Tepelné izolácie v drevostavbách

Drevostavby nachádzajú uplatnenie ako nebytové budovy, napríklad ako rekreačné domy, penzióny, reštaurácie, administratívne budovy a v ostatnom období aj ako bytové budovy, najmä v podobe rodinných domov a penziónov. V zmysle stavebného zákona SR sa na stavby kladú základné požiadavky, medzi ktoré patria aj požiadavky na energetickú úspornosť a tepelnú ochranu budovy. Uvedené požiadavky možno splniť ucelenou energetickou koncepciou budovy vrátane použitia vhodných a správne aplikovaných tepelnoizolačných materiálov.

V stavebných konštrukciách sa používajú tepelné a zvukové izolácie na prírodnej a umelej báze, s odlišnými mechanicko-fyzikálnymi vlastnosťami, spôsobmi zabudovania do konštrukčných skladieb, montážnymi aplikáciami, životnosťou, hygienickou úrovňou, spôsobom recyklácie a likvidácie.

Tepelnoizolačné materiály sa vyrábajú z rôznych surovín. Obsahujú množstvo drobných dutín, vďaka čomu sú charakteristické veľkým objemom pri minimálnej hmotnosti. Tepelnoizolačné vlastnosti podmieňuje vzduch uzavretý v týchto dutinách. Tepelnoizolačné materiály sa vyrábajú, zjednodušene povedané, s uzavretou a otvorenou štruktúrou drobných vzduchových dutín, teda ako vzduchovo nepriepustné a vzduchovo priepustné. Od štruktúry vzduchových dutín závisí spôsob zabudovania do skladby stavebnej konštrukcie. Spôsob zabudovania ovplyvňujú aj ďalšie mechanicko-fyzikálne vlastnosti tepelnoizolačných materiálov. Je to predovšetkým:

• pôvod surovín, ktoré sa použijú na výrobu. Z tohto hľadiska môže ísť o izolačné materiály vyrobené z prírodných alebo umelých surovín. Medzi prírodné anorganické suroviny (minerálne) patrí napríklad perlit granulát, sklená a kamenná vlna a medzi organické suroviny (rastlinné) zas drevné vlákno a vlna, celulóza, korok, konope, slama, bavlna a podobne. Prírodné organické suroviny môžu mať aj živočíšny pôvod, napríklad ovčia vlna. Typickými predstaviteľmi umelých surovín sú penené plasty a penové sklo;
• prenos vlhkosti [4]. Tepelnoizolačné materiály sa rozdeľujú z hľadiska prenosu vodnej pary na paropriepustné, stredne paropriepustné, paronepriepustné; z hľadiska schopnosti viazať vodnú paru na hygroskopické (viažu vodnú paru), nehygroskopické; z hľadiska prenosu kvapalnej vody na kapilárne (vodu nasávajú a vedú), nekapilárne a z hľadiska schopnosti prenášať vodu a viazať vodnú paru na hygroskopické kapilárne (drevo a podobne), hygroskopické nekapilárne (hydrofóbne materiály), nehygroskopické a nekapilárne (minerálne vlákna, penené plasty a podobne);
• prenos vzduchu – ide o vzduchovo nepriepustné materiály (s uzavretými pórmi a nepórovité) a vzduchovo priepustné materiály (s otvorenou štruktúrou).

Tepelnotechnické vlastnosti izolácií a konštrukcií
Dôležitými tepelnotechnickými vlastnosťami tepelnoizolačných materiálov sú objemová hmotnosť v suchom stave rs (kg/m³) a vo vlhkom stave rv (kg/m³), hustota r  (kg/m³), pórovitosť p (%), hmotnostná vlhkosť um (%), respektíve pre drevo relatívna vlhkosť w (%), objemová vlhkosť uv (%), súčiniteľ tepelnej vodivosti λ (W/(m . K)), špecifická tepelná kapacita c (J/(kg . K)), súčiniteľ difúzie vodnej pary d . 109 (s), faktor difúzneho odporu m (–) a súčiniteľ hmotnostnej vzduchovej priepustnosti em (s).

