V období, keď cena energií letí do výšav, sa mnohí majitelia nehnuteľností zamýšľajú nad metódami vedúcimi k úsporám energií. Asi tretina tepelnej energie vyrobenej na Slovensku sa používa na vykurovanie obytných budov a prípravu teplej úžitkovej vody. Je preto mimoriadne potrebné v čo najväčšej miere znížiť náklady na jej výrobu. Jedným z kľúčových faktorov, ktorý môže výrazne prispieť k energetickej hospodárnosti budovy a zároveň k vytvoreniu príjemnej a stabilnej vnútornej klímy, je tepelná akumulácia stavebných konštrukcií, obzvlášť akumulačných stien z tehál.
Princípy tepelnej akumulácie
Výraz akumulácia je ekvivalentom slovenského (na)hromadenia. Pod pojmom akumulácia tepla v materiáli rozumieme schopnosť tohto materiálu udržať teplo a neskôr, v čase jeho absencie, ho do priestoru uvoľniť. V praxi to vyzerá napríklad tak, že počas vykurovacej fázy sa časť tepla uloží do konštrukcií podláh, obvodových stien, priečok, stropov a strechy.
Schopnosť materiálu akumulovať teplo rastie s jeho hmotnosťou, naopak tepelnoizolačné vlastnosti klesajú. Murované stavby, hlavne z kameňa, tehál a betónu majú obrovskú tepelno-akumulačnú schopnosť. Z uvedeného výplýva, že kilogram dreva ma 2.5x vyššiu tepelnú kapacitu ako betón. Betón je teda 5 krát ťažší ako drevo a vďaka tomu dokáže objemovo prijať 2 krát viac tepla ako drevo.
K hodnoteniu miery tepelnej akumulácie konkrétneho materiálu je využívaná veličina UTA - ukazovateľ tepelnej akumulácie (v hodinách). Častejšie sa používa veličina relaxačná doba τ0, ktorá popisuje akumulačnú schopnosť aj viacvrstvovej konštrukcie, napr. tehlového obvodového múra s vonkajšou ľahkou tepelnou izoláciou. Je odvodený z hodnôt súčiniteľa tepelnej vodivosti λ, merného tepla a hustoty všetkých vrstiev steny. Čím väčšia je hodnota UTA, resp. tepelnej relaxačnej doby τ0, tým viac tepla je materiál schopný poňať. Touto schopnosťou disponujú materiály vo veľkej objemovej hmotnosti (hustote).
Súvisí s tým tiež teplotná vodivosť materiálu 'a', ktorá vyjadruje jeho schopnosť vyrovnávať rozdielne teploty pri neustálom vedení tepla. Pre najlepšiu akumuláciu je vhodné vyberať taký materiál, ktorý disponuje vysokou hodnotou tepelnej absorpcie pri nízkej hodnote teplotnej vodivosti. Tak sa konštrukcia pomalšie ohreje a pomaly chladne. Inou veličinou, ktorá ovplyvňuje akumuláciu a má vplyv na vnútornú teplotnú stabilitu, je tepelná kapacita.
Pasívnou akumuláciou budov je možné zabezpečiť až 15% úsporu tepla oproti iným budovám. Akumulácia tepla v obvodových stavebných konštrukciách pomáha vyrovnávať prestávky medzi vykurovacími intervalmi, napríklad v noci, ale tiež pri výrazných poklesoch vonkajších teplôt, po intenzívnom vetraní, keď vykurovacia sústava nestihne na tieto reagovať dostatočne rýchlo. Akumulačné vlastnosti materiálov využívame v našich nehnuteľnostiach prakticky počas celého roka, teda aj v letnom období, keď je naším cieľom zachovať v byte čo najväčší chlad. V zime teplo akumulované v stavebných konštrukciách zabraňuje rýchlemu vychladnutiu priestorov.
