Pri výbere stavebného materiálu by mala byť jednou z kľúčových informácií, podľa ktorej sa rozhodujeme, informácia o tepelnotechnických vlastnostiach materiálu. V našom prípade tehly. Súčiniteľ U je základným parametrom slúžiacim k vyhodnoteniu tepelnej izolácie budovy. Ohraničuje množstvo tepla, ktoré je schopné preniknúť cez bariéru. Súčiniteľ prechodu tepla (U) ukazuje, ako materiál prepúšťa teplo z jedného prostredia do druhého, a preto by mala byť jeho hodnota čo najnižšia. Jeho hodnota sa vyjadruje v W/(m².K).
Tepelný odpor R záleží od druhu materiálu a jeho hrúbky. Čím vyšší tepelný odpor, tým je konštrukcia teplejšia (je lepším izolátorom). Tepelný odpor (R) vyjadruje schopnosť materiálu zadržať teplo. Jeho hodnota sa vyjadruje v m² . K/W (veľkosť plochy potrebná na prenos tepla s hodnotou 1 watt pri rozdiele teploty o 1 kelvin). Súčiniteľ prechodu tepla λ je fyzikálnou vlastnosťou každého materiálu, pričom nezáleží od jeho hrúbky. λd - súčiniteľ prechodu tepla deklarovaný.
Prerátajúc súčiniteľ U pre už existujúce objekty môžeme konštatovať o koľko je možné ponížiť straty na teple pomocou aplikácie dodatočnej izolácie stien vnútorných a striech. Musíme dbať na to, že straty tepla cez vnútorné steny napr. v rodinnom dome môžu sa vyšplhať až na 35%, úniky tepla cez strechu sa predpokladajú až do výšky 25%.
Meranie a hodnotenie tepelných vlastností tehál
Meranie tepelného odporu je kľúčové pre objektívne posúdenie tepelnoizolačných vlastností tehál. Tepelný odpor sa meria tak, že sa z meraných tehál postaví skúšobný fragment (múrik) s rozmermi 1,75m x 1,75m, zatrú sa styčné škáry a raster. Na tento úkon sa používa celoplošné lepidlo alebo tepelnoizolačná malta. Plocha fragmentu tak bude hladká a bez drážok. Povrch musí byť dostatočne rovný, aby k nemu meracie zariadenie dobre prisadlo.
Merajú sa tri fragmenty (múriky) z troch výrobných šarží, aby bolo meranie čo najobjektívnejšie. Výsledkom sú hodnoty tepelného odporu fragmentu v suchom stave. Ten sa následne musí prepočítať na návrhovú vlhkosť. Tento krok je nevyhnutný, ak chceme dosiahnuť výsledok, ktorý odráža realitu. Pri skutočných stavbách totiž stavebné materiály obsahujú vlhkosť, ktorá tepelnoizolačné parametre znižuje. Dôležité tiež je, že sa meria murivo vrátane zvislých aj vodorovných škár, ktoré tak neizolujú ako samotná tehla.
Tepelný odpor
Vplyv kotviacich systémov na tepelnú ochranu
Kotviace systémy ťažkých budov, ktoré sú zvyčajne tvorené masívnou oceľovou konštrukciou, významne ovplyvňujú tepelnú ochranu budov, hlavne ich vplyvom na plnenie hygienického kritéria normy STN 73 0540-2, ako aj na výpočtovú hodnotu koeficientu prestupu tepla na fasáde. V stavebnej praxi sa dnes pomerne často stretávame s výrazným narušením tepelnotechnických vlastností fragmentov obalových konštrukcií budov pomocou rôznych, napríklad oceľových kotviacich systémov. Pre stavebnú tepelnú techniku znamenajú výrazné zhoršenie tepelnotechnických parametrov.
Predmetom analýzy sa stal klasický fragment obvodovej steny s vonkajšou povrchovou úpravou - obkladovým kameňom (tento sa ale v výpočtoch nezohľadňuje). Tvorí ho zvnútra omietnutá keramická tvarovka s hrúbkou 300 mm a tepelná izolácia MW s hrúbkou 120 mm, s celkovým tepelným odporom R = 4,45 m2.K/W (U = 0,214 W/(m2.K)). Do týchto dvoch fragmentov je následnej kotvená oceľová konštrukcia tvoriaca nosný podklad na zavesenie kamenného obkladu.
