Vakuová izolace: Principy, aplikace a skladba v moderním stavebnictví

Vakuová izolace představuje jednu z nejpokročilejších technologií tepelné ochrany současnosti. Její hlavní předností je extrémně nízká tepelná vodivost, díky které dokáže dosáhnout izolačních parametrů, na něž běžné materiály potřebují několikanásobně větší tloušťku. Vakuové izolační panely (VIP) jsou tenké desky tvořené jádrem z mikroporézního materiálu, který je hermeticky uzavřen do vícevrstvé fólie a zbaven vzduchu.

Principy vakuové izolace

Počátky vývoje vakuových izolací jsou přisuzovány vynálezu profesora Jamese Dewara, který v roce 1892 vyrobil originální skleněnou vakuovou nádobu. Jeho výzkum vedl k vytvoření tzv. Dewarovy nádoby (termosky), která díky vakuu mezi dvojitými stěnami prakticky zabraňuje přenosu tepla vedením (kondukcí) a prouděním (konvekcí). Radiace je omezena vlivem snížení emisivity stěn nádoby.

Zatímco Dewarova nádoba má cylindrický tvar, vakuové izolační panely jsou desky složené z jádrového materiálu a obalu. První patent na vakuové izolace byl udělen v roce 1930, ale preciznější popis VIP panelů s jádrem na bázi skelných vláken zatavených do kovové ocelové fólie přišel v roce 1955. Významným pokrokem byl patent z roku 1964, který popisoval nanostrukturu jádrového materiálu.

Vnitřní jádrový izolant je tvořen izolačním materiálem s velmi jemnou pórovitou strukturou, u něhož dochází při snížení tlaku ke snížení tepelné vodivosti cca 10× oproti stavu za tlaku normálního. Tyto výrobky dosahují celkově extrémně nízkých hodnot součinitele tepelné vodivosti, která se v praxi pohybuje na úrovni od 2 mW/(m·K) u izolantů s jádrem na vláknité bázi (např. skleněná vlna) do 5 mW/(m·K) u izolantů s jádrem na bázi jemně pórovitých matric (např. SiO2 ve formě aerogelu nebo pyrogenního SiO2). Součinitel tepelné vodivosti u jader vakuových izolačních panelů se obvykle pohybují od 3 do 7 mW‧m-1‧K-1 při vakuu.

Obálka panelu má za úkol především udržet velmi nízký tlak, který je uvnitř panelu. Ačkoliv fólie z nerezové oceli poskytuje výborné těsnící účinky jako obal jádrového materiálu u vakuových izolačních panelů, dnes se více používají jiné, lehčí, méně drahé, více všestranné plastové filmy nebo fólie pokovené hliníkem. Problematika obalů u vakuových izolačních panelů je klíčová pro životnost materiálů, která úzce souvisí s problematikou outgassingu (unikání plynů) a porušení vakua.

Čtěte také: Trámová střecha

Skladba a druhy jádrových materiálů

Základem každé vakuové izolace ve formě VIP je jádrový tzv. „core“ izolant. Tento izolant se vyznačuje velmi jemnou pórovitou strukturou. Dnes běžně užívanými jádrovými izolanty jsou zejména anorganické materiály na bázi aerogelu nebo práškovitého oxidu křemičitého - mikrosiliky, práškového perlitu, případně různé druhy materiálů na bázi skleněných vláken. Jejich výhodou je výrazně nižší projev „outgassingu“.

Mimo anorganických izolantů se jako jádrových izolací, především v posledních letech, začínají využívat izolanty na organické bázi, a to vzhledem k jejich výrazně nižší tepelné vodivosti (oproti materiálům anorganickým). Jedná se především o izolanty na bázi pěn z polyurethanu, polyesteru, polyethylenu a polykarbonátu. Obecně je známo, že jádrový materiál musí být pórovitý za účelem snadné vakuace, ideálně by měl vykazovat otevřenou pórovitost, měl by vykazovat dlouhodobou strukturní stabilitu a musí mít minimální negativní dopad na tepelný transport kondukcí. Bylo prokázáno, že čím jsou póry menší (při velmi vysoké celkové otevřené pórovitosti), tím je dosaženo lepších tepelně izolačních vlastností finálních vakuových izolačních panelů.

Výzkum na Fakultě stavební VUT v Brně se zaměřuje na vývoj a studium chování environmentálně úsporných jádrových izolantů pro aplikaci do vakuových izolačních panelů, zejména organických materiálů na bázi přírodních či odpadních polymerních vláken. Vláknité izolanty na bázi organických odpadních vláken vykazují snížení tepelné vodivosti při sníženém tlaku až na úroveň vhodnou pro výrobu vakuových izolačních panelů. Materiály na bázi bavlny se jeví jako velmi zajímavé, i když je nutné dosáhnout vyšší jemnosti vláken a vyšší objemové hmotnosti. Výhodou je vysoká dostupnost výchozí suroviny (odpadní textil s vysokým podílem bavlny), využití druhotných surovin a nízká energetická a finanční náročnost výroby.

Aplikace vakuové izolace ve stavebnictví

Vakuové izolační panely (VIP) umožňují splnit normy i tam, kde by to s běžnými materiály nebylo technicky možné. Tloušťka 20 mm vakuové izolace může být ekvivalentem běžné izolace o tloušťce 10-15 cm. Díky těmto vlastnostem se VIP panely uplatňují zejména při řešení komplikovaných konstrukčních detailů s omezenou světlou výškou nebo tam, kde není dostatek místa. Vakuové izolační panely jsou vhodné především pro podlahové systémy, střechy, balkony a terasy, pro izolaci střešních oken a vnějších stěn.