V praxi je z hľadiska difúzneho odporu zaužívaný parameter ekvivalentná difúzna hrúbka sd (m).
Výpočtové hodnoty tepelnotechnických vlastností materiálov sa používajú na výpočet dôležitých, tepelnotechnických vlastností stavebných konštrukcií ako napríklad súčiniteľa prechodu tepla U (W/(m² . K)), bilancie skondenzovanej a vyparenej vodnej pary gk (kg/(m² . rok)) a podobne.

Druh a typ tepelnej izolácie, použitá hrúbka, spôsob zabudovania a poloha v skladbe drevenej obvodovej stavebnej konštrukcie budovy (podlaha, obvodová stena, strecha, strop najvyššieho podlažia a podobne) spolu s vlastnosťami ostatných materiálov skladby (parozábrana, parobrzda, vetrové prekážky, statické veľkoplošné materiály na opláštenie budovy, interiérové obklady a nátery, exteriérové fasády a vrstvy) výrazne ovplyvňujú výslednú kvalitu tepelnotechnických vlastností konštrukcie, teda hodnotu U (čím je nižšia, tým je lepšia) a vlhkostný stav konštrukcie počas roka a čas životnosti.

Komplexnú funkčnú spoľahlivosť konštruk­cie na báze dreva (statická, tepelnotechnická, hygienická, životnosť a podobne) možno dosiahnuť zachovaním konštrukcie v suchom stave počas celého roka a zároveň aj počas plánovanej životnosti stavby, teda neprekračovaním škodlivej vlhkosti použitých materiálov, povrchov a kútov.

Správny spôsob zabudovania tepelnej izolácie
V praxi sa z hľadiska konštrukčnej skladby realizujú obvodové steny na báze dreva jednoplášťové, dvojplášťové a sendvičové (vrstvené). Podlahy, stropy a strechy v stavbách na báze dreva sa vo väčšine prípadov riešia ako sendvičové (vrstvené) konštrukcie.

V sendvičovej konštrukčnej skladbe sa rozlišujú dve tepelnoizolačné vrstvy. Hlavná s hrúbkou v rozpätí od 140 do 300 mm je spravidla súčasťou hlavného nosného systému budovy. Druhá tepelnoizolačná vrstva je prídavná tepelná izolačná vrstva, ktorá sa spravidla aplikuje na exteriérovú stranu budovy s hrúbkou v rozpätí od 60 až do 150 mm a viac a s menšou hrúbkou aj na interiérovú stranu konštrukcie, a to s hrúbkou v rozpätí od 40 do 80 mm. Druhy a typy hlavnej a prídavnej izolácie sa spravidla líšia z dôvodu celkovej efektivity investície do zateplenia a požiadaviek kladených na podklad z hľadiska aplikácie povrchových exteriérových a interiérových vrstiev konštrukcie budovy (požiadavka na hustotu a pevnosť podkladu na aplikáciu omietkových systémov, požadované vlastnosti na reguláciu vlhkosti vnútorného prostredia objektu a podobne).

V prípade návrhu sendvičovej (vrstvenej) obvodovej konštrukcie na báze dreva je nutné riešiť hľadisko princípu difúzie vodnej pary cez konštrukciu. Možno navrhnúť difúzne uzatvorenú (vrstvená konštrukcia s použitím parozábrany) alebo difúzne otvorenú konštrukciu (konštrukcia bez parozábrany, napríklad jednoplášťový zrub s hrúbkou obvodovej steny 350 mm, respektíve s použitím parobrzdy, napríklad na báze papiera a podobne). V prípade difúzne uzatvorených skladieb sa používajú štandardnejšie anorganické tepelné izolácie (obr. 1). V rámci difúzne otvoreného systému je vhodné použiť tepelné izolácie na báze organických surovín, ktoré umožňujú redistribúciu (rozloženie) vlhkosti (obr. 2).

