Měření krátkodobé nasákavosti a součinitele tepelné vodivosti u tepelně-izolačních materiálů
Měření krátkodobé nasákavosti a součinitele tepelné vodivosti proběhlo na vzorcích klasické izolace a na vzorcích izolace z přírodních vláken. Dále byla změřena změna tepelné vodivosti po nasáknutí a následném vysušení na původní hmotnost. Výsledky ukázaly, že tepelné izolace z přírodních materiálů si zachovávají původní vlastnosti – součinitel tepelné vodivosti, tvar, oproti klasickým izolacím.
1 Úvod
Současným trendem ve výstavbě je snižování spotřeby energie na vytápění, případně na klimatizaci. Ze standardu nízkoenergetických budov se pomalu přechází na standard pasivních domů a dále na plusenergetické domy. Jsou vyvíjeny nové stavební materiály a konstrukce. Nikde se však nezohledňuje nutná energie vynaložená při výrobě, dopravě nebo při jejich likvidaci či recyklaci. Z hlediska principů udržitelné výstavby je nezbytné začít se zabývat stavebními materiály, jejichž životní cyklus minimálně zatěžuje životní prostředí.
V České republice se při navrhování nízkoenergetických nebo pasivních domů málo zohledňuje vyšší využití snadno recyklovatelných obnovitelných zdrojů, rychlost výstavby, negativní vliv výstavby na okolí, variabilita konstrukčního řešení, snadná údržba a demontáž.
Kvalita stavebních materiálů by měla být hodnocena dle jejich nezávadnosti zdravotní, ekologické a z hlediska nízkých energetických nároků. Firmy začínají uvádět 3 parametry stavebních konstrukcí. Jsou to svázané emise CO2 (g CO2/kg) jako faktor globálního oteplování, svázané emise SO2 (g SO2/kg) jako regionální enviromentální zátěž a svázaná energie E (MJ/kg) jako přímé energetické nároky spojené s výrobou materiálů.
2 Přírodní izolační materiály
Vzhledem ke stále rostoucím cenám energie, snižujícím se zásobám nerostných surovin, je nutné zabývat se vývojem a výrobou ekologických a energeticky méně náročných stavebních materiálů. Na jedné straně se snažíme vyvíjet energeticky pasivní domy, na druhé straně k jejich stavbě využíváme energeticky náročných materiálů.
2.1 Len (Linum usitatissimum)
Jedná se o domácí, obnovitelnou užitkovou rostlinu. Len je odolná plodina, lze ji pěstovat bez použití hnojiv. Nabízejí se izolace ve formě plsti, desek nebo volně sypané. Mají dobré izolační vlastnosti. Pro srovnání: součinitel tepelné vodivosti izolace ze lnu – 0,037 W/mK, oproti tomu součinitel tepelné vodivosti cihly – 0,75 W/mK. Coby akustická izolace je výrazně lepší než umělé izolace stejné tloušťky. Vlákna jsou pevná v tahu, málo elastická, snadno se lámou. Len je hořlavý, pro větší odolnost ohni se přidávají sloučeniny amoniaku nebo boraxu či vodního skla. Kvůli lámavosti lnu se přidávají podpůrná polyesterová vlákna, jejichž obsah se u každé značky liší. Lněná izolace může absorbovat a vydávat vlhkost, proto je její použití v místech se zemní vlhkostí nevhodné.
Zpracování lnu na stavební vláknité hmoty se provádí následovně: syrové rostliny se na slunci prostírají, v pecích suší, močí ve vodě, mědlují atd. Dále se zplstí na textilních strojích, kdy vznikají tenké pásy rouna, které se navrství do požadované tloušťky. Přitom se v tekuté formě na vlákna nanáší škrobové lepidlo a boritá sůl, případně amonné soli a při následném sušení se pevně spojují s vlákny. Výsledkem je pružná, tvarově stálá, žáru a plísním odolná izolační deska [3].
