Izolace v konstrukcích: Komplexní přehled a optimalizace tepelně izolačních vlastností

Tepelná izolace je klíčovým prvkem pro energetickou účinnost a komfort budov. Správná volba a tloušťka izolace hrají zásadní roli v minimalizaci tepelných ztrát a snižování provozních nákladů. V našich klimatických podmínkách je jednou z důležitých vlastností interiérového prostředí teplota vhodná pro uvažovaný provoz. Proto jsou důležitou podmínkou tepelně izolační vlastnosti konstrukcí.

Význam a funkce izolace

Teplo, jako největší užívaný nositel energie, se z místa svého zrodu do místa spotřeby musí dopravit. Ve smyslu principiálních fyzikálních zákonů přitom dochází vlivem rozdílů teplot k jeho ztrátám. Jejich účinné omezení je možné správným uplatněním vhodných tepelných izolací. Mnohé dřívější analýzy prokázaly, že mezi jinými úspornými opatřeními připadá právě na uplatnění izolací jeden z nejvýznamnějších a přitom poměrně levných a snadno proveditelných přínosů.

Izolace chrání vnitřní prostředí před exteriérem a pomáhá udržet teplo uvnitř domova. Betonové stropy zasahující z vytápěného prostoru do venkovního vedou chladnější teplotu do budovy. Izolační nosník NIL tepelně odděluje vnější krakorcovou desku od vnitřního stropu. Tepelný most se přeruší pomocí izolačního materiálu tl. 80mm nebo 120mm.

Typy a použití izolačních nosníků NIL

• NIL TEX, TEX S, TEX SM - tepelně izolační prvky.
• NIL TEX R - tepelně izolační prvky.
• NIL S, TEX S - určeno pro prosté uložení betonové desky na podpěrnou konstrukci a současně k jejich tepelnému oddělení izolační deskou.
• NIL MAX, TEX MAX - ložisko se zvýšenou únosností je určeno pro spojení exponovaných částí rohových balkonů, říms a přístřešků se stropní konstrukcí a současně k jejich tepelnému oddělení izolační deskou tl. 80mm (120mm TEX MAX).

Izolační nosník NIL je složen z kotevních ložisek, která jsou společně s izolačními deskami spojeny v jeden celek. Délka výrobku je dle zadání zhotovena na míru. Ložiska jsou vyrobena svařením nerezových prvků (tažený prut a diagonální tlačená část) a betonářské oceli, tlačné opěrky z úhelníku. Nosné prvky jsou svařeny do stabilního prvku. Výška se stanovuje dle statického výpočtu. Ložisko je symetrické. Izolant je extrudovaný polystyren. Spojovací prvky pro spojení jednotlivých ložisek a izolantu se používá betonářská ocel Ø 6mm.

Při montáži je nutné uložit horní výztuž stropní i konzolové desky společně s Izolačními nosníky NIL EX 16/X při tloušťce balkonové desky 160mm, NIL EX 18/X při tloušťce balkonové desky 180 mm, NIL EX 20/X při tloušťce balkonové desky 200 mm, NIL EX 22/X při tloušťce balkónové desky 220mm nebo NIL EX 25/X při tloušťce balkonové desky 250mm. Je třeba navázat nebo navařit horní výztuž balkonové a stropní desky na výztuž vyčnívající z ložiska, to je na dvojice ΦR 10. Provede se betonáž balkónové a stropní desky betonem třídy nejméně C 25/30 nebo C30/37.

Čtěte také: Vlastnosti dřevovláknité izolace – požární odolnost

Tloušťka izolace a její výpočet

Tloušťka tepelné izolace je klíčovým faktorem pro dosažení optimální tepelné ochrany budovy. Pokud je izolace příliš tenká, nedosáhne požadovaných izolačních parametrů, což vede k vyšším nákladům na vytápění nebo chlazení. Naopak nadměrnou tloušťkou tepelné izolace lze docílit toho, že investice nebude tak výhodná vzhledem k prodlužující se době návratnosti. Tloušťka tepelné izolace je volena na základě požadavků technických norem a na požadavcích investora.

Tloušťka tepelné izolace se odvíjí především od navržené skladby stávající konstrukce. Aby byla zateplená konstrukce domu vyhovující z pohledu technické normy ČSN 73 0540-2, je potřeba konstrukci zateplit alespoň na požadovaný součinitel prostupu tepla konstrukcí U. Moderní keramické tvárnice mají nižší součinitel tepelné vodivosti, tedy lepší tepelný odpor a prostupuje nimi méně tepla než klasickými plnými cihlami.

