Tepelný odpor a izolační vlastnosti stavebních materiálů: Srovnání křemelinových tvárnic a pórobetonu

Na energetickou náročnost budovy se klade stále větší důraz. Tvrzení, že na materiálu nezáleží, je naprostý nesmysl, neboť každý materiál má hodnotu tepelné vodivosti naprosto odlišnou. Některé materiály mají vyšší tepelnou vodivost a některé nižší.

Základní pojmy v tepelné technice

Součinitel tepelné vodivosti (λ)

Tepelnou vodivostí se rozumí schopnost daného materiálu vést teplo. Představuje rychlost, jakou se teplo šíří materiálem. Tepelná vodivost daného materiálu je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti, má označení λ a jednotku W/m·K. Koeficient λ vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo a je definován jako množství tepla ve wattech, které projde průřezem materiálu o tloušťce 1 metr při rozdílu teplot 1 K (1 Kelvin) mezi oběma povrchy materiálu. Součinitel tepelné vodivosti je klíčovým parametrem pro hodnocení tepelně izolačních vlastností materiálů v oblasti stavebnictví a je zásadní pro výpočet tepelných ztrát a energetické náročnosti budov. Koeficient součinitele tepelné vodivosti λ hraje proto zásadní roli při výběru izolačních materiálů. Různé izolační materiály mají odlišné hodnoty λ. Tyto hodnoty ukazují, jak různé materiály vedou teplo a jak efektivně mohou sloužit jako izolace. Tyto hodnoty jsou obecné a u různých specifikací a výrobců se liší. V oblasti stavebnictví je součinitel tepelné vodivosti zásadním faktorem při výběru izolačních materiálů pro nové konstrukce i při modernizaci stávajících budov.

Faktory ovlivňující součinitel tepelné vodivosti λ

Na součinitel tepelné vodivosti λ izolačních materiálů má vliv několik faktorů, které mohou hodnotu tohoto parametru zvyšovat nebo snižovat.

  • Vlhkost: Přítomnost vody má mnohem vyšší tepelnou vodivost než vzduch (λ vody je cca 0,58 W·m⁻¹·K⁻¹, zatímco vzduchu cca 0,025 W·m⁻¹·K⁻¹).
  • Teplota: U některých materiálů (např. pěnové izolace) roste λ s rostoucí teplotou, což znamená, že v teplejším prostředí může dojít k poklesu jejich izolačních schopností.
  • Struktura materiálu: Materiály s vyšší porozitou (např. minerální vata, pěnové plasty) mají nižší hodnotu λ, protože vzduch v pórech omezuje vedení tepla.
  • Tlak a hustota: S rostoucí hustotou se obvykle zvyšuje tepelná vodivost, protože se zvyšuje podíl pevné látky, která lépe vede teplo.
  • Typ plynu v pórech: Materiály naplněné plyny s nízkou tepelnou vodivostí (např. speciální plyny v panelových izolacích) mají lepší izolační vlastnosti než ty naplněné vzduchem.
  • Stárnutí materiálu: Degradace materiálu může časem vést ke zvýšení jeho tepelné vodivosti.
  • Směr vedení tepla: Některé materiály (např. dřevovláknité desky) mohou vykazovat rozdílné hodnoty λ v závislosti na směru vedení tepla.

Tepelný odpor (R)

Součinitel prostupu tepla (U) je důležitý, ale neměli byste zapomenout ani na součinitel prostupu tepla (R). Součinitel prostupu tepla určuje, k jakým tepelným ztrátám skrze danou konstrukci dochází. Tepelný odpor (R) vyjadřuje odpor proti prostupu tepla přes určitou vrstvu materiálu.

Součinitel prostupu tepla (U)

Součinitel prostupu tepla U (jednotkou je W/m2.K) vyjadřuje tepelně izolační schopnost ohraničující konstrukce domu. Jednotka W/m2K vyjadřuje, kolik tepelné energie ve Wattech prostupuje obvodovou konstrukcí o ploše 1 m2 při rozdílu venkovní a vnitřní teploty 1 K. Díky hodnotě U můžeme dopředu zjistit s jakými tepelnými ztrátami můžeme počítat za použití konkrétní tloušťky materiálu. Pro součinitel prostupu tepla U platí, že čím nižší jeho hodnota je, tím lepší tepelně izolační vlastnosti konstrukce má (na rozdíl od tepelného odporu R, kde je to naopak). V praxi jsou všechny tyto veličiny propojené. Pro výpočet hodnoty U musíme nejprve zjistit tepelný odpor konstrukce (R).

