Tepelne izolace

Tepelné izolace
Tadeáš Erben, 2.S
Historie
●
●
●
Vývoj u nás – 60. léta 20. stol. → tepelně technické
požadavky na stav. konstrukce
Současnost – vývoj nových moderních st. materiálů
Snaha připravit materiály s relativně vysokými
mechanickými vlastnostmi a nízkou objemovou hmotností,
na které závisí hodnota součinitele tepelné vodivosti.
Rozdělení tepelně izolačních materiálů
●
●
●
●
●
Pěnoplastické látky (pěnové polystyreny, extrudované
polystyreny, pěnové polyuretany,…)
Vláknité materiály (skleněná, minerální, syntetická vlákna,
izolace na bázi ovčí vlny)
Pěněné silikáty (pěnové sklo) Minerální materiály
(expandovaný perlit, expandovaný vermikulit,..)
Organické materiály (materiály na bázi dřeva, přírodních
vláken, celulózových vláken)
Materiály nové generace (kalciumsilikáty, vakuové izolace)
Rozdělení tepelně izolačních materiálů dle použití a
způsobu aplikace
●
●
●
●
●
Vnější izolace obvodového pláště
Izolace střešního pláště
Vnitřní vodorovné a svislé konstrukce
Vnitřní izolace obvodového pláště
Speciální aplikace
Pěnový polystyren EPS
●
●
●
●
●
●
Vynalezen 1949 v Německu – Fritz Stastny
Nízká objemová hmotnost 30 kg.m -3 X
Velmi dobré mechanické vlastnosti
Velmi dobré tepelně technické a akustické vlastnosti λ =
0,035 W.m -1.K -1
Časté využití v praxi
Meziuskladnění Vytváření (výroba bloků, desek, tvarovek,
popř. pásů)
EPS - výroba
●
3 fáze výroby:
- Předpěnění
- Meziuskladnění
- Vytváření (výroba bloků, desek, tvarovek, popř. pásů)
Základní fyzikální a mechanické vlastnosti EPS
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Odolává teplotám od -150°C do +80°C
Dlouhodobě neodolává účinkům UV záření
Vykazuje v poměru k velmi nízké objemové hmotnosti velmi
vysoké mechanické vlastnosti
Pevnost v tlaku … 70–200 kPa při 10% deformaci
Pevnost v tahu …přes 100 kPa
Objemová hmotnost … 15–35 kg.m -3
Velmi nízká dynamická tuhost … 0–30 MPa.m -1 u
elastifikovaného polystyrenu
Nerozpustný v H 2 O, nenabobtnává Max. objemová
nasákavost 4–5 %
Faktor difúzního odporu 20–100
Reakce na oheň dle ČSN EN 13501-1 třída B
Tepelně technické vlastnosti EPS
●
●
●
●
●
Součinitel tepelné vodivosti λ závisí na: Objemové hmotnosti
Nejnižší tepelná vodivost při objemové hmotnosti v rozmezí
30–50 kg.m -3.
Vlastnostech pórové struktury EPS vykazuje velmi vysokou
pórovitost. Jeho objem je tvořen: 2 % polystyrenu a z 98 %
vzduchu
Vlhkostním obsahu
Teplotě
Extrudovaný polystyren XPS
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Odolává teplotám od -150°C do +70°C
Neodolává účinkům UV záření
Ve srovnání s EPS ještě výhodnější poměr objemové
hmotnosti a mechanických vlastností
Pevnost v tlaku XPS desek… 300–500 kPa při 10%
deformaci
Objemová hmotnost … 30–40 kg.m -3
Nerozpustný v H 2 O, nenabobtnává Nenasákavý, max.
objemová nasákavost 0,5 %
Faktor difúzního odporu 100–250
Reakce na oheň dle ČSN EN 13501-1 třída B
Uzavřená pórová struktura
Součinitel tepelné vodivosti 0,029–0,040 W.m -1.K -1
XPS - výroba
●
Výroba XPS a polystyrenových desek z XPS: → zahřátí
polystyrenu spolu s napěňovací přísadou, retardérem hoření
a nukleačním činidlem v extrudéru → tekutá pěna →
protlačení skrz vytvářecí ústí → chlazení v chladící části
extrudéru za sníženého tlaku.
