SEMINÁRNÍ PRÁCE

Nauka o materiálech 10

Téma:

Tepelné izolace – základní rozdělení materiálů, vhodných na tepelné izolace

Klíčová slova: historie tepelných izolací, tepelný odpor, součinitel tepelné vodivosti, požadavky na tepelný odpor, výrobky z tepelných izolací, aplikace tepelných izolací, použití tepelných izolací

Zpracovala: 12522nfd41lop8i

2000

V  historii prodělaly stavební tepelné izolace značný vývoj, z počátku neuvědomělý, ovšem od začátku 20. století se již tepelné izolace používaly zcela cíleně a jejich vývoj šel rychle kupředu.

V etapě neuvědomělého používání tepelných izolací se izolovalo v podstatě jakoukoliv hmotou. Z hlediska stavebních materiálů bylo prvním používaným izolantem dřevo a výrobky ze dřeva, ať už ve formě dřevošťepkových nebo dřevovláknitých desek. Tyto materiály se používaly již na počátku 20. století. Další tepelné izolace na bázi dřeva používané v této době jsou výrobky z korku, drcený a lisovaný korek, asfaltkorek aj. Po těchto nastupují tepelné izolace na bázi voštinových desek z různě upravovaného papíru a další výrobky z papíru.

Další etapou vývoje tepelných izolací jsou pěněné sklo, skleněné a minerální plsti, a poslední skupinou jsou pěněné plasty, které se začínají používat od poloviny 20. století. Dále mohou být pěněny nebo expandovány i jiné horniny a materiály jako na přiklad: struska, experlit, břidlice a jiné. fo522n2141loop

Pro zajímavost bych uvedla některé pozoruhodné aplikace tepelných izolací v historických objektech. Takovým příkladem může být třeba obkládání domů palivem připraveným na zimu nebo použití půd jako skladišť sena, což je opět způsob ochrany před krutou zimou. V této oblasti byla vynalézavá především rustikální architektura. Ovšem s podobnými případy se můžeme setkat i jinde ve světě. Na příklad ve Skandinávii se na krytinu střech pokládá vrstva zeminy a zatravňuje se. Dalším zajímavým pohledem je i poznatek, že selské obytné budovy byly stavěny ze dřeva a zemědělské příslušenství, zejména stáje byly kamenné. Z toho je patrný cit stavitelů i pro pohodu prostředí, protože dřevěné objekty mají vnitřní mikroklima velmi příjemné. Zajímavé je i použití odpadních materiálů, zejména popelu, který se používal pro zásyp kleneb a jako výplň dvojitých příček a vůbec všech dutých prostor.

Kromě vlastních tepelně technických vlastností stavebních konstrukcí může mít příznivý vliv na tepelnou pohodu stavebních objektů i urbanistika. Příkladem může být řešeni hlavního města Malty Valletty, kde úzké uličky omezují pronikání slunečního záření do obytných domů a navíc jsou orientovány po směru převládajících větrů tak, aby příznivě ochlazovaly stavební konstrukce.

V současné době je možnost používání libovolných materiálů a technologií, které se ve světě vyskytují . Ovšem v tomto ohledu je nutná jistá informovanost, protože ne každý výrobek je kvalitní a je třeba i zvážit, který výrobek se hodí na jaké použití. V následujícím textu bych se pokusila o částečné přiblížení rozdělení tepelných izolací podle materiálů, podle způsobu aplikace a způsobu využití. A v neposlední řadě o požadavcích na tepelné izolace z hlediska jejich fyzikálních vlastností. Nezabývám se jednotlivými výrobky, ale spíše jakýmsi obecným úvodem do problematiky tepelných izolací.

Začněme tedy fyzikálními vlastnostmi, které jsou pro jednotlivé materiály tepelných izolací důležité a to jsou: Tepelný odpor konstrukce: [R ] = m²KW^-1

Součinitel tepelné vodivosti : [l ] = Wm^-1K^-1

Přičemž mezi těmito veličinami platí vztah:

kde :

d_i - tloušťka materiálu

n - počet vrstev

Požadovaný tepelný odpor konstrukce - kromě výplní otvorů – se pro jednoduchý způsob navrhování a ověřování obytných a občanských budov bezpečně stanoví podle následujících údajů: (Tab.č.1)

Tabulka č.1:Přehled požadovaných, doporučených a přípustných hodnot tepelných odporů:

Přesněji a pro ostatní typy budov se hodnoty R_N stanoví jednoduchým výpočtem. Dodržení těchto hodnot zaručuje návrh domu s velmi nízkou spotřebou tepla.

