Izolačné materiály

 

Najdôležitejšou vlastnosťou izolačných materiálov je ich schopnosť znižovať tepelnú vodivosť danej konštrukcie. Táto schopnosť sa dá číselne vyjadriť hodnotou tepelného odporu. Tepelný odpor pre danú vrstvu materiálu sa stanovuje podľa jej hrúbky a koeficientu tepelnej vodivosti λ. Koeficient tepelnej vodivosti pre jednotlivé stavebné výrobky orientačne uvádza STN 730540 Tepelná ochrana budov, v tretej časti pod názvom Vlastnosti prostredia a stavebných výrobkov. Na presnú hodnotu koeficientu tepelnej vodivosti má vplyv veľa faktorov – primárne je to zloženie a štruktúra posudzovaného materiálu alebo technológia jeho výroby a sekundárne je to vplyv prostredia a podmienky, v ktorých sa meranie koeficientu uskutočňuje. Z tohto dôvodu je dôležité rozlišovať laboratórne nameraný koeficient tepelnej vodivosti a koeficient stanovený pri štandardných podmienkach.
 

Mnohé stavebné konštrukcie si vyžadujú okrem tepelnej izolácie aj zvukovú izoláciu. V niektorých prípadoch je akustická izolácia dôležitejšia ako tepelná. Akustické vlastnosti izolácie závisia od jej štruktúry a zloženia. Nemožno preto automaticky predpokladať, že zvukovoizolačné vlastnosti majú všetky tepelnoizolačné materiá­ly. Niektoré materiály hluk neabsorbujú, ale ho, naopak, odrazia späť do priestoru, a tak akustiku daného objektu ešte zhoršujú. Schopnosť materiálu pohltiť dopadajúci zvuk určitej frekvencie číselne vyjadruje koeficient zvukovej pohltivosti αs.
 

Vhodným výberom tepelnoizolačných materiálov možno prispieť aj k zvýšeniu pasívnej požiarnej bezpečnosti stavieb. Tie by svojimi vlastnosťami nemali požiarnu odolnosť znižovať, ale, naopak, zvyšovať alebo by dokonca mali pôsobiť ako protipožiarny element. Vhodnou kombináciou materiálov možno zvýšiť požiarnu odolnosť stavebných konštrukcií aj o niekoľko desiatok minút. V súvislosti s požiarnou bezpečnosťou materiálov sa často uvádza označenie A1, A2, B, C, D, E, F, ktoré označuje triedu reakcie na oheň podľa normy STN EN 13501-1. Toto označenie býva súčasťou dokumentácie výrobcu a opisuje správanie sa daného materiálu pri styku s plameňom.
 

Jedným z dôležitých faktorov na vytvorenie prirodzenej a optimálnej klímy na bývanie, ktorý musí spĺňať stavebná konštrukcia, je samovoľná difúzia. Tú v plnej miere ovplyvňujú použité materiály vrátane izolačných komponentov. Izolačný mate­riál s vysokou difúziou zabezpečí dokonalé odvetranie vlhkosti z interiéru. Je dôležité, aby sa vlhkosť v obytných priestoroch udržiavala na optimálnej úrovni, čo znamená, že relatívna vlhkosť v byte nesmie byť ani príliš vysoká (riziko vzniku plesní a šírenia baktérií), ale ani príliš nízka (suchý vzduch a ochorenia dýchacích ciest).
 

Mechanické vlastnosti izolačných materiálov priamo určujú použitie týchto materiálov v daných stavebných konštrukciách. Izolácia podlahových konštrukcií a plochých striech musí byť dostatočne pevná v tlaku a dynamicky tuhá. Pri konštrukciách šikmých striech musí byť izolačný materiál poddajný, musí dobre vypĺňať izolovaný priestor a vykazovať tvarovú stálosť. Výrobok si musí zachovávať rozmery a konzistenciu v takej forme, v akej bol zabudovaný. Izolačný materiál nesmie meniť svoje charakteristiky ani pri pôsobení klimatických vplyvov a svoje rozmery si musí zachovať aj pri teplotných zmenách.
 

Túto vlastnosť ocenia najmä realizačné spoločnosti, ktoré s daným materiálom pracujú. Je dôležité, aby sa izolácia dala ľahko a rýchlo upraviť na požadovaný rozmer a tvar. Presné delenie izolačného formátu zabezpečí kompaktné uloženie materiálu do konštrukcie, čím sa predíde vzniku tepelných mostov, ktoré výrazne ovplyvňujú tepelnoizolačné schopnosti celej konštrukcie.
 

