Optimální tloušťka tepelné izolace

Často kladenou otázkou je, jak silná má být tepelná izolace, aby byla optimální. Přepočty lze provádět různě. Pro developery bude nejlepší ta tloušťka, která bude nejlevnější při výstavbě a zároveň s ní potencionální zákazník bude spokojen a bude ochoten ji zaplatit.

Pro obyvatele zateplovaných domů to dříve bylo 50 mm, později 60 mm, dnes se tloušťky tepelných izolantů pohybují obvykle okolo 160 mm. Jaká je dnes? Na problém se lze dívat dvěma pohledy. První je ekonomický, tedy „co se vyplatí”. Ten je však odvislý od ceny tepla, která velmi kolísá a paradoxně u centrálního zásobování teplem často roste spolu s úsporami energie, neboť fixní náklady jsou stále stejné, pouze se musí rozdělit na méně vyrobeného tepla.

Poznámka: Následující text se zabývá běžným fasádním polystyrenem EPS 70F a jeho grafitovou variantou EPS 70F GRAY. Další druhy tepelných izolací popisujeme například v článku Tepelná izolace. Přehled, materiály, druhy a způsoby použití.

Druhý pohled je z dlouhodobého hlediska přesnější a vychází z toho, že je nutné mít co nejnižší množství energie potřebné na výrobu tepelné izolace a současně na provoz budovy po dobu životnosti. Výsledky z tohoto pohledu jsou uvedeny v tabulce 1 (zaokrouhleno na 10 mm).

Tabulka 1: Optimální tloušťky tepelné izolace

Typ stěny	Součinitel prostupu tepla konstrukce U [W/(m2K)]	Optimální tloušťka tepelné izolace [mm]
		EPS 70F		Šedý EPS
		bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků	bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků
zdivo z vápenopískových cihel tl. 170 mm	2,65	530	440	470	390
zdivo z cihel plných tl. 450 mm	1,4	510	420	460	380
zdivo z cihel INA-L tl. 375 mm	0,78	490	400	440	360
zdivo z děrovaných cihel P+D tl. 450 mm	0,38	440	350	390	310

Tyto výpočty používají jako výchozí hodnoty potřebu tepla na vytápění a spotřebu energie na výrobu tepelného izolantu.

Výpočet potřeby tepla na vytápění vychází z ustáleného teplotního stavu a obvyklých klimatických podmínek. Konkrétně byla uvažována klimatická data dle TNI 73 0331 a výpočtový postup byl zvolen dle ČSN EN ISO 13 790. Výpočty byly provedeny ve dvou alternativách. První je bez uvažování tepelných zisků, ve druhém jsou tepelné zisky zahrnuty, přičemž ve výpočtu bylo uvažováno to, že tepelné zisky sníží spotřebu tepla na vytápění o 30 %. Takto získané výsledky spotřeby tepla na vytápění se příliš neliší od dříve používaného denostupňového výpočtu.

Při výpočtech byla uvažovaná životnost zateplení 30 let.

Lze také hovořit o energetické návratnosti, tedy za jak dlouho se energie vynaložená na výrobu tepelné izolace vrátí úsporou po zateplení. Toto je uvedeno pro několik modelových případů v tabulce 2.

Tabulka 2: Energetická návratnost tepelné izolace

Typ stěny	Součinitel prostupu tepla konstrukce U [W/(m2K)]	Tloušťka tepelné izolace [mm]	Energetická návratnost [roky]
			Bílý EPS 70F		Šedý EPS 70F
			bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků	bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků
zdivo z vápenopískových cihel tl. 170 mm	2,65	100 200 300	0,2 0,3 0,5	0,3 0,5 0,7	0,2 0,3 0,5	0,3 0,5 0,7
zdivo z cihel plných tl. 450 mm	1,4	100 200 300	0,4 0,7 0,9	0,5 0,9 1,3	0,4 0,7 1,0	0,5 1,0 1,4
zdivo z cihel INA-L tl. 375 mm	0,78	100 200 300	0,8 1,3 1,8	1,1 1,8 2,6	0,8 1,3 1,9	1,1 1,9 2,7
zdivo z děrovaných cihel P+D tl. 450 mm	0,38	100 200 300	2,1 3,2 4,2	3,1 4,6 6,1	2,1 3,2 4,4	3,0 4,6 6,2

Výchozí potřeby tepla na vytápění pro různé kombinace zdí jsou uvedeny v tabulce 3.

Do výpočtů byly uvažovány vlastnosti pěnového polystyrénu uvedené v tabulce 4. Tyto hodnoty byly převzaty z firemního katalogu firmy ISOVER.

V některých literaturách se uvažuje i porovnávání úspory spotřeby energie na vytápění s energií potřebnou na výrobu tepelné izolace. Pokud bychom postupovali tímto způsobem, dostaneme násobně vyšší tloušťky tepelné izolace. Jinak řečeno: jakákoliv tloušťka tepelné izolace do výše těchto limitních hodnot znamená, že tepelná izolace ušetří více energie, než kolik je potřeba na její výrobu. Toto je uvedené v tabulkách 5 a 6.

