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?