Součinitel tepelné vodivosti Porotherm: Inovace a vliv anizotropie

Inovace v oblasti stavebních materiálů jsou klíčové pro minimalizaci energetické náročnosti budov. Výrobci se snaží reagovat na tyto požadavky, což vede k vývoji nových produktů a technologií.

Definice a výpočty tepelně-technických parametrů

Každý materiál je schopen šířit teplo. Tato schopnost se u homogenních materiálů vyjadřuje pomocí součinitele tepelné vodivosti λ [W·m⁻¹·K⁻¹]. Hodnota součinitele udává množství tepla vztaženého na jednotku plochy, které projde vrstvou materiálu tloušťky 1 m při konstantním teplotním rozdílu 1 K mezi oběma povrchy této vrstvy.

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. Tepelný odpor konstrukce R vyjadřuje tepelněizolační vlastnosti celé konstrukce složené z více vrstev (např. obvodový a střešní plášť a výplně otvorů, jako jsou vertikální okna).

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. Lineární (bodové) činitele prostupu tepla ye (ce) se používají k hodnocení místního zvýšení či snížení tepelných toků v detailech styků mezi konstrukcemi obálky budovy (hodnocení tepelných vazeb mezi konstrukcemi) a jsou součástí katalogových listů s detaily napojení různých konstrukcí na stěny z cihel Porotherm.

Teplotní faktor vnitřního povrchu ƒRsi vyjadřuje vliv konstrukce a přestupů tepla v daném místě vnitřního povrchu na vnitřní povrchovou teplotu nezávisle na teplotách přilehlých prostředí. Hodnoty součinitele tepelné vodivosti a tepelného odporu se zaokrouhlují podle ČSN EN ISO 10456, hodnoty součinitele prostupu tepla podle ČSN 73 0540-2.

Čtěte také: Tepelná roztažnost a dřevěné konstrukce

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. kritickou vlhkost vzduchu.

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. Ochlazujeme-li vzduch obsahující vodní páru, částečný tlak vodní páry pd se nemění, zatímco tlak nasycených vodních par pd klesá a relativní vlhkost vzduchu stoupá. Za určité teploty, nazývané teplota rosného bodu θω, dosáhne relativní vlhkost vzduchu 100 %, což znamená, že vzduch je nasycen vodními parami. 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.

Vlastnost materiálu, která vyjadřuje jeho relativní schopnost propouštět vodní páry difuzí, se nazývá faktor difuzního odporu μ. Tento faktor je poměrem difuzního odporu materiálu (odporu proti pronikání vodní páry materiálem) a difuzního odporu vrstvy vzduchu o stejné tloušťce za stejných podmínek. Pro vzduch je tedy faktor μ = 1.

Termín "tepelná setrvačnost" definuje chování stavební hmoty nebo konstrukce ve vztahu ke kolísání teplot. Vnější stěny dokáží více či méně dobře odolávat kolísání vnějších teplot, tzn. časově mohou reagovat velmi rychle nebo také velmi pomalu. Chování vnější části stavby v zimě charakterizuje doba chladnutí, v létě doba zahřívání. Čím je doba chladnutí či zahřívání delší, tím více jsou obytné prostory posuzovány jako příjemné. Schopnost stavebních hmot akumulovat teplo je důležitá u takových objektů, kde z nějakých důvodů není možno udržovat konstantní teplotu vnitřních prostor. Při příliš nízké schopnosti obvodových stěn akumulovat teplo může při přerušení vytápění dojít během krátké doby k většímu poklesu teploty povrchu stěny na vnitřní straně.

Inovativní zdicí materiály

Nutnost splnění přísných požadavků na obálky budovy, a tím minimalizace energetické náročnosti, nutí mnohé výrobce k inovacím. To se projevuje například u tvárnic POROTHERM EKO+ a HELUZ Family 2in1.