Ešte pred niekoľkými desiatkami rokov sa na izoláciu stavebných konštrukcií používali výhradne jednoduché materiály na rastlinnej, prípadne biologickej báze (slama, trstina, ovčia vlna a pod.), v súčasnosti sú však na stavebnom trhu izolanty z rôznych prírodných, ale aj syntetických materiálov:

• izolácia na báze ropných produktov,
• minerálne izolácie,
• izolácie z drevnej suroviny,
• izolácie rastlinného pôvodu,
• izolácie živočíšneho pôvodu.

Expandovaný polystyrén (EPS)
Je jedným z najbežnejších penových materiálov používaných v stavebníctve ako izolačný materiál. EPS sa vyrába od roku 1949. Pri jeho výrobe sa najprv pripravuje speňovateľný polystyrénový granulát, ktorý má podobu tvrdých, približne milimetrových perličiek. Tento granulát sa prepeňuje pri teplote asi 100 °C. Po predpenení sa granulát musí nechať odležať a ďalším ohrevom sa dokončuje expanzia spojená so zlepením guľôčok do celistvého bloku. Vyrobené bloky sa potom režú na dosky alebo požadované tvary. EPS sa v praxi najčastejšie používa pri objemovej hmotnosti 20, 25 a 30 kg/m³. Prednosťou EPS je jeho nízka objemová hmotnosť a relatívne nízka cena, jeho nevýhodou sú veľké objemové zmeny. Zmršťovanie zapríčiňuje únik zvyškov napeňovadla. Tento jav je ešte viac zosilnený vplyvom nízkych alebo vysokých teplôt. Vysoký difúzny odpor spôsobuje, že konštrukcia s tepelnou izoláciou z EPS neprepúšťa vlhkosť z interiéru. Neupravený EPS má vysokú horľavosť a tým znižuje požiarnu bezpečnosť stavby.

Extrudovaný polystyrén (XPS)
Výroba základnej suroviny XPS je podobná ako pri EPS s tým, že tavenina polystyrénu s nadúvadlom sa následne vytláča závitnicou do požadovaného bloku. Celá výroba je dosť zložitá, a preto je extrudovaný polystyrén výrazne drahší ako EPS. Extrudovanou výrobou dostáva polystyrén vyššie pevnostné charakteristiky a nízku nasiakavosť. Pre tieto vlastnosti je vhodný na použitie pri obrátených plochých strechách. Oba druhy polystyrénov sú náchylné na organické rozpúšťadlá a teploty vyššie ako 75 °C. 

Penový polyetylén
Vyrába sa vytláčaním (extrúziou) taveného polyetylénu, ktorý je sýtený plynom. Pri objemovej hmotnosti 35 kg/m³ má koeficient tepelnej vodivosti asi 0,045 W/(m . K). Najčastejšie sa používa do podláh ako pružná útlmová fólia (hrubá 5 mm) na elimináciu krokového hluku a zníženie vŕzgania vzniknutého trením dvoch tvrdých vrstiev. Tento materiál má dobrú flexibilitu a veľmi ľahko sa upravuje na požadovaný formát.

Penový polyuretán
Polyuretány patria k najnovším izolačným materiálom a ich použitie zažíva v ostatnom období veľký rozmach. Verejnosti sú najznámejšie montážne polyuretánové peny v striekacích aparátoch. Tieto materiály sa najčastejšie používajú na dodatočné izolovanie otvorových konštrukcií, kde sa do vzniknutého montážneho otvoru vstrekne nenapenená látka, ktorá zreaguje s okolitým vzduchom a vyplní otvor, v ktorom po určitom čase dosiahne pružnú podobu. Polyuretánové prefabrikáty majú najnižší súčiniteľ tepelnej vodivosti u nás dostupných izolačných materiálov (0,030 W/(m . K)). Penový polyuretán je náchylný na zvýšenú vlhkosť, ktorá spôsobuje dodatočné vypeňovanie a následnú degradáciu izolačného materiálu. V tvrdom stave je však tento izolant nenasiakavý.
 

