Tepelná izolace

Tepelná izolace je snížení průchodu tepelné energie prostřednictvím obálky za účelem ochrany pokoj nebo těleso z ochlazování nebo zahřívání. Vyvinul se v průběhu evoluce u teplokrevných (endotermních) zvířat, ale také se používá v mnoha technologických oblastech pomocí přírodních nebo uměle vyrobených materiálů.

Tepelná izolace se také používá jako tepelná izolace nebo tepelná izolace zvaná (anglicky: tepelná izolace ). Z technického hlediska se termín izolace používá spíše k ochraně před přenosem elektrického proudu nebo vibracemi .

zásada

Teplo se přenáší třemi mechanismy:

• Tepelné vedení : Teplo se přenáší pohybem molekul . Materiály s vysokou hustotou obvykle vedou teplo lépe než materiály s nízkou hustotou. Ocel vede teplo lépe než dřevo . Tepelné izolace se dosahuje prodloužením nebo přerušením molekulárních kaskád odpovědných za vedení tepla pomocí vhodných materiálů a jejich uspořádání.
• Tepelné záření : Teplo je předáváno elektromagnetickými vlnami . Tepelné izolace s ohledem na prevenci oteplování se dosahuje především odrazem („zrcadlením“) dopadajícího tepelného záření, s ohledem na prevenci ochlazování snížením povrchové teploty těla snížením vedení tepla ve vnějším plášti tělo, aby bylo možné vyzařovat co nejméně tepla.
• Konvekce : Teplo se přenáší proudy v plynech nebo kapalinách. Tepelné izolace je dosaženo přerušením toku tepla. Zvláštní formou tohoto přenosu tepla, která je často přehlížena, je tepelná vazba vodní párou, tj. H. entalpie na odpařování vody (pára) váže tepelné energie.

Dějiny

V průběhu vývoje chladicích procesů byl vývoj tepelné izolace pokročilý a v roce 1918 byl v Mnichově založen Research Home for Thermal Protection (dnes: Výzkumný ústav pro tepelnou ochranu e.V. Mnichov, zkratka FIW). Vedoucí osobností zde byl profesor Carl von Linde , který od roku 1868 několik let učil na Technické univerzitě a v roce 1879 na jihu Mnichova založil Gesellschaft für Linde Eismaschinen Aktiengesellschaft (dnes Linde AG ).

Tepelná izolace v technologii

Všeobecné

V technologii se tepelná izolace používá k umožnění technických procesů nebo k minimalizaci jejich energetických požadavků. Dalšími oblastmi použití jsou například prevence poškození mrazem nebo ochrana potravin , ale také ochrana kosmických lodí tepelným štítem . Obzvláště účinná tepelná izolace se označuje jako super izolace .

Rostlinné inženýrství

Ochrana proti tepelným ztrátám nebo ztrátám za studena prostřednictvím „tepelných zisků“ v chladičích a jejich potrubích (chladicích systémech) je v mnoha případech nezbytná pro provoz jak pro energetickou účinnost, tak pro funkci samotného systému. Zvýšené náklady na fosilní paliva také poskytují ekonomickou pobídku.

Tepelná izolace budov

Tepelná izolace na fasádě budovy

Kamenná vlna pro tepelnou izolaci v lehké zdi v Kanadě

Teplotní profil v externě izolované vápenopískové zdi v systému ETICS

Tepelná izolace se používá k minimalizaci chlazení vytápěných budov. Do poloviny 20. století měla tepelná izolace budov malý význam. Jeden si vystačil s teplým oblečením a přibližoval se k sobě v několika místnostech, které byly během dne vytápěny. Většina lidí vykonávala fyzickou práci, a proto jim bylo méně chladno, než je tomu u práce na stole. V 60. letech se topný olej stal dostupným a konkuroval černému uhlí . Byla postavena řada nových bytů a domů, jejichž výstavba byla zřídka věnována pozornost energetickým aspektům. V průběhu první ropné krize v letech 1973/74 cena ropy zčtyřnásobila ; V letech 1979/80 se ztrojnásobil. V sedmdesátých a osmdesátých letech - také v souvislosti s diskusí o globálním oteplování a udržitelnosti , stejně jako s odumíráním lesů - došlo k uvědomění si nutnosti a racionality opatření na úsporu energie, jako je B. Tepelná izolace.

V Německu vstoupila v platnost první vyhláška o tepelné izolaci budov v listopadu 1977 ; Na začátku roku 2002 byl nahrazen nařízením o úsporách energie (EnEV).

Stavební fyzikální vlastnosti

Jak rychle se změna teploty šíří v materiálu, závisí nejen na jeho tepelné vodivosti, ale také na jeho kapacitě akumulace tepla. Rozhodujícím faktorem je tepelná difuzivita .

