INTRO časopis o architektuře

Tepelné izolace – přehled, materiály, druhy, způsoby použití

Aktualizováno: 24. 2. 2009

Izolace jsou jednou ze základních součástí stavby, neobejdeme se bez nich, jejich vhodným výběrem i aplikací významným způsobem ovlivníme úroveň kvality celého objektu. Ovšem od doby, kdy byla k dispozici skelná vata na jedné a IPA na druhé straně, uplynulo mnoho vody. Dnes pro každý účel existuje mnoho variant, z nichž si musíme umět vybrat.

Tepelné izolace – přehled, materiály, druhy, způsoby použití

Je známo mnoho typů izolací nejen z hlediska funkce a použití, ale také materiálů a jejich struktury. Základní rozlišení izolačních materiálů je na tepelné izolace a hydroizolace. Do těchto dvou skupin pak můžeme zařadit i speciální izolace akustické či izolace proti radonu a dalším plynům a podobně. Protože jde o široké téma, budeme se v tomto článku věnovat pouze tepelným izolacím.

Základní rozdělení

Mezi nejstarší tepelné izolace patří jistě přírodní materiály, tedy seno, lišejníky či sláma. V polovině 60. let minulého století se začaly ve větší míře objevovat plasty, které se široce uplatnily především v izolacích spodních částí budov, dnes ovšem patří i mezi nejpoužívanější tepelné izolace.

Hlavním úkolem tepelných izolací je vytvořit bariéru, která zabrání vniknutí či úniku tepla a to všemi částmi stavby, tedy stěnami, podlahami, stropy či střechami. Aby přinesly očekávaný efekt a dobře fungovaly, je nutné vybrat správný typ, nešetřit, ale také zbytečně neplýtvat a především dbát na přesné a pečlivé provedení. Účelem tepelných izolací je udržet v domě teplo, na druhé straně jejichž prostřednictvím bráníme také přehřívání interiéru v letním období. Obecně mají tepelné izolace nízký stupeň tepelné vodivosti, někdy mohou fungovat i jako izolace akustické.

Materiálově lze tepelné izolace rozdělit na pěnové materiály, minerální vláknité materiály a rostlinné materiály.

Pěnové materiály

Mezi pěnové tepelně–izolační materiály patří polymerní pěny – polystyreny, polyuretany, PVC, PE, kaučuk, dále pěnové sklo či pryskyřice. Asi nejběžnějším materiálem je expandovaný (pěnový) po-lystyren (EPS).

Pěnový polystyren, EPS

Jde o produkt polymerace styrenu, který je následně zpěňován a nařezán do bloků, nezbytné je přidání retardérů hoření pro zajištění samozhášivosti materiálu. Součinitel tepelné vodivosti expandovaného polystyrenu se pro typ EPS 100 pohybuje od λ = 0,037 W/(m·K). Číslo typu značí pevnost v tlaku v kPa, EPS se vyrábí v hodnotách 50 až 250 kPa. Při aplikaci se kotví buď pouze lepením, nebo lepením a mechanicky. Vhodné je použít více vrstev kladených na vazbu pro eliminaci liniových tepelných mostů na styku s konstrukcí. Polystyren je možné použít i jako kročejovou izolaci, nelze ho však dlouhodobě vystavit vlhku. Mezi výhody patří nízká cena.

Zatím nejnovějším typem EPS je šedý polystyrén Neopor®, další značky téhož materiálu jsou NeoFloor, GreyWall nebo Lambdapor®. Jde o novou generaci EPS, která se od běžného expandovaného polystyrenu liší nejen vzhledem, ale především tepelně–izolačními vlastnostmi. Šedý pěnový polystyrén s objemovou hmotností 15 kg/m3 má součinitel tepelné vodivosti 0,032 W/(m·K). Při srovnatelné tloušťce má o 15–20 % lepší izolační účinek. Pro příklad – abychom této hodnoty dosáhli u klasické varianty EPS, potřebovali bychom materiál s objemovou hmotností alespoň 32 kg/m3. Výborných vlastností bylo dosaženo přídavkem uhlíkových nanočástic do polystyrenu před vypěněním, které způsobily šedé zabarvení, ale hlavně omezily sálavou složku šíření tepla pěnou a tím vedly k lepší hodnotě součinitele tepelné vodivosti.

