Součinitel tepelné vodivosti vlhké cihly a jeho význam ve stavebnictví

Součinitel tepelné vodivosti, označovaný řeckým písmenem λ (lambda), je fyzikální veličina z oboru termodynamiky, která vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo. 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. Tento koeficient je klíčovým parametrem pro hodnocení tepelně izolačních vlastností materiálů v oblasti stavebnictví a je zásadní pro výpočet tepelných ztrát a energetické náročnosti budov.

V praxi jsou všechny veličiny, jako je součinitel tepelné vodivosti (λ), tepelný odpor (R) a součinitel prostupu tepla (U), propojené. Tepelný odpor materiálu je veličina vyjadřující tepelněizolační vlastnosti materiálu a je dána vztahem Rmat = d/ λmat, kde d je tloušťka vrstvy materiálu a λmat je součinitel tepelné vodivosti tohoto materiálu. Součinitel prostupu tepla konstrukce vyjadřuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými od sebe stavební konstrukcí o tepelném odporu R a používá se k výpočtům tepelných ztrát provozovaných budov. Hodnoty součinitele tepelné vodivosti a tepelného odporu se zaokrouhlují podle ČSN EN ISO 10456, hodnoty součinitele prostupu tepla podle ČSN 73 0540-2.

Faktory ovlivňující součinitel tepelné vodivosti

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. Lambda 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 součinitel tepelné vodivosti s rostoucí teplotou. To znamená, že v teplejším prostředí může dojít k poklesu jejich izolačních schopností. U materiálů obsahujících uzavřené plyny (např. PUR/PIR panely) je důležitá stabilita izolačních plynů.
• 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. Tlakové podmínky u izolací s plyny (např. vakuové panely) také ovlivňují hodnotu λ.
• Typ plynu v pórech: Materiály naplněné plyny s nízkou tepelnou vodivostí (např. argon v izolačních sklech) dosahují lepší izolace než ty naplněné vzduchem.
• Stárnutí materiálu: Některé materiály (např. pěnový polystyren) mohou v průběhu času degradovat a zhoršit tak své izolační vlastnosti.
• Směr vedení tepla (Anizotropie): Některé materiály (např. dřevovláknité desky) mohou vykazovat rozdílné hodnoty λ v závislosti na směru vedení tepla (podél vláken vs. kolmo k vláknům).

Stavební hmoty přijímají na základě jejich vnitřní stavby (druh, počet, velikost a členění dutin) za každého stavu vzduchu (relativní vlhkosti vzduchu a teploty) zcela určitou vlhkost, která se po dostatečně dlouhé době skladování stavebních hmot na vzduchu ustálí. Známe-li rozdělení vlhkosti určité stavební hmoty ve vnějším zdivu běžně provozovaných budov, můžeme určit tzv. návrhovou hmotnostní vlhkost u v %.

Vývoj cihel a tepelně technické požadavky

Pálené cihly patří k nejrozšířenějším materiálům používaných zejména v konstrukcích obytných budov. Cihelné zdivo je jakýmsi etalonem stavebních konstrukcí, neboť všechny jiné materiály jsou právě srovnávány výhradně s cihelným zdivem. Do nedávné minulosti jsme si pod pojmem cihla představili plnou pálenou cihlu. V souvislosti s vývojem požadavků na součinitel prostupu tepla zejména konstrukcí obvodových plášťů se cihla začala proměňovat.

Čtěte také: Tepelná roztažnost a dřevěné konstrukce

Podle [2] lze vývoj požadavků na součinitel prostupu tepla (U) rozdělit na sedm generačních období podle jejich délky trvání. První norma zabývající se tepelně technickými vlastnostmi byla platná od roku 1949. Do roku 1964 hodnoty tepelného odporu stěn vycházely z etalonu stěny z plných pálených cihel.

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 bloky s rozměry (délka × šířka × výška), např. 290 × 190 × 215 nebo 240 × 365 × 238 mm, neboli o velkoformátové cihelné bloky. 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.

Současné hodnoty a trendy

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. Stejně tak jako v Rakousku či Německu se v České republice začínají na trhu uplatňovat cihelné bloky o šířce 500 mm (v Německu je používaný rozměr 490 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).

Léty se zvyšovaly ceny energie a nároky na tepelný komfort, což vedlo k používání děrovaných cihel nebo tvárnic s dutinami. Podstatně vyšší tepelný odpor takovéto cihly je dán tím, že průřez materiálu, který teplo vede, je podstatně menší a dráha, po níž je teplo vedeno (účinná tloušťka), je mnohem delší. V dutinách se teplo přenáší ze stěny do vzduchu a ze vzduchu do stěny a díky malým rozměrům dutin je zde konvekční přenos málo účinný. U těchto tzv. dutinkových cihel jsou v konfliktu požadavek na izolační schopnost a na pevnost v tlaku (únosnost).