Tehla ako akumulačný materiál
Tehla, ktorá je síce starým stavebným materiálom, sa opäť dostáva do popredia. Odborníci hľadajú nové možnosti tehlového muriva, vylepšujú najmä jeho tepelno-technické vlastnosti a vonkajší vzhľad. Životnosť dobre vypálenej tehly možno porovnať takmer s kameňom, preto aj dnes môžeme obdivovať krásne stavby zo starorímskej ríše, postavené z tehál či kombinácie tehly s kameňom.
Tehla je v podstate keramika vyrábaná výlučne z prírodných materiálov (hliny), ku ktorým sa v minulosti pridávali rôzne prírodné prísady (slama, vápenec...). Plná pálená tehla má vynikajúce akumulačné vlastnosti. Akumulačná stena z plných pálených tehál je jednoduchý a efektívny systém. Princíp je jednoduchý: stena sa ohreje na okolitú teplotu a v dobe, keď sa v kachliach nekúri, teplo domu dodáva práve táto stena.
Vývoj v ostatnom období priniesol mnohé zlepšenia v oblasti tepelnoizolačných vlastností aj technológie murovania. Dutiny v tzv. priečne dierovaných tehlách bránia prechodu tepla, čím plnia tepelnoizolačnú funkciu. Tehly sú odľahčené aj v samotnom črepe, ktorý je popretkávaný hustou sieťou pórov. Tieto moderné tehly však naopak stratili skvelé akumulačné schopnosti plnej pálenej tehly. S tým tepelným odporom to však tiež nie je také ružové, keď si uvedomíme, že rovnaké alebo aj lepšie vlastnosti možno získať za použitia menšej hrúbky iných materiálov (napr. drevodomy, zateplené vápenno-pieskové bloky,...).
Špecifické typy akumulačných materiálov a ich vlastnosti
K ťažkým konštrukciám patria železobetónové, z tehál (až na tie dutinové), kameňa, vápennopieskových blokov, či dutinové tvarovky vylievané betónom. Môžeme sem zaradiť aj stavby z masívneho dreva, ktorých je však pomenej.
- Vápenno-pieskové tehly (VPC tehly): Tieto tehly sa vyrábajú z vápna, jemnozrnného kremičitého piesku a vody. Tvrdnú účinkom pary za vysokého tlaku v autokláve. Ide o materiál s objemovou hmotnosťou na úrovni 1 400 až 2 000 kg/m3 a pevnosťou v tlaku až 25 MPa. Ponúkajú výbornú tepelnú akumuláciu a sú vhodné aj pre pasívne a nízkoenergetické objekty. Vďaka veľkej objemovej hmotnosti majú okrem akumulačnej schopnosti aj výborné akustické vlastnosti a schopnosť regulovať vlhkosť. Samé osebe však nemajú dobré teplo-technické vlastnosti, takže sa vždy kombinujú s vonkajším zateplením.
- Pórobetón: Vyrába sa z piesku, vápna, cementu a vody a je v podstate vyľahčený betón s množstvom drobných pórov. Teplo-technické vlastnosti tvárnic sú rovnaké vo všetkých smeroch a lepšie sa s nimi pracuje, keďže sa dajú dobre píliť. Ich slabosťou je ešte menšia akumulácia tepla než pri keramických tehlách zapríčinená nižšou objemovou hmotnosťou a tiež nasiakavosť materiálu.
- Keramzit: Vzniká vypaľovaním a expandovaním prírodného ílu pri teplote cca 1100 C. Z neho sa potom robia murovacie tvárnice. Vynikajú dobrými akustickými vlastnosťami. Nevýhodou je nesporne prácnosť, práca s výstužou a potreba vytvorenia debnenia. Tepelný odpor je mizerný, takže bez zateplenia sa nezaobídeme. Protiváhou týchto nevýhod je naopak skvelá nosnosť betónu.
- Masívne drevené konštrukcie (zrubové stavby): Zrubové stavby sú jednovrstvové konštrukcie vytvorené z masívnych profilov. Tieto stavby nevyhovujú súčasným prísnym kritériám. Ak uvažujeme nad drevostavbami typu zrubových stavieb, tieto majú v porovnaní s montovanými drevostavbami podstatne lepšiu schopnosť akumulácie tepla. Teplo preniká do masívnej drevenej konštrukcie len veľmi pomaly a rovnako pomaly sa z nej aj uvoľňuje.
