Tepelné izolace

Tepelných izolací je nepřeberné množství. Následující přehled tepelných izolací zdaleka není jejich vyčerpávajícím výčtem, ale je přehledem materiálů běžně dostupných a používaných.

Expandovaný pěnový polystyren - EPS

Je nejrozšířenějším tepelným izolantem. Polystyren vzniká jako produkt polymerace styrenu. Následně je materiál tepelně zpracován a vypěňován do forem. Bloky se pak řežou na desky požadovaného rozměru. Dalším zpracováním se dociluje samozhášivosti (přidávají se retardéry hoření).

Ve stavitelství se používají čtyři základní varianty, které předurčují jeho použití:

• Z - základní - nízká přesnost desek, použití: podlahy
• S - stabilizovaný - používaný ve střechách
• F - fasádní - vysoká přesnost desek (tolerance max. 2 mm), zejména pro kontaktní zateplovací systémy
• Perimetr – desky jsou minimálně nasákavé a mrazuvzdorné  - využívá se tam, kde by mohlo dojít ke kontaktu s vodou – např. izolace soklu .

Typ polystyrenu se označuje např. EPS 70 S. Číslo udává pevnost v tlaku v kPa. Běžně jsou k dostání polystyreny tříd 50, 70, 100, 150, 200 a 250, tedy pro použití od fasády až po podlahy a pochozí střechy.

Materiál běžně dosahuje hodnot deklarovaného součinitele tepelné vodivosti λ_D = 0,036 W/(m.K) pro EPS 100. Dnes se už častěji používá polystyren s příměsí grafitu, který dosahuje hodnot λ_D až 0,031 W/(m.K). Výhodou je vyšší izolační schopnost při menší tloušťce. To je důležité jak u rekonstrukcí, kde nemůžeme navyšovat tloušťku stěny, tak i u novostaveb, kde se snažíme dosáhnout co nejlepší tepelné izolace při co nejmenší tloušťce.

Expandovaný polystyren nelze dlouhodobě vystavit vlhku ani účinkům UV záření a je omezená i jeho pevnost. U novostaveb se EPS upevňuje při dostatečně soudržném podkladním materiálu, rovinatosti a výšce objektu do 8 m nejčastěji celoplošným lepením bez mechanického kotvení. V ostatních případech a u rekonstrukcí je nutné desky mechanicky kotvit hmoždinkami. Běžné talířové hmoždinky procházející izolantem jsou dražší a kvůli nutnosti zapouštět je do izolantu a následně překrýt izolační zátkou i pracnější. Vhodnější je pak použít speciální talířové hmoždinky, tzv. lepicí kotvy, na které se izolační desky nalepí. Desky se i při větší tloušťce pokládají v jedné vrstvě. Mezi výhody polystyrenu patří nízká cena a snadná dostupnost, nevýhodou je nižší propustnost vodních par.

Obr. 5 Při montáži ETICS na bázi EPS lze na soudržný a rovný povrch do výšky 8 m celoplošně lepit bez kotvení. Na obrázku 30 cm EPS s přídavkem grafitu celoplošně lepen na vápenopískové cihly tl. 175 mm. (Foto: Kalksandstein)

Minerální vlna – MW

Po pěnovém polystyrenu jde o druhou nejrozšířenější tepelnou izolaci. Vyrábí se průmyslově tavením hornin. Surovinou pro výrobu je čedič nebo křemen a další sklotvorné příměsi. Značný podíl může tvořit také recyklát. Název podle suroviny je potom kamenná nebo skelná vlna. Pojivem jsou nejčastěji fenol-formaldehydové pryskyřice, které někteří výrobci již nahrazují šetrnějšími a zdravotně nezávadnými alternativami. Desky jsou v celém objemu hydrofobizované, ale nelze je trvale vystavit vlhku. Běžně dosahují tepelné vodivosti λ_D mezi 0,035–0,040 W/(m.K), se na trhu objevují i výrobky s nižšími hodnotami až 0,030.

Předností je jednoznačně odolnost vůči vysokým teplotám - používají se například v kombinaci s polystyrenem u panelových budov nad požárně dovolenou výškou nebo pro vytvoření protipožárních pásů. Další výhodou minerální vlny je její nízký difuzní odpor, a tím vysoká paropropustnost. Díky této vlastnosti se minerální vlna často úspěšně používá ve skladbách provětrávaných fasád (kde je požadována větší požární odolnost) nebo dvouplášťových střech.

