Tepelné izolace: Polystyren, minerální vata a další

Je pro zateplení domu lepší pěnový polystyren, minerální vata, ovčí vlna nebo sláma? Jaké druhy materiálu pro zateplení domu jsou na trhu k dostání? Podívejte se na podrobný přehled tepelných izolací a vyberte si tu správnou!

Program Zelená úsporám výrazně zvedl zájem o zateplování domů. Otázkou ale je, jaký izolační materiál zvolit. Na trhu existuje celá řada materiálů a lidé se často setkávají s tím, že různé firmy navrhují různé druhy tepelné izolace na stejný druh práce (například zateplení fasády) a tvrdí, že právě jejich materiál je pro zateplení nejlepší. Situaci ještě komplikuje pevně zakořeněný mýtus, že „dům musí dýchat“. Je proto užitečné podívat se blíže na to, jaké materiály pro tepelnou izolaci trh nabízí, jaké jsou jejich vlastnosti, výhody a nevýhody a možnosti jejich použití.

„Na trhu existuje celá řada materiálů a lidé se často setkávají s tím, že různé firmy navrhují různé druhy tepelné izolace na stejný druh práce a tvrdí, že právě jejich materiál je pro zateplení nejlepší.“

Prakticky všechny tepelně izolační materiály využívají toho, že vzduch (případně jiné plyny) mají jen velmi malou tepelnou vodivost, pokud zabráníme jejich pohybu (konvekci) tím, že je uzavřeme do malých komůrek nebo mezi tenká vlákna či částice. Materiály pro tepelnou izolaci jsou proto vždy poměrně lehké a pórézní a jejich tepelná vodivost se více či méně blíží tepelné vodivosti nehybného vzduchu. Kromě konvekce a vedení se teplo přenáší ještě radiací (sáláním) a proto materiály, které dokážou potlačit radiační přenos tepla, mají lepší izolační schopnost. 

Protože tepelná vodivost plynů i radiační přenos tepla se s rostoucí teplotou zvyšuje, je tepelná izolace tím lepší čím nižší je teplota (Obr.1). Tepelná vodivost také závisí na objemové hmotnosti, struktuře a velikosti pórů (bublinek); například u PS je nejnižší v rozmezí 30–50 kg.m-3  (Obr.2).

Pěnové materiály: Polystyren, pěnové sklo a další

Izolaci v pěnových materiálech tvoří vzduch (případně i jiný plyn), který je uzavřený v dostatečně drobných bublinkách; tak malých, že v nich prakticky nedochází ke konvekci (přenosu tepla prouděním vzduchu). Teplo je pak přenášeno jen vedením stěnami bublinek, plynem, který je vyplňuje, a také radiací (tepelným zářením). Tepelná vodivost těchto materiálů se více měně blíži tepelné vodivosti vzduchu; tj. pohybuje se kolem 0,03 až 0,04 W/(m. K). Materiály s uzavřenou strukturou pórů jsou velmi málo propustné pro vzduch a vodní páru.

Obr. 1: Protože tepelná vodivost plynů i radiační přenos tepla se s rostoucí teplotou zvyšuje, je tepelná izolace tím lepší čím nižší je teplota

Pěnový polystyren (EPS)

Pěnový polystyren je dnes asi nejběžnější izolační materiál. Vyrábí se tak, že se malé kuličky PS obsahující 6 - 7 % pentanu, který slouží jako nadouvadlo, předpění, naplní se do formy. Zahříváním jsou „dopěněny“ tak, že vyplní celý prostor formy a vznikne velký blok pěnového polystyrénu. Bloky jsou pak rozřezány na desky požadované tloušťky. Zpravidla se k polystyrénu přidávají retardéry hoření pro zajištění samozhášivosti.

Součinitel tepelné vodivosti expandovaného polystyrenu se pohybuje od λ = 0,037 do asi 0,039 W/(m•K), podle hustoty. Pevnost v tlaku je nejčastěji 100 až 200 kPa. Při delším styku s vodou pěnový polystyren nasákne. Nesnáší ultrafialové záření (na povrchu se rozpadá na prášek). V poslední době se setkáme s pěnovým polystyrénem šedé barvy (zanačky jako Neopor, Grey wall apod.), který obsahuje přídavek velmi jemně mletého grafitu (v podstatě nanočástice) potlačujícího radiační přenos tepla. Součinitel tepelné vodivosti tohoto materiálu proto dosahuje hodnoty λ = 0,032 W/(m•K).