Stavebné riešenia pre maximálnu akumuláciu
Ťažké materiály je potrebné použiť nielen na múry domu, ale aj na strechu. Až vtedy je využitý celý akumulačný potenciál budovy. Okrem akumulácie tepla je potrebné brať ohľad tiež na tepelno-izolačnú schopnosť plášťa domu. Z toho dôvodu sú pridávané najčastejšie vonkajšie kontaktné zatepľovacie systémy. Môžu prekryť systémové vady konštrukcie vrátane tepelných mostov, predovšetkým ale udržiavajú vnútorné ťažké nosné murivo na vyššej teplote. To zvýši tepelno-akumulačný potenciál obvodového muriva a výsledkom je stabilná teplota v interiéri.
Naopak vnútornému zatepleniu sa stavitelia skôr vyhýbajú, pretože eliminuje tepelnú akumuláciu obvodových múrov domu. Interiér chladne podstatne rýchlejšie než v prípade aplikácie vonkajšieho zateplenia. Existujú však výnimky, napríklad rekreačné objekty, kedy sa zvyčajne vynára potreba objekt rýchlo vyhriať, zatiaľ čo doba vychladnutia nehrá roľu.
Dnes je možné postaviť pasívne domy aj z muriva, ktoré si nevyžaduje dodatočné zateplenie. Ide o masívne tvárnice, z ktorých sa vytvárajú jednovrstvové obvodové konštrukcie s omietkami z vnútornej i vonkajšej strany. Ukladajú vo svojom vnútri tepelnú energiu a tú následne po dlhú dobu odovzdávajú späť do miestnosti. Napríklad v lete tak výrazne šetria náklady na energiu inak vynakladanú k pohonu chladiaceho zariadenia.
Murovanie plných pálených tehál
Pri murovaní z plných pálených tehál je najlepšie použiť stavebné lepidlo (nie príliš riedke, nie príliš husté, tak aby keď doň urobíte vo vedierku brázdu, nespojí sa). Plná tehla má takú schopnosť sať vodu, že ak murujete na murovaciu maltu, vysaje vám z nej vodu skôr, než stihnete položiť ďalšiu tehlu. Nepomáha ani namáčanie tehál do vedra s vodou. So stavebným lepidlom to ide krásne, tehly ale treba aj tak namáčať vo vode, aby tak nesali.
Špárovať sa ale so stavebným lepidlom nedá, je nutná murovacia malta alebo jemný betón. Pod prvým radom je zakladacia malta... pre istotu. Kompletný sortiment pre stavbu dnes zahŕňa aj veľkoformátové keramické tvarovky - priečne dierované tehly, ktoré majú lepšie tepenoizolačné a statické vlastnosti, ich murovanie je jednoduchšie a rýchlejšie.
Väčšina dnešných tehál má systém zvislého spoja na pero a drážku bez potreby premaltovania styčnej škáry. Technológia skladania brúsených tehál, ktorú používa Wienerberger, rieši aj styčné škáry medzi tehlami - tehly sú vybavené systémom pier a drážok bez vreciek na vyplnenie murovacou maltou, ktorá sa pri vykonávaní muriva z brúsených tehál nepoužíva.
Vplyv akumulácie na vnútornú klímu a komfort
V domoch postavených z dobrých akumulačných materiálov nedochádza k náhlym výkyvom teplôt. Prechody medzi teplotami sú plynulejšie. Táto výhoda môže byť považovaná aj za nevýhodu, pretože vychladnutý dom potom potrebuje veľa času na svoje vykúrenie. Preto je vhodné využívať akumuláciu pre obytné budovy s trvalým bývaním. V prípade stavby víkendovej chaty si na to treba však dať pozor.