Výpočet tloušťky tepelné izolace

Tloušťku tepelné izolace lze spočítat jednoduchým způsobem. Nejprve je nutné zjistit rozdíl hodnot tepelného odporu R stávající konstrukce a tepelného odporu vycházejícího z požadované, resp. doporučené hodnoty součinitele U, dané technickou normou. Z toho dostaneme hodnotu součinitele prostupu tepla U. Následně je třeba vybrat tepelnou izolaci, kterou budeme zateplovat obvodové konstrukce. Nejrozšířenější je pěnový polystyren, šedý expandovaný polystyren a minerální vata. Výsledná hodnota je minimální tloušťka tepelné izolace v metrech.

Ukázkový výpočet se vztahuje na zateplení obvodové cihelné stěny z cihel plných pálených tl. 450 mm, která je oboustranně omítnuta omítkou tl. 20 mm.

Hodnota U udává, kolik tepla uniká přes 1 m² konstrukce za určitý čas. Každý materiál má jiné izolační vlastnosti (vyjádřené součinitelem tepelné vodivosti λ). Materiály s nižší hodnotou λ (např. PIR panely) dosahují stejné izolační účinnosti při menší tloušťce než materiály s vyšší hodnotou λ.

Čtěte také: Kročejová izolace a její použití

Tloušťka izolace pro šikmou střechu

Následující tloušťky jsou založeny na orientačních výpočtech. Zvolte typ izolace podle výsledného součinitele prostupu tepla střechy. Čím nižší hodnota, tím je střecha energeticky úspornější. Norma doporučuje hodnotu součinitele prostupu tepla 0,15 až 0,10 W/m².K pro šikmou střechu se sklonem do 45° včetně.

A) Střecha energeticky mimořádně úsporná

Skelná izolace Unifit se vkládá ve třech vrstvách:

• mezi krokve na celou jejich výšku, obvykle 140 - 160 mm
• pod krokve 120 mm
• pod parozábranu 60 mm

Zdvojený rošt umožňuje vložit vyšší tloušťku tepelné izolace a umístit parozábrzdy do míst, kde je více chráněná proti perforacím při montáži.

B) Střecha energeticky úsporná

Skelná izolace Unifit se vkládá ve dvou vrstvách:

• mezi krokve na celou jejich výšku, obvykle 140 - 160 mm
• pod krokve 120 mm

C) Střecha energeticky vyhovující

Skelná izolace Unifit se vkládá ve dvou vrstvách:

Čtěte také: Informace o úpravě povrchu dřevovláknité izolace

• mezi krokve na celou jejich výšku, obvykle 140 - 160 mm
• pod krokve 60 mm

Izolace potrubí

Vyhláška č. 151/2001 ukládá izolovat potrubí buď podle článku č.9 §6 přímo danou tloušťkou izolace, nebo podle článku 11 výpočtem s kritériem maximální ztráty tepla vztaženým na jednotku délky potrubí, konkrétně 0,35 W/m.K. U větších potrubí je dosažení 0,35 W/m.K velice nákladné, vzhledem k velké ploše válce (povrchu izolace). Izolaci tedy postačí navrhnout tak, aby snížila tepelný tok jednotkou plochy na povrchu potrubí z 10 W/m2K na 7,431 W/m2K. Vyráběná nejmenší tloušťka je 6mm. Izolaci je tedy nutné navrhnout tak, aby snížila tepelný tok jednotkou plochy povrchu potrubí z 10 W/m2K na 1,0321 W/m2K. Vyráběná nejbližší tloušťka je 50mm. Do průměru 28mm se doporučuje izolovat PE návleky tl. 6mm.

Návrh izolací je otázkou ekonomickou a musí být proveden tak, aby vynaložené prostředky zajistily maximální omezení ztrát tepla celého systému. V současnosti používané kritérium dle vyhlášky č.151 k takovému návrhu rozhodně nesměřuje.

Výpočet tloušťky izolace potrubí

Tloušťku izolace vypočítáme z rovnic pro prostup tepla z trubky do okolí. Prostup tepla probíhá několika mechanismy: prouděním, tj. z kapaliny do trubky a z povrchu izolace do okolí; vedením, tj. uvnitř materiálu trubky a izolace; a nakonec zářením z povrchu izolace do okolí. Prostup tepla zářením můžeme u výpočtu izolace zanedbat. Základním předpokladem při výpočtu prostupu tepla je, že tepelný tok, který projde přes rozhraní kapalina/trubka, je stejný jako teplo, které projde rozhraním trubka/izolace resp. izolace/vzduch, a to se rovná celkovému tepelnému toku. Tepelný tok je konstantní. Na začátku výpočtu známe teplotu uvnitř, venku, vlastnosti látek a materiálů. Nejtěžší částí výpočtu je tak spočítat odpory jednotlivých vrstev a ty sečíst, abychom dostali celkový odpor a byli schopni dopočítat tepelný tok.