Minerálna pena alebo tzv. penové sklo
Tento izolačný materiál sa vyrába asi od 40. rokov 20. storočia. Je to anorganický, pórovitý materiál, ktorý sa vyznačuje vysokou pevnosťou v tlaku. Vyrába sa tavením mletých sklených črepín, sklárskeho piesku a uhlia pri teplote asi 1 000 °C. Pri tomto tavení dôjde až k 12-násobnému napeneniu, a tak vznikne pórovitá penová štruktúra. Tento materiál má vynikajúce pevnostné vlastnosti, je nenasiakavý, biologicky stabilizovaný, koeficient tepelnej vodivosti má od 0,038 do 0,049 W/(m . K). Penové sklo možno použiť pri extrémnych teplotách od –260 až do +430 °C. Jeho nevýhodou je však vysoká cena.

Expandovaný minerál – expandovaný perlit
Expandovaný minerál sa vyrába tepelným spracovaním horniny sopečného pôvodu – perlitu, ktorý má chemické zloženie a vlastnosti podobné ako sklo. Pri teplotách 950 až 1 200 °C upravená surovina expanduje a zväčší objem zrniek až 10-násobne na výsledný produkt vo forme šedobielych dutých guličiek. Expandovaný perlit je chemicky neutrálny, nehorľavý, odolný proti mrazu, objemovo stály a má sypnú hmotnosť od 60 do 120 kg/m³. Používa sa ako sypaná izolácia, ktorá dobre vypĺňa tvar. Je však nasiakavý vodou, takže má obmedzené možnosti použitia.

Minerálna vlna

Tento u nás najrozšírenejší tepelnoizolačný materiál sa vyrába tavením troskočadičovej zmesi pri teplote 1 350 až 1 400 °C a roztavená zmes sa rozvlákňuje na odstredivých bubnoch. Vlákno má priemer od 4 do 20 µm, dĺžku 10 až 70 mm, typická stredná hodnota bežného vlákna je 50 mm. Na letiace vlákno sa nanáša vodný roztok spojiva – živice (zabezpečuje kompaktnosť izolačného koberca) a silikónového oleja (zvyšuje hydrofobizáciu – vodoodpudivosť izolačného materiálu). Izolačné vlákna sa potom vrstvia do koberca. Ten postupuje do komprimačnej jednotky, v ktorej nadobúda konečnú hrúbku a objemovú hmotnosť. Za touto jednotkou nasleduje kontinuálna sušiareň, kde dôjde k vytvrdeniu spojiva. Potom sa koberec orezáva na požadované rozmery. Na konci výrobného procesu sa výrobky povrchovo upravujú alebo sa balia do balíkov s PE fóliou.

Izolácie na báze minerálneho vlákna sa vyrábajú v objemových hmotnostiach 30 až 200 kg/m³ a s koeficientom tepelnej vodivosti 0,035 až 0,045 W/(m . K). Rozsah objemových hmotností minerálnej vlny ju umožňuje aplikovať do všetkých stavebných konštrukcií od nezaťažovaných izolácií v konštrukciách šikmých striech až po zaťažované izolácie v podlahách a plochých strechách. Vďaka svojej difúzii a tvarovej stálosti (stabilite celého systému aj pri kolísaní teplôt) sú tieto výrobky vhodné aj na zateplenie obvodových stien. Výrobky na báze minerálnych vlákien sú anorganické a chemicky neutrálne, sú nehorľavé, a preto ich možno použiť aj na požiarnu izoláciu budov a technologických zariadení. Vláknitá štruktúra výrobkov so vzduchovými dutinami absorbuje dopadajúce zvukové vlny, takže minerálnu vlnu možno aplikovať aj ako akustickú izoláciu.
 

Mäkké vláknité dosky
Ako izolačné materiály na báze drevených materiálov sa najčastejšie používajú mäkké vláknité dosky, ktoré sa vyrábajú rozvláknením drevených štiepkov alebo odrezkov. Vyrábajú sa bez použitia prídavných lepidiel mokrým procesom. Ich objemová hmotnosť je nižšia ako 400 kg/m³. Tieto izolácie sa považujú za vysoko ekologické a sú vhodné ako tepelná a akustická izolácia v interiéroch a exteriéroch. Mäkké vláknité dosky sú náchylné na vlhkosť a pôsobenie biologických škodcov a sú horľavé, takže zvyšujú riziko požiaru. Na zvýšenie požiarnej bezpečnosti sa však aj tieto výrobky do určitej miery upravujú.