Nie je však reč len o zimnej akumulácii, teda o vykurovacej sezóne, kedy si majiteľ logicky praje ušetriť čo najviac pri súbežnej stabilnej a príjemnej vnútornej teplote. Jedná sa tiež o letné obdobie, kedy Slnko významne rozpaľuje či už strešnú krytinu, tak fasády domov. Akumulácia muriva vyjadruje jeho schopnosť akumulovať teplo. Pokiaľ sú takto rozpálené povrchy tvorené masívnymi akumulačnými materiálmi, je aj v obdobiach najväčšieho slnečného žiarenia vo vnútri zachovaná príjemná teplota. Hmota, z ktorej je murivo tvorené, totiž utlmí rýchlosť teplotnej vlny, teda prenikanie tepla do interiéru.
Rolu hrá aj sálanie chladnej nočnej oblohy, ktorá po zotmení vonkajšie povrchy ochladzuje a tlmí tak účinok tepla akumulovaného počas dňa. Pri správnom výbere murovacieho materiálu je tak dosiahnutá stabilná teplota vo vnútri domu či už v noci, tak aj cez deň. Akumulačné materiály bránia v lete prehrievaniu stavby, v zime vnútorné povrchy naopak sálajú teplo a klíma vo vnútri je podstatne menej náchylná k vetraniu či prevádzkovým výpadkom vykurovacích zariadení.
Akustické vlastnosti akumulačných stien
Kvalitná akustika v domácnosti môže byť v mnohých prípadoch kľúčová pre zachovanie dobrých vzťahov a rodinnej pohody. Akustické tehly sú masívnejšie ako bežné tehly a vďaka väčšej hmotnosti materiálu tiež lepšie akumulujú teplo, takže vytvárajú príjemnú mikroklímu po celý rok. Tiež eliminujú nežiaduce šírenie hluku medzi miestnosťami alebo z vonkajšieho priestoru do budov.
V súvislosti s akustickou sa skloňujú pojmy Vážená laboratórna nepriezvučnosť (Rw) a Vážená stavebná nepriezvučnosť (R’w). Tá prvá sa zisťuje laboratórne, neuvažuje sa s prenosom zvuku vedľajšími cestami, pričom platí, že R’w = Rw - k, kde k je koeficient. Hodnota nameraná na stavbe býva nižšia o zhruba 2 - 10dB než hodnota nameraná v laboratóriu.
Požiadavky na akustické vlastnosti priečok určuje norma STN 73 0532. Medzibytové priečky musia spĺňať hodnotu R’w = 52dB. Wienerberger garantuje, že zaistí o 50% pokojnejší domov, pokiaľ investor použije brúsené akustické murivo v kombinácii s jednovrstvovým murivom Porotherm pre obvodové steny. Odporúčaním pre konštrukciu z akustických tehál je preto jednovrstvové murivo po obvode stavby.
Príkladom sú akustické tehly Porotherm AKU Profi, ktoré sú masívnejšie než bežné varianty. Na miesto pôvodných 48 dB u bežne tehly v hrúbke 30 cm, dokáže tá akustická stlmiť 55 dB. Tesne za ňou nasleduje 25 AKU Z Profi, ktorá odizoluje 54 dB. V prípade relatívne ľahkých tehál 17,5 Profi a 19 AKU Profi sa takisto dostávame na rozdiel siedmich decibelov. U najtenších tehál v hrúbke 11,5 centimetra ocenia vylepšenie predovšetkým tí, ktorí stavajú priečky a nechcú, aby sa šíril hluk z miestnosti do miestnosti. Tehla Porotherm 11,5 AKU je určená na murovanie stien medzi izbami jedného bytu alebo rodinného domu. Jej hodnota laboratórneho indexu vzduchovej nepriezvučnosti Rw = 47 dB, čím je normou požadovaná hodnota Rw = 42 dB hravo dodržaná.
Akumulácia a vykurovanie na tuhé palivo
Murované steny domu fungujú ako tepelné batérie. Kým je kúrenie zapnuté, nabíjajú sa. Keď sa kúrenie vypne a teplota v interiéri klesne pod teplotu, steny začnú uvoľňovať teplo do okolia. Akumulačná stena je jednoduchá stena z plných pálených tehál. V dobe keď sa v kachliach nekúri, teplo domu dodáva stena.
