Deklarace výrobců tepelné izolace nejsou všechno. Jak zjistit, zda tepelná izolace splní naše očekávání v proměnlivých okolních podmínkách?

Deklarované a výpočtové parametry tepelné izolační schopnosti

Prezentace parametrů stavebních materiálů, které slouží k tepelné izolaci, se nejčastěji omezuje na uvedení součinitele lambda (součinitel tepelné vodivosti - čím nižší, tím lepší termoizolační vlastnosti).

Všechny lambdy však nejsou stejné. Existuje totiž zásadní rozdíl mezi deklarovanou lambdou a výpočtovou lambdou. A ten může být klíčový při výběru vhodného termoizolačního materiálu pro danou stavbu. Hodně totiž závisí na podmínkách, v nichž bude daný objekt fungovat.

Deklarovaná lambda je parametr určený v normativních podmínkách. V praxi to znamená, že „tepelná izolační schopnost“ materiálu se určuje při teplotě +10 °C. Toto měření se samozřejmě provádí v laboratorních podmínkách pro čerstvý, suchý materiál bez jakýchkoliv pnutí.

Výpočtová lambda se stanovuje v provozních podmínkách, tj. jak při nízkých, tak při vysokých okolních teplotách. Tento rozsah zahrnuje rozmezí od -30 °C do +60 °C.

Jak efektivně bude izolovat minerální vlna při teplotě +10 °C a jak při +50 °C, např. v podkroví rozpáleném sluncem, je snadné vypočítat. V uvedeném příkladu se součinitel lambda změnil pod vlivem teploty z 0,040 W/mK na 0,050 W/mK. Jinak řečeno, v takových podmínkách bude minerální vlna tepelně izolovat s o 25 % menší účinností.

Aproximace hodnot nad +30 °C

Okolní teplota není jediným faktorem, který je nutný ke stanovení výpočtové lambdy. Více o tom říká norma PN-EN ISO 10456, která je dokumentem upravujícím obecné a podrobné definování fyzikálních veličin popisujících některé vlastnosti stavebních materiálů.

Ve studii je uvedený způsob konverze (přepočtu) hodnot získaných v jedné sadě podmínek na hodnoty zásadní v jiné sadě. K provedení kalkulace jsou potřebné takové faktory, jako je již uvedená okolní teplota, ale rovněž vlhkost a stárnutí materiálu.

Problém spočívá v tom, že provedení přesných výpočtů je možné hlavně v teorii. Výrobci termoizolačních materiálů většinou nemají výsledky laboratorních zkoušek potvrzujících stanovení součinitele lambda pro různé hodnoty vlhkosti. Stejný problém se týká konverzního faktoru s ohledem na stárnutí.

Pokud bychom se však pokusili určit výpočtovou lambdu, mohli bychom použít následující vzorec:

λobl = λD · FT · FM · FA

λobl - výpočtová lambda
λD - deklarovaná lambda
FM - konverzní faktor s ohledem na vlhkost
FA - konverzní faktor s ohledem na stárnutí
FT - konverzní faktor s ohledem na teplotu*

*hodnotu FT vypočteme následovně:

FT = efT(T2-T1)

e - matematická konstanta, tj. 2,72
T1 - normativní teplota měření deklarovaného součinitele lambda, tj. +10°C
T2 - teplota z druhé sady podmínek (např. +50 °C)
fT - součinitel teplotní konverze dle normy PN-EN ISO 10456 (údaje v tabulkách níže)

 

Tolik teorie. Přes absenci důležitých údajů, které se týkají chování materiálů pod vlivem vlhkosti a plynutí času, lze viditelně vysledovat stupnici významu podmínek, v nichž bude tepelná izolace fungovat.

Z grafu"teplotní konverze λ" vyplývá, že růstový trend konvertovaného parametru λ se nejvíce týká vláknitých, difuzně otevřených materiálů. Polystyren EPS se zdá mít trend podobný PIR (v nepatrně menší míře růstový), ale nejviditelnější to je ve vysokých teplotách, které dosahují úrovně nebezpečné pro výrobky z extrudovaného polystyrenu. Míru destrukce EPS v teplotách, které se blíží +70 °C, je nemožné odhadnout, proto má graf konverze EPS pro tyto teploty pouze teoretickou hodnotu.  

S přihlédnutím k výpočtové změně parametru tepla lze stanovit tloušťku tepelné izolace, která zajišťuje stejnou úroveň tepelné izolační schopnosti Umax = 0,18 W/m2K:

1. Předpokládejme, že zprůměrovaná teplota „zahřáté“ vrstvy tepelné izolace položené na střeše se bude pohybovat v rozmezí +50 °C. Deklarovaná měření (λD) se provádějí při teplotě +10 °C. Je tedy snadné vypočítat, že nárůst teploty reálné práce na střeše bude činit 40 °C.

2. Z výše prezentovaných tabulek lze vyčíst následující tabulkové hodnoty příslušných součinitelů fT: polysteren EPS - 0,0032, minerální vlna - 0,0056, panely PIR - 0,0058.

3. Z dalších výpočtů vyplývá, že: 

- konverzní faktor FT pro ΔT = 40°C pro polystyren EPS = 1,1137
- konverzní faktor FT pro ΔT = 40°C pro minerální vlnu = 1,251
- konverzní faktor FT pro ΔT = 40°C pro panely PIR = 1,261

Z výše uvedených kalkulací vyplývá, že při teplotě, v níž tepelná izolace pracuje, tj. +50 °C neboli o 40 °C vyšší než pro deklarovanou lambdu, mají součinitele tepelné vodivosti následující hodnoty:

- polystyren EPS λEPS+ = 0,035 · 1,137 ≈ 0,040 W/mK
- minerální vlna λMW+ = 0,040 · 1,251 ≈ 0,050 W/mK
- panely λPIR+ = 0,023 · 1,261 ≈ 0,029 W/mK

 4. Tloušťka tepelné izolace nutné k dosažení Umax = 0,18 W/m2K

- polystyren EPS λEPS+ = 0,222 m (222 mm), nárůst o 14,4%
- minerální vlna λMW+ = 0,278 m (278 mm), nárůst o 25,2%
- panely λPIR+ = 0,161 m (161 mm), nárůst o 25,8%

Z výše uvedených výpočtů vyplývá, že aby bylo možné v létě zajistit předpokládanou úroveň tepelné izolační schopnosti, je třeba instalovat silnější vrstvu tepelné izolace, jež odpovídá teplotní konverzi. Má to velký význam při odhadu nákladů na chlazení vzduchu v klimatizovaných budovách.

Analogické výpočty pro záporné teploty by mohly pomoci při stanovení potřebné tloušťky tepelné izolace pro zimní podmínky a vlivu na optimalizaci nákladů na vytápění budovy.