Cementotrieskové dosky
Ako izolačný materiál možno z tejto skupiny výrobkov použiť len dosky z drevitej vlny, ktoré sa vyrábajú v objemovej hmotnosti do 400 kg/m³. Drevená vlna sa v doskách spája bežným portlandským cementom alebo cementmi na báze horčíka. Tieto izolačné dosky sa používajú na tepelnú izoláciu stien, stropov a obvodových múrov a často aj ako stratené debnenie stropných a vencových konštrukcií. Na dosiahnutie väčšieho tepelného odporu sa cementotrieskové dosky kombinujú s doskami z minerálnych vlákien alebo polystyrénu. Povrch týchto dosiek je dostatočne pevný a ľahko sa povrchovo upravuje, preto sa často používa vo fasádnych zatepľovacích systémoch.
 

Slama
Tento čisto prírodný produkt patril k izolačným materiálom najmä v minulosti, no v súčasnosti sa znova vracia do stavebných konštrukcií. Slamu možno používať vo forme vysoko zlisovaných balíkov. Používa sa ako výplň nosných stien, kde sa ukladá do drevného hrazdenia. Ak je slama dobre vymlátená, nie je lákadlom pre hraboše a v prípade vysokej komprimácie má aj relatívne vysokú požiarnu odolnosť, pretože oheň nemá v takejto konštrukcii dostatok kyslíka na horenie. Výhodou slamy ako stavebného materiálu je ľahká dostupnosť, nízka cena, ekologická neškodnosť a recyklovateľnosť.

Celulózové vlákna
Celulózové vlákna sa vyrábajú najmä zo starého recyklovateľného papiera. Na zvýšenie odolnosti proti škodcom a požiaru sa však musia chemicky upravovať. Zväčša sa dodávajú a aplikujú ako voľne sypaná alebo fúkaná izolácia do dutín neprístupných priestorov. Transportujú sa vo vreciach. Pri aplikácii ich možno striekať s vodou alebo so spojivom. Neodporúča sa používať celulózové vlákna do konštrukcií, ktoré sú v priamom styku s interiérom, pretože často dochádza k vyprašovaniu veľmi jemného vlákna.

Ostatné rastlinné vlákna
Z ostatných rastlinných materiálov sa ako izolanty v podobe vlákien najčastejšie používajú bavlna, sisal, kokosové vlákna, ľanové vlákna a pazderie.
 

Ovčia vlna
Izolácia na báze ovčej vlny sa vyrába zložitým skladaním vlnoviek vyformovaných z ovčieho rúna, ktoré sa mechanicky prichytia k nosnej sieťke z polypropylénu. Takto možno spracovať neforemné ovčie rúno do vyhovujúceho kotúča s rôznou šírkou a hrúbkou 40 až 160 mm. Tento materiál sa vyrába v objemovej hmotnosti 13 až 25 kg/m³. Koeficient tepelnej vodivosti izolácie z ovčej vlny je asi 0,038 W/(m . K). Aby bola ovčia vlna odolná proti biologickým škodcom a mala vyššiu požiarnu odolnosť, musí sa chemicky upravovať. Výhodou ovčej vlny je jej vysoká hydroskopickosť – dokáže prijať vzdušnú vlhkosť až do jednej tretiny svojho objemu a opäť ju vrátiť do ovzdušia. Vďaka tejto vlastnosti môže izolácia z ovčej vlny prirodzene regulovať vlhkosť v miestnosti.
 

Izolácia, čiže zatepľovanie, znamená opodstatnenú a návratnú investíciu. Dôležitý je najmä správny výber izolantu. Ten svojimi vlastnosťami musí zodpovedať požiadavkám konštrukcie, do ktorej sa zabuduje. Aby sme si zo širokého spektra izolačných materiálov vybrali ten najvhodnejší a s najlepšími vlastnosťami, treba si uvedomiť, že najnižšia cena neznamená vždy najvyššiu úsporu, nehovoriac o kvalite obytného a pracovného prostredia, na ktoré izolácia priamo vplýva.

Ing. Miroslav Zliechovec
Foto: Knauf Insulation

Autor pracuje ako aplikačný technik v spoločnosti Knauf Insulation, s. r. o.