Extrudovaný polystyren

Tento druh polystyrenu, značený také XPS, je dodáván nejčastěji ve formě desek s polodrážkou nebo hranou, využíván je zejména pro izolaci soklu, dále při izolování základových desek nebo ve skladbě střech s obráceným pořadím vrstev. Nejznámější obchodní názvy tohoto materiálu jsou Styrodur, Styrofoam nebo Fibran ECO aj. Materiál má uzavřené póry, je proto nenasákavý a lze ho použít ve vlhkém prostředí, kde působí jako tepelná izolace, a také jako účinná součást hydroizolace. Je velmi pevný, na druhé straně je nutné ho chránit před UV zářením. Důležitou součástí jsou i v tomto případě zpomalovače hoření.


Obr. 1: NeoporR se často aplikuje při zateplovani staveb, tloušťky izolace jsou obvykle od 10 cm vyše.

Obr. 2: Ukázka panelu pěnové izolace PUR, který je opatřen povrchovou Al-fólií, při realizaci nadkrokevní střešní izolace

Pěnový polyuretan PUR a polyizokyanurát PIR

Nejznámější je takzvaný molitan, ale ve stavebnictví se používá spíše tvrdá polyuretanová pěna s názvem PUR, nověji také polyizokyanurátová pěna PIR. Jedná se o vysoce účinnou tepelnou izolaci s velmi nízkým součinitelem tepelné vodivosti, který dosahuje hodnoty až λ = 0,023 W/(m·K). Jde o vynikající hodnotu, za níž stojí podstatné omezení sálavé, tedy infračervené složky šíření tepla pěnou, velmi jemná struktura pórů a vysoká hustota přestupových rozhraní mezi tuhou fází PUR/PIR a vzduchem, přes které se děje difúzní (tzn. nesálavý) prostup tepla. Materiál v konkrétních aplikacích bývá opatřen Al-fólií (např. produkt firmy BACHL na obr. 2, Linzmeier nebo Bramac). Pěny PUR a PIR je nutné jej chránit před UV zářením.

Pěnové sklo

Unikátní vlastnosti nabízí pěnové sklo známé ponejvíce pod značnou FOAMGLAS. Vyrábí se ze speciálního hlinitosilikátového skla, rozemletého na prášek a smíchaného s velmi jemným uhlíkovým prachem. Směs je v ocelových formách v tunelové peci zahřáta na cca 1000 °C. Při tomto procesu je sklo roztaveno, současně dochází k oxidaci uhlíku na plyn CO2, který následně vytvoří z taveniny pěnu a zvýší její objem. Konečný rozměr se ustálí až po zchlazení na obvyklou teplotu kolem 20 °C. Nový materiál obsahuje drobné uzavřené bublinky, díky této struktuře je hmota zcela nehořlavá a parotěsná. Foamglas se využívá především v energeticky úsporných či pasivních domech pro izolaci spodní stavby a pro přerušení tepelného mostu, například u paty nosných stěn. Další aplikací jsou izolace podlah nebo pojízdných a pochozích střech s velmi vysokým tlakovým namáháním v průmyslových provozech, občanských stavbách, obchodních domech ap. Širokému použití brání vysoká cena. Součinitel tepelné vodivosti pěnového skla je 0,04 až 0,048 W/(m·K).


Obr. 3: Pěnové sklo FOAMGLAS se pro svou vysokou pevnost a tuhost používá také jako izolace vysoce zatěžovaných podlah.