Na analýzu sa použila oceľová kotva z konkrétnej realizácie bytového domu. Oceľová kotva je tvorená platňou rozmeru 340 × 350 mm (priľahlou ku stene) a hrúbkou 18 mm, na ktorú sú kolmo navarené dve platne 340 × 80 mm (nastojato) pokračujúce do tepelnej izolácie menšou výškou a rozmerom 180 × 172 mm (nastojato) až do exteriérovej vzduchovej dutiny, všetko hrúbky 18 mm. Súčiniteľ tepelnej vodivosti klasickej ocele je 50,0 W/(m.K), vo variantách 02, 03 a 04 nerezová oceľ s lambdou 17,0 W/(m.K).
Obrázok 02 dokumentuje porovnanie hodnôt súčiniteľa prechodu tepla Ukotvove pre jednotlivé varianty riešenia pri verzii fragmentu TEHLA. Oceľová kotva v tomto prípade ovplyvňuje vnútorné povrchové teploty výrazne, podobne ako tomu bolo pri hodnotách súčiniteľa prechodu tepla, pričom pokles dosahuje hodnoty reálne medzi 1,83 až 3,17 K.
Najúčinnejším riešením pri verzii fragmentu TEHLA je z hľadiska znižovania hodnoty súčiniteľa prechodu tepla výrazné zväčšovanie osovej vzdialenosti medzi kotvami a pre vnútornú povrchovú teplotu výrazná redukcia počtu skrutiek v nosnej konštrukcii steny (z 9 na 4). Podobne aj kombinovaním viacerých ďalších variant riešenia kotvy možno dosiahnuť želaný výsledok.
Obrázok 04 dokumentuje porovnanie hodnôt súčiniteľa prechodu tepla Ukotvove pre jednotlivé varianty riešenia pri verzii fragmentu ŽELEZOBETÓN. Oceľová kotva v tomto prípade ovplyvňuje teploty menej výrazne ako tomu bolo pri hodnotách súčiniteľa prechodu tepla, pričom pokles dosahuje hodnoty reálne medzi 2,97 až 4,22 K.
Najúčinnejším riešením pri verzii fragmentu ŽELEZOBETÓN je z hľadiska znižovania hodnoty súčiniteľa prechodu tepla taktiež zväčšovanie osovej vzdialenosti medzi kotvami a pre vnútornú povrchovú teplotu použitie nerezu v platniach kolmých ku stene. Podobne aj kombinovaním viacerých parametrov riešenia kotvy možno dosiahnuť želaný výsledok. Naopak takmer nulový (vo fragmente TEHLA doslova) účinok (formou tepelného toku - U hodnoty) v oboch prípadoch riešenia fragmentov má úprava hrúbky ocele v platni priľahlej ku stene. Minimálny účinok (do cca 4 %) ešte majú pri TEHLE varianty doplnkových PIR dosiek, použitie nerezovej ocele v platni priľahlej ku stene a aplikácia prvku thermostop hrúbky 5 mm.
Keramický črep a jeho tepelnoizolačné prednosti
Jednou z výhod keramického črepu je jeho schopnosť akumulovať teplo. Táto vlastnosť v zime bráni rýchlemu vychladnutiu domu a v lete jeho rýchlemu prehriatiu. Výborné tepelnoizolačné schopnosti tehál zaisťujú dostatočne vysoké povrchové teploty obvodovej konštrukcie a pri správnom zhotovení konštrukčných detailov eliminujú vznik tepelných mostov. Tehlová tvarovka tvorí ideálnu ochranu pre výplň minerálnej vlny pred vonkajším prostredím, a zabezpečuje tak dlhú životnosť stavby vrátane samotnej tepelnej izolácie. Minerálna vlna v dutinách tehly je hydrofobizovaná, čo znamená, že ani v prípade mokrej tehlovej tvarovky nenavlhne. To bolo overené aj praktickou skúškou výrobcu. Výrobky z minerálnej vlny sú charakteristické veľmi nízkym difúznym odporom, rovnako ako výrobky z pálenej keramiky.
Porovnanie tehlových systémov a iných materiálov
Výber vhodného stavebného materiálu je kľúčovým krokom pri realizácii stavby. Okrem ceny a reputácie stavebnej firmy patria k dôležitým kritériám aj technické vlastnosti materiálov. Pri obvodových konštrukciách je jedným z najdôležitejších parametrov súčiniteľ prestupu tepla (U-hodnota), ktorý udáva, koľko tepla prejde cez stavebnú konštrukciu za jednotku času pri jednotkovom rozdiele teplôt. Nižšia U-hodnota znamená lepšiu tepelnú izoláciu a menšie tepelné straty. V súčasnosti platná norma ČSN 73 0540:2 stanovuje maximálnu hodnotu súčiniteľa prestupu tepla pre obvodové murivo 0,38 Wm-2K-1. Pre moderné nízkoenergetické a pasívne domy sú však odporúčané hodnoty ešte prísnejšie a pohybujú sa hlboko pod touto hranicou.