Polyuretanová izolační pěna (PUR/PIR)
●
●
●
PUR montážní pěna - k vypěňování spár v konstrukcích a
při montáži výplňových prvků
Stříkané PUR izolace a PUR izolační desky
-vyšší odolnost vůči působení vlhkosti
-vyšší mechanické vlastnosti
-objemová stabilita
-extrémně nízká hodnota součinitele tepelné vodivosti 0,024
– 0,026 W.m -1.K -1.
Reakce na oheň dle ČSN EN 13501-1 třída B
Polyuretanová izolační pěna (PUR)
●
●
●
Vznik: polyadicí difenyldiizokyanátu a směsí vícesytných
polyéter a polyester alkoholů, aktivátorů, katalyzátorů,
stabilizátorů, vody, retardérů hoření a nadouvadel
Vlivem teploty a vznikajícího CO 2 → napěnění hmoty –
uzavřená mikroskopicky buněčná struktura →výborné
tepelně izolační a hydroizolační vlastnosti
Mechanické vlastnosti PUR pěny závisí na: - její struktuře
- její objemové hmotnosti
Polyisokyanurátová izolační pěna (PIR)
●
●
●
●
PIR je tuhá polyisokyanurátová pěna, která se svým
vzhledem i tepelně izolačními vlastnostmi podobá materiálu
PUR.
Oproti PUR má dobrou požární odolnost.
Desky PIR jsou vhodné zejména jako tepelná izolace
plochých střešních plášťů.
Velmi nízká hodnota součinitele tepelné vodivosti 0,023
W.m -1.K -1.
Polyuretanová izolační pěna (PUR)
●
●
Součinitel tepelné vodivosti λ PUR pěny závisí na:
- uzavřenosti pórové struktury
- množství a velikosti pórů
- objemové hmotnosti
Pohybuje se v rozmezí 0,023–0,030 W.m -1.K -1. Se ↑
objemovou hmotností hodnota součinitele tepelné vodivosti
postupně ↓ a od 50 kg.m -3 začíná postupně znovu
narůstat.
Minerální vlna MW
●
●
●
nejrozšířenější tepelně izolační materiál na trhu největší
předností je vysoká požární odolnost → reakce na oheň dle
ČSN EN 13501-1 třída A1
Použití MW v aplikacích, kde nejsou běžné pěnoplastické
izolační materiály použitelné.
Jedná se především o: - tepelnou izolaci fasádních systémů
v požární výšce nad 22,5m, požární pásy nad otvory ve
výšce nad 12 m
- izolaci parovodů a potrubí
- izolaci kotlů a pecí
- použití jako požární izolace pro zvýšení požární odolnosti
nosných částí stavebních konstrukcí
Minerální vlna MW
●
Technologie výroby minerální vlny Dle použité vstupní
suroviny rozeznáváme 3 základní typy minerální vlny:
- čedičová vlna
- strusková vlna
- skelná vlna
Minerální vlna MW Součinitel tepelné vodivosti se pohybuje
v rozmezí 0,032–0,050 W.m -1.K -1
Minerální vlna MW
●
●
●
●
Dle mechanických vlastností lze rozdělit minerálně vláknité
výrobky na:
a) nezatížené – stlačitelné materiály, mechanické vlastnosti
prakticky zanedbatelné, mechanické vlastnosti nejsou
výrobcem nedeklarovány
b) zatížené – mechanické vlastnosti se liší dle použití a
druhu izolace
Napětí při 10% deformaci … asi 40 kPa (60 kPa)
Pevnost v tahu kolmo k desce dle orientace vláken: - u
rohoží … 7,5–15 kPa - u lamel až … 90 kPa
Faktor difúzního odporu … 1,5–3 Malá nasákavost do 3 %
Skelná vlna
●
●
●
●
●
Součinitel tepelné vodivosti v širokém rozmezí 0,030– 0,050
W.m -1.K -1
Třída reakce na oheň je u skelných rohoží A1 nebo A2
Nasákavost … do 4 %
Nejlepších hodnot tepelné vodivosti dosahuje skelná rohož
při objemových hmotnostech v rozmezí 40–50 kg.m -3
Hodnota součinitele tepelné vodivosti skelné rohože se
spolu s teplotou silně zvyšuje
Aerogely – vakuové izolace
●
●
●
●
●
Nový trend v oblasti vývoje tepelných izolací
Hodnota součinitele tepelné vodivosti aerogelů může být až
10x nižší než u běžných materiálů, jako je EPS nebo MW
Aerogely dělíme dle reakce na: - jednostupňové dvoustupňové
Jednostupňové zásaditě katalyzované aerogely vykazují
většinou vyšší pevnosti, ale jsou křehčí než dvoustupňové
aerogely.