Aplikace může probíhat buď klasicky kontaktním způsobem pomocí lepicí stěrky a kotvením, nebo vkládáním desek či foukáním rozvlákněného materiálu do připraveného dřevěného roštu. Jako všechny vláknité izolace je nasákavá a je nutné ji správným návrhem a při aplikaci chránit před vlhkostí (např. nesmí být zabudována pod úroveň terénu, při montáži je nutné ji chránit proti promáčení deštěm či zatečení apod.). Právě díky nasákavosti se u vláknitých izolací více projevuje vliv vlhkosti na zhoršování hodnot tepelné vodivosti.

Celulóza

Jde o tepelnou izolaci z celulózových vláken, která se vyrábí metodou recyklace starého novinového papíru. Ve výrobě je rozemletím a rozvlákněním papíru získáno celulózové vlákno, které je smícháno s přísadami zajišťujícími odolnost proti hnilobě, požáru a hlodavcům. Základními používanými přísadami jsou boritany, fosforečnan amonný či síran hořečnatý, který je zdravotně i ekologicky nezávadný.

Celulóza se aplikuje pomocí strojního zařízení  za sucha  volným foukáním (například půdy) nebo  objemovým plněním do připravených dutin stěn, střech nebo stropů. Systém umožňuje izolovat bez spár  i komplikovaná  a těžko dostupná místa. Výhodou je, že při aplikaci nevznikají odřezky a jiný odpad. Při kalkulaci ceny je nutné počítat s koeficientem zhutnění při aplikaci do různých typů konstrukcí. U volného foukání se objemová hmotnost pohybuje od 30 kg/m³ a je potřeba počítat se sesedáním asi 10%. Při vyfoukávání dutin je objemová hmotnost vyšší, až po 70 kg/m³ do vertikálních dutin, při které po správné aplikaci nedochází k sesedání.

Obr. 6 Celulóza se nejčastěji aplikuje volným foukáním nebo pod tlakem do uzavřených dutin (na obr.). Výhodou je cena a rychlost aplikace.

Zde platí zásady, že vertikální dutiny musí být maximálně 3 m vysoké a asi 80 cm široké, aby došlo k potřebnému zhutnění v celém prostoru. K rozdělení komor se nejčastěji požívá pevnější netkaná textilie nebo dělicí příčky tvořící nosník. Dutiny je nutné místo fólie uzavřít pevným materiálem, například OSB či DHF deskami, které se při aplikaci neprohnou a nesníží se tím např. tloušťka provětrávané mezery u fasády nebo střechy. Obdobné zásady platí i při aplikaci ostatních foukaných izolací (MW, EPS apod.).

Další forma aplikace celulózy je za mokra formou nástřiku na stěny nebo stropy v interiéru i exteriéru. Dle tloušťky až do 15 cm je celulóza smíchána s vodou nebo lepidlem.
Celulóza dosahuje podle způsobu aplikace a objemové hmotnosti hodnot λ_D = 0,035–0,042 W/(m.K),. Izolace má nízký difuzní odpor a zajímavá je také hodnota měrné tepelné kapacity (tepelná setrvačnost), ta je oproti „uměle“ vyráběným izolacím dvojnásobná – 1907 J/(kg.K).

Celulóza i ostatní izolace na přírodní bázi patří do kategorie kapilárně aktivních a pomocí buněčné struktury vlhkost váží a transportují. V praxi to znamená, že taková izolace je méně náchylná na případný vnik vodních par do konstrukce, která se neshlukuje, ale je rozváděna a plošně odpařována. Kapilárně aktivní izolace se díky tomu používají například i na difuzně otevřené vnitřní zateplení u rekonstrukcí. V žádném případě to neznamená, že nemusíme izolaci chránit před vlhkostí. Nasáknutá izolace, například po zatečení nemůže vyschnout a je nutné ji vyměnit.