Při výpočtu součinitele prostupu tepla je možné zanedbat odpor při přestupu tepla uvnitř potrubí a u ocelových rozvodů i odpor vedením tepla stěnou potrubí, protože vliv na celkový tepelný odpor těchto dvou částí je minimální (řádově 10−2 až 10−4 krát menší oproti Rse a Rizolace). Při výpočtu se tedy zohlední pouze odpor vedením tepla vrstvou izolace a odpor při přestupu tepla z povrchu izolace do okolí. U VZT potrubí je nutné započítat i vliv odporu při přestupu tepla uvnitř. Součinitel přestupu tepla uvnitř vzduchovodu se při nízké rychlosti proudění vzduchu blíží součiniteli přestupu tepla vně.

Celkový součinitel prostupu tepla

Pokud máme spočtené tepelné odpory jednotlivých vrstev, ty už nám stačí jen sečíst a převrácená hodnota součtu je celkový součinitel prostupu tepla U, tedy 1/U = R = R1+R2+...+Rn. Bohužel u trubky to není všechno, plocha, přes kterou teplo prochází je oproti rovné stěně vždy jiná a se zvětšující vzdáleností od středu trubky se zvětšuje. Tepelné odpory je potřeba tedy vždy vztáhnout k jedné ploše a ostatní se tím musejí dělit.

Normy a požadavky na izolace

V České republice dlouhou dobu chyběla norma, která by projektantům pomohla řešit problematiku návrhu technických izolací. Projektanti se dočkali až v roce 2009, kdy česká verze evropské normy ČSN EN ISO 12241 byla k dispozici v češtině.

Je všeobecným mýtem, že neustále dochází k prudkému zvyšování nároků na tepelné izolace. Pokud se podíváme na předpisy od roku 1992 zjistíme, že ke zvyšování nároků příliš nedochází, zejména v oblasti měrné potřeby tepla na vytápění. Pro přehlednost shrnujeme starší i nové požadavky norem na tepelně izolační vlastnosti staveb.

Zdivo cihelné tl. 45 cm bylo vzato jako standard, který vycházel ze Stavebního řádu uzákoněného 10. 4. 1886 v němž se pravilo, že nosná zeď má tloušťku 45 cm, ledaže by byla kamenná, pak je minimální tloušťka 60 cm. Norma ČSN 73 0540 z 12.12.1964 již uváděla požadavky na tepelné izolace, ty však vycházely z v té době obvyklého názoru, že cihelná zeď má být o tloušťce 45 cm, což odpovídá tepelnému odporu RN = 0,55 (m2.K)/W. Dle normy byla republika rozdělena na 3 teplotní pásma. V 60. letech byla ČSN 73 0540:1964 v roce 1977 nahrazena souborem 3 nových norem, a to na normu obsahující názvosloví, požadavky a kritéria (ČSN 73 0540), normu uvádějící vlastnosti materiálů (ČSN 73 0542) a normu s výpočtovými metodami (ČSN 73 0549). Zároveň bylo vládním usnesením 182/1978 potvrzeno energetické kritérium 9,3 MWh/rok na normový byt o 200 m3 obestavěného objemu (tj. 46,5 kWh/m3 a nebo 130,2 kWh/m2 při konstrukční výšce 2,8 m). Tato norma postupně měla různé změny. Následovalo nové vydání normy ČSN 73 0540, část 1 až 4 z května 1994. Vyhláška 291/2001 Sb. se opět vrací k měrné potřebě tepla, tentokráte na 1m3 a požaduje hodnoty v závislosti na geometrické charakteristice objektu v rozmezí od 25,8 do 46,7 kWh/m3 za rok. Tento požadavek přebrala norma 73 0540-2 z roku 2002. Za povšimnutí stojí, že se jedná o stejnou hodnotu požadavku jako v normě z roku 1992, tedy 10 let staré.

Z uvedeného přehledu je zajímavé vysledovat, že od roku 1992 se požadavek na potřebu tepla na vytápění na 1m3 za rok zpřísňuje velmi pomalu, stejně tak pomalu se zvyšují i požadavky na tepelně izolační vlastnosti stěn a střech, s výjimkou oken, kde se v roce 2002 výrazně zvýšil požadavek na maximální hodnotu součinitele prostupu tepla U. Dochází však ke zpřesňování požadavků a dochází i ke sledování dalších hodnot, které se dříve nesledovaly, např. povrchová teplota.

Důležité parametry pro tepelně technické výpočty

Pro základní tepelně technické výpočty je nezbytné mít k dispozici pro každý materiál jeho tepelnou vodivost, faktor difuzního odporu, objemovou hmotnost a měrnou tepelnou kapacitu. Jmenované parametry je v naprosté většině případů možné převzít přímo z podkladů výrobce nebo z tabulek v normě, v některých případech je nutný jejich výpočet.