Hlavní výhodou pěnového polystyrénu je, že jde o poměrně pevný a z makroskopického hlediska homogenní materiál, který se snadno používá, má dobrý poměr užitné hodnoty k ceně a z hygienického hlediska je celkem neškodný. Hlavní nevýhodou je jeho omezená tepelná odolnost (zhruba do 70°C) a hořlavost.

Obr. 2: Tepelná vodivost také závisí na objemové hmotnosti, struktuře a velikosti pórů

Extrudovaný pěnový polystyren (XPS)

Extrudovaný pěnový polystyren je vyráběn vytlačováním polystyrenu spolu s napěňovací přísadou a po snížení tlaku za vytlačovací tryskou expanduje. Má zcela uzavřené póry, je nenasákavý a má znatelně lepší mechanickou pevnost než pěnový polystyren (pevnost v tlaku dosahuje u XPS desek až 500 kPa při 10% deformaci).  Součinitel tepelné vodivosti se podle typu a hustoty pohybuje mezi 0,03 až 0,04 W/(m•K). Jeho cena je vyšší než u běžného pěnového polystyrenu.

Pěnový polyuretan (PUR)

Pěnový polyuretan má podobnou strukturu jako extrudovaný pěnový polystyren (přes 90 % buněk je uzavřených), má o něco lepší tepelně-izolační vlastnosti a vyšší teplotní odolnost (do 130 - 140°C). Používá se buď ve formě tuhých desek (často jedno nebo oboustraně laminovaných), nebo v podobě měkké pěny s otevřenými póry (molitan). Polyuretanové pěny lze také vyrábět přímo na stavbě mísením dvou komponent a nastřikováním na povrch, který chceme izolovat. Není odolný proti UV záření, a proto se musí na povrchu zakrýt (nalaminovaná hliníková fólie nebo nátěr). Nevýhodou je znatelně vyšší cena oproti polystyrenu.

Pěnový polyetylen

Polyetylen je jeden z nejběžnějších plastů podobně jako polystyren.  Pěnový polyetylen má zpravidla uzavřenou buněčnou strukturu, je nenasákavý, hořlavý, méně pevný než polystyren nebo polyuretan a jeho tepelná vodivost je srovnatelná s běžným polystyrenem.

Pěnové sklo

Vyrábí se zahříváním směsi mletého skla s uhlíkovým práškem. Oxid uhličitý vzniklý oxidací napění sklo a materiál vyplní celou formu. Vzniklé bloky se pak řežou. Bublinky, které takto vzniknou, jsou uzavřené, celá struktura má dobrou pevnost v tlaku a velkou tuhost (malé stlačení při zatížení oproti např. extrudovanému polystyrénu při srovnatelných tepelně-izolačních vlastnostech). Jako anorganický materiál je pěnové sklo odolné vůči zvýšené teplotě, vodě i organickým rozpouštědlům a pochopitelně je zcela nehořlavé a ekologicky nezávadné. Hlavní nevýhodou je poměrně vysoká cena.

Přehled izolačních materiálů

Vláknité materiály: Minerální vata, ovčí vlna nebo konopí

Vzduch uzavřený mezi jemnými vlákny izoluje zhruba stejně dobře jako vzduch uzavřený v bublinkách pěnových materiálů. Zásadní rozdíl je ale v tom, že vláknité materiály jsou mnohem lépe prostupné pro vzduch a vodní páru, což je v některých případech výhodné a jindy naopak nevýhodné.

Skelná vata

Skelná vata je vyráběna tak, že jemná skleněná vlákna jsou zplstěna, spojena vhodným pojivem na bázi polymerních pryskyřic a přidávají se i látky zvyšující hydrofobnost povrchu. Skelná vata se dodává v rolích, které po rozvinutí expandují na větší tloušťku, nebo ve formě desek. Výhodou tohoto materiálu je velká pružnost (lepší než u minerálních vláken) a chemická i teplotní odolnost. Skelná vata také dobře pohlcuje zvuk.  Nevýhodou je, že při manipulaci se malé procento vláken láme a malé kousky vláken působí dráždivě na pokožku, oči a dýchací cesty. Doporučuje se proto pracovat v rukavicích a používat respirátor.

Minerální vata

Jde o podobný materiál jako skelná vata. Minerální vata se vyrábí zpravidla z taveného čediče. Na trhu je široký sortiment výrobků z minerální vaty a na rozdíl od skelné vaty se z ní vyrábějí i poměrně tuhé desky. Vlastnosti jsou podobné jako u skelné vaty.