Vlastnosti různých stavebních materiálů

Orientační hodnoty součinitele tepelné vodivosti λ pro různé stavební materiály:

Čtěte také: Inovativní zateplení historických budov

Pálené cihly

Plná cihla má sice skoro 3x menší tepelnou vodivost než kámen, ale opět nelze při rozumné tloušťce splnit požadavek normy na součinitel prostupu tepla. Akumulační schopnost stěny je o něco menší než u stěny kamenné. Stávající zdivo z klasických plných cihel na tloušťku 45 cm má velmi malý tepelný odpor (R v rozmezí 0,65 až 0,75 m²·K/W). Současná norma ČSN 73 0540-2 - Tepelná ochrana budov (10/2011) pracuje s veličinou součinitel prostupu tepla U, která je přibližně reciproční hodnota zmíněné R. Přepočteno tedy na současnou normu, součinitel prostupu tepla U pro plné zdivo je cca 1,3 (W/m²·K).

Pórobeton

Pórobeton je homogenní materiál s malými póry, s malou objemovou hmotností a poměrně nízkým součinitelem tepelné vodivosti (λ = 0,20 až 0,15 W/m·K). S rostoucím podílem dutinek bude klesat tepelná vodivost materiálu, ale současně bude klesat jeho pevnost. Další nevýhodou pórobetonu je jeho horší zvukově izolační schopnost.

Dřevo

Dřevo je výborný stavební materiál, který v sobě spojuje dobrou pevnost a poměrně nízkou tepelnou vodivost (při toku tepla kolmo k vláknům je λ = 0,18). Moderní dřevěné stěny s tepelnou izolací uvnitř mají při dané tloušťce stěny příznivější součinitel prostupu tepla než ostatní druhy stěn a proto se s oblibou používají v takzvaných nízkoenergetických domech. Na rozdíl od všech předchozích stěn je u dřevěné stěny možný únik tepla nejenom vedením, ale také infiltrací, tj. prouděním vzduchu netěsnostmi.

Kámen

Kámen má poměrně velkou tepelnou vodivost (viz Tabulka 2). Proto ani součinitel prostupu tepla kamenných stěn nevyhovuje současným nárokům bez ohledu na tloušťku stěny. Kamenná stěna má díky své dobré tepelné vodivosti a velké objemové hmotnosti obrovskou akumulační schopnost. Ze zkušenosti víme, že v letním období bývá i při dlouhotrvajících vedrech ve starých kamenných domech příjemný chládek. V zimě ovšem vysoká akumulační schopnost této stěny přináší spíše problémy než užitek. Důvodem je nízká povrchová teplota.

Zateplování vlhkého zdiva a moderní řešení

Vždy platí, že zateplovat by se mělo jen suché zdivo. To znamená před jakýmkoli zateplováním odstranit příčiny vlhnutí (například podříznout zeď a vložit izolaci). Pokud vlhké zdivo opatříme zvenku kontaktním zateplením (s vysokým difuzním odporem), problémy s vlhkostí se zaručeně zhorší. Vlhkost, která se až dosud odpařovala z vnějšku i zevnitř, může najednou odcházet jen z vnitřní strany. To vede k objevení nebo zvětšení "map" a někdy i k plísním. Takovéto problémy se mohou objevit i u zdí, které se před zateplením jevily jako suché.

Čtěte také: Jak souvisí součinitel tepelné vodivosti (λ) s kvalitou izolace Isover?

Požadavku na dostatečnou izolační schopnost (při rozumné tloušťce) jen stěží vyhoví zeď z jakýchkoli cihel či tvárnic. Proto je rozumné dimenzovat nosné zdivo jen podle statických požadavků a doplnit izolaci podle potřeby. Izolace může být provedena jako vnější kontaktní zateplení se stěrkovou omítkou. Případně může být vložena do prostoru mezi vnitřní zdí a venkovní přizdívkou, nebo mezi lehkou vnější fasádou.

Inovace v cihelných blocích

Lze si povšimnout, že cihelné bloky s minerální vlnou či expandovaným perlitem mají výhodu v požární odolnosti konstrukce a zdivo dosahuje výborných hodnot vzduchové neprůzvučnosti. Pokud jsou dutiny v cihlách vyplněné lehkými hmotami a je nutné dosáhnout srovnatelné vzduchové neprůzvučnosti, musí se uzpůsobit geometrie děrování cihelného bloku.

Společnost HELUZ cihlářský průmysl v.o.s., která je ryze česká, patří mezi tři největší výrobce zdících systémů na našem trhu. Po cihlách označených P+D (1998) a STI (2003) byla v roce 2009 zahájena výroba nové řady broušených cihel pro zdivo nízkoenergetických domů bez dodatečného zateplení s názvem HELUZ Family. Co se týká počtu řad otvorů, těch bylo výrobkovou řadou cihel Family dosaženo maximum a jediná schůdná cesta, jak ještě zvýšit tepelněizolační parametry cihel, byla v plnění otvorů izolantem. Čtvrtá generace cihel HELUZ označená Family 2in1, která je na trhu od roku 2011, má žeber a řad otvorů největší množství a všechny otvory jsou vyplněny drobnými kuličkami polystyrenu.