Čtěte také: Inovativní zateplení historických budov

POROTHERM EKO+

POROTHERM EKO+ je tvárnice na vnější obvodové pláště, která umožňuje stavbu stěn pasivních domů i v homogenní variantě, tzn. bez ETICS (zateplovacích systémů). Poskytuje vynikající tepelně-technické vlastnosti (Uzdiva = 0,15 až 0,24 W/(m²·K)) a akustickou izolaci až 45 dB. Oproti polystyrenu je její recyklace méně náročná a je odolnější vůči povětrnosti a případnému biotickému napadení.

Cihly broušené Porotherm 11,5 Profi jsou určené pro omítané nenosné zdivo vnitřních příček tloušťky 115 mm, případně pro vnější omítanou část obvodového vrstveného zdiva v kombinaci s tepelným izolantem a vnitřní nosnou částí. Cihly Porotherm 11,5 Profi jsou dodávány zafóliované na vratných paletách rozměrů 1180 × 1000 mm. Počet cihel na paletě je 100 ks, hmotnost palety činí 1240 kg. Součástí dodávky je odpovídající množství malty pro tenké spáry Porotherm Profi (1 pytel malty na 2 palety zdiva).

Cihly POROTHERM 30 P D jsou určené pro omítané jednovrstvé vnější i vnitřní nosné zdivo tloušťky 300 mm. Lze je též použít pro vnitřní nosnou část vrstveného zdiva v kombinaci s tepelným izolantem a případně s dalšími cihelnými materiály tvořícími vnější ochrannou část zdiva. Zdění se provádí na klasickou vápenocementovou maltu.

Pro zdění je vhodné používat tenkovrstvé malty, popř. Porotherm 36,5 T Profi, resp. Dryfix, v 6 řadách se zabudovanou minerální izolací tloušťky 24 cm.

HELUZ Family 2in1

Jiným novým zdicím materiálem je tvárnice HELUZ Family 2in1, která je rovněž vhodná pro výstavbu nízkoenergetických a pasivních domů. Tyto tvárnice se používají pro obvodové stěny, případně i dělící vnitřní konstrukce.

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

Transparentní prvky REHAU Systém GENEO

Transparentní prvky, jako jsou okna a dveře, hrají také významnou roli. REHAU Systém GENEO je sedmikomorový plastový profil bez ocelových výztuží, splňující kritéria pasivní výstavby. Tato absence oceli a izolační pěny přispívá k 100% recyklovatelnosti profilu a umožňuje dosahovat vynikajících tepelně-izolačních vlastností Uf až 0,74 W/(m²·K). Stavební hloubka 86 mm byla zvolena jako optimální hodnota pro zpracování, tepelnou izolaci a statiku.

Anizotropie cihelných materiálů a její vliv na tepelné mosty

V současné době je nutné realizovat výrazně účinné tepelné izolace. Zájem se přesouvá mimo jiné i do oblasti řešení tepelných mostů. To je dáno tím, že tepelné mosty ovlivňují tepelně izolační vlastnosti nikoliv procentuální hodnotou vyjádřenou procentním navýšením součinitele prostupu tepla U, ale tvoří pevnou přirážku ΔU více méně bez závislosti na tepelně izolačních vlastnostech okolních konstrukcí. Z tohoto hlediska je jistě zajímavé porovnání výpočtů tepelných mostů na základě tepelně izolačních vlastností a skladeb různých materiálů.

Při výpočtech různých detailů jsme si uvědomili, že některé materiály jsou anizotropní, tedy že nemají ve všech směrech stejné vlastnosti. To je známé např. u dřeva, kdy norma uvádí různé součinitele tepelné vodivosti na základě toho, zda se jedná o vedení tepla kolmo k vláknům či rovnoběžně s nimi. Tato problematika se však týká i nejrozšířenějšího stavebního materiálu, kterým jsou různé typy cihelných tvarovek. Rozdíl v tepelně izolačních vlastnostech pak vzrůstá počtem vzduchových dutin speciálních tvarů a tepelně izolačními schopnostmi vlastního cihelného střepu, tedy faktory, které se uplatňují u nejnovějších cihlářských výrobků.