Dvoustupňové aerogely obsahují naopak vyšší podíl
menších pórů a jsou průsvitnější než jednostupňové
aerogely.
Základní fyzikální vlastnosti aerogelu
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Objemová hmotnost … 0.003-0.35 g.cm -3
Vnitřní povrch … 600-1000 m 2 g -1
Pórovitost … 85 – 99 %
Podíl tuhé fáze … 1 - 15 %
Střední průměr pórů … ~20 nm
Základní průměr částic … 2-5 nm
Teplotní odolnost … do 500°C
Součinitel teplotní roztažnosti …2.0-4.0.10 -6 m.m -1
Součinitel tepelné vodivosti 0,004 – 0,017 W.m -1.K -1
Pevnost v tahu … 16 kPa Dielektrická konstanta … ~1.1
Tepelně izolační vlastnosti aerogelu
●
●
●
●
Extrémně nízká tepelná vodivost, kterou lze snižovat dále
vakuováním
Tepelná vodivost materiálu = ∑ přenos tepelné energie
(vedením v pevné fázi, prouděním v plynné fázi a sáláním v
oblasti infračerveného spektra).
Jednotlivé tři složky přenosu tepelné energie se v závislosti
na okolních podmínkách (především na teplotě aerogelu a
okolí) mění.
Typická hodnota součinitele tepelné vodivost aerogelu je
0,015 - 0,017 W.m -1.K -1.
Aerogely – vakuové tepelné izolace
●
●
- použití v praxi Sanace historických budov +
- dobré tepelně izolační vlastnosti
- malá účinná tloušťka Aplikace: desky → speciální lepidla
→ povrch konstrukce
Funkce izolační vrstvy: účinná parozábrana s ekvivalentní
difúzní tloušťkou 5.10 5 –2.10 7 m v závislosti na provedení
spojů jednotlivých izolačních desek.
Tepelné izolace na organické bázi
●
●
●
●
●
Izolace na bázi dřeva
Izolace na bázi celulózy
Korek
Len, konopí a rákos
Sláma a seno
Izolace na bázi dřeva - Heraklit
●
●
●
●
Použití heraklitu: tepelná izolace stěn a stropů s možností
použití omítek při dřevěných a skeletových stavbách tepelně
izolační obklady nosníků, průvlaků, pilířů, stropů a
obvodových zdí
ztracené bednění stropních a věncových konstrukcí.
k tepelné izolaci teplovzdušných kanálů k zhotovení příček a
dělících stěn
k zhotovení půdních vestaveb a bytových jader
Izolace na bázi dřeva - Heraklit
●
●
●
●
●
●
Fyzikální vlastnosti závisí na objemové hmotnosti.