Z hľadiska prenosu vlhkosti a vzduchu sa tepelnoizolačné materiály na použitie v obvodových konštrukciách na báze dreva rozdeľujú do troch základných skupín [4]:

• prvú skupinu tvoria stredne paropriepustné, nehygroskopické a nekapilárne, vzduchovo nepriepustné (penenné plasty a penové sklo) materiály. Pri použití tejto skupiny izolačných materiálov vo forme dosiek vznikajú v skladbách konštrukcií drevených stavieb otvorené stykové škáry na škárovú infiltráciu, konvekciu a difúziu vodnej pary, čo je z hľadiska požadovaných tepelnotechnických vlastností vysokorizikové a nežiaduce. Preto je nutné v konštrukčnej skladbe aplikovať jednu vzduchovo nepriepustnú vrstvu, napríklad parozábranu, parobrzdu z interiérovej strany alebo paropriepustnú vetrovú prekážku z exteriérovej strany. Druhé správne riešenie predstavuje zatesnenie stykových škár aplikovanej tepelnej izolácie (tesniace materiály a pásky);
• druhú skupinu tvoria paropriepustné, nehygroskopické a nekapilárne, vzduchovo priepustné (anorganické vlákna) materiá­ly. Ak sa použije táto skupina izolačných materiálov, je nutné na exteriérovú stranu konštrukcie umiestniť vetrovú prekážku, ktorá bude tepelnú izoláciu chrániť proti infiltrácii vzduchu. Zároveň je pre vysokú priepustnosť vodných pár cez uvedené izolačné materiály nutné zvýšiť difúzny odpor vnútornej vrstvy konštrukcie, a to použitím parozábrany, respektíve parobrzdy z interiérovej strany (obr. 3 a 4). Materiály s uvedenými vlastnosťami nedokážu redistribuovať vlhkosť.
• do tretej skupiny patria paropriepustné, hygroskopické a kapilárne, vzduchovo priepustné materiály (materiály na báze dreva a papiera, prírodných organických vlákien a podobne). Uvedená skupina izolačných materiálov sa vyznačuje schopnosťou redistribúcie (rozloženia) kondenzátu vedením vlhkosti. Pri priliehaní izolačného materiálu k ostatným častiam konštrukcie (izolácie sypané, fúkané, striekané, tesno uložené) sa znižuje riziko prirodzenej konvekcie (prúdenia vzduchu a vlhkosti) v konštrukcii. V prípade určitých dvojplášťových zrubových obvodových stien možno aplikovať izolácie na báze celulózy, drevného vlákna a podobne bez použitia vetrovej prekážky a parozábrany, a to pri dosiahnutí požadovaných tepelnotechnických vlastností konštrukcie. Ak sa realizujú sendvičové skladby na báze dreva s tou­to skupinou izolačných materiálov, je vhodná ich kombinácia s parobrzdami a vetrovými prekážkami na prírodnej báze. Prírodné organické materiály (drevné vlákno, konope, ovčia vlna, slama a podobne) sú vhodné ako prídavné izolácie v menších hrúbkach umiestnené z interiérovej strany pod vzduchovo priepustné interiérové obklady na reguláciu vlhkosti vnútornej klímy.

Obr. 3  Vrstvená obvodová stena s vetrovou prekážkou aj s parozábranou

Obr. 4  Použitie tepelnej izolácie na báze minerálnej vlny a parozábrany

Na optimalizáciu správneho zabudovania materiálov pri projektovaní obalových konštrukcií drevostavieb sa v súčasnosti používajú príslušné softvérové programy vyvinuté na navrhovanie tepelnotechnických vlastností. Aby sa dosiahli správne tepelnotechnické vlastnosti konštrukcie, je dôležité správne zadať klimatické podmienky, správne navoliť ďalšie faktory pri výpočte (napríklad redistríbucia vlhkosti a podobne), ako aj odhadnúť možné realizačné nedostatky (napríklad zníženie účinnosti parozábrany vplyvom spojovacích prostriedkov a otvorov a podobne). Treba zdôrazniť, že nesprávny spôsob realizácie sa v bežne dostupných výpočtových programoch nedá zohľadniť. Vždy treba uplatniť zásadu správneho funkčného princípu tepelnotechnických vlastností konštrukcie. Napríklad pri neprelepených stykoch poistnej hydroizolácie v streche sa do vzduchovo priepustnej izolácie dostáva v zimnom období chladný vzduch, čo aj pri dostatočnej hrúbke tepelnej izolácie môže podchladiť vnútorné povrchy a spôsobiť vznik plesní. Správny funkčný princíp predstavuje zachovanie vetrovej prekážky v celistvosti, teda prelepenie stykových línií poistnej hydroizolácie páskou.