• Součinitel tepelné vodivosti λ [W/m.K]: Fyzikálně tepelný parametr látky, který udává schopnost stejnorodého materiálu vést teplo. Měření tepelné vodivosti se provádí při ustáleném toku tepla.
• Faktor difuzního odporu μ [-]: Parametr vyjadřuje relativní schopnost materiálu propouštět vodní páry difuzí. Je poměrem difuzního odporu materiálu a difuzního odporu vrstvy vzduchu v téže tloušťce, při definovaných podmínkách.
• Objemová hmotnost ρ [kg/m3]: Podíl hmotnosti a jeho objemu v prostoru nespojitě rozložené látky (pórovité, zpevněné, volně sypané) stanovený z vnějších rozměrů. Jedná se tedy o hmotnost objemové jednotky materiálu i s dutinami a póry.
• Měrná tepelná kapacita c [J/kg.K]: Veličina vyjadřuje, jaké množství tepla přijme 1 kg látky, když se ohřeje o 1 °C. Výrazný je vliv vlhkosti na tepelnou kapacitu u tepelně izolačních materiálů ve vztahu k velikosti póru. Větší pórovitost odpovídá zvětšené schopnosti absorpce vody, a tím i růstu měrné tepelné kapacity.

Parozábrany a parobrzdy

• Parozábrana: Materiál téměř nepropouštějící vodní páry (např. fólie z polyetylenu). Parozábrana se obvykle instaluje na vnitřní straně izolace (směrem k interiéru) a musí být naprosto vzduchotěsná.
• Parobrzda: Materiál s částečnou propustností pro vodní páru. Na vnější straně izolace se často používají parobrzdy nebo difuzně otevřené fólie. Ty umožňují unikání vodní páry z izolace ven, ale zároveň brání pronikání vody nebo vlhkosti dovnitř.

Difuzně uzavřená skladba: Používá se tam, kde je izolace uzavřena parotěsnými vrstvami (např. u střech s fóliemi).Difuzně otevřená skladba: Umožňuje pohyb vlhkosti směrem ven. Na vnitřní straně se používá parobrzda a na vnější difuzně otevřená fólie.Pravidelná inspekce: Po dokončení izolace je vhodné provést kontrolu.

Program IsoCal® pro návrh technických izolací

Pro návrh technických izolací se mnohem častěji využívají výpočtové pomůcky. Nejkomplexnějším je návrhový program IsoCal®, který lze použít na většinu úloh vyskytujících se v praxi. Program byl vyvinut společností Isover na pomoc odborníkům pracujícím v oblasti TZB (vytápění, chlazení, vzduchotechnika), energetiky a procesního inženýrství a česká verze je k dispozici již od roku 2006. Výpočtový nástroj byl vyvinut především pro použití izolačních výrobků Isover, avšak jako jediný je možné jej využít i na všeobecné výpočty pro jakýkoliv jiný izolační materiál.

Od verze programu 3.0 jsou navíc v databázi uvedeny všechny typy izolačních materiálů, které se v TZB aplikacích používají - keramická vlna, pěnové sklo, kalciumsilikát, syntetický kaučuk, PUR/PIR, stříkaná PUR pěna, EPS, XPS, fenolická pěna či expandovaný perlit. Průběhy tepelných vodivostí pro tyto materiály jsou zadány polynomem 3. stupně pro celý teplotní rozsah použití dané izolace (tzn. od minimální do maximální provozní teploty), výpočet je tedy proveden s velkou přesností. V off-line verzi programu IsoCal® si navíc uživatel může velice snadno nadefinovat svou vlastní databázi zadáním čtyř hodnot součinitele tepelné vodivosti v závislosti na teplotě. Verzi v českém jazyce je možné si po zaregistrování bezplatně stáhnout na webových stránkách www.isover.cz/isocal.

Uživatelům programu je dále k dispozici příručka pro návrh technických izolací, která kromě teorie obsahuje i vzorové příklady výpočtů a tolik ceněné přílohy s veličinami nutnými pro zadávání okrajových podmínek. Patří mezi ně např. tabulka s ekvivalentními délkami pro tepelné mosty, venkovní výpočtové teploty a průměrné teploty vzduchu dle lokalit, teploty v sousedních nevytápěných místnostech, obsah vlhkosti ve vzduchu, vnitřní výpočtové teploty a relativní vlhkosti vzduchu dle typu místností, dimenze potrubí z různých typů materiálů, tepelné vlastnosti vody, páry, vzduchu či plynu, apod.

tags: #iso #nsnik #tl #izolace #informace

Oblíbené příspěvky:

• Eko-trend na nádražní budově
• Průvodce izolací a odhlučněním dveří
• klíč k úspornému bydlení
• Více o bitumenových šindelech
• vše o realizaci střechy na klíč