Čtěte také: Kde koupit tvárnice z druhé ruky

Vlastnosti křemelinových tvárnic Isostone

Křemelinové tvárnice Isostone z Kalofrigu Borovany nemají dostatečné tepelně izolační vlastnosti. Při tloušťce zdiva 30 cm dosahují tepelného odporu R v rozmezí 0,9 - 1,2 (m2.K/W). To je přibližně 4x méně než doporučuje současná norma. Pokud se posuzují konstrukce vyzděné dříve z borovanských tvárnic (v JČ kraji známé jako křemelinové nebo borovanské), měla by se zadat hodnota lambda kolem 0,3. Vzhledem k ustáleným současným poměrům v každé zdi z nich vybudované je to hodnota nejpravděpodobnější. Doporučuje se hodnota 0,33. Měrná tepelná kapacita je 1050, objemová hmotnost 750, faktor difúzního odporu 8.

Vlastnosti pórobetonu

Pórobeton dosahuje jedinečných tepelně izolačních parametrů, díky kterým mají pórobetonové stavby výbornou energetickou bilanci. Stavba z pórobetonu je nejen snadná a rychlá, ale také umožňuje stavbu nízkoenergetických staveb. Dosažení požadovaných hodnot pro nízkoenergetické či pasivní domy je velmi jednoduché. Pórobetonové tvárnice mají vynikající tepelně izolační vlastnosti. Například při tloušťce tvárnice 360 mm dosahuje minimální hodnota tepelného odporu ve vysušeném stavu 3,0 m2.K/W. Součinitel tepelné vodivosti je λD23/W.m-1.K-1 = prům. 0,12. Pórobeton chrání před zimou, stejně i před horkem. Pohlcuje a uvolňuje vlhkost vzduchu, vyrovnává tím provozní vlhkostní změny v místnosti a taktéž umožňuje vodním parám postupný přestup obvodovou zdí. Zamezuje vzniku plísní. Pórobeton patří mezi tzv. „teplé“ materiály. Pórobeton je ekologicky čistý materiál, vyrobený z přírodních surovin (písek, vápno, cement a voda). Je na celém světě uznávaný jako stavební materiál, šetřící životní prostředí.

Dostatečně silné zdi z pórobetonových tvárnic účinně zajišťují normou povolené hodnoty průniku hluku zvenčí do objektu, jakož i v opačném směru. Nízká hmotnost tvárnice a porovnatelná vysoká pevnost umožňuje budování všech druhů běžných objektů, zajišťuje nízké náklady na 1 m2 vybudované stavby, také výrazně snižuje namáhavost práce a zvyšuje její produktivitu. Výborné pevnostní vlastnosti pórobetonu umožňují zhotovovat z něj nosné i nenosné zdi, příčky, překlady, stropní vložky jakož i používat jej jako výplňové zdivo. Podle mezinárodních technických norem je pórobeton nehořlavým materiálem.

Pro přesné tvárnice a příčkovky SOLBET se doporučuje použít tenkovrstvé speciální lepidlo. Pórobetonovou tvárnici lze lehce opracovat běžným řemeslnickým nářadím, jednoduše a rychle vytvořit drážku pro elektroinstalaci. Bez problémů je možné dělat otvory a osazovat hmoždinky, zatloukat hřebíky a skoby.

Zdivo z pórobetonových tvárnic o obj.hm. suché látky 100 kg/m3 a obj. hm. (6,6 až 2,0). Součinitel tepelné vodivosti pro stavbu je mezi 1,4 a 1,2.