Izolace z dřevitých vláken, konopí a lnu

Desky z dřevitých vláken lze považovat za k přírodě šetrný materiál, při jejich výrobě je použito jen minimální množství lepidla. Mezi velkou výhodu patří mimořádně vysoká měrná tepelná kapacita (2100 J/(kg.K)), díky které má izolace větší schopnost zabraňovat přehřívání interiéru v letních měsících. Desky jsou dobře paropropustné a hodnota λ_D se pohybuje v rozmezí 0,038–0,050 W/(m.K). Desky z dřevitých vláken se často využívají u dřevostaveb i jako pokladní vrstva pro omítku či další aplikace, jako jsou kročejová izolace či pojistná hydroizolace.

Obr. 7 Izolace z přírodních materiálů mají obdobné využití jako běžné izolace - vkládané do roštu nebo o vyšší objemové hmotnosti jako fasádní izolace s tenkovrstvým omítkovým systémem. (Foto: A Brotánek)

Podobné vlastnosti jako dřevitá vlákna mají také izolace z technického konopí a lnu.

Obr. 8 Porovnání použití jednotlivých druhů izolací v konstrukcích pasivních domů v Německu. Zdroj: Passivhaus Institut.

Sláma

Obliba slaměných balíků jako tepelné izolace v poslední době roste zejména mezi ekologicky smýšlejícími stavebníky. Používá se často v kombinaci s dalšími přírodními materiály, jako jsou hliněné omítky a nepálené cihly. Fyzikální vlastnosti závisí z velké části na kvalitě a objemové hmotnosti slaměných balíků. Obecně je u slámy v porovnání s průmyslovými izolacemi potřeba počítat s vyšší pracností vzhledem k nerovnosti a rozměrové nepravidelnosti balíků a s tím spojeným vycpáváním. Kvalitně slisované slaměné balíky o objemové hmotnosti 90–110 kg/m³ dosahují hodnotu λ_D = 0,052 W/(m.K) při použití kolmo na stébla. Slámu lze použít buď v kombinaci s nosnou stěnou, nebo může sama sláma sloužit jako nosná konstrukce. Izolace má ve spojení s hliněnou omítkou požární odolnost až 90 minut, vyhovuje proto všem typům konstrukcí. Velmi důležité je oddělení balíků od všech zdrojů vlhkosti omítkou nebo obkladem.

Vakuová izolace – VIP a aerogelová izolace

Vakuová izolace patří mezi tzv. high-tech izolační materiály. U nás se používá zřídka zejména kvůli vysoké ceně. Dodává se ve formě panelů obalených v metalizované fólii. Plnivo tvoří pyrogenní kyselina křemičitá. Vnější ochrannou vrstvu fólie může tvořit plast, recyklovaná guma, EPS, plech a jiné. Po započítání vlivu okraje desek a vlivu stárnutí se ve výpočtu počítá s hodnotou λ_D = 0,008 W/(m.K). Při těchto hodnotách stačí použít k izolování stěny na úroveň pasivního domu pouze 6 cm tlustý panel.

Obr. 9 Vakuové panely nachází uplatnění zejména při řešení komplikovaných konstrukčních detailů, např. při zaizolování roletového boxu, podlahy na terase, podlahy u rekonstrukcí s omezenou světlou výškou apod. V zahraničí i u nás jsou však i realizace, kde byla provedena kompletní izolace domu pomocí systému vakuových panelů – fasáda, střecha, podlaha. Materiál nelze řezat a při aplikaci je nutné důsledně chránit obal před porušením.

Aerogelové izolace tvoří nanoporézní materiál se základem v silicagelu. Ve stavebnictví se používá aerogel nanesený na tkaninu tloušťky 10 mm. Udávaná tepelná vodivost je λ_D = 0,014 W/(m.K).

Obr. 10 Aerogelové izolace slouží pro řešení problematických detailů, kde není možné použít větší tloušťky izolací, například v místě parapetu nebo žaluziového boxu. Desky lze běžně opracovávat a kotvit.

Extrudovaný polystyren – XPS

Na první pohled jiný typ polystyrenu, který je barevně odlišen dle výrobce (modrý, zelený, žlutý, růžový, fialový, atd.) a lišící se od standardního bílého expandovaného polystyrenu jak způsobem výroby, tak i vlastnostmi. Extruzí čili protlačením pěny získá extrudovaný polystyren (XPS) na rozdíl od EPS uzavřenou strukturu bez mezer. To dává XPS velmi dobré parametry, co se týče pevnosti v tlaku (únosnost), minimální nasákavosti a kapilarity s vazbou na stálost hodnoty součinitele tepelné vodivosti, která se pohybuje v intervalu 0,029–0,038 W/(m.K).