Použitím správneho typu tepelnej izolácie a jej vhodným zabudovaním v obalových konštrukciách na báze dreva sa dosiahne:

• zachovanie konštrukcie v suchom stave a spoľahlivá pevnosť materiálov, splnenie hygienického kritéria (netvoria sa plesne ani hniloba), nezvyšovanie tepelných strát vedením a prúdením, plánovaná životnosť konštrukcie a podobne.
• zabezpečenie čistoty vzduchu v interiéri a exteriéri bez poletujúcich uvoľnených vlákien,
• regulácia vlhkosti a čistoty vzduchu,
• požiarna bezpečnosť a podobne.

Zatepľovanie budov sa riadi niekoľkými zásadami [1]. Zateplenie obalových konštrukcií musí tvoriť súvislý a izolačne vyvážený obal budovy. Je nutné vypracovať kvalitný návrh, vybrať vhodné materiály a dbať na správnu realizáciu detailov. Návrh a riešenie musia byť komplexné. Je nutné zabrániť prieniku vlhkosti do vrstvy tepelnej izolácie a do konštrukcie ako takej. Stavebné konštrukcie treba izolovať z exteriérovej strany.

Neprehliadnite!

Momentálne prebieha veľká súťaž o príspevok na zateplenie rodinného domu 5 × 500 eur!

www.domvovaticke.sk

U-hodnota stavebnej konštrukcie a hrúbka izolácie
Súčasné požiadavky na tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií sú stanovené v STN 73 0540-2: 2002: Funkčné požiadavky. Z odporúčaných hodnôt súčiniteľa prechodu tepla Ua pre stavebné konštrukcie vyplýva navrhovanie príušných hrúbok tepelných izolácií. V najbližšom období sa pripravuje vydanie prepracovanej verzie uvedenej normy.

Obytné budovy s tepelnou ochranou v súlade s požiadavkami na tepelnotechnické vlastnosti konštrukcií uvedenej normy možno považovať za energeticky štandardné. Pre nízkoenergetické domy (NED) a energetické pasívne domy (EPD) je stanovená vyššia úroveň tepelnej ochrany. Odporúčané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla U obalových konštrukcií jednotlivých energetických kategórií budov a odporúčané hrúbky tepelných izolácií pri l = 0,04 W/(m . K) sú uvedené v tabuľke.

Aby sa dosiahla požadovaná merná potreba tepla na vykurovanie, treba odporúčanú koncepciu zateplenia obalových konštrukcií objektu efektívne zosúladiť s komplexnou koncepciou zásad pre energetickú hospodárnosť budov (vhodný tvar a ucelenosť architektonického riešenia, orientácia na svetové strany a zónovanie miestností budovy, návrh okien, vhodný typ a systém vykurovania atď.)

Správnym návrhom hrúbky tepelnej izolácie v obvodových konštrukciách budov na báze dreva sa zabezpečí:

• dodržanie záväzného hygienického kritéria najnižšej povrchovej teploty konštrukcie na vnútornom povrchu θsi – teplota vnútorného povrchu musí byť výrazne nad teplotou rosného bodu? a vylučovať riziko vzniku plesní (θsi ≥ θsi = θsi, 80 + Dθsi, v °C);
• dodržanie požadovanej priemernej U-hodnoty konštrukcií na dosiahnutie čo najnižších tepelných strát vedením tepla a splnenie záväzne požadovaného energetického kritéria na budovy (v súčasnosti podľa STN 73 0540-2: 2002);
• splnenie energetického kritéria pre nízko­energetické a energeticky pasívne domy;
• investične ekonomická správna hrúbka tepelnej izolácie vhodná do patričnej skladby konštrukcie vzhľadom na druh a spôsob vykurovania objektu, v spojitosti s mierou tepelných strát a znížením prevádzkových nákladov na vykurovanie (optimalizácia investičných nákladov na tepelné izolácie v nadväznosti na optimalizáciu budúcich prevádzkových nákladov na vykurovanie);
• tepelná ochrana budovy v lete – eliminácia prehrievania konštrukcií a vnútorného vzduchu.

