Tepelné izolace

16. března 2021

Tepelné izolace tvoří v dřevostavbě významnou vrstvu. Jejich úkolem je zabránit úniku a přenosu tepla přes dělící, obvodovou obálku.

Ing. Martin Růžička 

Tepelné izolace

Tepelné izolace tvoří v dřevostavbě významnou vrstvu. Jejich úkolem je zabránit úniku a přenosu tepla přes dělící, obvodovou obálku.

Hlavní charakteristikou tepelně izolačních vlastností je součinitel tepelné vodivosti λ = W/(m2 K). Udává, jaké množství tepla projde daným materiálem o tloušťce 1 m a ploše 1 m2 při rozdílu teplot jednoho stupně za jednotku času. Přenos tepla se pak předpokládá pouze v jednom směru. Čím nižší je tedy hodnota λ, tím méně materiál vede teplo, a tím lépe naopak tepelně izoluje. Obvyklá hodnota u většiny tepelných izolací používaných v praxi je přibližně λ = 0,04 W/(m2 K). Existují ale i materiály s hodnotami kolem λ = 0,02 W/(m2 K). Zatím nejlepších hodnot dosahují tzv. vakuové tepelné izolace s hodnotami asi λ = 0,004 W/(m2 K).

Součinitel tepelné vodivosti se mění s teplotou materiálu a výrazně závisí i na jeho vlhkosti.

Z hlediska tepelně izolačních vlastností materiálů platí několik jednoduchých zásad:

• Čím vlhčí je materiál, tím více vede teplo a tím méně izoluje.
• V tepelné izolaci není nositelem izolační kvality vlastní materiál, ale uzavřený vzduch, který se však nemůže pohybovat, proudit. Neplatí tedy, že stěna bude tím lépe izolovat, čím větší množství izolace do daného prostoru silou natlačím. Naopak, izolační efekt je tím lepší, čím je izolace nadýchanější a čím více uzavřeného vzduchu, a tedy méně vlastního materiálu, izolace bude obsahovat.

Hodně záleží na vlastním provedení tepelné izolace. Mezery a škvíry mezi izolací a navazujícími konstrukcemi znamenají výraznou degradaci izolační schopnosti a navíc jsou to místa, kudy může docházet k únikům tepla průvzdušností, a tedy i ke kondenzaci vodní páry na vodu.

S konkrétní izolací a způsobem jejího provedení souvisí rovněž efekt tzv. sedání, kdy časem vznikají v konstrukci místa, odkud se tepelná izolace sesedne a v původním místě pak žádná izolace není. To je samozřejmě problém a je tedy třeba vhodnému typu tepelné izolace a její správné aplikaci věnovat potřebnou pozornost. K efektu sedání dochází při použití nevhodné izolace a při jejím nesprávném provedení. Izolace musí vždy těsně vyplňovat určený prostor. V případě měkkých a pružných izolací (např. minerální vlákno) se do prostoru vkládá izolace o něco širší, aby se pak ke konstrukci pružně dotlačovala a zajistila těsné připojení. Různé typy tepelných izolací mají stanovená pravidla pro maximální velikost prostoru, do kterého může být izolace uložena. Větší prostory je pak třeba pro tento účel dále rozdělit. Platí, že tím tužší a pevnější izolace, tím menší je riziko sedání. Tím horší ale bývá její zpracovatelnost, tepelně izolační vlastnosti a většinou je i dražší. Snad jen další z mnoha příkladů, kdy ve stavařině neexistuje žádné jedině správné řešení.

Druhy tepelné izolace

Minerální vlákno

Minerální vlákno patří dosud mezi nejběžnější a nejvíce používané druhy tepelné izolace pro dřevostavby. Jde o ověřený materiál, který celkem dobře vyhovuje požadavkům na něj kladeným, je celkem snadno zpracovatelný a lze ho pořídit za rozumnou cenu. Nevýhodou je jeho vysoká energetická náročnost (při výrobě dochází k roztavení horniny) a skutečnost, že pochází z neobnovitelného zdroje. Vyrábí se téměř výhradně ve formě desek různých tlouštěk cca od 20 do 200 mm. Existuje i varianta tzv. příčného vlákna, určená pro zateplovací fasádní systémy. Další variantou je úprava vlákna, které pak lze aplikovat pomocí foukání, podobně jako celulosu.

