Jak izolovat střechu? Pomocí fyziky!
Střecha, kterou v zimě "hřeje" bílý sníh, se v létě na slunci ohřeje až k teplotám 70 °C, čímž se stává vydatným zdrojem nepříjemného tepla pro podkroví i celý dům. Řešení nabízejí tepelné izolace s vysokou akumulací tepla, které na rozdíl od běžných lehkých izolací účinně tlumí teplotní vlnu prostupující střechou.
Řada negativních zkušeností s obchodní argumentací stavebních firem a zejména výrobců stavebních izolací nás přiměla k osvětlení několika pojmů. Na našem rozhodování se podílí různé podněty, hovořit má ale smysl pouze o měřitelných parametrech, případně o parametrech určených výpočtem.
Ideální příklad: mějme obyvatelné (tedy i v zimě vytápěné) podkroví. Střecha nad takovým podkrovím musí být dostatečně izolovaná. Dostatečná izolace vyžaduje umístění izolace nejen mezi krokve (tzn. pouze v tloušťce odpovídající výšce krokví), ale i nad krokve, eventuálně pod krokve. Principiálně je to i proto, že krokve nejsou dobrý izolant. Když ale přes ně, nejlépe shora, umístíme další izolaci, výrazně eliminujeme tepelné ztráty, ke kterým by jinak přes krokve docházelo.
Domy, které v zimě skutečně hřejí a v létě chladí
V budoucnu nás nebude trápit nedostatek energie a její (s)potřeba na vytápění, ale hlavně ochrana před letním přehříváním interiéru. Účinné řešení je netriviální a spočívá ve…
Základním požadavkem investora bývá teplotní rozsah interiéru zajištěný minimální spotřebou energie na vytápění a chlazení. Pokud se na této myšlence shodneme, pak se můžeme opřít o fyziku a izolaci vybrat podle fyzikálních výpočtů.
V praxi se používají do střešních konstrukcí tři typy izolantů: na bázi minerálních vláken, PIR/PUR pěny nebo dřevních vláken. Tyto izolanty s minimálními rozdíly velmi zpomalují prostup tepla, tedy dobře izolují.
Tepelná setrvačnost – klíč k úspěchu
Je zde další vlastnost, kterou by dobrá střecha měla mít, a to je její teplotní setrvačnost. Ta je pak důsledkem schopnosti střešní konstrukce akumulovat teplo. Akumulace tepla a teplotní setrvačnost se projevuje v každém okamžiku; velmi nápadná je zejména v létě. Znáte pocit, když je v létě parno a vy vstoupíte do zděného objektu a pocítíte příjemný chlad?
Akumulace se projevuje dvěma veličinami, které dokážeme v jednoduchých případech snadno popsat. Je to:
- fázový posun teplotního kmitu ψ,
- útlum teplotní vlny u.
Uveďme si příklad: Slunce rozehřeje západně orientovanou střechu na maximální denní teplotu 60 °C v 17 hodin, avšak na vnitřní straně střechy (v podkroví) se teplotní maximum ustaví až v 1:00 hod. ráno, tzn. se zpožděním ψ = 8 hod. A toto vnitřní maximum vyšplhá jen na 30 °C. Je-li průměrná celodenní venkovní teplota 25 °C a stejná je i uvnitř (podkroví nevytápíme ani nechladíme), je útlum teplotní vlny u = (60 °C – 25 °C)/(30 °C – 25 °C) = 35/5 = 7. Na vnitřní straně je tedy teplotní vlna utlumena na pouhou 1/7 velikosti teplotní vlny na střeše.
Obecně platí, že čím větší je fázový posuv, tím lépe. Velký fázový posuv navíc silně (tj. exponenciálně) tlumí teplotní vlnu na vnitřní straně.
Těchto výhod (velký fázový posuv a útlum teplotní vlny) je dosaženo tehdy, má-li izolant objemovou hmotnost min. 100 kg/m3, lépe i nad 200 kg/m3. Touto důležitou vlastností se podstatně liší různé typy izolací:
- PIR/PUR panely: cca 30 kg/m3,
- minerální vaty: 13 až 40 kg/m3,
- dřevovlákno PAVATEX:140 až 240 kg/m3.
Z toho plyne, že nad krokve ideálně zvolíme tuhé desky z dřevovlákna PAVATEX, zatímco PIR/PUR či sendvičové panely vyloučíme a zaměříme se na výplň mezi krokvemi.
Uvažujme takový fázový posun teplotního kmitu, který zajistí, že se teplotní vlna dostane do podkroví v době, kdy se venku ochladí a my můžeme otevřít střešní okno. Znamená to sice vstát v době přibližně mezi 22. hodinou večer až 2. hodinou v noci, ale je to mnohem levnější a přirozenější ochlazení než klimatizací.