Tehly HELUZ
Energetickou ambíciou domu môže byť spotreba na úrovni nízkoenergetického až pasívneho domu, aj preto je hlavným stavebným prvkom tehla HELUZ FAMILY 44 brúsená s vynikajúcimi tepelnoizolačnými parametrami (súčiniteľ prestupu tepla U = 0,17 W/m2K). Tehla HELUZ FAMILY 44 brúsená je určená na jednovrstvové murovanie bez nutnosti dodatočného vonkajšieho zateplenia. Jednovrstvové murivo lepšie dýcha, pretože má 4- až 6-krát lepšie difúzne vlastnosti ako EPS (polystyrén) používaný na zatepľovacie systémy, a nehrozí mu biologická ani mechanická degradácia. Vykazuje aj optimálne fyzikálne vlastnosti (napr. akustika, požiarna odolnosť, nízka tepelná vodivosť, prirodzená priepustnosť vodných pár, bezpečnosť).
V cenovom porovnaní jednovrstvovej konštrukcie z tehál HELUZ FAMILY šírky 44 cm vs. tehlová konštrukcia so 16 cm EPS, ktorá má porovnateľný súčiniteľ prestupu tepla, dosiahneme rovnaké náklady na realizáciu. Záleží veľmi na cene práce, druhu izolantu, ukotvení a pod., ale za rovnakú cenu môžeme mať trvanlivejšiu a jednoduchšiu jednovrstvovú konštrukciu. Okrem tepelnej pohody sa pri stavbe pamätá aj na akustický komfort. Pokoj obyvateľom domu preto zaistia priečky z akustických tehál HELUZ AKU Z 17,5 brúsená. Písmeno „Z“ v názve tehly symbolizuje špecifický tvar tehlového bloku pripomínajúci toto písmeno, akustická tehla zvyšuje schopnosť zvukovej izolácie. Murivo z HELUZ AKU Z 17,5 brúsená (375 × 175 × 249 mm) obojstranne omietnuté vápenno-cementovou omietkou hrúbky 15 mm má laboratórnu vzduchovú nepriezvučnosť Rw = 51 dB, čo je nadštandardná hodnota vzhľadom na malú hrúbku muriva murovaného na maltu na tenké škáry. Aj vodorovné konštrukcie sú navrhnuté ako skladané keramické, využili sa stropy HELUZ MIAKO.
Tehly POROTHERM
Medzi moderné murovacie materiály patria tehly s priečnymi dutinami, ktoré zvyšujú ich tepelnoizolačné parametre. Príkladom je tehla POROTHERM 44 Si, ktorá v 44 cm hrubej stene obsahuje 35 radov vzduchových dutín, čím sa znižuje únik tepla prúdením a sálaním. Obvodová stena z tehál POROTHERM 44 Si môže dosiahnuť tepelný odpor muriva 4,25 m2.K/W. Brúsené tehly Porotherm 38 T Profi triedy Energy+ sú určené pre jednovrstvové omietané obvodové murivo hrúbky 380 mm s vysoko nadštandardnými tepelnoizolačnými parametrami. Zvislé dutiny v tehlách sú plnené hydrofobizovanou minerálnou vlnou. Obvodové steny z tehál Porotherm T Profi preto netreba dodatočne zatepľovať. V porovnaní s tehlami Heluz, tehly Porotherm 44 EKO+ Profi dosahujú tepelný odpor (R) 5,01 m2K/W a súčiniteľ prestupu tepla (U) 0,19 W/m2K.
Materiály YTONG
YTONG P2-400 s rozmermi tvárnic (300 × 249 × 599) mm vykazuje súčiniteľ prestupu tepla 0,29 Wm-2K-1. Nezateplené murivo z blokov YTONG P2-400 hrúbky 300 mm vyhovuje požiadavkám normy len tesne. V prípade potreby sa používa pevnejší YTONG P4-500 (300 × 249 × 499) mm pre vnútorné nosné priečky, pretože jeho tepelný odpor v jednovrstvovom murive nedosahuje požiadavkám normy. YTONG ponúka pre dosiahnutie požadovaných tepelno-technických vlastností tenšie konštrukcie a podstatne nižšiu cenu za jednotku tepelného odporu.