Příkladem je novostavba u Prahy, kde majitelé zjistili, že nemají dořešené zateplení boční stěny vikýře. Do exteriéru se už zasahovat nemohlo, takže padla volba na vnitřní zateplení stěn. Mezi stěnou a oknem bylo minimum prostoru, což vylučovalo klasické izolace. Použití panelů VakuPRO® o tloušťce 30 mm umožnilo detail dořešit z interiéru, bez bourání hotového exteriéru a bez toho, aby vikýř „narostl“ do prostoru.

Čtěte také: Realizace podlahového topení na OSB

Klíčové využití VIP ve stavebnictví je především v oblasti kritických detailů stavebních konstrukcí neumožňujících zabudování izolantu v dostatečné tloušťce a v oblasti dodatečného zateplení. Tato kritická místa vznikají především ze statických, prostorových či estetických důvodů. V dnešní době je stále vzrůstající tlak na řešení těchto detailů již ve fázi projektování stavby. Absence dostatečného tepelnětechnického řešení se nejčastěji projevuje výskytem zvýšené vlhkosti a následných plísní.

Sanace tepelných mostů s využitím VIP

Oblasti výplní otvorů, jako jsou ostění oken a nadpraží, jsou místa, kde se nejčastěji setkáváme s tepelnými mosty. Zde se nabízí využití vakuových izolačních panelů k sanaci těchto problémů.

Při sanaci tepelných mostů v oblasti ostění je vhodný následující postup:

  1. Nejprve odstranit stávající povrchovou úpravu v oblasti ostění z interiéru i exteriéru.
  2. Provést kontrolu připojovací spáry, případně odstranit stávající materiál a nahradit jej vhodným tepelněizolačním materiálem (například výplňovou PUR pěnou).
  3. Po vytvrzení materiálu se spára utěsní parotěsnou páskou z interiéru a paropropustnou páskou z exteriéru.
  4. Na ostění v exteriéru se nalepí vakuový izolační panel šířky dle sanovaného ostění.
  5. Spára mezi panelem a rámem okna se utěsní pružným tmelem.
  6. VIP panely je nutné aplikovat tak, aby těsně vyplnily kouty v ostění, které jsou z tepelnětechnického hlediska nejkritičtějšími místy.
  7. Pokud po umístění VIP vznikne spára mezi panely, vyplní se vláknitým tepelněizolačním materiálem.
  8. Posledním krokem sanace je znovu provedení povrchové úpravy ostění z interiéru i exteriéru. Pro tyto účely je vhodné využít VIP s povrchovou úpravou (například s nalepenou tenkou vrstvou jiného typu izolantu jako XPS nebo PUR pěna), aby bylo možné danou povrchovou úpravu na VIP provést bez poškození.

Použitím vakuového izolačního panelu v oblasti ostění okna z vnější strany (uvažovaná tloušťka 20 mm) dojde k podstatné změně rozložení teplotního pole, což vede ke zvýšení povrchové teploty v oblasti ostění ze strany interiéru. Tím je zamezeno možné kondenzaci vlhkosti a následnému vzniku plísní.

Kingspan Optim-R: Integrované řešení vakuové izolace

Kingspan Optim-R je panel s vakuovou izolací (VIP), který poskytuje třikrát lepší izolační vlastnosti ve srovnání s fenolickou pěnou či PIR a až šestkrát lepší vlastnosti než minerální vlna či EPS. Vynikající hodnoty deklarovaného součinitele tepelné vodivosti (λ = 0,007 W/(m·K)) dosahuje Optim-R i po 25letém životním cyklu v aplikaci (ověřeno zkouškou vlivu zrychleného laboratorního stárnutí). Kingspan Optim-R se skládá z mikroporézního jádra, z něhož je odčerpán vzduch, a které je chráněno hermeticky uzavřeným obalem.

Čtěte také: OSB desky a šikmá střecha: správná skladba

Optim-R se tak uplatní zejména v místech, kde je nedostatek prostoru pro použití jiné izolace s násobně větší tloušťkou. Základní izolační panely Optim-R doplňují panely Optim-R flex a Optim R-fix, které slouží k výplni mezer mezi panely a konstrukcí a k upevnění vakuových panelů ke konstrukci.

Balkony a terasy jsou citlivým místem stavební konstrukce z tepelně-technického hlediska, a to nejen kvůli zvýšeným požadavkům na provedení hydroizolace, ale zejména kvůli složitým konstrukčním detailům, které jsou často zdrojem tepelných mostů. Optim-R nabízí výjimečnou tepelnou izolaci při nepatrném navýšení tloušťky konstrukce, navíc aplikované pouze v úrovni podlahy. Díky tomu, že Kingspan Optim-R pro balkony a terasy byl navržen jako ucelený systém, umožňuje řešit i kritická místa, jako například odvodňovací žlaby. Protože vakuová izolace musí zůstat neporušena, vyvinula společnost Kingspan speciální výplňové panely, které je možné upravovat na libovolný rozměr tak, aby došlo k odizolování obtížně dostupných nebo úzkých míst.

I přes své výjimečné tepelněizolační vlastnosti nejsou vakuové izolační panely ve stavebnictví příliš rozšířeny, zejména kvůli jejich náchylnosti k mechanickému poškození a s ní souvisejícímu způsobu aplikace vyžadujícímu pečlivé dodržení technologických předpisů. Nicméně, vhodnou aplikací je možné dosáhnout efektivní sanace tepelnětechnických vad konstrukcí, kdy panel je schopen nahradit při výrazně menší celkové tloušťce dnes běžně používané tepelněizolační materiály. Hlavní význam využití VIP ve stavebnictví je především v efektivní izolaci detailů, kde není možné využít izolanty o větší tloušťce, což je právě příklad energetických sanací problematických detailů.

tags: #vakuová #izolace #principy #aplikace #a #skladba

Oblíbené příspěvky: