Součinitel tepelné vodivosti, objemová hmotnost a tepelná stabilita cihel HELUZ plněných izolantem
Vylehčené cihly a cihelné bloky s otvory se v ČR začaly vyrábět počátkem 70. let minulého století. Po uvolnění trhu v 90. letech k nám začaly přicházet nové výrobní technologie, které stimulovaly i vývoj ve firmě HELUZ. Začaly se vyrábět cihly typu pero-drážka, počet přepážek v cihelných blocích se zvětšoval. Ve vývoji šlo vždy o to, aby nové výrobky především zvyšovaly tepelně izolační vlastnosti stavěné budovy.
Po cihlách označených P+D (1998) a STI (2003) byla v roce 2009 zahájena výroba nové řady broušených cihel pro zdivo nízkoenergetických domů bez dodatečného zateplení s názvem HELUZ Family. Díky dalšímu vylehčení cihelného střepu, novému tvaru per a drážek a zvýšení počtu řad otvorů se podařilo u těchto cihel dosáhnout zvýšení tepelně izolačních parametrů o více než 20 % v porovnání s řadou produktů označených STI.
Cihly s izolantem
Co se týká počtu řad otvorů, těch bylo výrobkovou řadou cihel Family dosaženo maximum a jediná schůdná cesta, jak ještě zvýšit tepelněizolační parametry cihel, byla v plnění otvorů izolantem. Čtvrtá generace cihel HELUZ označená Family 2in1, která je na trhu od roku 2011, má žeber a řad otvorů největší množství a všechny otvory jsou vyplněny drobnými kuličkami polystyrenu. Na způsob řešení a plnění cihel byly zapsány 3 patenty.
Právě plnění cihel s velkým počtem malých otvorů odlišuje cihly HELUZ od konkurence na českém i evropském trhu. Konkurenční výrobky totiž mají velké otvory, do kterých se zasouvají například špalíky polystyrenu, minerální vaty, PUR pěny nebo směsi perlitu a lepidel, které do velkých otvorů vtékají a posléze tuhnou.
Vyplněním otvorů cihel Family polystyrenem bylo dosaženo zvýšení jejich tepelně izolačních parametrů o 40 %. Zdivo z těchto cihel šířky 500 mm má stejné tepelněizolační vlastnosti jako 7 m tlustá zeď z klasických plných cihel nebo 36 cm polystyrenu. Součinitel prostupu tepla zdiva je 0,11 W/m2K.
Významnou předností cihel HELUZ Family 2in1 je výhodná kombinace nízkého součinitele tepelné vodivosti, objemové hmotnosti cihel a měrné tepelné kapacity. Díky tomu se dosahuje velice výhodného fázového posunu – 13 hodin a extrémně vysokého teplotního útlumu. Tyto veličiny mají velký vliv na tepelnou stabilitu jak v zimním, tak i v letním období. Stěny z cihel s integrovaným polystyrenem nejen že dobře izolují, ale navíc velmi pomalu vychládají v zimním období. V horkém letním období stěny z nového typu cihel nepropouští teplo do místností, neboť přes studenější noc stěny „vyzařují“ teplo naakumulované přes den do chladnějšího venkovního prostředí.
Vlastnosti plněných cihel
Certifikaci nového výrobku cihel HELUZ Family 50 2in1 a jeho uvedení na trh v roce 2011 předcházela řada zkoušek. Zde následuje výčet těch nejdůležitějších spolu s jejich výsledky:
- Zkouška reakce na oheň podle EN 13501-1+A1; Pavus, a.s., Veselí nad Lužnicí – Třída reakce na oheň B-s1, d0;
- Stanovení tepelného odporu fragmentu zdiva podle EN 1745; CSI, a.s., Praha – Tepelný odpor zdiva R = 8,64 m2.K/W a součinitel prostupu tepla U = 0,11 W/m2.K (při vlhkosti 1,0 % hm.);
- Stanovení difuzních vlastností částí tvarovek podle EN ISO 12572; CSI, a.s., Praha – faktor difuzního odporu cihel neplněných μ = 9,30, faktor difuzního odporu cihel plněných polystyrenem μ = 9,71;
- Zkouška stavební akustiky podle EN ISO 10140-1, -2, -4, -5 a EN ISO 717-1; TAS Bauphysik, Leonding – Vážená vzduchová laboratorní neprůzvučnost Rw (C, Ctr) = 44 (−1;−2) dB;
Family50 2in1 akustik.pdf - Posouzení zdravotní nezávadnosti; SZÚ, Praha – Osvědčení o shodě výrobku: cihly HELUZ Family 50 vyplněné pěnovým polystyrenem vyhovují pro použití v interiérech budov.
- Ověření trvanlivosti polystyrenové výplně v dutinách cihel HELUZ Family 50 2in1, Vysoké učení technické v Brně, Centrum materiálového výzkumu, Brno;
- Protokol o zkoušce požární odolnosti nosné stěny z tvarovek HELUZ Family 38 2in1 vyzděné na maltu SB-C; Pavus, a.s., Veselí nad Lužnicí – Požární odolnost REI 90;
Reakce na oheň a požární odolnost
Pokud se zaměříme na reakci na oheň cihel HELUZ Family 2in1, je nutno říci, že cihla patří z pohledu zatřídění do třídy reakce na oheň A1. Provedli jsme zkoušky cihel plněných samozhášivým polystyrenem. Podle výsledků těchto zkoušek by bylo možné zařadit takto upravené cihly i do třídy A2. Jenže podle normy, která bere v úvahu přítomnost organické látky nehomogenně rozptýlené, tedy otvory plněné částicemi s větším průměrem než je 1 mm, což je náš případ, nelze výrobek klasifikovat ve třídě A2, i když má parametry odpovídající tomuto zařazení. V případě našeho výrobku jde o objem 55–57 % polystyrenu, v objemovém poměru k ostatnímu materiálu. Hmotnostně to představuje 300 g polystyrenu z 20 kg váhy celého cihelného bloku, tj. 1,5 % hm. Vzhledem k malému množství polystyrenu je energie uvolněná při hoření minimální, netvoří se kouř ani kapky, které by mohly odkapávat z výrobku při možném požáru stavěné budovy. Finální třída, do které je tedy výrobek nakonec zařazen, je B-s1, d0.
Podobné zjištění bylo i po zkouškách požární odolnosti, kdy stěna z cihel HELUZ Family 2in1 zatížená na maximum, odolávala ohni více než 90 minut. Po tuto dobu si zachovala nosnost, celistvost i izolační vlastnosti. Vzhledem k tomu, že Třída reakce na oheň je B-s1, d0, vychází celková klasifikace s přihlédnutím k národní normě REI 90 DP3.
Tyto informace nás inspirovaly k poměrně netradičním zkouškám, kdy jsme si ověřili, jakým způsobem počet nevyplněných řad otvorů v cihle ovlivní výslednou požární odolnost. Výsledky zkoušek ukázaly, že pokud se nevyplní 5 řad otvorů, lze nosnou stěnu zatřídit jako REI 90 DP1, tj. jakoby se jednalo o konstrukci z nehořlavých materiálů. Nevyplnění 5 řad otvorů sníží tepelněizolační vlastnosti pouze o 5 %, což je dobrým kompromisem.
Trvanlivost polystyrenové výplně
Jak prokázala studie z Centra materiálového výzkumu VUT Brno, je životnost polystyrenu v dutinách cihel minimálně 80 let. Tento závěr byl konstatován na základě zkoušek trvanlivosti výplně expandovaného polystyrenu (EPS) v dutinách cihel HELUZ Family 50 2in1. Provedené zkoušky zahrnovaly změny výšky od referenční roviny definované horní plochou cihly, strukturní změny analyzované s použitím metod infračervené spektroskopie a termické analýzy a dále zhodnocení morfologie celulární struktury EPS kuliček vystavených působení zvýšené teploty a vlhkosti či působení ze střepu vyluhovaných rozpustných látek v kombinaci s teplotami pod bodem mrazu.
Z provedených zkoušek vyplývá, že při předpokládané životnosti stavby 80 let a za podmínek běžného užívání se rozměrová změna EPS výplně v dutinách cihel pohybuje v hodnotách řádu několika desetin milimetrů a je zcela zanedbatelná. Výrazně negativní vliv působení roztoku ze střepu vyluhovaných látek zjištěn nebyl, a to ani v kombinaci s cyklickým vystavením teplotám pod bodem mrazu.
Díky malému množství izolantu je velice příznivé i environmentální hodnocení výrobku. Pokud bychom totiž místo polystyrenu použili minerální vatu, byly by jí potřeba až 3 kg pro naplnění jedné cihly. Toto pak představuje desetkrát větší potřebu primární energie na výrobu izolantu a vznik desetkrát vyššího množství emisí CO2, než při použití polystyrenu.
Tepelně vlhkostní zkoušky
Šíření vlhkosti – difuzní vlastnosti a tepelně vlhkostní zkoušky
V akreditované laboratoři CSI Praha byl proveden porovnávací test propustnosti vodní páry – stanovení hodnoty součinitele difuzní vodivosti a ekvivalentního faktoru difuzní vodivosti – na vzorcích cihel HELUZ Family bez zabudované izolace a vzorcích cihel HELUZ Family 2in1. Dosažené výsledky prokázaly v podstatě shodu a potvrdily, že u cihel HELUZ Family 2in1 byla zachována pro cihly samozřejmá difuzní otevřenost.
| Faktor difuzního odporu μ [–] | Součinitel difuzní vodivosti δ [mg/mhPa] | |
|---|---|---|
| HELUZ Family | 9,30 | 0,07709 |
| HELUZ Family 2in1 | 9,71 | 0,07363 |
Kromě stanovení základního parametru pro šíření vodní páry byl proveden unikátní test v uznávané rakouské laboratoři BTI Linz, kde byly cihly HELUZ Family a HELUZ Family 2in1 podrobeny testům při simulaci reálných tepelně vlhkostních podmínek ve speciálních klimatických komorách. Při tomto dlouhodobém testu bylo sledováno množství vzniklého kondenzátu v různých typech cihel. V klimatických komorách bylo na jedné straně zdi simulováno vnější zimní období a na vnitřní straně běžné vnitřní prostředí. Množství akumulované vlhkosti bylo velmi malé, dokonce u cihel HELUZ Family 2in1 bylo nižší než u běžných cihel HELUZ Family. To je způsobeno výrazným zvýšením izolačních vlastností cihel s integrovanou izolací, neboť přenos vlhkosti souvisí výrazně i s tepelně izolačními vlastnostmi – mluvíme o společném šíření tepla a vlhkosti. Množství kondenzátu za sledované období bylo nižší než 0,35 % hmotnostní vlhkosti, což téměř odpovídá sorpčním vlastnostem cihelného střepu. Obsah vlhkosti byl tedy výrazně nižší, než uvádí např. norma ČSN EN ISO 10456 nebo norma ČSN 73 0540-3.
Vysychání cihel 2in1
Zkušenosti s vysycháním neplněných cihel jsou velké. Naopak zkušenosti s vysycháním cihel plněných polystyrenem nejsou zatím popsány. Proto jsme se rozhodli provést tři testy, při kterých bychom získali základní data o tomto problému.
První test se týkal cihel, které během provádění zmoknou. Ač v našich doporučeních informace o přikrývání zdiva figuruje již několik let, stále se setkáváme se situacemi jako např. na obr….
Zdivo zmokne nebo ze stropu stéká voda po zdivu a způsobí jeho lokální promočení. Pro tento účel jsme si obstarali cihlu ze stavby, která sice nebyla zabudovaná, ale byla na rozbalené paletě a po dobu 84 dnů byla vystavena povětrnostním vlivům.
Cihla byla zvážena a uložena v laboratoři, aby mohla vysychat. Za 51 dnů cihla vyschla z původních 4,6 % hm. vlhkosti na 1,0 % hm. vlhkosti.
Druhý test simuloval případ, kdy cihly nasají vodu z kaluže na základové desce. Při této situaci je cihelný střep dokonale nasycen vodou, ale ve výplni ke vzlínání vody nedochází. Vše by vyřešil zpětný spoj z hydroizolace.
Tento stav byl simulován postavením cihly do kádě s vodou, kde byla udržována hladina 5 cm. Cihla zde byla ponechána po dobu 3 dnů, a potom byla zvážena a umístěna v laboratorním prostředí, kde vysychala.
Po vyjmutí cihly z vody a jejím okapání, bylo patrné, že střep je plně saturován vodou, ale polystyrenové kuličky resp. prostor mezi nimi je prázdný. Zbytky vody byly pozorovány pouze na rozhraní mezi cihlou a polystyrenem.
Celkově však cihla z původních 46 % hm. vlhkosti vyschla za 46 dní na 1,8 % hm. vlhkosti.
Poslední zkouška byla extrémním testem. Cihla byla vhozena do kádě s vodou, kde zůstala do její úplně saturace. Pak byla vyjmuta z kádě, ponechala se okapat a následně byla zabalena do fólie a zvážena. Tato cihla byla průběžně vážena a výsledky jsou zpracovány do grafu.
Závěr
- Cihly 2in1 zmoklé na stavbě dokážou vyschnout za cca 51 dní na 1,0 % hm. vlhkosti.
- Cihly nasáknuté vodou z desky vyschnou za 46 dní na 1,8 % hm. vlhkosti.
- Extrémní test ukázal, že za dobu 3,4 roku poklesne vlhkost v cihlách na 2,0 % hm. vlhkosti. Toto odpovídá zkušenostem ze staveb, kde se uvádí, že stavby lze považovat za vyschlé po době 3–5 let.
Společnost HELUZ cihlářský průmysl v.o.s. patří mezi tři největší výrobce zdících systémů na našem trhu, jako jediná je ryze česká. Zákazníkům nabízí kompletní cihelný systém pro hrubou stavbu.