Celulózová vlákna

Celulózová vlákna jsou jemnější, měkčí a kratší než vlákna skelná nebo minerální, a proto tolik nedráždí pokožku a oči. Zpravidla se získávají z rozvlákněného novinového papíru; jde tedy vlastně o izolaci z recyklovaného materiálu, která má oproti jiným druhům izolačních materiálů velmi nízký obsah „zabudované energie“. Pro snížení hořlavosti a ochraně proti škůdcům je materiál impregnovaný boraxem. 

Borax při zahřátí uvolňuje krystalovou vodu, která materiál ochlazuje, a posléze při vyšší teplotě vytváří sklovitou vrstvu, která brání ohni v postupu a zpomaluje prohoření. Tato izolace se zpravidla zafoukává do dutin nebo na povrch vodorovných konstrukcí. Alternativně ji lze stříkat na povrch za mokra (s přídavkem vhodného pojiva), na němž pak vytváří tuhou izolační vrstvu.  Výhodou je snadná aplikace do dutin a nižší cena ve srovnání s ostatními materiály. Určitou nevýhodou je větší navlhavost a fakt, že při vniknutí vody do vrstvy izolace dojde ke zplstění a následnému zmenšení tloušťky izolace.

Izolace střechy je velmi účinná a ušetří značné množství tepla

Ovčí vlna

V poslední době je ovčí vlna oblíbený izolační materiál v tzv. ekologických stavbách. Tepelně izolační vlastnosti jsou podobné jako u minerální vaty. Jako hlavní výhoda ovčí vlny se uvádí hygroskopičnost materiálu, respektive jeho schopnost pohltit značné množství vlhkosti. Pokud se vrstva ovčí vlny aplikuje na vnitřní straně parozábrany, má to příznivý efekt na vyrovnávání výkyvů vlhkosti v místnostech.

Sláma

Také balíky z lisované slámy lze použít k tepelné izolaci. Díky poměrně většímu průměru „vláken“ je součinitel tepelné vodivosti trochu vyšší než u jiných vláknitých materiálů (asi 0,050 W/m.K). Začíná se také uplatňovat konvekce.  Výhodou je velmi nízká cena a fakt, že jde o přírodní materiál, který jinak zatím nemá moc velké využití.

Konopí

Tepelné izolace z konopí mají schopnost vázat vlhkost, nejsou náchylné k napadení škůdci, mají dobré požární vlastnosti a jsou podobně jako jiné vláknité izolace paropropustné. Součinitel tepelné vodivosti je přibližně 0,040 W/m.K

Podobných materiálů by se dala najít ještě celá řada, mohou to být například zbytky z výroby koberců či jiných textilií, rozvlákněné materiály na bázi dřeva, kokosová vlákna, dřevěné hobliny či piliny, rákos atd. Tyto materiály se pro použití v izolacích často upravují, aby se snížila jejich hořlavost a zlepšila odolnost vůči biologickému napadení.

Sypké materiály

Expandovaný perlit

Jde o amorfní křemičitan hlinitý sopečného původu s obsahem chemicky vázané vody. Tepelným zpracováním (expandací) při teplotách 900 – 1 300°C se objem perlitu zvětšuje pětkrát až desetkrát a vzniká produkt ve formě drobných dutých kuliček různých velikostí. Expandovaný perlit je chemický inertní, nehořlavý, netoxický, nehydroskopický, objemově stálý a lehký. Je použitelný v rozsahu teplot od -200°C až do přibližně +900°C.

Výše uvedený přehled je zaměřen na běžnější materiály a není zdaleka úplný. Stručné a přehledně uspořádané informace o výrobě a vlastnostech izolačních materiálů jsou v této prezentaci. Poměrně rozsáhlý přehled je například v publikaci ENERGETICKÁOPTIMALIZACE OBALOVÝCHKONSTRUKCÍ  nebo na zde. 

Transparentní izolace 

Transparentní izolace jsou poměrně speciální skupinou tepelných izolací, které se používají tam, kde chceme využít energii slunečního záření dopadajícího na stěnu, eventuelně tam, kde chceme prosvětlit prostor a dosáhnout při tom vyšší úrovně tepelné izolace, než umožňují dostupná izolační zasklení. Zpravidla se dnes používají dvě různé skupiny materiálů - voštinové struktury a aerogely.