Druhy tepelné izolace

Tepelně izolované potrubí v kotelně . Aby se minimalizovaly ztráty výměnou záření , jsou trubky speciálně izolovány, aby se snížila povrchová teplota (působí se 4. výkonem teplot na vyměňovaných povrchech). Povrchy jsou opatřeny kovovým leskem (zde trubky) nebo alespoň bílou barvou (rovněž strop suterénu), aby se snížily emisní faktory potrubí a stěny suterénu.

V budovách se stavební materiály , konstrukční prvky a jiné konstrukční metody používají k omezení průchodu tepla v důsledku vedení tepla a tepelného záření skrz plášť budovy. V mnoha případech to zahrnuje také zajištění vzduchotěsnosti .

• Tepelně izolační materiály jsou materiály, jejichž měrná tepelná vodivost λ je zvláště nízká (méně než 0,1 [W / (m · K)]) a jejichž hlavním účelem je tepelná izolace.

Typické typy tepelné izolace ve vztahu k části budovy jsou: izolace střech, izolace stěn, izolace fasády, obvodová izolace a izolace stropu. S ohledem na umístění v části budovy jsou typické typy konstrukce: vnitřní izolace, izolace příček, izolace žil, vnější izolace.

• Stavební materiály s tepelně izolačními vlastnostmi . Zde se zaměřujeme na nosný účinek nebo ochranu před povětrnostními vlivy. Příkladem jsou tepelně izolační vnější omítky , tepelně izolační cihly, jako jsou svisle děrované cihly , masivní dřevo a materiály na bázi dřeva . Tepelně izolační stěny nebo stropy z homogenních minerálních stavebních materiálů bez významného použití izolačního materiálu se označují jako monolitická konstrukce.

Zvláštní případ vnitřní izolace

Vnitřní izolace se obvykle provádí, aby bylo možné zachovat historickou fasádu, např. B. v hrázděných domech . Jsou také vhodné, pokud by z architektonických důvodů měl nosný stěnový plášť tvořit také viditelný vnější povrch a dvojplášťová zeď by byla příliš složitá, například s přírodním kamenem , slínkovými cihlami nebo pohledovými betonovými stěnami , stejně jako se srubovými domy .

Izolace interiéru je problematičtější, protože při instalaci izolace se rosný bod posouvá dovnitř. Vlhký vnitřní vzduch, který v zimních měsících difunduje do izolační vrstvy, kondenzuje; to může vést k poškození konstrukce, pokud obsah vlhkosti trvale překračuje určité maximální hodnoty.

Vnitřní izolace je proto často chráněna před vniknutím vodní páry parotěsnou zábranou . Použití samostatné tenké parotěsné vrstvy má některé nevýhody:

• U přechodů do stěn, stropů, výčnělků a vybrání a otvorů ve stěnách, jakož i do průchodů pro zásuvky, topné potrubí atd. Je obtížné provést zcela vzduchotěsné spojení. Parotěsné fólie jsou náchylné k pozdějšímu poškození. Vzhledem k tomu, že pronikající vlhkost vzduchu může kvůli parotěsné bariéře stěží zaschnout směrem k straně vnitřní stěny , může se hromadit velké množství vlhkosti, zejména při použití nekapilárního izolačního materiálu, jako je minerální vlna, kterou lze snadno protékat . Menší množství vlhkosti může vyschnout vnější stěnou, pokud se použijí pouze kapilárně aktivní stavební materiály.
• Parotěsná zábrana brání vysychání vnějších stěn, které jsou často ovlivňovány deštěm na straně počasí, směrem k straně vnitřní stěny.

Vzhledem k tomu, parotěsná zábrana brání výměnu vlhkosti se vnitřního ovzduší, vrstva alespoň 2 cm silnou z páru propouštějící, skladný materiál, jako omítky nebo dřevo by měly být v přední části parozábrany v účelem umožnění požadované nárazníkový efekt povrchu stěny.

Mezitím máme mnohaleté zkušenosti s izolací vnitřních stěn, které nevyžadují klasickou parozábranu. Předpokladem je rychlý odtok kondenzované vody, která se tvoří v izolační vrstvě, na vnitřní a vnější povrch stěny kontinuální kapilaritou celé konstrukce stěny. Za tímto účelem jsou kapilárně aktivní izolace a stavební materiály stěn vzájemně spojeny bez mezer . Ve vlhkých místnostech a kuchyních je vhodné omezit množství vodní páry pronikající do zdi, například použitím vnitřní omítky obsahující syntetickou pryskyřici s definovaným difúzním odporem . Izolační desky z dřevěných vláken jsou k dispozici také se speciální integrovanou bariérou proti minerálním parám, která jen těžko omezuje kapilaritu. Kromě izolace z lehkého jílu a dřevěných vláken bylo vyvinuto velké množství nových typů izolací vhodných pro vnitřní izolaci. Patří mezi tepelně izolační omítky , minerálních desek z pěnové hmoty , silikátové desky vápníku a kompozitních materiálů s lehkými minerálními přísadami, jako je perlit , a keramzitu .