Skladby obvodových konštrukcií na báze dreva
V praxi sa najčastejšie vyskytujú vrstvené (sendvičové) obalové konštrukcie pre všetky drevené stavebné systémy – panelové, stĺpikové, zrubové, skeletové, na báze blokov a podobne. V prevažnej miere sa používajú difúzne uzatvorené konštrukcie (s použitím parozábrany) v kombinácii s anorganickými tepelnými izoláciami, a to z dôvodu nízkej ceny. Možno povedať, že v súčasnosti už existuje dostatočná ponuka a snaha uplatňovať aj difúzne otvorené konštrukcie s aplikáciou organických materiálov (izolácie z drevného vlákna a celulózy, ovčia vlna, konope a podobne), sú však spravidla drahšie. Medzi ich hlavné prednosti patrí prirodzené dýchanie konštrukcie, lepšia možnosť regulovania vlhkosti vnútorného vzduchu, čiastočne zjednodušená montáž (nemontuje sa parozábrana), zdravotná neškodnosť pri výrobe a montáži a podobne.

Vrstvené konštrukcie obvodových stien na báze dreva môžu mať nasledujúce skladby:

• vrstvená konštrukcia s parozábranou v poradí z interiérovej strany: sadrokartónová doska s hrúbkou 15 mm, rošt SM s hrúbkou 50 mm, parozábrana, opláštenie OSB 3 doskou s hrúbkou 12 mm, nosné stĺpiky a tepelná izolácia na báze minerálnej vlny s hrúbkou 140 mm, opláštenie OSB 3 doskou s hrúbkou 12 mm, prídavná tepelná izolácia na báze polystyrénu s hrúbkou 80 mm, exteriérový omietkový systém s hrúbkou 8 mm;
• vrstvená konštrukcia bez parozábrany v poradí z interiérovej strany: sadrokartónová doska s hrúbkou 15 mm, rošt SM 50 mm, parozábrana, opláštenie OSB 3 dosky s hrúbkou 15 mm, nosné stĺpiky a tepelná izolácia na báze minerálnej vlny s hrúbkou 140 mm, prídavná tepelná izolácia na báze drevených vlákien s hrúbkou 60 mm, vetrová prekážka, rošt SM s hrúbkou 30 mm (odvetraná vrstva), drevený obklad s hrúbkou 30 mm.

Pri jednoplášťových zrubových obvodových stenách napríklad s hrúbkou 200, 250, 300, 350, prípadne 400 mm tvorí hlavnú tepelnú izoláciu príslušná hrúbka dreva (obr. 5) a doplňujúca tepelná izolácia sa uplatňuje v stykoch – vodorovných škárach zrubových prvkov. Riešenie styku významne ovplyvňuje kvalitu obvodovej steny. Pri dreve sa podľa platnej európskej normy na výpočet tepelnotechnických vlastností berie do úvahy súčiniteľ λ = 0,13 W/(m . K), čo nepostačuje na dosiahnutie odporúčanej U-hodnoty obvodovej steny 0,32 W/(m² . K).