Vakuová izolace

Princip této izolace je zdánlivě jednoduchý. Ve většině tepelných izolací se na celkovém prostupu tepla totiž významně podílí vzduch. Materiál sám, tzn. tuhá část pěny nebo minerální či rostlinná vlákna, je dobrou tepelnou izolací, ale v kombinaci se vzduchem, který zaujímá většinu objemu izolace, jsou hodnoty vodivosti nakonec blízké vzduchu – přibližně 0,03 W/(m·K). Mnohem lepších hodnot lze docílit, jestliže je z izolačního materiálu odčerpán vzduch, čímž je potlačen dominantní vliv tepelné vodivosti plynu. Výrobci docilují až 99.999999 % vakua a tím tepelného odporu 250 m2K/W pro libovolnou tloušťku. Panel vakuové izolace lze zjednodušeně připodobnit k pytlíku mleté vakuované kávy.


Obr. 4: Obrázek z elektronoveho mikroskopu na strukturu aerogelu v podání pyrogenni kyseliny křemičité, která připomíná prostorovou siť. Přimalované dvojatomove molekuly plynu ilustrují velikost porů 70 nm v tomto materiálu.

Vakuové izolační panely (označované zkratkou VIP) však obsahují jako výplň místo kávy tuhou síťovou strukturu složenou z klastrů (shluků) částic oxidu křemičitého (SiO2) nanometrických rozměrů viz obr. 4. Tato prostorová, velmi jemná síť je také známá pod názvem aerogel. Další důležitou součástí VIP je vzduchotěsný a mechanicky tuhý obal, který umožní úplné a trvalé odčerpání vzduchu z výplně SiO2 i bezporuchovou manipulaci s panely při výstavbě. Panely VIP se vyrábějí v rozměrech stavebních izolačních desek, jejich tloušťka je malá, od 2 do 8 cm. Dosahují součinitele tepelné vodivosti od λ = 0,004 W/(m.K), což je desetina návrhové hodnoty běžných izolací.


5: Typicky vakuový izolační panel tloušťky 20 mm s vyplní z kouřově jemné sitě z oxidu křemičitého a metalizovaným obalem dosahuje U-hodnoty přibližně 0,2 W/(m2K)

Vysoce a jemně porézní a zároveň tuhá výplň panelů VIP, známá i pod názvem aerogel (nebo také ztuhlý dým) prošla soustředěným vývojem. Prosadila se hmota zvaná pyrogenní kyselina křemičitá, což je vysoce jemně dispergovaný oxid křemičitý, který vzniká plamennou hydrolýzou tetrachlorsilanu při vysokých teplotách do 1500 °C. Hmota má velmi jemnou mikrostrukturu připomínající prostorovou síť s oky o střední velikosti asi 70 nm (nanometrů).

Výhoda této struktury vyplyne, když si uvědomíme, že střední volná dráha molekul vzduchu (mezi dvěma srážkami) je při atmosférickém tlaku také kolem 70 nm. Vedení tepla ve vzduchu se totiž děje hlavně vzájemnými srážkami molekul vzduchu, při níž si tyto vyměňují energii (přesněji kvanta vibrační energie – fonony), a tím – jako součást velkého statistického souboru všech molekul vzduchu – vedou teplo. Jenže velká část z nich zůstane izolována v buňkách nanoporézní sítě SiO2 a s volnými si může vyměňovat energii s jen malou statistickou pravděpodobností.

Aerogelové izolace - výzva budoucnosti

To se makroskopicky projeví ve snížené tepelné vodivosti i při normálním tlaku. Konkrétně nanoporézní síť SiO2, neboli aerogel aplikovaný jako nevakuovaná, tzn. běžná vzdušná izolace, dosahuje hodnot λ až 0,016 W/(mK), u uhlíkatých aerogelů jen na 0,012 W/(mK)! To je velká výzva i pro technologii vzdušných izolací.