V každém případě by měla být vnitřní izolace připojena ke konstrukci stěny bez dutin a plynulým způsobem s ohledem na vzduch v místnosti, aby se zabránilo jak zadnímu větrání, tak konvekčním proudům uvnitř konstrukce stěny, což by vedlo k místně zvýšenému kondenzace v zimě .

Tepelná izolace a vlhkost

Nedostatečná tepelná izolace může během topné sezóny způsobit kondenzaci . Pokud je stavební konstrukce prosáklá po delší dobu, může to způsobit růst plísní ( plísní ) a podpořit účinky zamlžování , s odpovídajícími riziky pro zdraví obyvatel, stejně jako pro funkčnost a vnitřní hodnotu struktury budovy. Vhodné materiály, konstrukční metody a další opatření mohou tyto nežádoucí účinky omezit nebo jim zabránit.

Na fyzikální účinky tepelné izolace nelze pohlížet izolovaně od ostatních (strukturálních) tepelně izolačních opatření . Tepelná izolace je plně účinná pouze tehdy, když jsou tepelné ztráty větráním v budově sníženy zlepšením vzduchotěsnosti obvodového pláště budovy.

Kondenzace způsobená vnitřním vzduchem

Tepelná izolace zvyšuje teplotní rozdíly v určité vzdálenosti. Pokud vnitřní vzduch nebo vodní pára proniknou do chladných oblastí, může to vést ke kondenzaci. Čím nižší je teplota a čím vyšší je vlhkost v místnosti, tím pravděpodobněji dojde ke kondenzaci . Se vzduchotěsným těsněním, tzv. Parozábranou , lze ztěžovat přímý přívod vzduchu a vodních par do vnitřního prostoru, ale v praxi jim lze jen těžko úplně zabránit. Proto se zpravidla přijímají další opatření, aby se vlhkost, která přesto vstoupila, znovu transportovala pryč nebo mohla být do určité míry neškodně absorbována.

Přemístění kondenzátu

Ke kondenzaci dochází hlavně v nejchladnějším bodě. Nejchladnější bod lze přemístit do méně příznivých oblastí pomocí tepelně izolačních opatření, například od okenního skla k ostění . Je proto žádoucí dosáhnout povrchové teploty nad rosným bodem ve všech oblastech přístupných vnitřnímu vzduchu , snížit vlhkost vzduchu pomocí domácího větrání nebo použít v těchto oblastech méně problematické stavební materiály.

Transport vlhkosti, hygroskopická skladovací kapacita a kapilarita

Každý stavební materiál je v rovnováze vlhkosti se svým okolím. V závislosti na místě, kde se používá, se rychle změní rovnováha vlhkosti a úroveň obsahu vody.

Schopnost krátce absorbovat vodu a zabránit tak kritickému pronikání vlhkosti v situacích, jako je silný déšť nebo tvorba kondenzace, se nazývá hygroskopická akumulační kapacita (viz také hodnota w , koeficient absorpce vody ). Kapilárně aktivní stavební materiály (viz například kapilárně aktivní oděvy) pak zajišťují odvod vlhkosti uvnitř konstrukce. Stavební materiály, které kombinují obě vlastnosti, zahrnují cihly, sádru, dřevovláknité materiály, hlínu a desky z křemičitanu vápenatého . Přestože má pórobeton vysokou akumulační kapacitu, postrádá schopnost rychlého opětovného uvolňování vody. Zde je u konstrukcí důležité, aby nebránily přenosu vody nevhodnými obklady stěn ( emulzní barvy , tapety , parozábrany ).

Kromě vedení vody kapilaritou existuje také vedení vodních par difúzí (viz také difúzní odpor vodních par a dýchací stěna ).

