Vzduch jako izolant: Principy a využití vzduchových mezer ve stavebnictví

Vzduch je zařazen mezi tepelné izolanty, tedy látky, které špatně vedou teplo. Abychom pochopili, jak se ve stavebnictví pracuje se vzduchem, přiblížíme si hlavní způsoby sdílení tepla vzduchem: sálání, proudění a vedení.

Mechanismus šíření tepla vzduchem

Teplo se vždy šíří od místa s vyšší teplotou k místu s nižší teplotou. Existují tři mechanismy - záření, vedení nebo proudění. Tyto mechanismy se v reálných podmínkách dost liší. Co se týče potlačení proudění v mezeře, uvádí se, že by tloušťka neměla přesáhnout 50 mm, nebo je potřeba ji rozdělit na úzké komory. Vzduch sám o sobě není tepelný vodič. Pro tepelné záření je průhledný, a neklade mu tak prakticky žádné překážky. Tak jako vzduchem velmi snadno prochází sluneční záření, stejně snadno jím projde i neviditelné tepelné záření od stavebních i jiných povrchů. Proto ho nelze pokládat za tepelný izolant.

Tepelné záření (sálání)

Při tepelném záření dochází k vyzařování energie ze zdroje ve formě elektromagnetických vln a jeho následnému pohlcování ozařovaným tělesem. Zdrojem je jakékoli těleso s nenulovou absolutní teplotou a vyzařovaná energie je úměrná čtvrté mocnině této absolutní teploty. K přenosu tepla zářením není třeba žádné zprostředkující médium, teplo se tímto mechanismem šíří i ve vakuu. Sálání (tepla) je velmi silný teplosměnný děj, který se uplatňuje ve vakuu nebo v plynném prostředí. Ve stavebnictví jde o rozhodující mechanismus sdílení tepla mezi budovami a prostředím, do něhož jsou zasazeny. Všechna tělesa obsahují tepelné záření, které vyplňuje jejich objem a má spektrální energetickou hustotu danou Planckovým zákonem (Planck's law) záření. Nej silnější teplosměnné děje nejen v přírodě, ale i ve stavbách realizuje sálání. Příklad: Povrch lidského těla o teplotě 35°C vyzařuje do okolí sálavou energii (tepelné záření) o intenzitě 511 W/m2. Místnost, tzn. stěny místnosti o teplotě 24 °C, kde člověk přebývá, mu vracejí 442 W/m2. Rozdíl 69 W/m2 musí člověk kompenzovat svým metabolismem, aby neprochladl, nebo se musí zahalit oděvem.

Proudění

Další dva mechanismy přenosu tepla, tedy proudění a vedení, probíhají pouze v prostředí, které je vyplněno nějakou látkou. V případě proudění je zprostředkující látkou kapalina nebo plyn. Přenos tepla tímto mechanismem je možné omezit, pokud zabráníme pohybu zprostředkující látky. K proudění tepla vzduchem dochází hlavně při rozdílných teplotách vzduchu v různých místech. Ohřeje-li naopak sluncem rozpálená střecha vzduch pod stropem v místnosti, proudění se uplatní podstatně méně; teplý vzduch neklesá, jen se rozpíná.

Vedení

Při vedení se tepelná energie šíří v nepohyblivé hmotě. Teplo je předáváno jako mechanická energie při vzájemném působení sousedních molekul. Čím je tedy prostředí řidší (sousední molekuly jsou více vzdáleny), tím je přenos tepla tímto mechanismem menší. U pevných látek a kapalin je vzdálenost molekul řádově shodná. U plynů je však o několik řádů vyšší. Proto jakýkoli plyn, tedy i vzduch, je lepší izolant pro vedení tepla než jakákoli pevná látka. Z toho, co jsme si až doposud řekli, jednoznačně vyplývá, že nejvhodnější izolační materiál musí být vzduch, pokud se nám podaří zabránit jeho proudění. Izolační vrstva musí být proto rozdělena na velké množství malých „komůrek“ a dělící stěny musí mít co nejtenčí, aby příliš nesnižovaly tepelný odpor. Vedení tepla se od proudění liší tím, že jde o molekulární mechanismus, kdy každá individuální molekula se sráží s jinými molekulami a předává jim vlastní (nebo odebírá) jejich kinetickou, vibrační a rotační energii, aniž by putovala prostředím. Říkáme tomu vedení tepla. Tento děj se jako jediný uplatňuje v pevných látkách (beton, cihla ap.).