Ten istý princíp funguje aj pri obmúrovke pece, ale ešte efektívnejšie. Obmúrovka pece sa vyhreje na oveľa vyššiu teplotu cca 60 - 100 C. Moja skúsenosť je taká, že pri kvalitných liatinových kachliach stačí naložiť 2x za 24 hodín. Ráno a večer. Teplota v dome je viac menej rovnomerná a kolísa v rozmedzí 21 - 24 stupňov, čo nijako nekazí komfort a pohodu. Vzduch v dome nie je prehriaty, a všetok vzduch, ktorý obmýva povrch kachlí sa dezinfikuje.
Regulátor komínového ťahu stabilizuje podtlak v komíne, hlavne za nepriaznivého počasia, keď je víchrica, poryvy vetra, ale aj vtedy ak by sa nedopatrením príliš rozhorelo palivo. Slúži ako bezpečnostný prvok, ktorý nedovolí, aby sa ťah v komíne zvýšil nad nastavenú hodnotu. Vďaka regulátoru komínoveho ťahu horí palivo rovnomerne a bezpečne. Bez regulátora komínoveho ťahu dochádza hlavne pri poryvoch vetra k "zabafkaniu" dymu z pece do miestnosti. Tieto nepríjemnosti rieši regulátor komínoveho ťahu, úžasný a jednoduchý mechanický vynález, ktorý by sa mal automaticky dodávať ku všetkým komínom.
Optimalizácia akumulácie a celková energetická hospodárnosť
Posledné roky sa nároky na energetickú hospodárnosť budov neustále zvyšujú. To priamo ovplyvňuje aj obalové konštrukcie domu. Súčiniteľ prestupu tepla “U” obvodovej steny bol od 1. januára 2013 stanovený na 0,32W/m2.K, od 1. januára 2016 na 0,22W/m2.K a od 1. januára 2021 sa má upraviť na 0,15W/m2.K.
Je potrebné myslieť aj na otvorové výplne objektu. Tie môžu, hlavne v lete, významne znepríjemniť pobyt človeka v interiéri. Slnečné žiarenie vstupuje priamo dovnútra a zároveň ohrieva zasklenie aj rámy okien. Vzniká tak skleníkový efekt. Tomu môžeme predchádzať tieniacimi prvkami. Efektívne pracuje iba vonkajšie tienenie, ideálne reflexného zafarbenia (strieborná či biela farba). Tieto farby účinne odrážajú slnečné žiarenie a pokiaľ sú žalúzie počas slnečných letných dní zatiahnuté (tj. tienenie), výborne nahradia chladiacu techniku. Exteriérové žalúzie či rolety sú tiež skvelým izolantom počas zimy, pretože navyšujú počet izolačných vrstiev a spoločne so vzduchovou medzerou, ktorá je vytvorená medzi nimi a oknom, ešte vylepšujú termo-izolačné parametre objektu.
Biele či reflexné strieborné povrchy sú efektívne tiež v prípade fasád domov a striech. Exteriérové tienenie v reflexnej striebornej farbe a svetlo sfarbené fasády efektívne bránia prehrievaniu vnútorných priestorov objektu. Pokiaľ sú ťažké materiály s dobrou tepelnou zotrvačnosťou použité či už na obvodové múry, tak na streche a sú vhodne doplnené aj tieniacimi prvkami na oknách, prípadne riadeným vetracím systémom, úspech je istý.
Špeciálne u pasívnych domov je samozrejme potrebné tiež overiť, či nami vybraný murovací materiál spĺňa aj ostatné dôležité parametre ako tepelno-izolačnú funkciu, akustickú ochranu pred nadmernou vlhkosťou, faktor difúzneho odporu, dostatočnú pevnosť v tlaku, požiarnu odolnosť, rezistenciu proti starnutiu, výšku vplyvu na životné prostredie a zdravotnú nezávadnosť. Výváženosť tepelno-akumulačných vlastností konštrukcie s jej tepelno-izolačnými parametrami však každopádne prispieva k udržaniu zdravej vnútornej klímy budovy.
tags: #akumulacna #steny #tehla