Objemová hmotnost … 250–500 kg.m -3
Pevnost v tahu za ohybu se … 0,4–2,0 MPa
Napětí při 10% deformaci … 0,02–0,15 MPa
Faktor difúzního odporu … 4–7
Součinitel tepelné vodivosti … 0,073–0,090 W.m -1.K -1
Izolace na bázi dřeva
●
●
●
●
●
Další možnosti zpracování dřeva a jeho odpadu:
Dřevoštěpkové tvárnice a desky
Dřevocementové tvárnice
Dřevobeton s integrovanou přídavnou polystyrenovou
izolací
Štěpkocementové desky
Izolace na bázi celulózy
●
●
●
Vznik: rozvlákněním starého papíru a přidáním speciálních
přísad (borové soli)
Úprava vláken → materiál nehořlavý s nulovým šířením
plamene, ochrana proti houbám, plísním,…
Použití: dodatečné zateplení stav. konstrukcí, uložení
izolace na vodorovné plochy, izolační nástřik (celulózová
vlákna+voda+Sokrat nebo Karsil), silniční stavitelství
Izolace na bázi celulózy
●
●
Z hlediska klasifikace celulózových vláken dle reakce na
oheň (ČSN EN 13501-1) jsou dány jejich vlastnosti
přídavkem pojiva a obsahem boritých solí:
- suchý materiál: C
- nastříkaný s pojivem Karsil - E 01: B
- nastříkaný s pojivem Sokrat 2802A: D
Objemová hmotnost celulózových vláken:
- volně uložených … 35–45 kg.m -3
- strojně uložených … 30–60 kg.m -3 u nástřiků s vodou
nebo pojivy … 45–90 kg.m -3
Izolace na bázi celulózy
Tepelně izolační parametry
●
●
Součinitel tepelné vodivosti volně ložený nebo mírně
zhutněný zásyp λ= 0,037 W.m -1.K -1
- nástřiku s vodou λ= 0,039 W.m -1.K -1
- nástřiku s pojivem λ= 0,042 W.m -1.K -1
- Faktor difúzního odporu násyp z celulózových vláken 1,5–
3 při použití pojiva 2–4
Nevýhody: vyšší navlhavost 16,6 % (20°C, 90 %)
Korek
●
●
●
Lehký, pružný, odolný vůči H 2 O, plísním, chemikáliím
Odolný vůči mech. tlaku, tlumí hluk vibrace
Použití: podlahy
Součinitel tepelné vodivosti 0,04–0,10 W.m -1.K -1
Len, konopí a rákos
Len
●
●
●
●
100% přírodní, pěstovaný v našem klimatu, dobré izolační
vlastnosti
Na trhu ve 3 formách: volně sypaný, plsť, desky
Nevýhody: lněná vlákna – hořlavá, snadno se lámou
Pro omezení lámavosti → přidání polyesterových vláken
Konopí
●
Podobné vlastnosti jako len Omezuje navíc hluk a vibrace
Desky “sendvičového“ typu Tepelná a zvuková izolace
Len, konopí a rákos
Rákos
●
●
Tradiční stav. materiál, oproti slámě tvrdší a odolnější,
nepodléhá biologickému rozkladu, snížené riziko
samovznícení
Využití: došky – snopky z žitné slámy, rákosu nebo kukuřice
Sláma a seno
Sláma
●
●
●
●
●
●
Malá energetická náročnost. Snadno dostupná a
likvidovatelná
Nevýhody: vysoká hořlavost, není odolná vůči škůdcům a
vlhkosti →hydrofobizace
Využití: slaměné panely, tzv. ekopanely- kotví se jen do
podlahy a stropu, samonosné, nevyžadují ani tepelnou a
zvukovou izolaci, využití jako opláštění obvodové nenosné
stěny s dřevěnou nosnou kostrou
Ekopanely Objemová hmotnost … 350–500 kg.m -3
Součinitel tepelné vodivosti … 0,10–0,13 W.m -1.K -1
Faktor difúzního odporu … 12–14
Pevnost v tahu za ohybu … 0,15 MPa
Sláma a seno
Seno
●
Podobné vlastnosti a využití jako sláma Dostupnější, ale
snadněji podléhá přirozené biologické zkáze
Děkuji za pozornost
Zdroje
Zdroje: http://bongroup.cz/sluzby/termovize
http://www.magazinpodnikani.cz/remesla.15/kvalitni-tepelna-izolac
http://www.roofman.cz/strechy/mdl/info/hala-prumysloveho-objektu
http://www.svet-bydleni.cz/stavba-a-rekonstrukce/tepelne-izolace-m
http://stavba-a-rekonstrukce.bydleniprokazdeho.cz/zateplovani-a-iz
http://www.nazeleno.cz/zelena-usporam/dotace-a-uspory/dotace/z
http://stepis.cz/rakos/
http://www.ecolife-trading.eu/produkty/konopna-izolace
http://www.nazeleno.cz/stavba/izolace/cim-izolovat-zkuste-prirodni
http://www.asb-portal.cz/stavebnictvi/materialy-a-vyrobky/tepelne-i
http://www.penatus.cz/article/Celuloza
http://www.nell-tvarnice.cz/cs/tvarnice/katalog/obvodove-zateplene
http://www.heraklith.cz/node/132
http://www.ireceptar.cz/domov-a-bydleni/energie-a-vytapeni/zatepl