Součinitel prostupu tepla a zateplovací systém ISOTEX

V předchozím článku jsme si ukázali, jak vypočítat součinitel prostupu tepla U a tepelný odpor R stavební konstrukce. Dnes na toto téma navážeme a uvedu příklad z praxe – aplikujeme si výpočet součinitele přestupu tepla na rodinný dům postavený z pálené cihly, který bude zateplený zateplovacím systémem ISOTEX. Uvedu i příklad téhož cihlového domu, který bude mít vnější stěny ošetřené termokeramickým nátěrem ClimateCoating ThermoProtect.

Co je součinitel prostupu tepla „U“?

Součinitel prostupu tepla nám určuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými od sebe určitou stavební konstrukcí. Čím je hodnota menší, tím lepší jsou tepelně izolační vlastnosti konstrukce. Označuje se velkým písmenem „U“ a jednotku má watt na metr čtvereční krát kelvin [W/m²K].

Jeho výpočet se pak provede z celkového tepelného odporu a vypadá následovně:

U = 1 / (R_i + R + R_e)

kde:

• R_i – odpor při přestupu tepla na vnitřní straně
• R_e – odpor při přestupu tepla na vnější straně
• R – tepelný odpor konstrukce

Součinitel prostupu tepla je vlastně převrácená hodnota hodnoty tepelného odporu „R“ konstrukce při přechodu tepla. Udává, jaké množství tepla se ztrácí přes 1 m² plochy stavební konstrukce při jednotkovém rozdílu teplot okolních prostředí, tzn. mezi vnějším a vnitřním prostředím.

Vzájemný vztah součinitele prostupu tepla U a tepelného odporu R:

U = 1 / (R_i + R + R_e)

R = 1 / U – (R_i + R_e)

Podle státní normy ČSN 73 0540-2: 2011 (Tepelná ochrana) by měla být hodnota součinitele prostupu tepla U vnější obvodové stěny:

• U_n = 0.30 – požadovaná hodnota
  
• U_r1 = 0.20 (0.25) – doporučená hodnota pro nové a rekonstruované objekty – lehká (těžká) stěna
• U_r2 = 0.18 až 0.12 – doporučená hodnota pro pasivní budovy (od 0.12 do 0.18)

V dnešním článku si ukážeme, že bydlet bez plísní a alergií v energeticky úsporném domě můžeme i bez polystyrenu – dům ale zateplíme omítkovým zateplovacím systémem ISOTEX. Jako příklad pro výpočet jsem vybral standardní cihlu Heluz Family 30 pro obvodové zdi o tloušťce 30 cm, namísto klasické fasádní omítky jsem použil tepelněizolační omítku ISOTEX o tloušťce 3,5 cm, na kterou se aplikoval termokeramický nátěr ClimateCoating.

Vliv vlhkosti stavebnin na tepelnou vodivost a snížená schopnost izolačních vlastností

Je známo, že s vyššími hodnotami vlhkosti se ve stavební fyzice používaná hodnota tepelné vodivosti podstatně zvyšuje, přičemž mohou mezi jednotlivými druhy stavebnin existovat velké rozdíly.

Viz obr.: Vliv vlhkosti na měřené hodnoty tepelné vodivosti stavebnin

Příklady pro zvýšení tepelné vodivosti stavebnin v důsledku zvýšení obsahu vlhkosti o 1% jsou obsaženy v následující tabulce:

Tab. 1: Vliv vlhkosti na hodnotu tepelné vodivosti

Vliv obsahu vlhkosti stavebnin na tepelnou vodivost lze vyjádřit následovně:

λ(w) = λ₀ (1 + b w/ρ_s)

kde:

• λ(w) – tepelná vodivost vlhké stavebniny v W/m.K
• λ₀ – tepelná vodivost suché stavebniny v W/m.K
• ρ_s – hrubá hustota suché stavebniny v kg/m³
• b – přídavek tepelné vodivosti v %/M.-%

Nahradíme-li pro zjednodušení člen (b w/ρ_s) faktorem F_TS, může být pro každý druh stavebnin určen faktor na zahrnutí nátěru ClimateCoating (TS) do výpočtu hodnoty U prostřednictvím vyšetření ekvivalentní hodnoty tepelné vodivosti.

Nátěrový faktor představuje tímto přepočítávací faktor pro tepelnou vodivost stavebniny na stav s menším obsahem vlhkosti, čímž se zlepšuje izolační působení i při vyšších stupních difúze vodní páry.

Z vyšetřování o vlivu vlhkosti na tepelnou vodivost stavebnin byly zjištěny první nátěrové faktory F_TS. Přitom se vycházelo ze zásady, že tyto faktory mohou být zahrnuty přímo do výpočtu hodnoty U stavebních dílů, aniž by se tím musela zásadně změnit výpočetní metodika, aby tento druh výpočtu byl pro projektujícího inženýra nekomplikovaně ovladatelný.