Len je snadno zkompostovatelný, lze jej snadno spálit bez škodlivých produktů. Výrobky ze lnu jsou u nás prodávané pod názvem Termolen, Heraflax, Isoflachs [3, 16].
Oproti běžné izolaci z minerálních vláken je o cca 89 % dražší. Energetická náročnost výroby podobná jako u konopí.
2.2 Konopí (Cannabis sativa)
Konopí je odolná, nenáročná rostlina, dá se celá dobře zužitkovat, jak na vlákno, papír, olej, palivo, tak i na nábytek. Sklizeň je možná 2× do roka.
V Německu firma Termo-Hanf vyrábí termoizolační konopné rohože. U nás je vyráběla firma Canabest. Konopné rohože mají ty výhody, že neobsahují žádné látky zatěžující životní prostředí, jsou plně recyklovatelné, hodí se na izolaci střech, zdí i podlah. Mají také dobré difúzní vlastnosti umožňující optimální prostup vlhkosti a zajištující ideální zdravé klima v místnostech. Navíc neobsahují žádné bílkoviny, takže jsou současně absolutně bezpečné proti napadení škůdci a nepodléhají hnilobě. Tyto izolační desky se skládají z 82 až 85 % konopných vláken, 10 až 15 % bikomponentních vláken a 3 až 5 % uhličitanu sodného jako ohnivzdorné ochrany. Novinkou je nahrazení bikomponentních vláken kukuřičným škrobem.
Konopná vlákna se také využívají jako náhrada skelné vaty. Vlákna ošetřená ohnivzdornou látkou se jednoduše nastříkají mezi stěny. Na rozdíl od izolace ze skelné vaty však tato konopná izolace nedráždí plíce ani pokožku [1, 15].
Objemová hmotnost konopné izolace ρ = 24 kg/m3 až 100 kg/m3. Tepelná vodivost se pohybuje v rozmezí λ = 0,04 W/(m.K) až 0,042 W/(m.K). Vážený součinitel zvukové pohltivosti 0,95 [6, 15].
Oproti běžné izolaci z minerálních vláken je izolace s použitím BiCo vláken asi o 19 % dražší, s použitím kukuřičného škrobu o 62,5 % dražší. Spotřeba primární energie na výrobu m2 100 mm izolace je 1,6 MJ/kg. Produkce CO2 −3,8 kg CO2 equ./kg [6, 8].
2.3 Rákos obecný (Phragmites australis)
Jedná se o trávu dorůstající 1 až 4 m. Technické využití rákosu je široké, lze jej využít jako podkladu pod omítku, na desky, rohože, střešní krytinu, tepelně izolační desky, nebo výrobu celulózy.
Rákos nepodléhá biologickému rozkladu. Díky vysokému obsahu kyseliny křemičité je značně snížené riziko samovznícení. Při stlačení vrstev se zvyšuje požární odolnost.
Objemová hmotnost rákosu ρ = 140 kg/m3 až 180 kg/m3. Tepelná vodivost se pohybuje v rozmezí λ = 0,04 W/(m.K) až 0,06 W/(m.K) [3].
2.4 Ovčí vlna
Ovčí vlna má jako výše uvedené izolace výborné izolační vlastnosti. Je zdravotně nezávadná a je plně přírodním produktem s vysokou životností. Bez podpůrného hoření nehoří, třída hořlavosti B2, samozápalná teplota je zhruba 560 až 600 ˚C. Pro zvýšení nehořlavosti se aplikují zhruba 2 % retardéru hoření „HCA ITC“, který je zcela ekologickým produktem [10].
Udrží až 35 % vlhkosti. Absorbuje a opět uvolňuje vzdušnou vlhkost. Schopnost vlněného vlákna udržet vlhkost je cca 20násobně vyšší, než schopnost vlákna minerálního. S vlhkostí se izolační schopnost vlny zvyšuje. Je energeticky nenáročná, šetří životní prostředí, obnovitelná, recyklovatelná, odpady lze kompostovat a využít. Proti hmyzu je ošetřena přípravky Molantin SP (Inwool), močovinou nebo anorganickou solí (Isolena). Při montáži „nekouše“, je příjemná na dotyk, není potřeba používat ochranných pomůcek. Je cenově dostupná, protože není nutná parozábrana, cena m2 je srovnatelná s minerálními materiály [10].