Právě plnění cihel s velkým počtem malých otvorů odlišuje cihly HELUZ od konkurence na českém i evropském trhu. Vyplněním otvorů cihel Family polystyrenem bylo dosaženo zvýšení jejich tepelně izolačních parametrů o 40 %. Zdivo z těchto cihel šířky 500 mm má stejné tepelněizolační vlastnosti jako 7 m tlustá zeď z klasických plných cihel nebo 36 cm polystyrenu. Významnou předností cihel HELUZ Family 2in1 je výhodná kombinace nízkého součinitele tepelné vodivosti, objemové hmotnosti cihel a měrné tepelné kapacity. Díky tomu se dosahuje velice výhodného fázového posunu - 13 hodin a extrémně vysokého teplotního útlumu. Tyto veličiny mají velký vliv na tepelnou stabilitu jak v zimním, tak i v letním období. Stěny z cihel s integrovaným polystyrenem nejen že dobře izolují, ale navíc velmi pomalu vychládají v zimním období.

Vliv vlhkosti na vysychání cihel HELUZ Family 2in1

Množství akumulované vlhkosti bylo velmi malé, dokonce u cihel HELUZ Family 2in1 bylo nižší než u běžných cihel HELUZ Family. To je způsobeno výrazným zvýšením izolačních vlastností cihel s integrovanou izolací, neboť přenos vlhkosti souvisí výrazně i s tepelně izolačními vlastnostmi - mluvíme o společném šíření tepla a vlhkosti. Množství kondenzátu za sledované období bylo nižší než 0,35 % hmotnostní vlhkosti, což téměř odpovídá sorpčním vlastnostem cihelného střepu.

Byly provedeny testy vysychání cihel HELUZ Family 2in1. V případě cihel zmoklých na stavbě dokázala cihla za 51 dnů vyschnout z původních 4,6 % hm. vlhkosti na 1,0 % hm. Cihly nasáklé vodou z desky vyschnou za 46 dní na 1,8 % hm. Extremní test, kdy byla cihla vhozena do kádě s vodou do úplné saturace, ukázal, že za dobu 3,4 roku poklesne vlhkost v cihlách na 2,0 % hm. vlhkosti.

Možnosti zateplení stávajícího zdiva

Závazná norma ČSN 73 0540-2 - Tepelná ochrana budov (10/2011) udává minimální požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla U 0,30 (W/m²·K). Hodnota doporučená je 0,25 (W/m²·K). Pro nízkoenergetický standard je pak potřeba splnit hodnotu součinitele prostupu tepla „U“ 0,18 až 0,12 (W/m²·K).

• Tepelně izolační omítky: Tepelně izolační omítky různých výrobců se vyrábí vylehčením póry a s příměsí polystyrénového granulátu nebo perlitu. Jejich tepelná vodivost λ nedosahuje lepších hodnot než 0,09 až 0,17 (W/m·K).
• Kontaktní zateplení děrovaným EPS: Kontaktní zateplení děrovaným EPS (patrně v systému s šedým EPS) je vhodnou variantou. Difúzní vlastnosti zdiva se zásadně nezhorší, při použití více paropropustných lepidel a finálních omítek lze připustit i mírně vlhké zdivo kolem 5%, max. do 7%. V šedé variantě se lze dostat na doporučenou hodnotu již při cca 12 až 14 cm izolantu.
• Minerální vata: Minerální vata má tepelnou vodivost deklarovanou kolem 0,040, prakticky cca 0,042 W/m·K. Musí být tedy ve větší tloušťce, cca 16 cm, spíše více. Přestože jsou vlákna hydrofobizovaná, určitou náchylnost ke zvýšení vlhkosti má (pokud bude rosný bod v izolantu). Vysoká vlhkost zdiva ale může vatu také ovlivnit. Zateplení minerální vatou s odvětráním pod samostatný přidaný fasádní obklad je pro zavlhčené zdivo nejšetrnější řešení. Je zde ale vyšší cena.

Při ochlazení vzduchu pod teplotu rosného bodu dochází ke kondenzaci vodní páry obsažené ve vzduchu. Vodní pára se sráží na kondenzačních jádrech, kterými mohou být prachové částečky ve vzduchu, a vytváří mlhu nebo se sráží na povrchu pevných těles, což se nazývá orosení. Kritická vlhkost vzduchu se používá pro hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty a je přísnější podmínkou než podmínka rizika vnitřní povrchové kondenzace. Pro hodnocení všech stavebních konstrukcí s výjimkou výplní otvorů je určena hodnotou 80 % relativní vlhkosti, což je definováno v ČSN EN ISO 13788. Tato hodnota stanovuje hranici pro riziko začínajícího růstu plísní na povrchu konstrukcí.

tags: #soucinitel #tepelne #vodivosti #vlhke #cihly

Oblíbené příspěvky:

• komplexní průvodce izolací základů
• Typy a výroba vlnité lepenky
• Průvodce řešením problému s lištou na celou obrazovku
• bramborové obklady a šťáva
• Vlastnosti a výhody smrkových palubek