Reflexní izolace v podlahovém vytápění

Termoreflexní fólie se jako tepelná izolace nejčastěji aplikuje se vzduchovou mezerou cca pět i více centimetrů po straně reflexního povrchu. V podlaze pod otopnými trubkami či rohožemi je ale mezera nepraktická, a tak se k izolaci používají tuhé desky z pěnového polystyrenu. Jejich tepelněizolační účinek lze pak významně zlepšit pomocí reflexní fólie, jak je v článku ukázáno.

Celá tato problematika, která by se dala nazvat vylepšování tepelněizolačního účinku vzdušných izolací pomocí jednoduchých reflexních fólií, není příliš probádána ani teoreticky, ani prakticky.

V praxi se nejčastěji objevuje řešení, kdy se na polystyrénové izolační desky položí jednoduchá fólie reflexním povrchem nahoru a na něj pak přímo „meandr” topných trubek. Pak se vše zalije betonovou nebo anhydritovou směsí.

Současná praxe

Na první pohled jde o jedno z nejhorších řešení. Nízkoemisivní, neboli reflexní povrch fólie se tu nemůže uplatnit. Teplo se ve ztuhlé, těžké zálivce šíří jen difúzí, ta je však díky vysoké hustotě materiálu vydatná, zhruba 40× větší, než u vzduchu. Sáláním se tu teplo nešíří a reflexní fólie tak nemá co odrážet. Navíc hrozí, že alkalicky reagující čerstvá zálivka velmi tenkou hliníkovou vrstvu (u naprašovaných technologií několik mikrometrů) znehodnotí či zničí.

V ideálním případě, kdyby zálivka zachovala kvalitu reflexní fólie, by reflexní vrstva mohla působit i na opačnou stranu, do její nosné vrstvy a pak až do izolace. Avšak ani to nelze čekat.

Velmi tenká reflexní hliníková vrstva je totiž naprášena nebo jinak nanesena na poměrně robustní polyetylénový či polypropylénový nosič, navíc často zpevněný výztužnou sítí. Je to kvůli zajištění dostatečné pevnosti a tuhosti. Jeho propustnost pro tepelné záření je mizivá, z fyzikálního pohledu je černým tělesem s emisivitou blízké jedné. Tzn., že nosič žádné dopadající záření neodráží, ani nepropouští, jen je pohlcuje a samozřejmě zároveň sálá vlastní tepelné záření s nejvyšší možnou intenzitou. Izolace (polystyrénové desky), poeticky řečeno, „necítí”, že je za nosičem nějaká reflexní vrstva.

Šíření tepla v izolacích

Ve vakuu se teplo šíří pouze sáláním – velmi rychle a na velké, v kosmu na nekonečné vzdálenosti. Naopak v hustých prostředích, jako je beton apod., postupuje teplo a s ním i teplotní vlna tzv. difúzí, tedy vedením tepla. Jde o pomalý děj ve stylu „z ruky do ruky”, kdy si sousední atomy či molekuly srážkami předávají teplo (fyzikálně řečeno pohybovou a vibrační energii).

Hlavní rozdíl u obou dějů, který si uvědomíme zejména při výpočtech, je, že tepelný odpor při sdílení tepla čistým sáláním mezi dvěma rovnoběžnými deskami nezávisí na jejich vzdálenosti, jinými slovy – součinitel tepelné vodivosti roste se vzdáleností desek.

Ve vzduchu a lehkých vzdušných izolacích se teplo šíří oběma mechanismy. Při extrémně malých tloušťkách izolace se projevuje jen vedení, s rostoucí tloušťkou roste podíl sálavé složky, který se od určité tloušťky ustálí na nějaké hodnotě, která závisí na absorpci sáláni v izolaci.

Příklad 1

Bílý pěnový polystyrén tl. 5 cm má součinitel tepelné vodivosti λ = 0,0375 W/(mK) při střední teplotě θ = 2,5 °C (střed mezi návrhovými teplotami –15 °C a +20 °C). Z toho plyne, viz [1] a [2], že teplotní pole v izolaci lze složit jako kombinaci 68 % podílu čistého vedení tepla, u kterého je v celé tloušťce izolace konstantní teplotní gradient a 32 % podílu sálavé složky, kde je v celé tloušťce konstantní gradient 4. mocniny termodynamické teploty.

Na chladném okraji izolace se na celkovém prostupu tepla podílí vedení z 72 % a sálání z 28 %. Pak se podíl sálavé složky postupně zvyšuje až k 64 % na teplém okraji.

Příklad 2

Pro tentýž polystyrén totéž, avšak při okrajových teplotách +10 °C a +40 °C se středem θ = 25 °C, tedy v podmínkách reálné teplotní zátěže pod podlahových vytápěním, zaregistrujeme tyto změny:

- součinitel tepelné vodivosti λ = 0,041 W/(mK),
- teplotní pole je kombinací 67 % podílu vedení, doplněk 33 % tvoří sálavý průběh,
- na chladném okraji se vedení tepla podílí 66 % (sálání z 34 %), na teplém je vedení zastoupeno 60 % (sálání 40 %).

Poznámka

Důkaz, že se v lehkých tepelných izolacích šíří teplo významně sáláním, dává vedle teorie i řada praktických řešení a zkoušek. Zřejmě nejznámější je vynález šedého polystyrénu, známého jako Neopor, GreyWall ap. Zářivá složka prostupu tepla zde byla potlačena dotací jemného uhlíkového prachu, viz [3]. Absorpční součinitel pro tepelné záření v Neoporu o hustotě 15 kg/m³ vzrostl na 700 m^–1 (z hodnoty 400 m^–1 pro bílý pěnový polystyren) a součinitel tepelné vodivosti klesl na 0,0320 W/(mK).

Zlepšení podlahové tepelné izolace reflexní fólií

Šíří-li se teplo v podlahových polystyrénových tepelněizolačních deskách zhruba z 1/3 sálaním, pak na okrajích desek sálaní jednoduše vstupuje dovnitř či ven. Přiložíme-li k okrajům desky termoreflexní fólii tak, aby její reflexní povrch mířil do izolace, můžeme vystupující sálaní odrazit do izolace, respektive zabránit vstupu sálání do izolace.

Na první pohled se zdá, že jsme schopni snížit součinitel až o třetinu, tj. z hodnoty λ = 0,041 W/(mK) na 0,027 W/(mK). Reflexní čela ale změní teplotní profil v izolačních deskách: u teplého okraje dojde ke snížení a u chladného ke zvýšení teplot. V důsledku zvýšeného teplotního gradientu v blízkosti reflexních čel se zde zvýší tepelný tok vedením, což zčásti vykompenzuje potlačené sálání.

Způsob aplikace a izolační účinek

Jednoduché termoreflexní folie, jmenujme zejména produkty Sunflex řady Roof od společnosti Tart a.s., které jsou tomuto účelu speciálně určené, lze podle možností aplikovat na jednu nebo obě strany tepelněizolačních desek. Fólie se pouze přiloží reflexním povrchem na desku nebo se deska položí na reflexní povrch položené fólie. Žádná lepidla se nepoužívají.

Použijeme-li uvedenou polystyrénovou desku tloušťky 5 cm a předpokládáme-li teplotní spád mezi +40 °C a +10 °C se středem θ = 25 °C, je součinitel lambda desky 0,041 W/(mK). Vliv termoreflexní fólie (TRF) na součinitele lambda lze pak odhadnout takto:

a) TRF na chladné straně → λ = 0,0375 W/(mK),
b) TRF na teplé straně → λ = 0,036 W/(mK),
c) TRF na obou stranách → λ = 0,0345 W/(mK).

Odhad naráží na nejistotu v určení teplotního pole v blízkosti okrajů izolace. Každopádně s tloušťkou desky klesá vliv TRF na její celkovou tepelně izolační účinnost. U nás dosud nejsou obecně známé výsledky testů, které by se touto problematikou zabývaly a mohly tak doplnit teoretické závěry.

Literatura a zdroje:

[1] Hejhálek Jiří: Šedý a bílý pěnový polystyren – popis termoizolační funkce, Stavebnictví a interiér 6/2010, str. 26, www.stavebnictvi3000.cz/c3517.
[2] Hejhálek Jiří: Šedý a bílý pěnový polystyren – popis termoizolační funkce (2), Stavebnictví a interiér 7/2010, str. 28, www.stavebnictvi3000.cz/c3546.