Porovnanie kľúčových tepelnoizolačných parametrov vybraných materiálov
| Materiál a typ | Hrúbka muriva | Tepelný odpor R [m²K/W] | Súčiniteľ prestupu tepla U [W/(m²K)] | Poznámka |
|---|---|---|---|---|
| Keramická tvarovka + MW izolácia | 300 mm + 120 mm | 4,45 | 0,214 | Klasický fragment obvodovej steny |
| HELUZ FAMILY 44 brúsená | 44 cm | - | 0,17 | Jednovrstvové murovanie bez dodatočného zateplenia |
| POROTHERM 44 Si | 44 cm | 4,25 | - | S priečnymi dutinami |
| Porotherm 44 EKO+ Profi | - | 5,01 | 0,19 | Porovnateľné s Heluz |
| YTONG P2-400 | 300 mm | - | 0,29 | Nezateplené murivo, tesne vyhovuje norme |
| PTH 30 P+D + 160 mm polystyrén | ~46 cm | - | 0,18 | Zateplená stena |
| YTONG P2-400 (300 mm) + 160 mm polystyrén | ~46 cm | - | 0,15 | Zateplená stena |
Dodatočné zateplenie ako cesta k lepšej energetickej účinnosti
Pokiaľ by najdôležitejším kritériom bol čo najnižší prestup tepla obvodovou konštrukciou, potom by prvé miesto obsadil materiál PTH 44 Si s hodnotou súčiniteľa prestupu tepla 0,24 Wm-2K-1. Avšak v mnohých prípadoch, najmä pri tenších murovacích systémoch, je výhodnejšie zvoliť tenšie murivo z materiálov POROTHERM alebo YTONG a tepelný odpor dokúpiť v podobe tepelnoizolačného systému.
Pri zatepľovaní je dôležité zvoliť vhodný zatepľovací systém. Vďaka vysokej pórovitosti materiálov YTONG a POROTHERM a z nej vyplývajúcej relatívne veľkej paropriepustnosti (faktor difúzneho odporu medzi μ = 5 až μ = 10), je najbezpečnejší zatepľovací systém na báze expandovaného polystyrénu. Pre novo vybudované stavby má firma EuroPanels vo svojej ponuke tepelnoizolačné panely s jadrom PUR a EPS. Ak ide o už existujúce objekty EuroPanels vyrobil produkty s vysokou tepelno - izolačnou schopnosťou.
Pokiaľ zvolíme blok PTH 30 P+D a zateplíme ho polystyrénom 160 mm, výsledný súčiniteľ prestupu tepla pred omietnutím bude 0,18 Wm-2·K-1. Keď použijeme blok YTONG P2-400 hrúbky 300 mm a zateplíme polystyrénom 160 mm, výsledný súčiniteľ prestupu tepla bude 0,15 Wm-2·K-1. Zateplením možno dosiahnuť aj nečakane vysokú tepelnú zotrvačnosť. U muriva YTONG P2-400 hrúbky 300 mm plus 160 mm EPS bude časová konštanta tepelnej akumulácie τ0 = 209 hodín, čo zodpovedá zníženiu pôvodného teplotného rozdielu za 24 hodín ochladnutia len na 90 % pôvodného rozdielu. Objekt zodpovedne naprojektovaný a realizovaný zo sendvičových panelov EuroPanels značným spôsobom môže v budúcnosti ušetriť najviac finančných prostriedkov na jeho udržiavanie.
Tepelná akumulácia a zotrvačnosť
Murivo z pórobetónu a z tehiel patrí medzi tzv. ťažké konštrukcie, ktoré majú dobrú alebo výbornú tepelnú akumuláciu. Tá sa prejavuje vysokou teplotnou zotrvačnosťou, ktorá sa zateplením ešte ďalej podstatne zlepšuje. V pasívnych domoch je ročná spotreba energií na vykurovanie max. 15 kWh/(m2a). Poskytujú ešte vyšší štandard energetickej účinnosti ako nízkoenergetické domy, takže majú minimálny vplyv na životné prostredie. Zvyčajne sa úplne zaobídu bez tradičného vykurovacieho a klimatizačného systému. V porovnaní s bežnými stavbami tak ušetríte 70 - 90 % energie.
Relevantné normy pre tepelnú ochranu budov
Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov sú definované súborom noriem, ktoré stanovujú požiadavky a metódy merania. V súčasnosti platná norma ČSN 73 0540:2 stanovuje maximálnu hodnotu súčiniteľa prestupu tepla pre obvodové murivo 0,38 Wm-2K-1.
- STN 73 0540-2, 2012: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov, Tepelná ochrana budov, Časť 2: Funkčné požiadavky.
- STN 73 0540-3, 2012: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov, Tepelná ochrana budov, Časť 3: Vlastnosti prostredia a stavebných výrobkov.
- STN EN ISO 14683: Tepelné mosty v stavebných konštrukciách. Lineárny stratový súčiniteľ.
- STN EN ISO 10211: Tepelné mosty v budovách pozemných stavieb. Tepelné toky a povrchové teploty.