Při nižším tlaku klesne hustota molekul vzduchu, četnost srážek a naopak vzroste střední volná dráha vysoko nad 70 nm. To samo o sobě sníží vodivost výplně. Ovšem molekuly, které za nízkého tlaku uvíznou v buňkách nanoporézní sítě s rozměry pórů 70 nm, mají statisticky mizivou pravděpodobnost srážky s jinou molekulou. Tím ještě víc klesne tepelná vodivost výplně, a sice až na úroveň λ = 0,004 W/(mK). To je základem extrémně nízké vodivosti vakuových izolací.

Tento model byl zdokonalen ještě tím, že do nanometrické sítě pyrogenní kyseliny křemičité byly vpraveny absorbéry tepelného záření, podobně jako v případě Neoporu®, který jsme zmínili výše. Vedle potlačení vedení tepla vzduchem tím byla navíc eliminována i složka šíření tepla sáláním. Sálavou složku významně eliminuje také tepelně reflexní hliníková obálka, jak dále popíšeme.

Výrobci vakuové izolace věnují vysokou pozornost také obalu vakuových izolací. Ten musí být dostatečně pevný a zároveň neprodyšný. Jako nejvhodnější se ukázal plast (např. PE, PUR), který řeší pevnost a tuhost, pokovený 30 mikrometrů silnou vrstvou hliníku, která zaručí vysokou a trvalou neprodyšnost. Hliník navíc odráží tepelní záření a tím působí i jako aktivní prvek tepelné izolace vakuových izolačních panelů. To je zejména u výplně z nanometrických částic důležité, protože tepelné záření s typickou délkou vlny nad 10 mikrometrů s takto jemnou sítí (s vlákny pod 1 mikrometr) téměř neinteraguje a volně jí prochází. (Elektromagnetické vlny se odrážejí a rozptylují na částicích větších, než je délka vlny). Kromě vnitřní strany výrobci opatřují povrchovým pokovením i vnější stranu vakuových izolací, viz ukázka průmyslově vyrobeného panelu VIP na obr. 5.

Práce s touto izolací včetně navrhování má odlišná pravidla. Tomu se budeme věnovat v některém z dalších článků. Nejvýznamnější, a také nezvyklé je, že tepelný odpor této izolace téměř nezávisí na její tloušťce. To jednoznačně svědčí o tom, že v izolaci byla potlačena tepelná vodivost daná statistickým pohybem a vibracemi hmotných částic, tj. molekul plynů nebo atomů v krystalových mřížích nebo molekulárních řetězcích, a dominuje prostup tepla sáláním. Jinými slovy, materiál je průzračný pro tepelné záření a tok tepla skrze něj může být jednoduše popsán jako sdílení sálavého tepla mezi rovnoběžnými deskami; zářivý tepelný tok zde překonává zdánlivý odpor, který nezávisí na vzdálenosti desek, tedy na tloušťce izolace.

Součinitel tepelné vodivosti nejlepších vakuových panelů dosahuje hodnoty λ = 0,004 až λ = 0,005 W/(m.K). Doporučuje se uvažovat s vyšší hodnotou s ohledem na stárnutí materiálu, tedy λ = 0,008 W/(m.K).

Kvůli velmi vysoké ceně zatím u nás nacházejí vakuové panely oproti zahraničí uplatnění především při řešení komplikovaných konstrukčních detailů, a to v souvislosti s odstraňováním tep. mostů pomocí izolace malé tloušťky.

Výrobu tohoto materiálu nejvíce rozvinula německá firma Wacker Chemie, největší současní výrobci jsou va-Q-tec AG, Porextherm Dämmstoffe GmbH, VARIOTEC GmbH & Co. KG, Vaku-Isotherm GmbH, Microtherm a další.