Izolace z ovčí vlny je vyráběna technologií kolmého kladení mykaného ovčího rouna bez použití pojiv v nábalech šíře 70 až 90 cm a tloušťky 3,5 až 14 cm. Tepelný odpor je udáván R = 1 až 4 m2K/W.
Ovčí izolace je určena především pro zateplování obytných domů, pro nástavby a vnitřní zateplení, např. památkově chráněných domů. Není vhodná např. do plovoucích a betonových podlah, na vnější zateplení panelových domů, na izolaci pochůzných střech.
Vlna je schopna přijmout vzdušnou vlhkost až do jedné třetiny své hmotnosti a opět ji do vnitřního ovzduší vrátit. Může tak přirozeně regulovat klima v místnosti a tím se zásadně liší od běžných izolací.
Péče a manipulace s izolačními hmotami z ovčí vlny je díky malé objemové hmotnosti a elasticitě velmi snadná. Hodí se pro všechny běžné vzdálenosti krokví (80 až 90 cm) i různé šířky lehkých příček nebo desek. Pokládá se prakticky bez ztráty prořezem, protože případná nepřesně odříznutá hrana se dá jednoduše stlačit na potřebný rozměr.
Součinitel tepelné vodivosti 0,0350 až 0,0385 W/mK, objemová hmotnost 12,5 až 25 kg/m3. Spotřeba primární energie na výrobu 8,77 MJ. Produkce CO2 0,244 kg CO2 equ./kg. Produkce SO2 0,0034 kg SO2 equ./kg [8, 10].
Oproti běžné izolaci z minerálních vláken je izolace o cca 89 % dražší, ale odpadá použití parozábrany.
3 Měření krátkodobé nasákavosti a tepelné vodivosti
Měření probíhalo podle ČSN EN 1609 (727053) Tepelně-izolační výrobky pro použití ve stavebnictví. Stanovení krátkodobé nasákavosti při částečném ponoření.
Při měření krátkodobé nasákavosti se vychází ze změny hmotnosti daného materiálu. Pro měření byla zvolena metoda A. Změřena počáteční hmotnost m0 a hmotnost m24. Dále byla změřena změna součinitele tepelné vodivosti před ponořením, po ponoření a usušení a ve vysušeném stavu.
Metoda A:
kde je
- Wp
- – krátkodobá nasákavost při částečném ponoření
- Ap
- – plocha spodního povrchu zkušebního vzorku [m2]
- m0
- – počáteční hmotnost [g]
- m24
- – hmotnost po 24 hodinách ponoření [g]
Měření proběhlo na 6 vzorcích od každého materiálu 20 × 20 × 8 cm.
| Název | Výrobce | Forma | Objemová hmotnost [kg/m3] | Součinitel tepelné vodivosti λ [W/(m.K)] |
|---|---|---|---|---|
| Canabest Basic Natur | CANABEST, s.r.o. | desky | 24 | 0,042 |
| Canabest Plus Natur | desky | 36 | 0,040 | |
| Isolena Premium | Isolena Naturfaservlies GmbH | izolační pásy | 20 | 0,0385 |
| Isolena Klemmfilz | izolační pásy | 30 | 0,0350 | |
| Rockwool Rockmin | ROCKWOOL, a.s. | desky | 35 | 0,0390 |
| Rotaflex Super TP 01 | UNION LESNÍ BRÁNA, a. s. | izolační pásy | 12 | 0,0390 |
| Konopno-rákosová izolace | CANABEST, s.r.o. | desky (zkušební vzorek vyráběný na zakázku pro stavební firmu) | ||
| Hofatex UD | Smrečina Hofatex, a.s. | izolační desky | 260 | 0,049 |
4 Výsledky měření
4.1 Měření nasákavosti vzorků
Měření dle ČSN EN 1609 (727053) Tepelně-izolační výrobky pro použití ve stavebnictví. Stanovení krátkodobé nasákavosti při částečném ponoření. Metoda A.