Obecně se rozdělují XPS dle níže uvedených kritérií:

• dle pevností v tlaku (kPa) – XPS 200, 250, 300, 500,
• dle povrchu – hladký, zdrsněný, protlačovaný,
• dle profilu hran – rovný, polodrážka, pero-drážka.

U pasivních domů se díky svým vlastnostem XPS nejčastěji používá při založení betonové desky na izolaci, v inverzní neboli obrácené skladbě ploché střechy (tedy i zelené střechy), dále při izolování základů, suterénu, soklu, podlahy a eliminaci tepelných mostů. Jako všechny pěno-plastické izolace povrchově degraduje UV zářením.

Obr. 11 Díky vysoké únosnosti a nenasákavosti je extrudovaný polystyren ideální pro použití například při založení betonové desky na izolaci. Tím je eliminován tepelný most v patě zdi a tepelná izolace probíhá kolem domu bez přerušení. (Foto DOW Europe, CPD)

Pěnový polyuretan – PUR

Polyuretan může být ve formě měkké pěny, která zlidověla pod označením molitan. Ve stavebnictví se ale používá téměř výhradně tvrdá polyuretanová pěna. Jde o účinnou tepelnou izolaci s velmi nízkým součinitelem tepelné vodivosti λD až pod hodnoty 0,025 W/(m.K). Aplikuje se buď přímo na místě stříkáním nebo litím, nebo je dodáván ve formě desek či tvarovek. Tvrdý pěnový polyuretan může mít i zvýšenou odolnost vůči tlaku a může být použit pro eliminaci tepelných mostů (např. práh u dveří) či jako kotvicí tvarovky. Podobně jako polystyren nesnáší UV záření, a je nutné jej před ním chránit. Je potřeba také zmínit vyšší energetickou náročnost a produkci škodlivin během procesu výroby. Také je diskutabilní obsah izokyanátů jakožto alergenů, které jsou přítomny u většiny materiálů na bázi polyuretanu.

Pěnové sklo

Materiál vzniká ztavením směsi skleněného a uhlíkového prášku. V nově vzniklém materiálu, který je vlastnostmi podobný sklu, se vytváří drobné bublinky, jejichž stěny jsou zcela uzavřené. Tím se dociluje úplné nehořlavosti, nenasákavosti a parotěsnosti.

Ve formě desek se využívá především pro přerušení tepelného mostu, například u paty nosných stěn. Širšímu použití na stavbě brání jeho vysoká cena. Větší využití má pěnosklo v průmyslu, kde se aplikuje na podlahy či střechy s extrémním tlakovým namáháním. Součinitel tepelné vodivosti se pohybuje v závislosti na únosnosti mezi 0,040–0,050 W/(m.K). Při pokládce se desky lepí k napenetrovanému podkladu horkým asfaltem.

Dalším produktem je štěrk z pěnového skla, který se využívá zejména při zakládání domu na izolaci, což umožňuje dosáhnout celistvé izolační obálky bez tepelných mostů. Výhodou je jeho vysoká únosnost a nenasákavost. Při aplikaci je potřeba počítat s koeficientem zhutnění 1,2–1,4, při kterém dosahuje štěrk pěnového skla hodnotu λ_D = 0,075–0,085 W/(m.K). Pro pasivní domy tak potřebujeme vrstvu přibližně 500 mm zhutněného skleněného štěrku.

Obr. 12 Štěrk z pěnového skla je často používán při zakládání betonové desky na izolaci. Na zhutněnou vrstvu pěnoskla se následně provede armovaná železobetonová deska. (Foto: Kalksandstein)

Tvrzená termoplastická pěna na bázi EPS

Materiál s  hustotou 100-400 kg/m³ na bázi polymeru polystyrenu lze díky vysoké pevnosti využít pro uložení vysoce zatěžovaných stavebních dílů v úrovni izolace (např. betonové prefabrikáty, schody,  ocelové konzoly atd.), které musí být uloženy na úroveň izolace bez jejího přerušení. Dále se z materiálu vyrábějí prvky k montáži bez tepelných mostů ve všech vnějších izolovaných částech budov (např. zábradlí, přístřešky, okna, fasádní prvky atd.).