Vakuované tepelně izolační materiály používané ve stavebnictví – VIP, VIS

• Foto

V současné době se na trhu nacházejí vakuované izolace, které lze rozdělit do dvou skupin:

• VIP – vakuované izolační panely
• VIS – vakuované izolační sendviče

Rozdíl mezi oběma skupinami je dán ochranným obalem, který chrání vakuované izolační jádro.

Izolace vakuovací technikou
Fyzikální princip zvýšení tepelně izolačních vlastností vakuovací technikou je dlouho známý. Příkladem zatím běžného použití jsou termosky, které svou formou umožnily snadné přenášení vnějšího atmosférického tlaku na vakuovanou konstrukci zdvojeného válcového
skleněného obalu. Vakuováním plošných prvků způsobuje atmosférický tlak ve výši 1 baru plošný tlak na konstrukci zatížení ve výši 10 tun na m². Pro takový účel bylo třeba vyvinout dostatečně pevné izolační jádro, které by spolehlivě převzalo vysoké tlakové zatížení bez objemových změn a nanotechnologií vytvořenou mikroporézní strukturu jádra umožnilo optimální podmínky pro stabilní stav jádrového materiálu po vakuování.

VIP – VAKOUVANÉ IZOLAČNÍ PANELY
Materiál jádra VIP – vakuovaných izolačních panelů
Jako izolační jádra jsou vhodné různé druhy materiálů např. lisované anorganické prášky na bázi silikátů. Méně užívané lisované skleněné rohože nebo organické pěny (na bázi polystyrénu nebo polyurethanu ) s otevřenou strukturou pórů se obalují převážně materiálem z nerezavějící oceli.

Ve srovnání s mikroporézními silikátovými jádry jsou pěnové izolace s otevřenou strukturou pórů s podstatně větším průměrem a větším podílem pórů v objemu materiálu. Jejich velikost se pohybuje mezi 20 až 100 μm a jádro je proto podstatně citlivější na vzrůst vnitřního tlaku v panelů. Proto je nutné, aby ochranný obal jádra byl dlouhodobě spolehlivě plynotěsný nebo byl proveden z nerezavějící oceli s obdobnými vlastnostmi i v oblasti hran a styčných spár.

Ve stavebnictví je zatím používáno převážně izolační jádro z pyrogenního silikátového prášku (písek v nejjemnější formě). Póry jádrového materiálu jsou tak malé (< než 0,5 μm), že v pórech uzavřený vzduch se jen stěží může pohybovat a tím může transportovat jen minimální množství tepla. Poklesem vnitřního tlaku vakuováním se snižuje počet molekul vzduchu v materiálu. Nanoporézní práškové jádro je relativně stabilní vůči stoupání vnitřního tlaku, takže až při zvýšeném tlaku na 100 barů se teprve zdvojnásobí vodivost tepla.

Materiál je slisován do tvaru desky a obalen převážně vícevrstvými foliemi z umělých hmot potaženými velice tenkým kovovým filmem nejčastěji z hliníku. Tloušťka vrstvy hliníku se pohybuje mezi 50 nm (u metalizované folie) a 10 μm u kovové folie. Přednostně se proti prostupu plynů ochranou vrstvou používá hliníku pro jeho snadnou dostupnost a přijatelnou cenu. Nevýhodou hliníku je jeho vysoká tepelná vodivost (200 W/mK), která podle tloušťky na hranách může vést ke značnému omezení izolačních účinků VIP.

Chemické složení práškového jádra:

• kysličník křemičitý SiO₂ cca 80 %
• karbid křemíku SiC cca 15 %
• jiné látky cca 5 %

Příklad a)
Skladba foliového bariérového obalu:

• uzavírací vrstva PE
• bariérové vrstvy tři vrstvy PET (pokovované)
• celková tloušťka cca 100 μm

Příklad b)
Skladba ochranné folie vakuovaných izolačních panelů:

• obalová folie (firma Porextherm Dämmstoffe, GmbH) – viz obr. 2.

Ochranné vrstvy VIP
Proti mechanickému poškození foliových obalů jsou od různých výrobců ochranné vrstvy VIP prověřovány laboratorně a v praxi.

VIP pro podlahové konstrukce, terasy, ploché střechy a stěny:
Oplášťování jádra dvěmi vrstvami polyesterových vláknitých desek tloušťky cca 4 mm, vyráběnými z recyklovaných materiálů. Mimo ochranou funkci VIP slouží desky jako rozdělovač vnějšího provozního zatížení a svým povrchem umožňují vysokou přilnavost pro omítky, lepící vrstvy obkladů a dlažeb aj.

VIS – VAKUOVANÉ IZOLAČNÍ SENDVIČE
(Vacuum – Insulating – Sandwich) VIS jsou označovány izolační prvky, které jsou chráněny obalem z nerezavějící oceli. Prvky vyvinuté především pro potřeby chladírenského průmyslu nacházejí uplatnění v poslední době i v pozemních stavbách, zejména ve fasádních elementech, lodžiích a v konstrukci vchodových dveřích

Pro vakuované izolační jádro se u těchto prvků používá mikroporézní extrudovaný polystyrén nebo pyrogenní kyselina křemičitá v práškové formě, lisovaná do pevných desek. Plynotěsně svařený obal desek z nerezavějící oceli má na jedné straně vakuovací přírubu, přes kterou je možné izolační prvky pomocí vakuovaní pumpy kdykoliv dodatečně vakuovat a tak udržovat potřebný provozní vnitřní tlak izolačního jádra.