Skelné vlákno

Skelné vlákno je rovněž celkem běžný materiál pro tepelné izolace. Vlastnosti jsou podobné jako u minerálního vlákna, ve srovnání s ním má však skelné vlákno nižší objemovou hmotnost a nižší měrnou tepelnou kapacitu. Bývá méně odolné vůči požáru. Vyrábí se především ve formě rolí různé tloušťky.

Foukaná celulosa

Jde o materiál vyrobený z vybraných druhů již použitého papíru, který se výrobním procesem zpětně rozvlákňuje na celulosu a přidáním chemických přísad vzniká materiál se stále vyšším podílem na trhu tepelných izolací. Aplikuje se foukáním pomocí speciálního stroje, a to buď na volnou vodorovnou plochu, anebo do uzavřených dutin, včetně svislých (obvodové stěny). Další možnou aplikací je nástřik, kdy se původně suchý materiál smíchá s vodou, případně s podílem lepidla a je možné jej nastříkat i na nerovné povrchy. Tento způsob se často používá i jako požární ochrana vnitřních ocelových konstrukcí.

Foukaná celulosa má především následující přednosti.

• Schopnost pracovat s vlhkostí - tedy přijímat ji, distribuovat a zpětně vydávat, případně předávat dál ve směru vlhkostního gradientu. Je proto velice vhodná pro difúzně otevřené skladby konstrukcí.
• Vysoká měrná tepelná kapacita.
• Dobrý akustický útlum, který se využívá jednak přímo jako výplň konstrukcí, nebo formou povrchového nástřiku akustiky exponovaných ploch a povrchů.
• Vysoká odolnost proti požáru. Jakkoli jde o materiál vyrobený z odpadového papíru, vlastně nehoří a požární zkoušky vykazují velice dobré parametry. Vlivem požáru, podobně jako u dřeva, dojde k zuhelnatění povrchu a ten zabraňuje dalšímu prohořívání. Efekt je však ještě násobně účinnější než právě v případě dřeva
• Možnost pracovat s objemovou hmotností v daném konkrétním případě. Což je na jedné straně výhoda, na druhé straně nevýhoda, protože s požadavkem na vyšší objemovou hmotnost roste i cena. Celulosa se neprodává na m3 jako většina ostatních druhů teplené izolace, ale na kg. A váha materiálu je pochopitelně u různých objemových hmotností různá. Ovšem pracovat s objemovou hmotností je nutnost, chceme-li eliminovat riziko sesedání. Není bez zajímavosti, že se zvyšující se objemovou hmotností se výrazně nesnižuje tepelná vodivost materiálu, což by bylo možné očekávat.
• Možnost aplikovat izolaci i do míst, která jsou obtížně přístupná a kde jiná aplikace než foukání není možná. Toho lze úspěšně využít také u rekonstrukcí, kdy kvůli aplikaci izolace nemusíme konstrukce otvírat a i vyšší počáteční cena vlastní izolace může v konečném důsledku znamenat významné úspory.
• S tím souvisí další výhoda, tedy možnost izolovat v konstrukcích, kde by aplikace jiného druhu izolace byla velice náročná, ne-li nemožná, navíc s vysokým rizikem chyb a špatného provedení.

Samozřejmě i foukaná celulosa má svoje nevýhody.

• Jistou nevýhodou je vyšší cena vlastního materiálu, jenž roste s požadavkem na vyšší objemové hmotnosti. A požadavek na objemové hmotnosti roste s tloušťkou izolace a s mírou svislosti uzavřené dutiny. Nejvyšší objemová hmotnost bude tedy požadována u svislých stěn a velkých tlouštěk izolace.
• S tím je spojeno riziko sesedání, ovšem pouze v případě špatného návrhu nebo provedení.
• Nevýhodou je i celkem vysoká sorbce, která se projeví např. tehdy, když je izolace vystavena značné vlhkosti (výrazné zatékání, prasklé vodovodní potrubí ve stěně). Takto namočená celulosa se "scvrkne" a ani po vyschnutí se nevrátí do původního tvaru a je třeba ji zcela vyměnit.

Dřevité izolace

Dřevité izolace vznikají rozvlákněním dřevní hmoty pomocí různých technologií výroby. Svým způsobem se tedy jedná o materiál ze stejné rodiny jako celulóza, vycházející z přírodního a obnovitelného materiálu. Charakter izolace a její silné i slabé stránky jsou také v mnohém podobné celulose.

