Přínosy cihel s integrovanou izolací
Zdicí prvky s integrovanou izolací jsou známy poměrně dlouho dobu. Z těchto prvků vynikají cihly z pálené hlíny, protože technologie výroby umožňuje optimalizovat geometrii prvku v souladu s nízkou hodnotou součinitele tepelné vodivosti základního materiálu. Díky přidání izolace do dutin cihel došlo k výraznému zvýšení tepelněizolačních vlasností. Článek se zabývá popisem vlastností cihel bez izolace a s integrovanou izolací uvnitř zdicích prvků.
Úvod
Přínos izolačního materiálu do dutin cihelných prvků je značný [1]. Snížení součinitele prostupu tepla (U) tepelněizolačních cihel je možné dosáhnout vyplněním dutin konvenčními izolačními materiály – expandovaným polystyrénem, minerální vlnou – až o 30 % při zachování tloušťky konstrukce. To vede v konečném důsledku ke snížení potřeby tepla na vytápění budov. Jak bude ukázáno níže, přínos zvýšení tepelněizolačních parametrů cihel přispívá i k letní teplotní stabilitě vnitřního prostoru. Vyšetřování tepelněizolačních parametrů cihel je obvykle posuzováno ve stacionárním teplotním poli dle ČSN EN 1745 [2]. Článek se zabývá rozdílem vlastností cihel klasických a s integrovanou tepelnou izolací při dynamickém teplotním namáhání.
Materiálové parametry a okrajové podmínky výpočtů
| Materiál | λ [W/m.K] | c [J/K] | ρ [kg/m3] |
|---|---|---|---|
| Cihelný střep | 0,300 | 1000 | 1450 |
| Vzduch | EN ISO 6946 | 1010 | 1,2 |
| Izolant | 0,035 | 1270 | 18 |
| Vnitřní omítka | 0,900 | 850 | 1600 |
| Vnější omítka | 0,300 | 850 | 1250 |
| Prostředí | Teplotastac/dynamic [°C] | Sluneční pohltivost materiálu |
|---|---|---|
| Vnější | 0°C / TRY České Budějovice | – |
| Vnitřní | 20°C | – |
| Vnější omítka | – | 0,50 |
Pro výpočty byly zvoleny materiálové parametry podle tabulky 1 a okrajové podmínky podle tabulky 2. Při dynamickém teplotním zatěžování vnější strany zdiva bylo uvažováno s vlivem slunečního záření s využitím dat TRY pro České Budějovice a integrovaného solárního procesoru ve výpočetním softwaru [3]. Při dynamickém namáhání byla exponovaná strana orientována na jihozápad. Pro dynamické výpočty bylo sledované období měsíce ledna a července testovacího roku. Jednotlivé vlastnosti materiálů byly uvažovány konstantními hodnotami. Krok výpočtu byl 5 minut, krok zápisu řešení každých 20 minut.
Geometrický model
| Model | Uunit [W/m2.K] |
|---|---|
| Cihla | 0,279 |
| Cihla + izolant | 0,195 |
Pro výpočty byl použit zjednodušený model cihly (obr. 1 a 2), pro který byl stanoven Uunit (viz tab. 3) podle ČSN EN 1745 [2].
Obr. 1: Geometrický model
Obr. 2: Detail geometrického modelu
Výsledky řešení při dynamickém teplotním zatížení
Pro jednotlivá sledovaná období je uveden tepelný tok na vnitřní straně modelu mezi vnitřním prostředím a konstrukcí. Dále jsou prezentovány teploty řezem modelu při nejnižší respektive při nejvyšší teplotě vnějšího prostředí (viz graf 1, 2, 3, 4).
Graf 1: Tepelný tok v měsíci lednu z vnitřního prostředí do konstrukce
Graf 2: Tepelný tok v měsíci červenci z konstrukce do vnitřního prostředí
Graf 3: Rozložení teplot v konstrukci při nejnižší teplotě v měsíci lednu −15,1 °C
Graf 4: Rozložení teplot v konstrukci při nejvyšší teplotě v měsíci červenci 34,0 °C a oslunění
Závěr
Z výsledků se potvrdil přínos integrované tepelné izolace do dutin cihel. Dochází tak k výraznému snížený tepelného toku do konstrukce v zimním období z vnitřní strany – které odpovídá relativnímu snížení součinitele prostupu tepla stanoveného ve stacionárním teplotním poli. Zároveň je pro cihly s integrovanou izolací menší riziko kondenzace uvnitř cihel, neboť teplotní režim je výhodnější než u běžných cihel. Přínos cihel s integrovanou izolací na snížení obsahu vlhkosti zdiva v zimních podmínkách vnějšího prostředí prokázala i studie, jejíž popis je uveden v [4], která prokázala, že obsah vlhkosti u cihel s integrovanou izolací je nižší než u cihel bez izolantu s vyšším součinitelem tepelné vodivosti. Nutno však podotknout, že obsah vlhkosti zkoumaných cihel byl pod 0,7 %obj., což odpovídá přibližně 0,5 %hm. Tyto hodnoty jsou nižší, než uvádí ČSN EN ISO 10456. V letním období cihly s integrovanou izolací přináší pozitiva v tom, že skrz stěnu se do interiéru šíří výrazně méně tepla a zároveň mají výhodnější fázový posun, což výrazně přispívá ke zvýšení teplotní stability interiéru a příjemnějšímu mikroklimatu. Pro ověření správnosti modelů bude pokračovat další vývoj a popis chování cihel s integrovanou tepelnou izolací na základě zjištěných výsledků měření na experimentálním pasivním domě (obr. 3, 4). Jak ukazují nejen teoretické výpočty, vývoj cihel s integrovanou tepelnou izolací je dalším logickým krokem v oblasti snižování energetické náročnosti budov s přidanou hodnotou – snížení potřeby tepla na vytápění, stálostí teplot konstrukce v interiéru budovy, zachování technologie zabudování, jednoduchostí konstrukčního systému, trvanlivostí a výhodného environmentálního profilu.
Obr.3: Experimentální pasivní dům z jednovrstvé konstrukce z cihel s integrovanou izolací
Obr. 4: Rozmístění snímačů teploty a relativní vlhkosti ve stěně experimentálního domu
Literatura
- [1] Heinrich, Tepelně technické parametry cihel – včera, dnes a zítra, Zborník prednášok z 16. medzinárodnej konferencie TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 2011, str. 36, BB print s.r.o., 2011
- [2] ČSN EN 1745 Zdivo a výrobky pro zdivo (2012) – Metody stanovení návrhových tepelných hodnot
- [3] BISCO computer program to calculate two-dimensional steady state heat transfer in free-form objects, BISTRA computer program to calculate two-dimensional transient heat transfer in free-form objects, Physibel
- [4] Heinrich a kol., Tepelná příručka – podklad pro navrhování a provádění zděných konstrukcí z cihel HELUZ FAMILY, Tiskárna PROTISK, únor 2012
Blocks for masonry with integrated insulation material are known over 30 years. Especialy hollow clay bricks have low U value due to optimalization of their geometry with low thermal conductivity of ceramic body. Finaly integrated insulation material into the holes in bricks results to increasing of thermal insulation properties. Article is focus on behavior of hollow clay bricks with and without integrated insulation material in dynamic heat load.