) Zásadní význam pro estetické, funkční a energetické vlastnosti Výsledný prostup tepla oknem je ovlivněn: Vlastnostmi zasklívací jednotky a vlastnostmi rámu Poměrem plochy zasklívací jednotky a celého okna Vlastnostmi distančního rámečků a jeho délkou Vazbou mezi oknem a obvodovou stěnou Skutečným provedením Všechny vlastnosti musí být vyvážené: Zasklení o špičkové kvalitě nemá smysl osazovat do rámů průměrné kvality Celé okno o špičkové kvalitě nemá smysl osazovat do nesprávné polohy obvodové stěny Nabídka řešení je bohatá a neustále se rozšiřuje o nové technologie 63

64 Okna a dveře Plnění dutin mezi skly plynem (Argonem, Kryptonem) z důvodu nižší tepelné vodivosti Izolační dvojsklo s úpravou povrchu pokovením (snížení sálavé výměny tepla v dutině mezi skly) Izolační trojskla jsou těžší a vyžadují masivnější konstrukci rámů Využití speciálních průhledných fólií HEAT MIRROR Rámy mají v současné době horší vlastnosti než zasklení Plastové rámy s ocelovým výztužným profilem a 5 až 8 komorami Počet komor nevypovídá o tepelně izolačních vlastnostech, důležitou roli hraje konstrukční řešení komor. Dřevěné rámy v mnoha odlišných provedeních: Kombinace s izolační vrstvou z korku nebo polyuretanu, s vyfrézovanými dutinami vzduchovými dutinami, vytvořené z lamel z tvrdého dřeva s vypěněním polyuretanovou hmotou, v kombinaci s eloxovaným hliníkem na vnější straně 64

65 Okna a dveře Trojsklo, rám dřevo polyuretan - hliník Trojsklo, rám celodřevěný Trojsklo, dřevěný rám s nahrazením středové lamely tepelnou izolací 65

66 Okna a dveře Výsledný součinitel prostupu tepla oken se shodným zasklením i rámem se liší podle jejich celkové velikosti (mění se poměr rámu okna, délka dilatačního rámečku a plocha zasklení) I při stejném typu oken mohou mít různá okna u objektu jiné tepelně technické vlastnosti Správně by se měl být součinitel prostupu tepla pro každé okno vypočítán zvlášť. Zpravidla je výhodnější použít menší počet oken o větší ploše, případně okna sdružovat do větších celků 66

67 Okna a dveře Plocha stěny (bez okenních otvorů) A (m 2 ) Součinitel prostupu tepla stěny U (m 2 /(W.K)) 0,15 0,15 Plocha okenních otvorů A w (m 2 ) 3 3 Součinitel prostupu tepla okna U w (m 2 /(W.K)) 0,71 0,87 Plocha rámu A f (m 2 ) 0,67 0,84 Součinitel prostupu tepla rámu U f (m 2 /(W.K)) 0,8 0,8 Plocha zasklení A g (m 2 ) 1,33 1,16 Součinitel prostupu tepla zasklení U g (m 2 /(W.K)) 0,6 0,6 Celkový obvod okna (oken) l (m) 8 12 Lineární činitel prostupu tepla Ψ (W/(m 2 K) 0,05 0,05 Tepelná propustnost fasády L (W/K) 4,78 5,46 Rozdíl tepelné ztráty 100 % 114 % 67

68 Okna a dveře Rovina okna by měla být co nejblíže středu roviny tepelné izolace (pokud je to technologicky proveditelné) Velmi častým požadavkem je předsazení okna na vnější líc nosné stěny: Pomocí osazovacího boxu z OSB Dřevěných hranolů Kovové úhelníky Ocelové kotevní pásky 68

69 Podlahy a základy Převážná většina nízkoenergetických a pasivních domů je nepodsklepená (podlaha vstupního podlaží na terénu) Řešení umožňující provedení potřebné tloušťky TI celá řada: Na hydroizolace osazení tuhých tepelně izolačních desek a na ně vrstvu betonové mazaniny Potřebnou tloušťku tepelné izolace z lehkých minerálních vláken je možno umístit do dvojitého dřevěného podlahového roštu a následně uzavřít cementotřískovými deskami nebo OSB deskami Využití sypkých izolací (např. keramzit, pěnové sklo, liapor) Pozornost třeba věnovat konstrukčnímu uspořádání při obvodu budovy (vedení tepla při rozhraní betonové desky, základů a soklu) Desky z extrudovaného polystyrenu vkládané do bednění nebo lepené dodatečně) vhodné umístit na čelo betonové desky i základy z vnější strany 69

70 Podlahy a základy Možné řešení základové desky: Na připravenou zeminu se naskládají desky z extrudovaného polystyrenu s potřebnou únosností Po obvodu se použijí speciální tvarovky zajišťující plynulý přechod na svislou tepelnou izolace Položí se potřebná výztuž a celá forma se zalije betonovou směsí 70

71 Podlahy a základy Možné řešení základové desky s využitím sypké izolace: Granulát z pěnového skla (Technopor) umělé kamenivo frakce mm s malou nasákavostí, 71

72 Podlahy a základy U sypaných izolací se používají dva způsoby provedení základové desky - s ohraničením v místě soklu (vlevo) nebo s vodorovným přesahem sypaného materiálu (vpravo) 72

73 Podlahy a základy Napojení betonové desky a obvodových stěn Nutné přerušit nebo omezit vliv tepelného mostu Vložení pruhu extrudovaného polystyrenu nebo pěnového skla Nahrazení první vrstvy cihel tvarovou z lehčeného betonu (popř. pěnovým sklem) Tepelná propustnost detailu [%) 100 % cca 91 % cca 83 % cca 78 % Bez přídavné izolace Čelo pásu s XPS Bloky pěnového skla o tl. 100 mm Kombinace 73

74 Vnitřní konstrukce Na vnitřní konstrukce kladeny menší nároky Konstrukce oddělující vytápěné prostory s odlišnou teplotou musí splňovat požadavky součinitele prostupu tepla dle ČSN Vnitřní konstrukce ovlivňují tepelnou setrvačnost a akumulaci tepla Na krátkodobé akumulaci a uvolňování tepla (cyklus 24 hod) se podílí jen malá, několikaticentimetrová vrstva od povrchu konstrukce Vhodné věnovat pozornost průvzdušnosti vnitřních konstrukcí mohou rušit správnou funkci větracích systémů 74

75 Tepelné mosty Omezením tepelných mostů je nezbytné u výstavby nízkoenergetických a pasivních budov Obecně je vhodné preferovat málo členité povrchy obálky budovy s důsledně zajištěnou souvislou tepelnou izolací bez zmenšení její tloušťky Řešení balónů, lodžií a předsazených prvků na vnější fasádě: Posouzení jejich nezbytnost, případné vyloučení z projektu Změna statického schématu (zrušení původního vykonzolování desky) Samostatné podepření konstrukce Využití speciálních nosníků pro přesušení tepelného mostu Lokální zavěšení balkónu nebo stříšky (vyhnout se bodovým TM) 75

76 Tepelné mosty 76

77 Dotazy či připomínky: NPS Děkuji za pozornost Ing. Michal Kraus, Ph.D. 77