Nerostné materiály

Minerální vlna

Poměr ceny, vlastností a výsledného efektu řadí minerální vlnu mezi nejpoužívanější tepelné izolace. Vyrábí se tavením hornin, nejčastěji jde o čedič nebo křemen, podle výchozích surovin se pak jedná o kamennou či skelnou vlnu. Kamenná vlna vzniká tavením čediče, do jemných vláken jsou vstřikována pojiva, hydrofobizační oleje, protiplísňové přísady a podobně. Po tepelném vytvrzení a ochlazení je materiál nařezán na potřebné rozměry, dodává se v rolích nebo deskách. Díky čediči má kamenná vlna vysoký bod tání, odolává proto ohni. Neměla by však být dlouhodobě vystavována vlhku. Podobně je vyráběna i skelná vlna, díky příbuznosti výchozího materiálu má také podobné vlastnosti, jako vlna kamenná. Významnou předností minerálních tepelných izolací je i nízký difúzní odpor, a tím vysoká paropropustnost, dům může dýchat, což konkrétně znamená, že se zejména případná zkondenzovaná vlhkost v obvodové zdi může odpařovat ven. Díky této vlastnosti se minerální vlna často úspěšně používá v difúzně otevřených konstrukcích nebo u dvouplášťových střech. Součinitel tepelné vodivosti tohoto materiálu je od 0,035 W/(m.K).


Obr. 6: Minerální vlna je jednou z nejužívanějších izolací. Její častou aplikací u nás jsou izolace střech.

Přírodní materiály

Konopí

Konopí patří mezi velmi využívané technické rostliny. Jeho největší předností je rychlá obnovitelnost – roste mnohem rychleji, než dřevo, navíc nevyžaduje žádnou velkou péči ani ošetřování chemickými látkami. Při růstu odbourává CO2, půda je po sklizni kvalitní. Z vláken této rostliny jsou vyráběny konstrukční desky i tepelně–izolační materiály ve formě desek či rouna. Pro izolaci těžce přístupných nebo nepravidelných míst je používána konopná foukaná sypká izolace. Díky srovnatelným vlastnostem (λ ≈ 0,04 W/(m.K)) mohou konopné materiály nahradit minerální vlnu. Uchovávají si dlouhodobě své vlastnosti, jsou pevné, odolné proti vlhkosti, nehrozí ani napadení škůdci či hnilobou. Zaručují zdravé mikroklima, a tedy příjemné bydlení. Obdobné vlastnosti, ale zatím menší rozšíření, mají izolační materiály z dřevitých vláken a technického lnu. Všechny tyto výrobky lze považovat za čistě ekologické, neboť při jejich výrobě nejsou používána žádná lepidla. Mají vysokou tepelnou kapacitu (c = 2100 J/(kg·K)), díky níž se v horkých letních měsících nepřehřívají, účinkují současně jako tepelně–akumulační materiál, jsou paropropustné, v konstrukci navíc fungují jako savý papír – vlhkost pohltí a rozšíří, aniž by byly mokré.

Celulóza

Celulózové tepelně–izolační materiály se vyrábějí z recyklovaného novinového papíru, základní surovinou je tedy v prvopočátku dřevo. Roztrhaný novinový papír je smíchán s přísadami, zpravidla boritany, které zajišťují jeho odolnost proti škůdcům, plísním, hnilobám a ohni. Poté je směs rozemleta. V prodejní síti je nabízena pod obchodními názvy Climatizer či Isocell, v zahraničí častěji jako Isofloc nebo Thermofloc, ap. Izolace je aplikována foukáním, lze jí vyplnit jakékoli, i obtížně dostupné dutiny.


Obr. 7: Celulózová izolace je aplikována foukáním, lze jí vyplnit jakékoli, i obtížně dostupné dutiny.