Použití vakuovaných izolačních materiálů
Je v současné době ve stavebnictví všude tam, kde je při nedostatku místa a prostoru potřebné dosažení vysoké tepelné izolace. Pro dlouhou funkční životnost je rozhodující i prostředí, ve kterém jsou VIP zabudovány. Jádrový materiál z lisované kyseliny křemičité je vhodný pro vysoké teploty okolí až do 1.000 °C. Omezení v použití za zvýšených teplot je dáno vakuovacím obalem z kombinovaných folií.

Podle druhu obalových materiálů udávají výrobci maximální teplotu při trvalém nasazení mezi 80 až 88 °C, krátkodobé zvýšení teploty na 120 °C probíhá bez ztráty funkčních vlastností. Vhodnými obalovými zábranami např. foliemi nebo plechy z nerezavějící oceli jsou možné teploty až 950 °C.

PŘÍKLADY POUŽITÍ VIP

1. Izolace v podlahách budov nebo zimních zahradách
   Viz obr. 7 a 8.
    
2. Izolace teras nad vytápěnými místnostmi
   Umožňují bezbariérový přístup na plochu terasy (zařízení pro tělesně postižené). Přitom je třeba pamatovat na to, aby VIP nebyly zabudovány nebo vystaveny mokrému prostředí a tím nedošlo ke snížení funkčních vlastností a životnosti VIP materiálů (obr. 9).
    
3. Izolace stěn na vnitřní straně budov
   Na památkově chráněných budovách, kde jakékoliv změny na fasádních plochách nejsou možné a kde použití tradičních izolací (polystyrénové desky) není z důvodu ztráty užitné plochy možné nebo není žádoucí.
    
4. Izolace ostění oken a jiných otvorů ve fasádách
   V kombinaci s dodatečným zateplováním fasád tradičními izolačními materiály (obr. 10).
    
5. VIP jsou pro svou malou tloušťku vhodné i do panelových částí kombinovaných fasád z hliníku a skla
   Tloušťka vakuovaného izolačního panelu se podstatně neodlišuje od tloušťky izolačního panelu okenních zasklení (obr. 11).
    
6. Tepelné izolace stropních konstrukcí v průjezdech budov
   Použití tradičních izolací by snížením průjezdné výšky omezilo jejich funkční užívání (obr. 12).
    
7. Tepelná izolace vchodových dveří v budovách
   
8. VIP jako izolace ve velkoplošných sendvičových, betonových panelech
   Byly vyvinuty prefabrikáty s celkovou tloušťkou 25 cm s prostupem tepla U = 0,15 W/mK, což odpovídá požadavkům na pasivní standart budov. Obdobná tendence vývoje probíhá i v cihlářském průmyslu.
    
9. VIP jako izolace v prefabrikovaných dřevěných stavbách
   Ochranné vrstvy tvoří různé dřevařské výrobky v potřebných tloušťkách předem vyrobených dílců pro energetickou bilanci pasivních
   budov.

Výzkum a vývoj v použití inovativní technologie VIP probíhá nadále intenzivně pro různé možnosti uplatnění ve stavebnictví. S přihlédnutím na celosvětový trend a snahy o energetické úspory lze v blízké budoucnosti očekávat další možnosti použití na stavbách a snížení nákladů zavedením automatizace výrobních procesů.

TECHNICKÉ ÚDAJE VIP – PŘÍKLAD
Pro použití ve stavebnictví byly vyvinuty firmou va-Q-tec AG různé vakuované izolační materiály.

Vlastnosti VIP s označením va-Q-vip B
Vakuované izolační panely tohoto označení obdržely od Deutsches Institut für Bautechnik (Německý ústav pro stavební techniku) všeobecné povolení k užívání. V každém panelu jsou zabudované senzorové destičky ke kontrole vnitřního tlaku, sestávající se ze speciální vlákniny a kovové destičky.

Technické údaje

• jádro z pyrogenního prášku kyseliny křemičité s kalicími přísadami
• obal z vysoce bariérové folie třívrstvé, polyesterové vlákniny s kovovými povlaky
• vnější barva vlákniny černá
• vnější vzhled desky
• žádné přesahy okrajové folie, hladké hrany
• hmotnost 180–200 kg/m³
• tepelná vodivost (DIN 52612) při 10 °C
  – počáteční hodnota < 0,0053 W/(mK)
  – měrná hodnota (stárnutím, okrajové ztráty) < 0,0080 W/(mK)
• tepelná odolnost od –70 do +80 °C
• odolnost vůči vlhkosti 0–60 %
• rozměry desek
  – maximální (délka × šířka) 1.200 × 1.000 mm
  – minimální (délka × šířka) 400 × 300 mm
  – tloušťka 10–40 mm
• požární odolnost podle DIN 4102 B2

Orientační náklady VIP
Ve srovnání s tradičními izolačními materiály jsou VIP stále ještě poměrně drahé. Pro různé varianty VIP lze obecně zhruba uvést 4–5× zvýšené náklady na tepelnou izolaci.

ZÁVĚR
Do vývoje této se dynamicky rozvíjející technologie by se měly zapojit i české firmy, snad i s podporou státních organizací a možná i Evropské unie. Některé firmy v SRN hledají spolupráci a snad ji i v ČR najdou. Pro zajímavost uvádím, že internetové stránky pro některé výrobky jsou nabízeny v angličtině, němčině a i v korejském jazyce.

Vakuované izolace: 0,005 W/mK
Minerální vlna: 035 0,03–0,040 W/mK
Polystyrén: 0,040 W/mK
Tuhé pěny: 0,035–0,040 W/mK

Vacuum thermo-insulating materials used in the building industry – VIP, VIS
An 8 to 10 times higher thermo-insulating effect is reached with vacuum insulating materials than with commonly used insulations e.g. from a rockwool or polystyrene. Such effective insulations cannot be reached with any other insulation materials in an existing state of technology. There are examples of the most used vacuum insulating materials stated in the article.

Autor

• Ing. Cigánek Jindřich