Graf 1 – Nasákavost Wp – celkové srovnání
4.2 Měření součinitele tepelné vodivosti
Graf 2 – Tepelná vodivost λ – celkové srovnání
λ1 – tepelná vodivost vzorku před ponořením
λ2 – tepelná vodivost vzorku po ponoření a následném vysušení
Součinitel tepelná vodivost byl měřen na přístroji Izomet. Jedná se o ruční přístroj řízený mikroprocesorem. Měří pomocí jehlové nebo plošné sondy součinitel tepelné vodivosti, měrnou objemovou tepelnou kapacitu a součinitel teplotní vodivosti.
Vzorky byly odebrány z jednotlivých balení, vždy 10 cm od kraje desek nebo pásů. Rozměry vzorků byly 20 × 20 × 8 cm. Odchylka měření hmotnosti 0,5 g.
5 Závěr
Z výše uvedené studie a měření izolačních vlastností přírodních izolací a izolací ze skelného a minerálního vlákna, vyplývá, že si uchovávají stejné tepelně izolační vlastnosti po násáknutí vodou a následném přirozeném (nenuceném) vysoušení – viz graf 2. Přírodní izolace jsou schopny se do týdne zbavit vlhkosti při zachování tvaru. Obráceně je tomu však u izolací ze skelného a minerálního vlákna, které ztrácejí schopnost udržet tvar a soudržnost, tedy neméně důležitý parametr při skladování (obzvláště v podmínkách stavby) před samotnou aplikací.
Energetická náročnost při výrobě přírodních izolací je nepoměrně nižší než při výrobě izolací ze skelného a minerálního vlákna. Velkým plusem přírodních izolací je jejich likvidace ekologickou cestou (lze je zkompostovat). To nelze říci u izolací ze skelného a minerálního vlákna.
Je tedy na samotných stavitelích, jaký typ izolace zvolí, ať už při výstavbě nové stavby nebo rekonstrukci (a to i památkově chráněných objektů). Jejich volba je otázkou odkazu budoucí generaci, jakým směrem se ubírat do budoucna.
Seznam použité literatury
Literatura:
- [1] HUDEC, M.: Pasivní rodinný dům. Proč a jak stavět. GRADA Publishing, a.s., Praha, 2008. ISBN 978-80-247-2555-0
- [2] HUMM, O.: Nízkoenergetické domy. GRADA Publishing, a.s., Praha, 1997. ISBN 80-7169-657-9.
- [3] CHYBÍK, J.: Přírodní stavební materiály. GRADA Publishing, a.s., Praha, 2009. ISBN 978-80-247-2532-1.
- [4] MOUDRÝ, J., STRAŠIL, Z.: Alternativní plodiny. Jihočeská univerzita, České Budějovice, 1996. ISBN 80-7040-198-2.
- [5] ČSN EN 1609 (727053) Tepelně-izolační výrobky pro použití ve stavebnictví. Stanovení krátkodobé nasákavosti při částečném ponoření. Červen 1998.
Internetové odkazy:
- [6] www.canabest.cz
- [7] www.envimat.cz
- [8] www.enviweb.cz
- [9] www.hofatex.eu
- [10] www.isolena.cz
- [11] www.isover.cz
- [12] www.insowool.cz
- [13] www.projecthouse.cz
- [14] www.rockwool.cz
- [15] www.thermo-hanf.de
- [16] www.zf.jcu.cz
Measurement of short term water absorption and thermal conductivity was carried out on samples of traditional insulation and the insulation samples from natural fibers. Further, the measured change in thermal conductivity after soaking and subsequent drying of the original weight.
The results showed that the thermal insulation of natural materials retain their original properties – thermal conductivity, shape, compared to conventional insulation.