Při použití tohoto materiálu je nutné počítat s takzvaným „sedáním”, při aplikaci je proto nutné hmotu zhutnit, a to především v šikmých nebo svislých částech stavby. Celulózová izolace se stejně jako ostatní přírodní materiály chová v konstrukci jako savý papír, to znamená, že na sebe naváže vlhkost ze zdiva a rovnoměrně ji předá dál. Tento typ izolace je zatím více využíván v zahraničí, a to především v dřevostavbách a obecně v pasivních domech. Součinitel tepelné vodivosti je přibližně 0,039 W/(m.K).

Sláma

Sláma je jeden z nejobvyklejších stavebních i tepelně–izolačních materiálů našich předků a její obliba v současnosti opět roste. A ke slovu přichází zase ve všech oblastech – jako součást zdících materiálů – nepálených cihel, případně hliněných omítek, jako střešní krytina, tepelná izolace, případně i součást nábytku.

V konkrétní stavbě může být sláma použita jako nosný konstrukční materiál nebo jako doplnění nosného systému. Překvapivě má slaměná izolace ve spojení s hliněnou omítkou vysokou požární odolnost, může to být až 90 minut, vyhovuje proto všem typům konstrukcí. Podstatnou nevýhodou je ovšem nízká odolnost proti vlhkosti, slaměnou izolaci je proto nutné před ní dobře chránit, například omítkou či obkladem. Součinitel tepelné vodivosti slaměných izolací je je přibližně 0,1 W/(m.K).

Článek byl naposled aktualizován 21. února 2011

1 Čerpáno z podkladů firem BASF, Rigips, AZ FLEX


Nepřehlédněte zajímavý příspěvek o tepelných izolacích

Součnitel tepelné vodivosti vláknitých a pěnových izolací, jakož i tepený odpor izolačních vrstev z nich, roste s teplotou. V zimě je tato vlastnost výhodná, v létě může vést k nepříjemnému přehřívání zateplených domů, zejména obytných podkrovích. Nekomplikovaným opatřením lze tuto závislost omezit a přitom celkově zlepšit tepelně izoalční vlastnosti izolace. Více.

Kontakty:
Vega společnost s ručením omezeným
Akad. Heyrovského 1178, 500 03 Hradec Králové 3
Tel.: +420 495 518 802
E-mail: vega (zavináč) vega (tečka) cz
http://www.vega.cz
(aktualizace kontaktu: 30. 11. -1)
Autor: Ing. Dana Dalmatika Daňková, RNDr. Jiří Hejhálek1
Fotografie: Archiv firmy

Diskuze k článku

počet příspěvků: 2, poslední 16.10.2017 16:59, vstoupit do diskuze

Více článků

SUNFLEX Floor PRO

SUNFLEX Floor PRO

Letos v dubnu společnost TART úspěšně uvedla na trh novou termoreflexní fólii pro provětrávané fasády s názvem SUNFLEX Clima. Zatímco tato fólie…
celý článek

Je vám v domě v létě horko a v zimě zima?

Je vám v domě v létě horko a v zimě zima?

Máte doma v létě 30 stupňů a v zimě ne a ne se zahřát? Poradíme vám, jak si zajistit doma celoroční pohodu a ještě ušetřit! Se systémem MAGMARELAX®…
celý článek

Je reálné ušetřit až 30 %?

Je reálné ušetřit až 30 %?

Pokud by existoval způsob, jak ušetřit 30 % za topení, tak by ho jistě každý majitel domu rád znal. Dobrá zpráva je, že to jde. Řešení je již na…
celý článek

SUNFLEX Clima – nový přírůstek do rodiny termoreflexních fólií od společnosti TART

SUNFLEX Clima – nový přírůstek do rodiny termoreflexních fólií od společnosti TART

Je-li v názvu tohoto článku použit výraz rodina, pak je vhodné v úvodu zmínit všechny její členy. SUNFLEX Roof-In Plus, SUNFLEX Contact, SUNFLEX…
celý článek

Stránky stavebnictvi3000.cz používají cookies. Používáním webu s tím vyjadřujete souhlas. (beru na vědomí)