Čtěte také: Svahové tvárnice a jejich formy

Vývoj cihelného zdiva a jeho izolační vlastnosti

Pálené cihly patří k nejrozšířenějším materiálům používaným zejména v konstrukcích obytných budov. Cihelné zdivo je jakýmsi etalonem stavebních konstrukcí, neboť všechny jiné materiály jsou právě srovnávány výhradně s cihelným zdivem. S vývojem požadavků na součinitel prostupu tepla zejména konstrukcí obvodových plášťů se cihla začala proměňovat. V současnosti jsou na trhu dostupné cihly, které jsou vhodné i pro jednovrstvé konstrukce obvodových plášťů pasivních domů. Požadavky na U obvodových stěn se za posledních 50 let zpřísnily přibližně 6krát, z toho za posledních deset let asi 2krát. U zdiva z pálených cihel došlo k navýšení tepelného odporu za posledních 50 let 11krát, z toho za posledních 10 let asi 3krát.

S vývojem požadavků na stěnové konstrukce se také začíná měnit tvar cihel. Od plných cihel se přechází v období let 1946-1960 k příčně děrovaným cihlám typu CDm. V letech 1961-1980 se objevuje typ cihly CDK a CD Týn. Cihly typu CD Týn můžeme považovat za mezník, neboť se jednalo o velkoformátové cihelné bloky s rozměry (délka × šířka × výška), např. 290 × 190 × 215 nebo 240 × 365 × 238 mm. V 90. letech přichází cihla „současného“ typu Therm se suchou styčnou spárou mezi jednotlivými cihelnými bloky označovanou pero drážka, též P+D. V sousedním Německu se v první polovině 90. let začínají objevovat tzv. broušené cihly, které mají zbroušené ložné plochy.

V současnosti hodnotu U = 0,25 W/(m2‧K), která odpovídá doporučené hodnotě podle normy ČSN 73 0540-2:2007 pro vnější těžké stěny, bez problémů splňuje jednovrstvé zdivo z cihelných bloků typu Therm o šířce 440 mm. Zdivo tloušťky 440 mm dosahuje součinitele prostupu tepla kolem hodnoty U = 0,21 W/(m2‧K) případně i nižší. Stejně tak jako v Rakousku či Německu se v České republice začínají na trhu uplatňovat cihelné bloky o šířce 500 mm. Zdivo z těchto bloků dosahuje hodnot součinitele prostupu tepla nižších než U = 0,16 W/(m2‧K), což odpovídá ekvivalentní hodnotě součinitele tepelné vodivosti λ = 0,085 W/(m‧K), a tedy tepelnému odporu R = 5,88 m2‧K/W nebo i hodnotám lepším. Při vyplnění dutin tepelně izolačním materiálem je dosaženo až U = 0,11 W/(m2‧K). Podle ČSN 73 0540-1:2005 je za izolační materiál považován takový materiál, který má λ ≤ 0,1 W/(m‧K).

Budoucí vývoj cihel

Vývoj keramického střepu a vytváření cihlářské suroviny je neustálý. V současné době je vývoj zaměřen na snižování tepelné vodivosti střepu při zachování maximální možné pevnosti. Další podmnožinou tohoto směru vývoje je používání surovin, zejména charakteru odpadních hmot, které jednak zlepšují vlastnosti střepu (např. tvorbou pórů svým vyhoříváním při vypalování), snižují energetické nároky na výpal, zlepšují proces sušení apod. Další oblast vývoje spočívá v hledání nových možností vytváření samotné geometrie cihelných bloků potlačující přenos tepla. Třetí oblast tvoří vývoj v oblasti kombinování páleného cihelného bloku a izolačního materiálu. V podstatě novou oblastí, kterou se „cihláři“ budou muset zabývat, je právě oblast izolačních materiálů. I v tomto směru se již pokročilo a úspěšně se vyvíjejí izolační hmoty na anorganické bázi.

Jako izolační materiál se v současnosti nejvíce používá minerální vlna, a to ve formě rozřezaných desek do tvaru velkých dutin nebo ve formě granulátu pro vyplnění malých dutin, dále pak perlit nebo expandovaný polystyrén. Cihelné bloky s minerální vlnou či expandovaným perlitem mají výhodu v požární odolnosti konstrukce a zdivo dosahuje výborných hodnot vzduchové neprůzvučnosti. Z výsledků výpočtů se nedá jednoznačně určit, který tvar bloků je výhodnější z pohledu šíření tepla. Při použití jedněch nebo druhých typů bloků v nízkoenergetických budovách bude hrát roli celková tepelná ztráta zdivem i jednotlivými detaily. Značný vliv na řešení detailů může mít také tvar děrování, kterým se může vznik tepelných mostů výrazně eliminovat. To bude doménou cihel s malými dutinami a tenkými žebry.