Výpočet byl prováděn na základě podkladů firmy HELUZ o tvarovkách SUPE®THERM 44 STI (U=0,23 W/(m2.K1)) a SUPE®THERM 44 P+D (U=0,28 W/(m2.K1)). Cílem bylo vypočítat ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti λev v různých směrech. K dispozici byl půdorysný výkres těchto tvarovek a dále hodnota součinitele tepelné vodivosti cihelného střepu v suchém stavu a pochopitelně údaje o naměřeném tepelném odporu zdiva při vlhkosti 1%.

Na základě výpočtových postupů uvedených v ČSN EN ISO 6946 byly spočítány tepelné odpory malých vzduchových dutin pro různé směry tepelného toku. Po zjištění shody výpočtu s prakticky laboratorními zkouškami získanými údaji byly spočítány ekvivalentní součinitele tepelné vodivosti i pro ostatní směry tepelného toku. Jako směr x byl zvolen směr kolmo na zdivo, směr y představuje tepelný tok vodorovný ve směru zdiva a směr z představuje svislý směr tepelného toku. Takto vypočtené ekvivalentní součinitele prostupu tepla λ byly dál používány při výpočtech dvourozměrného stacionárního teplotního pole.

Jako modelový příklad byl zvolen detail představující styk štítové stěny a tepelné izolace podkroví. Jako okrajové podmínky byla zvolena teplota interiéru +21°C, teplota exteriéru -15°C a teplota na půdě -9°C. Tento detail byl počítán celkem v 39 různých variantách, které se lišily použitým materiálem pro zdivo a různou tloušťkou tepelné izolace. U některých typů zdiva, popřípadě zateplení bylo uvažováno s izotropním materiálem. To se týká zejména variant 1 až 16.

Z hlediska zjišťování vlivu anizotropie cihelné tvarovky na velikost tepelného mostu jsou zajímavé varianty č. 17 a 18, kdy je varianta 17 počítána jako by šlo o izotropní materiál s vlastnostmi uváděnými v technických listech výrobku a varianta 18 pak s rozdílnými vlastnostmi vedení tepla ve vodorovném a ve svislém směru. Rozdíl ve vypočtené povrchové teplotě ve výši 1,3°C a v lineárním součiniteli prostupu tepla Δψ = 0,09 W/(m.K) je poměrně značný a při řešení některých tepelných mostů může mít jistě významný vliv. Tento význam anizotropie je takto markantní, neboť rozdíl v ekvivalentním součiniteli tepelné vodivosti ve směru vodorovném a kolmém je více než šestinásobný.

Porovnání lineárních součinitelů prostupu tepla

Následující tabulka porovnává různé kombinace zdiva a tlouštěk tepelných izolací. Například je zajímavé porovnat variantu 18 (SUPU®THERM STI 44) s variantou 31, která představuje zdivo o tloušťce 190 mm s tepelnou izolací o síle 120 mm.

Jako druhý typ detailu byl zvolen roh obvodového zdiva. U tohoto typu detailu je výrazně nižší rozdíl v ekvivalentním součiniteli tepelné vodivosti ve směru kolmém na zdivo a rovnoběžném se zdivem.

Simulace termogramu varianty 29 (cihelné tvarovky Therm 190 mm + z interiéru půdy a z exteriéru 120 mm pěnového polystyrénu (EPS)) a simulace termogramu betonové tvárnice 200 mm + z interiéru 140 mm pěnového polystyrénu (EPS) názorně ukazují rozložení teplot.

tags: #soucinitel #vodivosti #porotherm

Oblíbené příspěvky:

• Výhody polymerbetonových žlabů pro komunikace
• Soustružení dřeva
• Přehled odvodňovacích systémů
• Průvodce vruty do sádrokartonu
• Praktické řešení pro interiér