Čtěte také: Využití OSB desek s izolační výplní ve stavebnictví

Vzduch jako izolant: Kdy a jak funguje

Vzduch lze považovat za izolant jen tehdy, když mu neumožníme, aby se pohyboval, a když zabráníme tomu, aby jím prostupovaly obrovské sálavé (zářivé) toky tepla. Tento požadavek splňují relativně tenké vzduchové mezery, které brání proudění vzduchu (= transportu jeho hmoty) a ohraničující nízkoemisivní (odrazivé či reflexní) stěny mezer, které - ač horké - nesálají tepelné záření. Vzduchové mezery proto mají ve stavebnictví velký význam a plní různé funkce. Uvedené izolanty fungují zejména na principu uzavřeného vzduchu ve struktuře izolantu. Uzavřený vzduch tak působí jako hlavní izolant. Základem je zamezení vedení a proudění vzduchu. Pouze šedý polystyren využívá ke zvýšení izolačních vlastností reflexi, která omezuje sálavé teplo.

Důležitost vzduchotěsnosti a vlhkosti

Již sebemenší netěsnosti v parobrzdné izolační vrstvě, ať již vadnými lepenými spoji přesahů pásoviny, nebo napojeními na konstrukce, mají dalekosáhlé následky. Takováto vadná místa mají stejný účinek, jako například spára mezi okenním rámem a zdivem. Takovouto spáru by nikdo nebyl ochoten tolerovat. Netěsnosti způsobují odpovídající měrou vyšší náklady na vytápění, které vedou k nižší rentabilitě tepelné izolace pro stavebníka. Navíc dochází k vyšším emisím CO2, než by docházelo při vytápění neprodyšně zaizolovaného objektu. Spáry v neprodyšné izolační vrstvě vedou k tomu, že na základě rozdílu teploty a tlaku dochází k proudění vzduchu zvenčí dovnitř a tím dochází k vysoké výměně vzduchu. To má negativní dopad i na vlhkost vzduchu v interiéru.

Vliv vlhkosti na izolaci

Během topného období by měla vlhkost vzduchu v obytných místnostech činit příjemných 40 - 60%. Často pozorovaný fenomén suchého vzduchu v interiéru během zimních měsíců vzniká tím, že chladný vzduch zvenku vniká spárami do domu. Ohřeje-li se chladný vzduch vytápěním, snižuje se objem jeho relativní vlhkosti. Proto jsou v zimě domy se špatnou neprodyšností více náchylné k suchému vzduchu v interiéru, jehož vlhkost se i pomocí zvlhčovačů vzduchu téměř nedá zvýšit. Příklad: 10°C chladný vzduch může při 80% relativní vlhkosti vzduch pojmout maximálně 1,7 g/m3 vlhkosti (normová hodnota venkovního zimního klimatu dle DIN 4108-3). Teplý vzduch o teplotě 20 °C s absolutní vlhkostí 9,4 gramů na metr krychlový odpovídá relativní vlhkosti vzduchu 54 %. Pokud se tento vzduch ochladí na 10 °C, zvýší se relativní vlhkost vzduchu na 100 %. Při dalším ochlazení se vysráží kondenzát.

Vzduchové mezery v praxi

Vzduchové mezery proto mají ve stavebnictví velký význam a plní různé funkce. Můžeme je vidět u oken, v provětrávaných fasádách či střechách, nebo v podobě speciálních izolačních materiálů.