Energetické kritérium možno splniť zlepšeným zateplením ostatných obvodových konštrukcií.
Spravidla v menšom rozsahu sa v praxi vyskytujú aj dvojplášťové zrubové konštrukcie, v prípade ktorých sa medzi dva rovnako alebo aj rozdielne hrubé zrubové plášte (napríklad s rovnakou hrúbkou 70 mm alebo s hrúbkou z exteriérovej strany 100 mm a z interiérovej strany 50 mm) aplikuje tepelná izolácia s hrúbkou napríklad 120 mm. Dvojplášťové zrubové steny sa realizujú priemyselnou technológiou zo sušeného dreva na vlastné, respektíve cudzie pero a drážku v styku prvkov alebo aj remeselnou technológiou z mokrého dreva (prípadne z interiéru sušeného) so stykmi riešenými rôznym spôsobom z exteriérovej a interiérovej strany zrubových prvkov. Pri dostatočnom eliminovaní vzduchovej priepustnosti týchto konštrukcií nie je nutné aplikovať parozábranu, parobrzdu alebo vetrovú prekážku. Konštrukcia je difúzne otvorená a pri vhodných – difúzne otvorených povrchových úpravách dreva sa výskumom potvrdila stálosť rozmedzia priaznivej vlhkosti vnútorného vzduchu na zdravie človeka.

Tab.  Odporúčané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla U obalových konštrukcií a odporúčané orientačné hrúbky tepelných izolácií pre obytné stavby na báze dreva

Poznámka:
1.    Odporúčané hrúbky tepelnej izolácie v tabuľke vychádzajú z hodnoty l = 0,04 W/(m . K)
*)    Na eliminovanie prítomnosti tepelných mostov v konštrukciách (nosné prvky konštrukcie) sa odporúča, okrem uvedenej tepelnej izolácie s uvedenou hrúbkou, použiť aj prídavnú tepelnú izoláciu s hrúbkou 40 mm a väčšou, čím sa zároveň zlepší (zníži) priemerná hodnota U konštrukcie.
**)    Pri daných hrúbkach tepelnej izolácie možno eliminovať tepelné mosty nosných prvkov konštrukcie pomocou je správneho návrhu.

Záver
Na správne použitie a zabudovanie rôznych druhov a typov tepelných izolácií do rôznych konštrukčných a difúznych typov obvodových konštrukcií na báze dreva treba poznať ich základné, ako aj špecifické fyzikálno-mechanické vlastnosti spolu s aplikačnými a hygienickými vlastnosťami materiálov a uplatňovať známe principiálne zásady kompatibility jednotlivých typov materiálov. Správnou voľbou poradia jednotlivých vrstiev možno ovplyvniť funkčnosť celej skladby konštrukcie. Pokiaľ ide o splnenie tepelnotechnických vlastností, navrhnutú skladbu konštrukcie treba overiť výpočtovými programami a uplatniť aj iné principiálne zásady vyplývajúce z praxe. Prednosti jednotlivých druhov a typov tepelných izolácií by sa mali v čo najväčšej miere využiť na vytvorenie zdravého prostredia na bývanie. Pri výbere vhodného materiálu by malo zohrávať dôležitú úlohu aj ekologické hľadisko.

TEXT: Ing. Stanislav Jochim, PhD.
FOTO: archív autora

Ing. Stanislav Jochim pôsobí na Katedre nábytku a drevárskych výrobkov Drevárskej fakulty Technickej univerzity vo Zvolene.

Recenzovala Ing. Dominika Búryová, PhD., ktorá pôsobí na Katedre nábytku a drevárskych výrokov Drevárskej fakulty Technickej univerzity vo Zvolene.

Literatúra
1.    Búryová, D.: Zatepľovať kontra nezatepľovať.
In. Dom a byt 1/2010, ANTAR, spol. s r. o.
2.    Dudas, J. – Jochim, S.: Konštrukčné drevné materiály. Skriptá. TU Zvolen, 2008, ISBN 978-80-228-1938-1,
s. 161.
3.    Jochim S.: Obvodové steny na báze dreva, úspora energie, ekológia. Dizertačná práca. TU Zvolen, 2003.
4.    Matiašovský, P. – Koronthályová, O.: Použitie tepelnoizolačných materiálov v obalových konštruk­ciách drevostavieb. Eurostav 1/1998 s. 32 – 36.
5.    STN 73 0540: 2002: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Tepelná ochrana budov. Časť 2: Funkčné požiadavky.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.