Vliv spárové netěsnosti a konstrukce spojů v tepelné izolaci na tepelné ztráty

Stále se zvyšující požadavky na úsporu energie vyvolané nárůstem cen vedou ke stavbě energeticky úsporných budov. S tímto je spojen i požadavek na zvětšování tlouštěk tepelné izolace a změny stavebních konstrukcí a zvýšený důraz na vzduchotěsnost stavebních konstrukcí. Tepelněizolační materiály z minerálních vláken, pěnových plastů apod. jsou obvykle vyráběny v deskovitém provedení a následně se montují na stavbě. Jaký vliv mají na tepelné ztráty spoje izolačních desek mezi sebou a mezi ostatními stavebními konstrukcemi?

Výpočet tepelného odporu a součinitele prostupu tepla
Výpočtové postupy pro stanovení tepelného odporu a součinitele prostupu tepla definuje ČSN 73 0540, resp. STN 73 0540. Pro nejběžnější případy je posuzování směru tepelného toku kolmým směrem na jednotlivé vrstvy konstrukce bez vlivu tepelných mostů zabudovaných v konstrukci či spojích v tepelné izolaci.

Tepelná vodivost izolačních materiálů
Výrobci teplených izolací udávají tepelnou vodivost materiálu, tzv. deklarovanou lambdu (λ_D), kterou mají evropskou normou předepsanou při použití označení CE na výrobcích. Deklarovaná lambda je měřena při +10 °C v suchém stavu (bez vlivu vlhkosti). Pro výpočet tepelné vodivosti je u materiálů ve střešních konstrukcích nutné použít vždy návrhovou (výpočtovou) hodnotu. Deklarovaná lambda se u izolačních materiálů vlivem vlhkosti a teploty výrazně zhoršuje. U nasákavých izolací (minerální izolace) může být zhoršení lambdy při zabudování do stavby 10–15 %, ale i více. U pěnových plastů s uzavřenou buněčnou strukturou, které mají malou nasákavost, může být zhoršení lambdy 1–8 %. 

Zabudované tepelné mosty
Dalším zhoršujícím prvkem jsou materiály s horšími izolačními vlastnostmi, než má samotná tepelná izolace zabudovaná do střešních skladeb. Čím bude mít tepelná izolace větší tloušťku, tím se budou zabudované tepelné mosty výrazněji projevovat.

Typickým tepelným mostem jsou zabudované dřevěné krokve, dřevěné sbíjené vazníky a kotevní prvky (šrouby) ve vrstvě tepelné izolace. Dřevo má více než 4krát větší tepelnou vodivost než minerální izolace a zaujímá cca 30 % plochy střechy.

Spárová netěsnost ve spojích
Tepelné izolace z minerálních vláken mají spoje tupé, izolace z pěnových plastů spoje tupé, na pero a drážku nebo ozub. Chování styku izolačních desek bylo vždy předmětem dohadů, zda mají vliv na tepelné ztráty. Pokud ano, jak výrazný a jak mohou být spáry široké. Výrobci izolačních desek ne vždy zaručují dokonalou pravoúhlost desek a potom se stává, že desky nejdou k sobě dorazit. U izolací se spoji tupými bude vliv spárové netěsnosti větší než u desek se spoji na ozub nebo pero a drážku.

Výrobci tepelných izolací z pěnových plastů – EPS a XPS vyrábějí izolace s tupým spojem a spojen na ozub. Výrobci PIR izolací vyrábějí izolace s tupým spojem, spojem na ozub a spojem na P+D. Velikost ozubů a profilace spojů na P+D se u každého výrobce liší. Spoj na ozub je pravoúhlý o velikosti ozubu od 12–15 mm. Spoje na P+D jsou pravoúhlé nebo kónické o velikosti pera 15–20 mm. Různorodost spojů vyvolává otázku, zda tvar spoje má vliv na prostup tepla a jak je spoj ovlivněn šířkou spáry a zda jsou v souladu s normovými hodnotami.

Praktickým ověřením chování minerálních izolací ve spojích se zabývala společnost Rockwool. Reálným měřením prokázala, že spoje minerální izolace o velikosti do 5 mm při jednovrstvém kladení nevykazují zhoršení prostupu tepla spárami. Tímto byla potvrzena normová správnost korekce nula (ΔU = 0,00).

Společnost Puren, německý výrobce PIR izolací z tvrdé polyuretanové pěny, provedla obdobná měření. Ověřila vliv a velikosti spárové netěsnosti na tepelné ztráty a porovnala je s hodnotami dle EN ISO 6946 a ověřila i tvary spojů izolačních desek u konkurenčních výrobků.

Měření probíhalo v termokomoře při teplotě exteriéru –15 °C a teplotě interiéru +20 °C. Na vnější straně byla použita pojistná difuzní hydroizolace, na vnitřní straně PE parozábrana. Velikost spáry byla modelována pro spáru velikosti 0, 1, 3 a 5 mm.

Hodnocení geometrie spojů (zámku)
Hodnoceny byly spoje na ozub a na pero a drážku. Horším spojem na P+D jsou pravoúhlé zámky než kónické zámky. Zámky kónické vykazovaly menší tepelný tok než zámky kolmé. Spoje na ozub byly horším spojem než spoje na P+D. Tupé spoje nebyly hodnoceny, protože tento typ spoje vykazuje vysoké tepelné ztráty i při sebelepším doražení k sobě. Tento typ spoje není vhodný pro nízkoenergetické a pasivní domy.