Provětrávané fasády a střechy

Pokud stojíme o to, aby fasáda „dýchala“ (zbavovala se vodních par, které by jinak ve fasádě kondenzovaly a snižovaly její životnost), bude naší volbou provětrávané řešení fasády. Obvodová konstrukce budovy se v takovém případě skládá z vrchního pláště, vzduchové mezery, minerální tepelné izolace a samotné zdi. Celý princip je založen na proudění vzduchu v mezeře. Ten se ohřeje od vnější fasády, případně vlivem tepelných ztrát vnitřního zdiva, a stoupá vzhůru. Vzduch pak unáší nejen teplo, ale i přebytečnou vlhkost vznikající v tepelné izolaci. Provětrávaná fasáda s minerální izolací je zajímavou alternativou ke klasickému polystyrenovému zateplení domu bez větrané mezery. U větraných fasád vzniká případný rosný bod těsně pod vnějším povrchem minerální izolace. Nosné zdivo je tak udržováno v suchu a případná vlhkost v izolaci snadno odstraní větraná mezera. To skvěle zamezuje vzniku plísní a výrazně přispívá k dlouhé životnosti stavby. Dodejme, že vzduch tu nefunguje jako izolant, ale jako prostředek k vysušování minerální tepelné izolace.

Čtěte také: Kročejová izolace a její použití

I střecha potřebuje provětrávat. Střešní ventilační mezera je ponechávána mezi krytinou a pojistnou hydroizolací. Krytina musí obsahovat větrací průduchy. Ta trochu připomíná mezeru v odvětrávaných fasádách. Střešní větraná mezera je mezi krytinou a pojistnou hydroizolací a zajišťuje jednak odvětrání vodních par, difundujících skrze hlavní tepelněizolační plášť střechy z obytného prostoru. Zároveň odvětrává i vlhkost, která do mezery vniká netěsnou střešní krytinou. Pokud je systém navržen dobře (správná výška mezery, vhodné dimenze přívodních a odvodních průduchů), zajišťuje funkční a suchou střechu včetně jejího hlavního tepelněizolačního pláště. Vzduchová mezera také umožňuje účinný odtok vody po pojistné hydroizolaci. I zelené střechy nad obytným podkrovím musí obsahovat větrací vrstvu tvořenou vzduchem.

Izolační okna a stínící technika

To nás přivádí k využití stejného principu, s jakým pracují izolační okna. Na vnitřní plochu jednoho ze skel okenního dvojskla se použije průhledné odrazivé (nízkoemisivní) pokovení nebo se mezi skla vloží nízkoemisivní průhledná fólie. To vede k podstatnému zlepšení tepelněizolačních vlastností skla, přičemž si zasklení zachová původní hmotnost. Vzdušný prostor mezi venkovní, tzn. předokenní exteriérovou stínící technikou a oknem je taktéž považován za účinný izolační prvek. Za ideální variantu jsou považovány například screenové rolety nebo venkovní žaluzie. Optimální pak je, pokud je stínící technika upevněna na vodicích lištách tak, aby bylo garantováno permanentní napnutí látky, a byla tak zachována její konstantní vzdálenost od okna. Stínící technika patří mezi funkční prvky doplňující celkovou izolaci domu. Prostor mezi ní a oknem vytváří vzduchovou mezeru, která snižuje množství tepla prostupujícího ven.

Faktory ovlivňující izolační vlastnosti

Ke zvýšení izolačních vlastností dochází i reflexí, která omezuje sálavé teplo. Vrátíme-li se ke střeše a její tepelněizolační funkci, větranou vzduchovou mezeru zásadně vylepšíme tím, když použijeme reflexní pojistnou hydroizolaci a použijeme světlou či zářivě bílou střešní krytinu (nejlépe z lícové i rubové strany).

Tabulka: Podíl sálavé složky prostupu tepla ve vodorovných vzduchových mezerách

Poznámka: Tabulka je ilustrativní a vychází z obecných principů šíření tepla. Konkrétní hodnoty se mohou lišit v závislosti na dalších faktorech.

Důležité parametry tepelné izolace

K základním vlastnostem, které je při výběru izolace nutné posuzovat, patří tepelná vodivost, zvuková izolace, hořlavost, nasákavost, odolnost proti UV záření a hmotnost. Žádná izolace není univerzální a je nutné posuzovat, kde bude izolant použit.