Druhy tepelných izolací z hlediska materiálů: ( součinitel tepelné vodivosti ¹⁾)

Vláknité materiály:

-minerální vlákna -strusková (0,04-0,097)

-čedičová

-skleněná vlákna(0,035-0,040)

-keramická vlákna

-syntetická (textilní) vlákna

Pěněné plasty:

-pěnové polystyreny

-pěnové polyuretany(0,011-0,060)

-extrudované polystyreny (0,027-0,040)

-pěnové fenolické pryskyřice(0,037-0,061)

-pěnové rezolové pryskyřice

-pěněný kaučuk

-pěněný Pe

-pěněné PVC(0,051)

Další pěněné materiály:

-pěnové sklo(0,060)

Materiály na bázi dřeva:

-dřevovláknité(0,13-0,78)

-dřevotřískové

-dřevoštěpkové

-korek -asfaltkorek

-volná korková drť(0,04)

-lisovaný korek(0,064)

-rozvlákněné materiály na bázi dřeva

-kokosová vlákna

-piliny

-rákosové rohože

Materiály na bázi papíru:

-drcený starý papír

-voštinové desky

-vlnité desky z asfaltového papíru

Minerální materiály:

-perlit-expandovaný nebo jinak tepelně upravený(0,11)

-expandovaná břidlice(0,15-0,24)

-struska-expandovaná nebo strusková pemza(0,15-0,24)

-křemelina(0,19)

-keramzit(0,15-0,24)

-popílek(0,24)

Zvláštní tepelné izolace:

-na bázi ovčí vlny

-na bázi bavlny

¹⁾Maximální hodnota součinitele tepelné vodivosti izolace je l=0,15 Wm^-1K^-1

Hodnoty l se u každého výrobku liší, jsou závislé na způsobu zpracování-uváděné hodnoty slouží pouze pro ilustraci. Přesné hodnoty uvádí až přímo výrobce.

Do tepelných izolací není vhodné zařazovat lehčené betony,ale jejich vlastnosti významně přispívají k izolačním schopnostem stavebních konstrukcí, kde jsou použity. Jedná se o značné množství druhů lehčeného kameniva, které zajišťuje zlepšené tepelně technické vlastnosti.

Jedná se především o silikátové materiály:

-plynosilikáty

-perlitbetony(0,091-0,16)

-struskobetony(0,18-0,35)

-keramzitbetony(0,28-1,30)

-pěněné betony

-polystyrénbetony

-jiným způsobem lehčené betony

Druhy materiálů-forma dodávek

Jde především o desky nebo jiné stavební dílce složené z různých materiálů, kompozitní desky, desky bez a s povrchovou úpravou, rohože s a bez povrchové úpravy, a rohože s a bez vnitřního vyztužení, volné materiály.

Druhou variantou tepelně izolačních materiálů jsou fólie, resp. tenkovrstvé konstrukce, které jsou schopny pronikající teplo odrážet určeným směrem. V současné době se tyto materiály v největší míře používají jako potah průsvitných konstrukcí a zabezpečují, odrážením slunečních paprsků a chrání tak vnitřní prostory před přehříváním v letním období.

Druhy výrobků z tepelných izolací:

• Desky - mohou mít široké spektrum povrchových úprav, tyto úpravy zlepšují základní mechanické a trvanlivostní vlastnosti izolačních materiálů. Zejména důležité je to u pěněných plastů, u kterých povrchová úprava snižuje velikost objemových změn pěněného materiálu. Především to jsou tenké materiály

• sulfátový papír a jiné druhy papíru speciálně upravené proti korozi (hnilobě atd.)

• nástřikové nebo nátěrové hmoty, které vytváří pohledovou plochu

• skelné , polyesterové a jiné textilie

• kovové fólie, především Al

• hydroizolační materiály – živice

• fólie

• tenké fóliové materiály Pe neplnící hydroizolační funkci

• deskové materiály – zejména na bázi dřeva

• sádrokartonové desky

Kombinace tepelných izolací:

• tuhé desky z minerálních plstí

• tuhé perlitové desky

• plechy (především Fe)

Z tepelných izolací tak vznikají tepelně izolační panely, ty vznikají také při plášťování silnějšími deskovými materiály, které mohou spolupůsobit s deskovými tepelnými izolacemi a vytvořit tak samostatné tepelně izolační panely jak střešní, tak i stěnové.