Vyrábí se především ve formě desek různých objemových hmotností a tedy i tuhostí, včetně úpravy obvodové hrany ve formě pera a drážky. Existuje i forma umožňující foukání podobně jako celulosa.

Mezi výhody patří schopnost pracovat s vlhkostí, požární odolnost, akustický útlum, měrná tepelná kapacita.

Mezi nevýhody musíme zařadit vyšší cenu a horší zpracovatelnost při aplikaci.

Len, konopí, sláma

Jde o čistě přírodní a velice příjemné materiály, které lze také využít jako tepelné izolace. Patří do rodiny materiálů s "přirozenou inteligencí", které samy do značné míry "ví, co mají dělat, a jak se mají chovat", aby vše fungovalo.

Mezi uvedenými materiály je sláma naprosto unikátní. Fascinuje mě její jednoduchost a připravenost fungovat i jako tepelná izolace, a štve mě, že s ní ještě běžně nepracujeme. Ovšem materiálů i technologií, které jsme dlouho neuměli využít, abychom následně poznali jejich potenciál, je v historii celá řada, a tak i sláma má jistě naději. Zatím pokorně a tiše čekají, až si jich všimneme. Je zde ještě jedno hledisko. Uvedené materiály se vyznačují pouze lokální dostupností a sezónností. A lze dost těžko postavit jednu obří fabriku, která by surovinu svážela z poloviny Evropy a vyráběla pro třetinu světa, jak odpovídá současnému trendu globalizace. Přesto všechno, chci těmto materiálům vyjádřit svou podporu. Fandím jim!

Polystyren

Polystyren je dosud nejvíce používaný tepelně-izolační materiál. Do základních skladeb dřevostaveb se však příliš často nepoužívá a to jak z technických, tak z materiálových důvodů.

Mezi technické důvody patří především fakt, že pokud dáváme tepelnou izolaci jako výplň dutin v rámci běžné dřevostavby, potřebujeme, aby izolační materiál bylo možné částečně stlačit, a aby se pak naopak v dutině svojí pružností měl tendenci rozpínat. Tak se zajistí kontaktní spojení mezi izolací a konstrukcí. Ovšem polystyren, jako relativně tuhý a tvrdý materiál, to neumí. Navíc není v praxi možné zajistit jeho naprosto přesnou rozměrovou úpravu podle konkrétních podmínek. Dalším technickým důvodem jsou jeho horší difúzní vlastnosti, horší schopnost pracovat s vlhkostí a rovněž méně příznivé chování v případě požáru než u ostatních, běžněji používaných materiálů.

Polystyren se vyrábí ve formě desek nebo granulátů a i on může být aplikován jako foukaná nebo sypaná izolace, podobně jako např. celulosa.

Mezi materiálové důvody patří jeho pozice na druhé straně pomyslného intervalu, kde jsou jeho protipólem přírodní materiály z obnovitelných zdrojů. Mezi nimi je na prvním místě dřevo, jednak jako vlastní konstrukční materiál dřevostavby, jednak jako báze pro další materiály a prvky, včetně tepelných izolací (viz výše).

Skladby s polystyrenem vždy považuji za difúzně uzavřené a podle toho k nim doporučuji přistupovat, jakkoli se už na trhu objevují verze a modifikace s nižším difúzním odporem než u běžného polystyrénu.

Nechci ale polystyren zatracovat nebo jej označovat za něco nežádoucího. Polystyren, stejně jako všechny ostatní materiály, má i řadu vhodných vlastností, které umožňují jej uplatnit i u moderních dřevostaveb. Vyrábí se dnes už v nepřeberné škále variant, které se svými vlastnostmi, a tedy mírou vhodnosti pro ten který účel, mohou výrazně lišit. Je tedy vždy nutné mít jasno v tom, jaký materiál potřebujeme a jaké vlastnosti by měl vykazovat.

V rámci dřevostaveb se polystyren používá nejčastěji ve skladbách podlah nebo ve formě spádových klínů ve skladbách plochých střech. Lze ho rovněž použít pro založení stavby, kde tvoří vrstvu pod plovoucí betonovou deskou, podobně jako při založení stavby na vrstvě pěnového skla.