Tabulka 3: Spotřeba tepla na vytápění pro 1 m² stěny

Typ stěny	Součinitel prostupu tepla konstrukce U [W/(m2K)]	Optimální tloušťka tepelné izolace [mm]
		za 1 rok		za 30 let
		bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků	bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků
zdivo z vápenopískových cihel tl. 170 mm	2,65	231,5	162,1	6 945	4 682
zdivo z cihel plných tl. 450 mm	1,4	122,3	85,6	3 669	2 568
zdivo z cihel INA-L tl. 375 mm	0,78	68,1	47,7	2 044	1 431
zdivo z děrovaných cihel P+D tl. 450 mm	0,38	33,2	23,2	996	697

Tabulka 4: Uvažované vlastnosti pěnového polystyrénu

Vlastnost	EPS 70F	Šedý EPS F
objemová hmotnost [kg/m3]	14	15
návrhový součinitel tepelné vodivosti λU [W/(mK)]	0,039	0,033
energetická náročnost výroby [kWh/m3]	350	375

Tabulka 5: Tloušťka tepelné izolace EPS 70F, kdy nastane rovnovážný stav mezi množstvím energie potřebné na její výrobu a úsporou tepla na vytápění

Typ stěny	Součinitel prostupu tepla konstrukce U [W/(m2K)] před zateplením	Tloušťka tepelné izolace [mm]		Úspora energie na vytápění za 30 let pro 1 m2 stěny ≈ energie potřebná na výrobu tepelné izolace [kWh]
		bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků	bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků
zdivo z vápenopískových cihel tl. 170 mm	2,65	18 500	12 900	6 940	4 857
zdivo z cihel plných tl. 450 mm	1,4	10 400	7 300	3 659	2 559
zdivo z cihel INA-L tl. 375 mm	0,78	5 800	4 000	2 027	1 413
zdivo z děrovaných cihel P+D tl. 450 mm	0,38	2 750	1 850	960	660

Tabulka 6: tloušťka tepelné izolace šedý EPS F, kdy nastane rovnovážný stav mezi množstvím energie potřebné na její výrobu a úsporou tepla na vytápění

Typ stěny	Součinitel prostupu tepla konstrukce U [W/(m2K)]	Tloušťka tepelné izolace [mm]		Úspora energie na vytápění za 30 let pro 1 m2 stěny ≈ energie potřebná na výrobu tepelné izolace [kWh]
		bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků	bez uvažování tepelných zisků	s uvažováním tepelných zisků
zdivo z vápenopískových cihel tl. 170 mm	2,65	18 500	12 900	6 940	4 856
zdivo z cihel plných tl. 450 mm	1,4	9 600	6 800	3 660	2 560
zdivo z cihel INA-L tl. 375 mm	0,78	5 400	3 750	2 028	1 415
zdivo z děrovaných cihel P+D tl. 450 mm	0,38	2 550	1 750	963	664

Energii potřebnou na výrobu tepelné izolace a vytápění budovy pro různé tloušťky je znázorněna i graficky. V grafu 1 je uvedena spotřeba energie pro zdivo z cihel plných se zateplením z pěnového polystyrénu EPS 70F při životnosti tepelné izolace 30 let. Z grafu je patrné, že součtová křivka spotřeby energie je v rozmezí tlouštěk tepelné izolace 280 až 1190 mm velmi plochá. V tomto rozmezí (280 až 1190 mm) leží pro tuto konstrukci optimální tloušťka tepelné izolace.

Lze uvažovat samozřejmě libovolnou dobu životnosti. Pro tepelnou izolaci zabudovanou v konstrukci platí, že její životnost je téměř neomezená. Lze tedy uvažovat i dvojnásobnou dobu životnosti, tedy 60 let. Pro tuto životnost je vyjádřena spotřeba energie pro zdivo z cihel plných se zateplením z pěnového polystyrénu EPS 70F v grafu 2. Křivka je ještě plošší a lze uvažovat o optimální tloušťce tepelné izolace v rozmezí cca 360 až 1600 mm. (Nejnižší bod je u tloušťky tepelné izolace 740 mm.)

Závěr

Pokud uvažujeme s životností izolace 30 let, je patrné, že součtová křivka spotřeby energie je v rozmezí tlouštěk tepelné izolace 280 až 1190 mm velmi plochá. V tomto rozmezí je optimální tloušťka tepelné izolace 490 mm. Budeme-li uvažovat dvojnásobnou životnost izolace (60 let), je křivka spotřeby energie pro zdivo z plných cihel se zateplením z pěnového polystyrénu EPS 70F ještě plošší a lze tak uvažovat o optimální tloušťce tepelné izolace v rozmezí cca 360 až 1600 mm. Nejnižší bod je u tloušťky tepelné izolace 740 mm.