Co je tepelná akumulace?
Tepelná akumulace vyjadřuje míru stavební konstrukce nebo stavby pojmout nebo vydat teplo při nárůstu, resp. poklesu její teploty. S tím souvisí pojmy teplotní setrvačnost nebo teplotní stabilita budovy, která je vystavena střídání venkovní teploty.
U těžkých zateplených staveb záleží na umístění tepelné izolace: Je-li izolace umístěna na venkovní straně, dochází ke stabilizaci vnitřní teploty. Naopak vnitřní tepelná izolace vede po vypnutí vytápění či chlazení k rychlému náběhu vnitřní teploty na úroveň teploty obvodové stěny za izolací.
Vzorový příklad
Jako vzorový příklad uvádíme střešní konstrukci s tepelnou izolací mezi krokvemi a dřevovláknem Pavatex PAVATHERM-COMBI nad krokvemi. V následujících dvou tabulkách jsou hodnoty součinitele prostupu tepla U [W/(m2·K)] a hodnoty fázového posunu teplotního kmitu ψ [hodina]. Řekněme, že minimální požadovaný fázový posun je v rozmezí 8–10 hodin (vyznačeno světle růžovou barvou) a optimální je v rozmezí 10–12 hodin (vyznačeno tmavě růžovou barvou). Porovnejme nyní, jak se chovají střešní souvrství vyplněné mezi krokvemi dvěma různými materiály:
- dřevovláknitá pružná rohož PAVAFLEX LIGHT; λ = 0,038 W/(m.K), c = 2 100 J/(kg.K), ρ = 40 kg/m3, schéma na Obr. 1),
- minerální vláknitá izolace; λ = 0,035 W/(m·K), c = 840 J/(kg.K), ρ = 20 kg/m3, schéma na Obr. 2).
Podívejme se na to, jakou tloušťku desky PAVATHERM-COMBI nad krokvemi je potřeba přidat, abychom dosáhli požadovaného fázového posunu. Zaměřme se na výšky výplňové tepelné izolace mezi krokvemi 160 mm a 200 mm.
Z grafického vyjádření v tabulce 1 je zřejmé, že k dosažení fázového posunu 8–10 hodin s krokvemi 160 mm je potřeba deska Pavatherm-Combi tloušťky 80–100 mm, fázový posun 10–12 hodin dodá deska tloušťky 120 mm. Na krokev 200 mm stačí deska v tloušťce 60–80 mm pro první požadavek a deska 100 mm pro požadavek druhý.
Pokud ovšem chceme dosáhnout téže hodnoty fázového posunu u konstrukce, kde je mezi krokvemi izolace minerální, je zřejmé z výsledků v tabulce 2, že na krokve 160 mm je potřeba přidat desku Pavatherm-Combi 120–140 mm pro fázový posun 8–10 hodin a desku 160 mm pro 10–12 hodin. U krokví vysokých 200 mm platí pro první požadavek tloušťka 120 mm a pro druhý požadavek tloušťka 140–160 mm.
Závěrem
Z uvedeného příkladu plyne, jak velký význam mají tepelně akumulační schopnosti izolačních materiálů. Čím větší měrná tepelná kapacita a objemová hmotnost, tím lépe stabilizovaná teplota i v létě. Je evidentní, že pouze lehké tepelné izolace ve střechách nad obytným podkrovím (jen minerální vata, případně nadkrokevní PUR/PIR desky) neumí zajistit komfortní bydlení po celý rok. Pro dřevovláknité desky Pavatex hovoří ještě podstatně lepší zvukově izolační vlastnosti. Konstrukce s Pavatexem vždy zlepší vzduchovou neprůzvučnost (ev. kročejovou neprůzvučnost v podlahách).
Závěrem lze na základě výpočtů říci, že izolantů s dobrými hodnotami veličiny lambda (součinitel tepelné vodivosti) je řada, ale pro tepelnou stabilitu v interiéru to nestačí. Teprve až řádná tepelná akumulace konstrukce daná veličinou měrné tepelné kapacity a hlavně objemovou hmotností izolantu zajistí příjemný teplotní rozsah v interiéru s minimální vynaloženou spotřebou energie.
Přečtěte si také:
- Rekonstrukce chalupy - na zdařilou rekonstrukci venkovského domku postaveného kolem roku 1937-39 byly použité dřevovláknité deky jako izolant do podkroví.
- Prvotním záměrem investora bylo provést nejnutnější rekonstrukce, aby šlo dům opět používat. Postupně se však zrekonstruoval dům celý, dodatečně přibyla sauna a vířivka.