PUR pěny

Izolace je tvořena vypěněním polyuretanové pěny, buď do vymezeného prostoru - většinou v továrních podmínkách (izolační desky), případně jako nástřik přímo na stavbě. PUR pěny vykazují velice dobré hodnoty λ, a dobře tedy izolují, a mají vhodné difúzní vlastnosti. Ve formě desek jsou obtížněji opracovatelné. I v případě nástřiku je často nutná dodatečná úprava nastříkané hmoty a s tím související odpad, který se následně nedá využít. Jejich cena je vyšší než u většiny ostatních izolací.

Izolace z PUR pěny se často používají při řešení tepelných mostů, kdy máme pro tepelnou izolaci omezený prostor a potřebujeme izolaci s výrazně lepšími izolačními parametry, než je "hlavní" izolace konstrukce.

Zajímavou variantou je možnost nástřiku pěny přímo na stavbě, což umožňuje aplikovat tepelnou izolaci i na místech a za podmínek, v nichž nelze ostatní izolace použít.

Vakuová izolace

Vakuová izolace byla dlouhou dobu v pozici paní Columbové, o které sice její manžel, poručík Columbo, neustále mluví, avšak kterou nikdo nikdy neviděl. Fyzikálně jde o ideální izolační materiál, ale bylo dlouho technicky problematické takové prvky vyrobit. V současné době už se vyrábějí desky vakuové izolace, ale vždy na míru (následně je už nelze dělit nebo upravovat), v různých tloušťkách. Jejich λ se pohybuje cca kolem hodnoty 0,004-0,008 W/(m ∙ K), což představuje až 10x nižší hodnotu než u většiny běžných izolací, a tedy cca 10x lepší izolační vlastnosti.

Při návrhu vakuové izolace je však třeba mít na paměti, že jde o velice křehký a citlivý materiál, který musí být velice pečlivě a se znalostí věci aplikován. Konstrukce musí být navržena a provedena tak, aby v ní vakuová izolace mohla dlouhodobě fungovat a nehrozilo nebezpečí jejího poškození, ať už chováním konstrukce (průhyby, sedání, dotvarování apod.), nebo neodborným lidským zásahem při opravách či úpravách. V rámci aplikace vakuové tepelné izolace je rovněž třeba řešit styčné spáry mezi deskami izolace, které by mohly tvořit tepelný most.

Dalším významným faktorem je garance kvality a životnosti takového materiálu. Vakuum, a tedy "extrémní" tepelně izolační vlastnosti, totiž nemůže být částečná. Pokud taková izolace přestane být 100%, její schopnost izolovat spadne na nulu.

Pěnové sklo

Pěnové sklo je poměrně nový izolační materiál, vyráběný většinou z recyklovaného skla. Vyznačuje se celkem dobrou hodnotou tepelné vodivosti, vysokou únosností v tlaku, odolností, malou nasákavostí a odolností proti požáru. Cena ovšem není zrovna nízká. Rozsah jeho využití na stavbě je tedy třeba většinou pečlivě zvážit. Vyrábí se ve formě desek a granulátu, připomínající kamenivo.

Ve formě desek se používá především na přerušení tepelných mostů (např. z tepelně technického hlediska obtížný detail uložení zděné obvodové stěny nebo vnitřních příček a stěn na základové desce). Obecně jej využijeme tam, kde potřebujeme dostatečně únosný, avšak co nejvíce tepelně izolační materiál.

Ve formě granulátu se využívá pro různé tepelně izolační zásypy a stále častěji pro založení staveb. Stavba je pak založena na základové desce, bez základových pasů, a leží na potřebné vrstvě hutněného granulátu.

Aerogelové tepelné izolace

Tyto izolace představují po vakuových izolacích technologicky to nejlepší na trhu z hlediska schopnosti tepelně izolovat. Jejich λ se pohybuje okolo cca 0,015-0,02 W/(m2 K), je tedy nižší než u klidného vzduchu, který neproudí (běžná tepelná izolace má λ přibližně 0,04 W/(m2 K)). Aerogel může být vyroben z různých prvků, nejběžnější je křemičitý. Dodává se v podobě rohoží a vyznačuje se velice nízkou hustotou (objemová hmotnost), více jak 95% porozitou (materiál je vysoce pórézní) a vysokým vnitřním povrchem, souvisejícím s porozitou - jeden gram aerogelu může mít až 1000 m2 vnitřního (specifického) povrchu.

Čerpáno Ing. Martin Růžička, Moderní dřevostavba, Praha 2014, s. 70 - 75.