Příklad výpočtu

Výpočet součinitele prostupu tepla U (koeficientu tepelné propustnosti) se provádí pomocí vztahu:

nebo také:

U = 1 / ( R_si + ∑ [ d / ( λ_R ( 1 – f_TS ) ) ] + R_se )

kde

• λ_R – výpočetní hodnota tepelné vodivosti podle DIN 4108 v W/m.K
• R_si – koeficient (odpor) při přestupu tepla uvnitř v m².K/W (R_si = 0.13 ; θ_ai = 20°C )
• R_se – koeficient (odpor) při prostupu tepla zvenku v m².K/W (R_se = 0.04 ; θ_ae = -13°C )
• d – tloušťka vrstvy stavebniny v metrech (m)
• f_TS – nátěrový faktor ClimateCoating (TS) pro tepelnou vodivost
• θ_ai – výpočtová teplota vnitřního vzduchu (théta)
• θ_ae – výpočtová teplota venkovního vzduchu (théta)

Hodnoty nátěrového faktoru f_TS vzhledem k vlhkosti materiálu přepočítal Prof. Dr. Manfred Sohn (Berlín) a jsou uvedeny v tabulce. Prof. Dr. Manfred Sohn se věnoval zkouškám kombinovaného působení tepelněizolační omítky a nátěru ClimateCoating a na základě měření a výpočtů vypracoval zprávu o výsledcích určení konverzních faktorů při zadávání koeficietů tepelné propustnosti stavebních částí natřených nátěrem ClimateCoating (starý názov ClimateCoating).

Výpočet standard – jen cihla Heluz Family 30

R = d / λ            [ λ = d / R ]

U = 1 / ( R_si + ( ∑ R ) + R_se )

U = 1 / ( 0.130 + ( 0.017 + 3.22 + 0.034 ) + 0.040 )

U = 1 / 3,441

Součinitel prostupu tepla U v W/m².K                U = 0,29 W/m².K

V prvním příkladu výpočtu součinitele prostupu tepla jsme počítali s obvodovou stěnou, která byla postavena z pálené cihly s tloušťkou 30 cm (Heluz Family 30 broušená), na vnitřní a vnější straně byla omítnutá vápeno-cementovou omítkou o tloušťce 1.5 cm (na vnitřní straně) a 3 cm (na vnější straně). To vše při vnitřní teplotě 20°C a vnější -13°C. Součinitel prostupu tepla U dosáhl hodnoty 0.29 W/m².K, což je hodnota, která nesplňuje doporučené hodnoty pro nové a rekonstruované objekty (U_r1 = 0.20 a doporučené hodnoty pro pasivní budovy U_r2 = 0.18 (až 0.12))

Výpočet: cihla HELUZ Family 30 broušená + zateplovací systém ISOTEX (tepelněizolační omítka ISOTEX /4cm/ + ClimateCoating)

R_TS = d / ( λ ( 1 – f_TS ) )

U = 1 / ( R_si + ∑ ( R_TS ) + R_se )

U = 1 / ( R_si + ∑ [ d / ( λ_R ( 1 – f_TS ) ) ] + R_se )

U = 1 / ( 0.130 + [ ( 0.015 / ( 0.87 (1 – 0.6) ) ) + ( 0.30 / ( 0.093 (1 – 0.35) ) ) + ( 0.040 / ( 0.08 (1 – 0.65) ) ) ] + 0.040 )

U = 1 / ( 0.130 + [ 0.043 + 4.962 + 1.428  ] + 0.040 )

U = 1 / 6,603

Součinitel prostupu tepla U v W/m².K                    U = 0,151 W/m².K

Ve druhém příkladu výpočtu jsme počítali s obvodovou stěnou, která byla postavena z pálené cihly s tloušťkou 30 cm (Heluz Family 30 broušená), na vnitřní straně byla omítnutá vápeno-cementovou omítkou o tloušťce 1.5 cm a na vnější straně byla zateplená zateplovacím systémem  ISOTEX, t.j. byla omítnutá tepelněizolační omítkou ISOTEX s tloušťkou 4 cm, na které byl aplikován ochranný fasádní termokeramický nátěr ClimateCoating. To vše při vnitřní teplotě 20°C a vnější -13°C. Součinitel prostupu tepla U dosáhl hodnoty 0.151 W/m².K, což je hodnota, která splňuje požadavky státní normy (U_r1 = 0.20 – doporučená hodnota pro nové a rekonstruované objekty ; U_r2 = 0.18 až 0.12 – doporučená hodnota pro pasivní budovy).