Čtěte také: Vlastnosti OSB desek v izolaci

Součinitel tepelné vodivosti (λ)

Tato veličina vyjadřuje schopnost konstrukce vést teplo, konkrétně rychlost šíření tepla ze zahřáté části konstrukce do chladnější části. Vyjadřuje se ve wattech na metr krát kelvin [W/mK] a označuje se řeckým písmenem lambda [λ]. Potřebnou hodnotu najdeme v normě ČSN nebo přímo u výrobců. Součinitel tepelné vodivosti λ je obecně velmi důležité kritérium pro porovnávání kvality tepelných izolací. Udává, jak materiál vede teplo.

Součinitel prostupu tepla (U)

Tato hodnota nám určuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými od sebe určitou stavební konstrukcí. Čím je hodnota menší, tím lepší jsou tepelně izolační vlastnosti konstrukce. Označuje se velkým písmenem „U“ a jednotku má watt na metr čtvereční krát kelvin [W/m2K]. Dle studie Institutu stavební fyziky ve Stuttgartu se hodnota U tepelně izolační konstrukce zhoršuje o faktor 4,8. Přeneseno do reality to znamená, že dům o obytné ploše 80 m², u něhož existují netěsnosti v neprodyšné izolační vrstvě, potřebuje k vytápění tak velké množství energie, jako neprodyšně zaizolovaný dům o obytné ploše 400 m².

Rosný bod

Tato veličina udává maximální nasycení vzduchu parami. Jestliže teplota klesne pod tento bod, začnou páry kondenzovat. Pro různé vlhkosti vzduchu je odlišná teplota rosného bodu. Pokud se rosný bod, případně kondenzační rovina daná velkým teplotním spádem uvnitř stěny nachází před izolačními deskami, vzniká nebezpečí, že se v tomto místě vlhkost koncentruje. Pokud dosáhne teplota vzduchu rosného bodu, tvoří se kondenzát.

Difuzní odpor

Tento faktor poukazuje na schopnost daného materiálu propouštět vodní páry. Této vlastnosti říkáme, že materiál dýchá. A čím menší je tato hodnota, tím snáze může k difúzi docházet. Vodní pára postupuje difúzí zevnitř domu ven a stavební konstrukce jí to umožňuje tím víc, čím je vyšší její součinitel difúze vodní páry. Firmě Baumit se inovací výrobků podařilo zásadně snížit difuzní odpor polystyrénových fasádních desek. Baumit open fasádní desky jsou prodyšné, a tím zajišťují optimální vnitřní klima. Celulóza ISOCELL má schopnost regulace vlhkosti. Nejen že silně propouští vodní páru, celulóza dokáže transportovat vlhkost ve vláknu. I při tomto mistrovském kousku si nadále zachovává své izolační vlastnosti.

Význam rekuperace a řízeného větrání

V případě novostaveb nízkoenergetických a zejména pasivních domů se lze většinou spolehnout na dokonalou izolaci objektu. To přináší úsporu energií, které by jinak uživatelé vynaložili na topení. Z toho důvodu je často v ceně takových bytů již zahrnutý systém rekuperace. Jde o řízené větrání, kdy je znečištěný vlhký vzduch zevnitř vyháněn ven, přičemž prostřednictvím výměníku v rekuperační jednotce předává teplo vzduchu čerstvému, přiháněnému z vnějšku. Zároveň probíhá filtrace přiváděného vzduchu. Rekuperační technologie se tak stávají plícemi moderních domácností. Je vhodné využívat rekuperační jednotku i tehdy, pokud je v provozu klimatizace, která nemá integrovanou funkci větrání. Klasická klimatizace sama o sobě totiž pouze chladí vzduch a neřeší jeho výměnu. Normy proto uvádějí, aby vzduchotěsnost místnosti, v níž je chladicí jednotka využívána, byla spíše slabší.

tags: #co #je #izolacni #vzdalenost #vzduch

Oblíbené příspěvky:

• Role foukané izolace pro zdravé bydlení
• Obložení stěn dřevem a kamenem
• Rektifikovaná dlažba s matným povrchem
• ohýbání kompozitů
• Přečtěte si celou analýzu poškození nového asfaltu