Uvedená měření prokázala vliv tloušťky tepelné izolace na velikosti tepelných mostů vlivem spárové netěsnosti ve spojích izolantu. Čím bude tloušťka tepelné izolace větší, tím bude výraznější problematika tepelných mostů. Proto při dnešních zvýšených požadavcích na tloušťky tepelných izolací je tato problematika závažnější, než tomu bylo před 10 lety.

Tepelná izolace z minerálních vláken tl. 80 + 160 mm, λ_D = 0,038 W/m.K

Osová vzdálenost krokví [m]	Součinitel prostupu tepla [W/m².K]	Tepelný odpor K.m²/W]	Zhoršení součinitele prostupu tepla [%]
Bez krokví	0,162	3,8	–
1,0	0,170	3,3	o 4
0,9	0,173	3,2	o 7
0,75	0,184	3,0	o 13
0,9	0,173	3,2	o 7
0,75	0,184	3,0	o 13

Tepelná izolace z minerálních vláken tl. 160 mm + ŽB deska 200 mm, λ_D = 0,038 W/m.K

Osová vzdálenost sbíjených vazníků [m]	Součinitel prostupu tepla [W/m².K]	Tepelný odpor [K.m²/W]	Zhoršení součinitele prostupu tepla [%]
Bez vazníků	0,25	3,8	–
2,0	0,28	3,3	o 12
1,5	0,30	3,2	o 20
1,0	0,32	3,0	o 28
0,5	0,38	2,5	o 52

Tepelná izolace z minerálních vláken tl. 160 mm, λ_D = 0,038 W/m.K

Počet šroubů [ks/m²]	Součinitel prostupu tepla [W/m².K]	Tepelný odpor [K.m²/W]	Zhoršení součinitele prostupu tepla [%]
Bez šroubů	0,239	4,2	–
4	0,242	4,1	o 1,55
6	0,243	4,1	o 1,93
8	0,246	4,0	o 3,09

ČSN EN ISO 6946 uvádí korekci celkového součinitele prostupu tepla v závislosti na druhu spoje izolační desky s vlivem spárové netěsnosti ve spojích v izolaci.

Úroveň	ΔU [W/m².K]	Popis netěsnosti v izolaci
0	0,00	Tepelná izolace je osazena tak, že neumožňuje žádný pohyb
1	0,01	Tepelná izolace je osazena tak, že neumožňuje pohyb vzduchu. Vzduchové mezery mohou být součástí tepelné izolace
2	0,04	Je umožněn pohyb vzduchu. Vzduchové mezery mohou být součástí tepelné izolace

Tepelná izolace puren PIR: spoj P+D tl. 120 mm, λ_D = 0,022 W/m.K

Velikost mezery [m²]	Součinitel prostupu tepla [W/m².K]	Tepelný odpor [K.m²/W]	Zhoršení součinitele prostupu tepla [%]
0	0,191	5,23	–
1	0,192	5,20	o 0,6
3	0,194	5,15	o 1,5
5	0,196	5,11	o 2,3

Tepelná izolace puren PIR: spoj ozub tl. 120 mm, λ_D = 0,022 W/m.K

Velikost mezery [m²]	Součinitel prostupu tepla [W/m².K]	Tepelný odpor [K.m²/W]	Zhoršení součinitele prostupu tepla [%]
0	0,191	5,23	–
1	0,193	5,17	o 1,0
3	0,196	5,09	o 2,7
5	0,199	5,02	o 4,0

Závěr
Praktické ověření velikosti spárové netěsnosti ve srovnání s normou EN ISO 6946 pro tepelněizolační materiály z tvrdé polyuretanové pěny PIR ukázalo rozdílnosti mezi normou a realitou.
– velikost spáry větší než 3 mm, spoj P+D: odpovídá úrovni korekce č. 2, ΔU = 0,04;
– velikost spáry menší než 3 mm, spoj ozub: odpovídá úrovni korekce č. 2, ΔU = 0,04;
– velikost spáry 1 mm, spoj P+D: odpovídá úrovni korekce č. 1, ΔU = 0,01;
– velikost spáry menší než 1 mm, spoj ozub: odpovídá úrovni korekce č. 2, ΔU = 0,04.

V praxi to znamená, že tvar spoje/zámku v izolačních deskách a velikost spáry sehrávají velmi důležitou roli. Pro výrobce to znamená vyrábět desky s vysokou přesností na pravoúhlost izolačních desek z pěnových plastů a pro realizátory nepodceňovat způsob pokládky. Spárová netěsnost u dvouvrstvě kladených pěnových plastů s tupými spoji s přeloženými spárami nebyla měřena. Tento způsob nedoporučujeme z hlediska možné kondenzace mezi vrstvami izolací, následně by mohlo dojít ke kondenzaci díky spárové netěsnosti mezi deskami a mohlo by docházet k promrzání až k parozábraně.

LUDĚK KOVÁŘ

Ing. Luděk Kovář (*1964)
je absolventem Fakulty stavební VUT v Brně, obor architektura. Od roku 1996 se věnuje problematice střech a otvorových výplní. V současné době pracuje pro firmu Puren jako technický poradce.

Literatura a prameny:
1) HANZALOVÁ, Lenka a Šárka ŠILAROVÁ a kol. Ploché střechy. Informační centrum ČKAIT, 2005.
2) SFSINTEC.BIZ. WIELAND, Heinz. SFS-Intec Heat losses through flat roof fasteners. Dostupné z https://www.sfsintec.biz.
3) Šubrt, Roman. Tepelné izolace. České Budějovice: Sdružení Energy Consulting, 2004.
4) Šubrt, Roman. Tepelné izolace v otázkách a odpovědích. BEN – technická literatura, 2008.
3) SVOBODA, Z. Šíření tepla prouděním.