Šedý polystyren. Tepelná izolace nové generace

Bílý pěnový polystyren je při provádění izolací hojně používán pro svou nízkou tepelnou vodivost a výhodnou cenu. Přesto se našly rezervy v dalším zlepšování jeho tepelně izolačních vlastností. Vzikla „šedá“ verze, která umožní docílit požadované úrovně tepelné izolace s menší tloušťkou a s menším množstvím materiálu.

Z řady měření vyplývá, že součinitel tepelné vodivosti bílého pevného pěnového polystyrénu (EPS) klesá s rostoucí hustotou. Například EPS o hustotě 15 kg/m³ dosahuje hodnoty λ = 0,037 W/(mK), při hustotě 35 kg/m³ ale už jen λ = 0,032 W/(mK). Tuto skutečnost nelze vysvětlit jinak, než že uvnitř materiálu se teplo šíří sáláním.

Tepelná vodivost izolačních materiálů je výrazně ovlivněna plynem, který se nalézá v jejich materiálové struktuře. V případě EPS je celkový prostup tepla dán jednak vodivostí pevné složky pěny, vodivostí vzduchu, ale také propustností (permeabilitou) pěny pro tepelné záření. Tepelným zářením zde máme na mysli neviditelné polychromatické elektromagnetické záření, které vyzařují (sálají) tělesa ohřátá na běžné teploty. Např. při teplotě 21 °C převažuje složka s délkou vlny 9,85 µm, při teplotě -15 °C pak vlna o délce 11,5 µm. Tepelné záření snadno prochází skrze EPS a tím přenáší, vedle šíření tepla vedením, významnou část energie.

Sálavý transport energie lze podstatně snížit zvýšením hustoty EPS, souběžné zvýšení (neradiační) tepelné vodivosti v pevné fázi pěny při obvyklých hustotách EPS nehraje větší roli. Nicméně vyšší hustotou materiálu lze zlepšit tepelnou izolaci pouze za vyšší cenu za materiál, což není vždy optimální ani levná cesta.

Šedý polystyren staví na grafitovém prášku

Po roce 2000 začal koncern BASF s hledáním řešení vedoucím ke snížení optické propustnosti ve zmíněném pásmu kolem 10 µm pomocí stopové přísady bez změny v hustotě materiálu. Jako nejvhodnější se ukázal grafit, jemně rozemletý až na nanometrové částice, kterým je rovnoměrně vyplněna pevná fáze EPS. Vzniknul tak šedý polystyren.

Grafitové částice zde účinkují jako mikroskopické absorbéry a zároveň reflektory. Nanotechnologie, která dokáže „namlet“ velmi jemné částice, umožňuje, aby vzdálenost mezi částicemi grafitu byla pod 10 mikronů a zároveň aby se částice nedotýkaly. Tím se stane membrána polystyrénové vypěněné buňky obtížně prostupná pro dlouhovlnné tepelné záření (podobně jako je kovová síťka u průhledných dvířek mikrovlnné trouby s milimetrovými oky neprostupná pro mikrovlnu délky 12,5 cm). Zároveň s tím se zvýší odrazivost prostředí z 0 na cca 20 % (grafit v podstatě vytváří z membrán polystyrénových kuliček tepelná zrcadla). Tím, že se částice nedotýkají, nezvýší se výrazně tepelná vodivost materiálu. S běžně rozemletým grafitem by odrazivou a přitom nevodivou mříž nebylo možné realizovat.

Výsledkem přidání grafitu do bílého polystyrenu je šedý expandovaný polystyrén, který při objemové hmotnosti pouhých 15 kg/m³ dosahuje součinitele celkové propustnosti tepla λ = 0,032 W/(m·K). Stejnou hodnotu celkového součinitele tepelné vodivosti má běžný EPS s více než dvojnásobnou hustotou 35 kg/m³.

Použití „těžších“ polystyrenů ve výstavbě je však například u zateplené fasády neekonomické vzhledem k více než dvojnásobné ceně za materiál, nehledě na ochranu životního prostředí a surovinových zdrojů. Hlavním benefitem šedého polystyrenu je tak snížení tepelné vodivosti při zachování tloušťky izolantu.

U podlah a jiných aplikací, kde není snadné přidat další cm izolace, jsou lepší tepelně-izolační vlastnosti šedého polystyrenu zásadní. V ostatních případech ušetříme na dopravě a při zabudovávání na stavbě. Cena přepočítaná na jednotku tepelného odporu je u obou variant téměř totožná.

Další druhy tepelných izolací

Kromě polystyrenu je známo mnoho druhů tepelných izolací, jimž věnujeme samostatný článek, a které se liší nejen z hlediska funkce a použití, ale také materiálem a strukturou. Z oblasti pěnových izolací stojí za zmínku díky λ na úrovni 0,023 W/(m·K) též polyuretan (PUR) a polyizokyanurát (PIR). Ještě lepší, ale i o hodně dražší, jsou vakuová izolace. Více v odkazovaném příspěvku.

Fotogalerie