• Rohože – kromě povrchových úprav mohou mít ještě vnitřní nosič. Jedná se především o následující materiály:

Povrchová úprava:

• papír, včetně tvarovaného (vlnitá lepenka ) a jinak upraveného

• Pe ( polyetylénové) fólie

• Al fólie, Al fólie vyztužená drátěným pletivem

Vnitřní nosič:

• syntetické pletivo z umělých vláken

• drátěné pletivo

• Volné (sypané) materiály – jediným výrobkem jsou matrace, kdy je tento volně sypaný materiál naplněn do pytlů; mohou být různě tvarované, většinou na bázi Pe.

Možnosti aplikace tepelných izolací:

• mechanické, kde se jedná o různé formy mechanického spojení tepelných izolací s ostatními částmi stavebních konstrukcí

• mechanické kotvení pomocí různých druhů kotvících prvků, hmoždinek aj.

• lepení, je možno použít celou řadu různých lepidel od živičných až přes akrylátové až po pryskyřičné

• svíraní mezi dvě vrstvy stavební konstrukce

• sypání

• foukání

• stříkání

• stříkání volných tepelných izolací za přidání různých pojiv nebo lepidel. Jednou z významných možností je stříkání volných tepelných izolací s přidáváním latexové pěny, která umožňuje velmi dobré spojení jednotlivých částí mezi sebou, ale též připojení k podkladní konstrukci

• pěněním lze vytvářet tepelně izolační povlaky nebo dopěňovat některé konstrukční detaily či prostory, které nejsou jiným způsobem vypěnitelné

Použití tepelných izolací ve stavebních konstrukcích

Tepelná izolace je jedním ze stavebních materiálů, které prodělaly a prodělávají bouřlivý rozvoj, a to nejen v kvantit, ale i kvalitě používaných materiálů. Současný rozvoj je úzce spojen s potřebami lidí a úrovní jejich poznatků. V oblasti tepelných izolací se toto poznání dostalo do stavu, že výsledek, tedy tepelná ochrana chráněného prostoru je realizovatelná těmito cestami:

• klasickou s tloušťkou tepelné izolace, součinitelem tepelné vodivosti a tepelným odporem. To je cesta, kterou se postupuje v oblasti stavebnictví a je to cesta i ekonomicky schůdná.

• druhou možností jsou tenké materiály, jejichž vnitřní struktura umožňuje, aby spektrum vlnění, které představuje šíření tepla, neprocházelo materiálem, ale odráželo se tam, kde je to potřeba. Tyto materiály jsou používány pouze tam, kde je to finančně možné, v kosmickém programu atd.

Jedním z příkladů, kde se tyto materiály dají s úspěchem používat jsou okenní konstrukce. Tenká fólie, která je neprůhledná je schopna odrážet sluneční paprsky a nepropouštět v letním období teplo do interiéru. Opačný efekt mají v zimním období, kdy vrací zpět teplý proud , který by jinak unikal do exteriéru, protože by mu stál v cestě jen zanedbatelný tepelný odpor skleněných tabulí.

• třetím systémem tepelných izolací jsou izolace proti teplu. Jedná se o materiály, které jsou schopny odtavováním své hmoty absorbovat teplo. Tedy tepelný příkon se eliminuje odtavováním vlastní hmoty tepelné izolace.

Je samozřejmé, že tepelné izolace mají a budou mít velký význam. Ten spočívá zejména v:

• ekologii (snižování energetické náročnosti, snižování spotřeby zdrojů na vytápění a přípravu teplé vody )

• zlepšení vnitřních mikroklimatických podmínek ( ze jména pak se zlepšuje teplotní stabilita obytných prostorů, vylučuje se též nebezpečí poruch, povrchové kondenzace. Kromě tepelně technického významu mají i význam akustický, protože zvyšují ochranu vnitřního prostředí před akustickým namáháním )

• ochrana stavebních konstrukcí (vnější obal stavebních konstrukcí z tepelně izolačního pláště zajišťuje ochranu konstrukcí před teplotním namáháním, což se příznivě projevuje na jejich stabilitě.)

Seznam použité literatury :

Nauka o materiálech, Doc. Ing. J. Novák CSc. a kol.. ČVUT , Praha, 1997.

Tepelné ztráty budov a možnosti jejich zmenšování, Doc. Ing. J. Řehánek, DrSc., Ing. A. Janouš. SNTL, Praha, 1986.

Tepelné izolace a stavební technika, Ing. M. Novotný, Ing. L. Keim, CSc., Ing. J. Šála, CSc., Ing. Z. Svoboda. ABF, Praha, 1994.