Čtěte také: Kompletní průvodce pohledovými betonovými tvárnicemi

Pro dosahování velmi nízkých hodnot U zděných stěn jsou dostupné klasické pálené cihelné bloky moderního typu, které splňují i kritéria pro stavbu pasivních domů. Na zahraničních trzích se začínají uplatňovat cihelné bloky s integrovaným izolačním materiálem.

Doporučení pro zateplení křemelinových tvárnic

Křemelinová tvárnice má poměrně velkou propustnost pro vodní páry, a proto běžný fasádní polystyrén bude nejspíše nevhodný, má velký difúzní odpor a konstrukci uzavře. Mohlo by docházet ke kondenzaci v konstrukci. Možností by bylo použití šedé, difúzně otevřené (děrované) fasádní desky na polystyrénové bázi. Nabízejí se výrobky Baumit Open Reflect (Baumit) nebo EPS-F-Clima (Weber) a jistě i další výrobci. Tyto desky mají tepelnou vodivost λ 0,031 W/m.K a faktor difúzního odporu μ = 10. Především vysoká propustnost pro vodní páru je příznivá z hlediska kondenzace vodní páry v konstrukci, ke které by v takto zateplené stěně nemělo docházet. Baumit vyrábí i systém se sanačním účinkem, který na mírně vlhkém zdivu působí proti vlhkosti jako sanační omítka. Nevhodné je použití na dřevěnou konstrukci.

Pokud by měla konstrukce zůstat difúzně otevřená, nejvhodnější variantou bude zateplení difúzně otevřenou odvětrávanou fasádou s obkladem, tedy například systém Novabrik. Může se však použít i jiný způsob odvětrávané fasády s předsazeným obkladem na jiné materiálové bázi - dřevo, plastové fasádní prvky (Vinyl Siding), obklad z vláknocementových desek (Beternit), Cetris desek a další. V každém případě doporučujeme zadat odborný návrh provedení zateplení od projektanta. Musí vyjít z prohlídky objektu a posouzení jeho stavebně technického stavu. Dbát je potřeba na dostatečnou tloušťku větrané mezery pod obkladem, vhodně zvolit protivětrnou fólii, vyřešit detaily odvodu a přívodu vzduchu a další.

Požadavky norem na součinitel prostupu tepla U

Současná platná norma ČSN 73 0540-2 rozlišuje tři hodnoty součinitele prostupu tepla, a to - požadovanou, doporučenou a cílovou pro nízkoenergetickou a pasivní výstavbu v souladu s novými evropskými směrnicemi. Požadovaná minimální hodnota součinitele prostupu tepla U (W/m2.K) je pro vnější stěnu zděnou 0,30 (W/m2.K), ale s tím, že do konce roku 2012 se ještě připouští hodnota dle původní verze normy 0,38. Hodnota doporučená je 0,25 (W/m2.K), pro nízkoenergetickou a pasivní výstavbu 0,18 až 0,12 (W/m2.K). Pro doporučenou hodnotu je potřeba počítat cca 12 až 16 cm tepelné izolace na vláknité bázi.

Níže je uvedena tabulka srovnávající různé typy zateplení šikmých střech a jejich vliv na součinitel prostupu tepla:

Popis skladby Součinitel prostupu tepla U [W/m2K] Relativní zlepšení (%)
Tepelná izolace v celé konstrukci tl. 290 mm 0,136 111,1 %
Tepelná izolace v tl. 250 mm a reflexní parobrzda 0,146 104,6 %
Tepelná izolace v tl. 250 mm a parobrzda bez reflexe 0,153 100,0 %

Vliv reflexní parobrzdy oproti parobrzdě klasické zlepšuje tepelně-izolační vlastnosti konstrukce téměř o 5 % (přepočteno na tl. izolační vrstvy).

tags: #kremelinova #tvarnice #tepelny #odpor

Oblíbené příspěvky: