Vzduch ve stavebnictví: izolant nebo vodič?
Vzduch je zaškatulkován mezi tepelné izolanty, tedy látky, které jen málo vedou teplo. Abychom pochopili, jak se ve stavebnictví pracuje se vzduchem, přiblížíme si hlavní způsoby sdílení tepla vzduchem: sálání, proudění a vedení. A ukážeme si, jak efektivně využít vzduch k tepelné izolaci budov.
K proudění tepla vzduchem dochází hlavně při rozdílných teplotách vzduchu v různých místech. Teplý vzduch je lehčí a stoupá vzhůru a s ním i unášené teplo; to je princip proudění.
Ohřeje-li naopak sluncem rozpálená střecha vzduch pod stropem v místnosti, proudění se uplatní podstatně méně; teplý vzduch neklesá, jen se rozpíná. Proudění se uplatňuje jen v plynech a kapalinách a je nejvíc intenzivní proti gravitaci, zatímco ve směru gravitace je nejslabší.
Vedení tepla se od proudění liší tím, že jde molekulární mechanismus, kdy každá individuální molekula se sráží s jinými molekulami a předává jim vlastní (nebo odebírá) jejich kinetickou, vibrační a rotační energii, aniž by putovala prostředím. Říkáme tomu vedení tepla. Tento děj se jako jediný uplatňuje v pevných látkách (beton, cihla ap.).
Tepelný odpor vzduchové mezery ve skutečnosti a podle normy
Stále probíhá diskuse o účinnosti reflexních fólií, které jsou navrhovány do stavebních mezer v roli sálavé (reflexní) tepelné izolace. Kritici tvrdí, že tato řešení nemají smysl,…
Sálání (tepla) je velmi silný teplosměnný děj, který se uplatňuje ve vakuu nebo v plynném prostředí. Ve stavebnictví jde rozhodující mechanismus sdílení tepla mezi budovami a prostředím, do něhož jsou zasazeny. Všechna tělesa obsahují tepelné záření, které vyplňuje jejich objem a má spektrální energetickou hustotu danou Planckovým zákonem (Planck's law) záření. Toto záření pak vystupuje z povrchu těles ven; tento povrch naopak absorbuje záření ostatních těles, nebo záření prostoru, v němž se nachází.
| tloušťka mezery | >1 dm | 1 cm | 1 mm |
| podíl sálavé složky - ε2=1; ε2=1 | 76.0 % | 71.1 % | 19.8 % |
| podíl sálavé složky - ε2=0.1; ε2=1 | 24.2 % | 19.8 % | 2.41 % |
| podíl sálavé složky - ε2=0.1; ε2=0.1 | 14.3 % | 11.5 % | 1.3 % |
Příklad: Povrch lidského těla o teplotě 35°C vyzařuje do okolí sálavou energii (tepelné záření) o intenzitě 511 W/m2. Místnost, tzn. stěny místnosti o teplotě 24 °C, kde člověk přebývá, mu vracejí 442 W/m2. Rozdíl 69 W/m2 musí člověk kompenzovat svým metabolismem, aby neprochladl, nebo se musí zahalit oděvem.
Zateplovat nebo větrat?
Před zahájením projektování a výstavby by si měl investor promyslet, co by jeho dům měl dokázat. Tepelná izolace by neměla dům hermeticky utěsnit; obvodové zdi by tedy měly propouštět difundující vodní páru v takové míře, aby v zimě nevlhly. Dům musí být dobře větrán: jednak proto, aby uvnitř a hlavně v zimě nepřevýšila prostorová vlhkost interiéru 60 % rel. vlhkosti (a nevlhly obvodové stěny). A dále proto, abychom v něm dýchali čerstvý vzduch.
Izolovat, ale i větrat!
Pokud stojíme o to, aby fasáda „dýchala“ (zbavovala se vodních par, které by jinak ve fasádě kondenzovaly a snižovaly její životnost), bude naší volbou provětrávané řešení fasády. Obvodová konstrukce budovy se v takovém případě skládá z vrchního pláště, vzduchové mezery, minerální tepelné izolace a samotné zdi. Celý princip je založen na proudění vzduchu v mezeře. Ten se ohřeje od vnější fasády, případně vlivem tepelných ztrát vnitřního zdiva, a stoupá vzhůru. Vzduch pak unáší nejen teplo, ale i přebytečnou vlhkost vznikající v tepelné izolaci. Sušší izolace pak lépe izoluje a navíc umožňuje, aby konstrukce zůstala dlouho zdravá.
Provětrávaná fasáda s minerální izolací je zajímavou alternativou ke klasickému polystyrénovému zateplení domu bez větrané mezery. Pokud v zimě vznikne v tomto obvodovém zdivu (kontaktně zatepleném polystyrenem) rosný bod, je to na rozhraní nosné zdi a EPS izolace.
U větraných fasád vzniká případný rosný bod těsně pod vnějším povrchem minerální izolace. Nosné zdivo je tak udržováno v suchu a případná vlhkost v izolaci snadno odstraní větraná mezera. To skvěle zamezuje vzniku plísní a výrazně přispívá k dlouhé životnosti stavby. Tento systém je využíván především u fasád dřevostaveb a administrativních objektů, velmi efektivní je také v případě rekonstrukcí starších budov, které vykazují vyšší vlhkost. Dodejme, že vzduch tu nefunguje jako izolant, ale jako prostředek k vysušování minerální tepelné izolace. V začátcích zateplování (90. léta minulého století) to bylo jediné, ale velmi propracované řešení, které dodnes představuje nadstandard.
Střešní ventilační mezera
Ta trochu připomíná mezeru v odvětrávaných fasádách. Střešní větraná mezera je mezi krytinou a pojistnou hydroizolací a zajišťuje jednak odvětrání vodních par, difundujících skrze hlavní tepelněizolační plášť střechy z obytného prostoru. Zároveň odvětrává i vlhkost, která do mezery vniká netěsnou střešní krytinou. Pokud je systém navržen dobře (správná výška mezery, vhodné dimenze přívodních a odvodních průduchů), zajišťuje funkční a suchou střechu včetně jejího hlavního tepelněizolačního pláště. Vzduchová mezera také umožňuje účinný odtok vody po pojistné hydroizolaci. Je tak zamezeno degradaci střechy, jejího vzhledu, vzniku plísní apod.
Vzduch jako aktivní izolant
Ale co když potřebujeme, aby vzduchová mezera napomohla vyšší izolaci budovy aktivně? Vzduch ve své podstatě je izolant a pokud jím chceme tepelně izolovat, musíme
1) zajistit, aby v mezeře neproudil, nebo jen málo,
2) potlačit sálavou složku, která za běžných okolností, viz tab. 1, představuje až 95 % ztrát tepla.
Co se týče potlačení proudění v mezeře, uvádí se, že by tloušťka neměla přesáhnout 50 mm, nebo je potřeba ji rozdělit na úzké komory. Nicméně proudění tu musí být zachováno, má-li větraná mezera vůbec plnit svou funkci, tj. větrat. Mnohem účinnější je zaměřit se na velmi vydatnou sálavou složku.
Reflexní větrané mezery
To nás přivádí k využití stejného principu, s jakým pracují izolační okna. Na vnitřní plochu jednoho ze skel okenního dvojskla se použije průhledné odrazivé (nízkoemisivní) pokovení nebo se mezi skla vloží nízkoemisivní průhledná fólie. To vede k podstatnému zlepšení tepelněizolačních vlastností skla, přičemž si zasklení zachová původní hmotnost. Nízkoemisivním a přitom průhledným pokovením zásadně potlačíme sálavý tepelný tok oknem a získáme výrazně silnější izolační efekt než při použití argonové nebo kryptonové meziskelní výplně.
Vrátíme-li se ke střeše a její tepelněizolační funkci, větranou vzduchovou mezeru zásadně vylepšíme tím, když použijeme reflexní pojistnou hydroizolaci a použijeme světlou či zářivě bílou střešní krytinu (nejlépe z lícové i rubové strany), tak jako se už aplikuje např. v Americe, Kanadě a jižanských zemích.
Řízené větrání
V případě novostaveb nízkoenergetických a zejména pasivních domů se lze většinou spolehnout na dokonalou izolaci objektu. To přináší úsporu energií, které by jinak uživatelé vynaložili na topení. Pokud však neprobíhá časté a intenzivní větrání, tvoří se v utěsněných interiérech vlhkost, která negativně ovlivňuje jak stavbu, tak zdraví obyvatel. Především se však v nevětraných místnostech akumuluje nezdravé množství plynu CO2.
Z toho důvodu je často v ceně takových bytů již zahrnutý systém rekuperace. Jde o řízené větrání, kdy je znečištěný vlhký vzduch zevnitř vyháněn ven, přičemž prostřednictvím výměníku v rekuperační jednotce předává teplo vzduchu čerstvému, přiháněnému z vnějšku. Zároveň probíhá filtrace přiváděného vzduchu. Rekuperační technologie se tak stávají plícemi moderních domácností. Je vhodné využívat rekuperační jednotku i tehdy, pokud je v provozu klimatizace, která nemá integrovanou funkci větrání. Klasická klimatizace sama o sobě totiž pouze chladí vzduch a neřeší jeho výměnu. Normy proto uvádějí, aby vzduchotěsnost místnosti, v níž je chladicí jednotka využívána, byla spíše slabší.
Vzduch ve spolupráci se stínicí technikou
Vzdušný prostor mezi mezi venkovní, tzn. předokenní exteriérovou stínicí technikou a oknem je taktéž považován za účinný izolační prvek. Za ideální variantu jsou považovány například screenové rolety nebo venkovní žaluzie. Optimální pak je, pokud je stínicí technika upevněna na vodicích lištách tak, aby bylo garantováno permanentní napnutí látky, a byla tak zachována její konstantní vzdálenost od okna. Vzniklá mezera mezi oknem a stíněním účinně snižuje množství tepla, které uniká oknem z interiéru.
V létě a za dne nás naopak stínicí technika chrání před přílivem velmi horkého slunečního záření, které snadno a rychle ohřeje interiér na nepříjemně vysokou teplotu. Efekt stínicích předmětů (rolety, žaluzie, screeny ap.) se navíc ještě zlepší, jsou-li bílé nebo stříbrné, tzn. nízkoemisivní (česky nesálavé, nebo reflexní). Stínicí technika je také a často velmi podceňována.
Závěr
Vzduch sám o sobě není tepelný vodič. Pro tepelné záření je průhledný, a neklade mu tak prakticky žádné překážky. Tak jako vzduchem velmi snadno prochází sluneční záření, stejně snadno jím projde i neviditelné tepelné záření od stavebních i jiných povrchů. Proto ho nelze pokládat za tepelný izolant.
Vzduch lze považovat za izolant jen tehdy, když mu neumožníme, aby se pohyboval, a když zabráníme tomu, aby jím prostupovaly obrovské sálavé (zářivé) toky tepla. Tento požadavek splňují relativně tenké vzduchové mezery, které brání proudění vzduchu (= transportu jeho hmoty) a ohraničující nízkoemisivní (odrazivé či reflexní) stěny mezer, které - ač horké - nesálají tepelné záření. Vzduchové mezery proto mají ve stavebnictví velký význam a plní různé funkce. Umožňují odvětrávání a vysoušení staveb a konstrukcí.
Zejména si pak musíme uvědomit, že vzduch je nezbytně nutný pro život, bez vzduchu by lidstvo zahynulo do několika minut. Méně se už ví, že čerstvý vzduch není vždy samozřejmost, zejména ne u těsných novostaveb, jejichž dokonalá obálka má bránit únikům a ztrátám tepla. Stavby, v nichž žijí a pracují lidé, by měly prvotně řešit dodávku čerstvého vzduchu (např. s využitím rekuperačního větrání) a až potom řešit ostatní domovní služby, například tepelnou izolaci.