Voštinové struktury (honeycombs)

U těchto izolací se využívá soustava komůrek z průhledného materiálu (voština), které jsou kolmé na stěnu a jimiž může snadno pronikat sluneční záření ke stěně. Tepelné ztráty jsou ale výrazně potlačeny, protože v malém prostoru se nemůže výrazněji uplatnit konvekce. Také tepelné vyzařování je potlačeno tím, že materiál pohlcuje záření v dlouhovlnné oblasti spektra. Koncem 90. let se o tomto materiálu hodně psalo a na našem trhu dokonce takovou izolaci nabízela firma Sto Therm, nicméně se zdá, že k  většímu uplatnění tohoto materiálu nedošlo. Zajímavé informace lze najít např. zde  .

Ploché vakuové kolektory Heliostar

Vakuové izolace

Jestliže platí, že většina běžných izolačních materiálů se svou tepelnou vodivostí více méně přibližuje tepelné vodivosti nehybného vzduchu, pak jeho nahrazení vakuem sebou přinese výrazné zlepšení tepelně-izolačních vlastností. Jediný způsob přenosu tepla ve vakuu je radiace (tepelné sálání). V kosmu, kde je vysoké vakuum, se tepelná izolace dělá velmi jednoduše – to, co je třeba izolovat, se prostě zabalí do vysoce odrazivé fólie. Použít vakuum na zemském povrchu, kde vzduch tlačí na každý čtvereční centimetr silou skoro 10N, je ale problém. Existují zhruba tři možná řešení jak vytvořit obal, který je schopen udržet vakuum proti tlaku vzduchu:

1. To, co chceme izolovat, vložíme do válcové trubice, hermeticky uzavřeme a vyčerpáme vzduch;  používá se to třeba u vakuových trubicových kolektorů, absorbér má selektivní povrch (nevyzařuje tepelné záření) a je uzavřen v evakuované trubici (je to vlastně stejný princip jako u termosky).
2. Vakuum vytvoříme mezi dvěma plochými deskami, jež jsou podepřeny řadou distančních sloupků, které je podpírají proti obrovskému tlaku vzduchu. Tato možnost se používá třeba u plochých vakuových kolektorů Heliostar. Na podobném principu jsou založena i velmi tenká izolační dvojskla s mezerou v řádu desetin milimetrů.
3. Vakuum vytvoříme v porézní a dostatečně pevné hmotě, kterou sevřeme mezi skla nebo pevné fólie (nejlépe sendviče kov-plast, aby odrážely tepelné záření a nepropouštěly plyny dovnitř). Takto je možné vytvářet ploché vakuové panely s velkou tuhostí (připomíná to vakuové balení kávy). Jako porézní materiál se nejlépe hodí takzvaný křemičitý aerogel, který má vysokou porózitu (je to nejlehčí známá tuhá látka), dá se dobře odplynit a sám o sobě pak působí jako getter. Jeho největší výhodou v této aplikace je velmi malý průměr pórů, což zajišťuje nižší tepelnou vodivost i při horším vakuu (dokonce i za atmosférického tlaku je jeho tepelná vodivost nižší než tepelná vodivost nehybného vzduchu). Nižší požadavky na vakuum znamenají delší životnost (žádný způsob uzavření okrajů není totiž absolutně těsný).

Na trhu jsou například superizolační panely s náplní aerogelu firmy Glacier Bay. Hlavní výhodou tohoto materiálu je výborná izolační schopnost při malé tloušťce izolace (zpravidla mají panely tloušťku zhruba 20mm. Hlavní nevýhodou je mechanická zranitelnost, nemožnost je řezat nebo do nich vrtat a hlavně vysoká cena. 

Příští díl seriálu o izolacích bude věnován aplikaci izolačních materiálů. Podíváme se například na to, jak izolovat fasádu domu nebo strop.

Související články

• • Tepelné izolace - zateplení oken, stěn či stropů
• • Tepelná izolace – mýty a pověry aneb polystyrén způsobuje plísně
• • Zateplení rodinného domu: Co můžete zateplit?
• • Izolace střechy a fasády domu: Jak na to?
• • Zateplení rodinného domu: Kdy se vyplatí?

Tagy: Energie, Stavba, Střecha, Izolace, Pasivní domy, Nízkoenergetické domy, Vytápění, Stavební materiál, Dřevostavby

• Katalog firem
  úspory energií, obnovitelné zdroje
• Poradna
  nechte si poradit od odborníků
• Rodinný dům plný úspor
  interaktivní tipy na úspory
• Najdeme vám dodavatele
  poptávky na zateplení, tepelná čerpadla, výměnu oken
• Kalkulačky úspor
  spočítejte si náklady na fotovoltaiku či dotace
• Aktuální zpravodajství
  nenechte si ujít žádnou novinku

Nejlepší články ze Světa bydlení