Výpočet: tehla Heluz Family 30 + ClimateCoating

R_TS = d / ( λ ( 1 – f_TS ) )

U = 1 / ( R_si + ∑ ( R_TS ) + R_se )

U = 1 / ( R_si + ∑ [ d / ( λ_R ( 1 – f_TS ) ) ] + R_se )

U = 1 / ( 0.130 + [ ( 0.015 / ( 0.87 (1 – 0.6) ) ) + ( 0.30 / ( 0.093 (1 – 0.35) ) ) + ( 0.03 / ( 0.87 (1 – 0.6) ) ) ] + 0.040 )

U = 1 / ( 0.130 + [ 0.043 + 4.962 + 0,086 ] + 0.040 )

U = 1 / 5,261

Součinitel prostupu tepla U v W/m².K                    U = 0,19 W/m².K

Ve třetím příkladu výpočtu jsme počítali s toutéž obvodovou stěnou z pálené cihly s tloušťkou 30 cm (Heluz Family 30 broušená), na vnitřní a vnější straně byla omítnutá vápeno-cementovou omítkou o tloušťce 1.5 cm (na vnitřní straně) a 3 cm (na vnější straně). Z exteriéru byl aplikován termokeramický nátěr ClimateCoating. To vše při vnitřní teplotě 20°C a vnější -13°C. Součinitel prostupu tepla U dosáhl hodnoty 0.19 W/m².K, což je hodnota, která splňuje požadavky a doporučené hodnoty státní normy pro nové a rekonstruované objekty (U_R1 = 0.20).

V každém případě – stavba ošetřena nátěrem ClimateCoating bude mít své nesporné výhody vyplývající z vlastností termokeramické nátěru. ClimateCoating ThermoProtect tvoří ochranný štít, který díky unikátnímu složení odvede vlhkost, avšak zabraňuje zpětnému přechodu vlhkosti z vnějšího prostředí do materiálu stavební konstrukce = udržuje zdivo suché. ClimateCoating zajišťuje teplotní stálost a tedy nedochází k degradaci (k prasklinám) zdiva resp. stěn vlivem vysokého rozdílu teplot. Je paropropustný – čímž se výraznou měrou podílí na tom, aby obvodové zdi byly suché a neposkytovaly tak živnou půdu (vlhkost) pro tvorbu plísní a řas.

Výsledek

K tomu, aby váš dům splňoval požadavky státní normy ČSN 73 0540-2: 2012 o tepelné ochraně stavebních konstrukcí, není třeba obložit ho polystyrenem a časem řešit vlhkost v domě a tvorbu plísní. V dnešní době moderních stavebních materiálů můžeme zateplit dům s použitím omítkových zateplovacích systémů (např: ISOTEX), při kterých škodlivý polystyren nahradí tepelněizolační omítka ISOTEX.

V případě výstavby nového rodinného domu je nejlepší použít tloušťku obvodové stěny cca 44 cm + zateplovací systém ISOTEX. V našem výpočtu jsme si ukázali, že při tloušťce obvodové stěny 30 cm si vystačíme s 3.5 cm tloušťkou zateplovací omítky, abychom splňovaly normu požadovanou pro pasivní domy (U = 0.12 až 0.18). Pokud bychom měli obvodové zdi tlusté 44 cm – stačilo by použít tenčí vrstvu tepelněizolační omítky (cca 2.5 cm). Naopak – v případě potřeby je možné tepelněizolační omítku ISOTEX aplikovat i z vnitřní strany stavebního objektu = je vhodná i do interiéru.

A co cena zateplovacího systému ISOTEX?

Cena zateplení domu systémem ISOTEX je přibližně stejná, jako cena zateplení polystyrenem o tloušťce 10 cm (podle podkladu a spotřeby omítky může být cena i nižší). Získáme však zateplení s nesrovnatelně lepšími vlastnostmi, dlouhou funkční životností a hlavně: zdravé bydlení bez plísní a alergií s ne malými úsporami na vytápění.

Zateplovací omítka ISOTEX a energeticky úsporný termokeramický nátěr ClimateCoating tvoří jako celek výborný zateplovací systém 21. století v oblasti tepelné ochrany nových i obnovovaných budov.

Pokud se chcete o zateplovacím systému ISOTEX dozvědět více, zde jsou linky na další články:

• Zateplovací systém ISOTEX: revoluční technologie v zateplení
• Zateplení domu systémem ISOTEX
• Výhody zateplovacího systému ISOTEX
• Jak zateplit dům zateplovacím systémem ISOTEX
• Zateplovací a odvlhčovací omítkový systém ISOTEX

Peter Hofer

See author's posts