Poškození vlhkostí

Je třeba zkontrolovat, zda je voda vytvářena kondenzací ve vnitřním vzduchu, netěsnostmi v přívodu vody nebo zvenčí. Při letní vlhkosti může větrání ve vlhkých nebo horkých dnech kondenzovat teplý vzduch na površích v chladných místnostech (sklepy, kostely). Pokud je v zimě vlhkost, lze studená místa zjistit měřením vnitřní povrchové teploty (infračervený teploměr). Je z. B. okenní ostění poblíž rámu na velké ploše nebo neobvykle chladné na jednotlivých místech, izolace rámu může mít vady. Je-li to nutné, musí být v tomto bodě otevřena spára mezi rámem a zdivem, aby se zkontrolovala izolace. V případě zabudované parozábrany, jako jsou fólie, je třeba předem zvážit, do jaké míry je možné ji poškodit, a zvážit ji proti účinkům objasnění příčiny napadení plísní. V případě větších chyb v izolaci rámu může mezi zdivem a rámem kondenzovat tolik vody, že se tím zvýší vlhkost místnosti. Kondenzovaná voda může unikat z jiných částí zdiva na stěnu a vytvářet plísně (hlouběji ležící, také hlouběji ležící bočně). O renovaci vložením pěny mezi rám a zdivo se lze pokusit nákladově úsporným způsobem u nemovitosti obývané majiteli. Ve skutečnosti je nutná profesionální renovace instalace rámu s parozábranami. V případě masivních vad izolace je třeba zvážit, zda by se neměla zkoumat také konstrukce pod parapety a v případě potřeby vnější parapety.

Vzduchotěsnost

Zvyšování vzduchotěsnosti obvodového pláště budovy brání vnikání studeného (a tedy obvykle méně vlhkého) venkovního vzduchu, který vytlačuje vlhčí vzduch ven. Pomocí řízeného větrání lze vlhkost snížit současným přívodem čerstvého vzduchu, čímž se tepelná energie získává zpět při kondenzaci vlhkosti vzduchu.

Úroveň vzduchotěsnosti je vnitřní omítka.

Vzduchotěsnost budovy se proto nemění izolací, ale obvykle vzduchotěsným připojením nových bezspárových oken k vnitřní omítce, což je opatření často spojené s tepelnou izolací. Tato korelace vede mezi laiky k nesprávnému předpokladu, že izolační deska je příčinou změny vzduchotěsnosti (viz také dýchací stěna ).

Tepelná izolace a hospodárnost

Je nesmírně obtížné učinit obecné prohlášení o ziskovosti tepelně izolačních opatření, protože existuje mnoho ovlivňujících faktorů. Rozhodujícími faktory pro stanovení potenciálu energetických úspor jsou klimatické podmínky, vnější a vnitřní klima a energetický stav komponent před a po renovaci. Ale finanční důležitost má také velký význam, včetně skutečných nákladů na renovaci, nákladů na půjčku a podmínek, jakož i předpokládané doby životnosti. Kromě těchto informací specifických pro projekt jsou důležité obecně použitelné, ale nestálé parametry, jako je cena energie a zvýšení cen energie, jakož i vývoj reálných úrokových sazeb.

Kvůli silnému vlivu nejistých okrajových podmínek by měla být doba amortizace energetických opatření specifikována v časových obdobích. Podle studie zadané Generálním sdružením izolačního průmyslu vyplývá doba amortizace uvedená v následující tabulce pro tepelně izolační opatření typicky prováděná na budově.

V případě neprůhledných částí budovy se část dopadající energie slunečního záření odráží na vnější povrch a část se přeměňuje na tepelnou energii . Výsledný nárůst teploty na vnější straně snižuje teplotní rozdíl mezi (teplým) vnitřkem a (chladnějším) vnějším prostorem budovy, takže z budovy vytéká méně tepla. Kritici tepelné izolace tvrdí, že je energeticky účinnější čelit vstupu slunečního záření s co nejnižším tepelným izolačním odporem a místo toho zajistit dostatečně vysokou tepelnou kapacitu vnější stěny pro uložení dostatečného množství sluneční energie. Existuje také názor, že potřeba tepla v domě může být dokonce vyšší s tepelnou izolací než bez ní. Jako důkaz je uveden průzkum Hamburského institutu GEWOS z roku 1995, který však vykazuje značné nedostatky, například nezkontrolování ztrát v topných systémech.
Při polním testu energetické obnovy obytných budov bylo zkoumáno téměř 180 objektů (rodinný dům / rodinný dům / vícegenerační dům), u nichž byl po roce 2006 vyměněn kotel nebo zlepšena tepelná izolace. Důraz byl kladen na otázku, jak velký je rozpor mezi technickým potenciálem renovačních opatření a úspěchy v praxi a jaké páky lze použít ke zvýšení efektivity renovací. Kombinací opatření střecha - vnější stěna - okno lze prokázat úspory mezi 21 a 48 procenty. Bylo patrné, že izolace rozvodů a armatur v nevytápěném prostoru v mnoha případech zanechala mnoho požadavků. Hlavní důvody neúspěchu v renovaci jsou považovány za nedostatky v zajišťování kvality před, během a po renovaci. Například po izolačních opatřeních provedlo optimalizaci vytápění pouze 10 procent. Pomocí několika jednoduchých optimalizací a vylepšení lze ušetřit dalších 25 až 30 kWh / m²a v oblasti vytápění místností a přípravy teplé vody.

Problémy a kritika

Požární ochrana

Informace o protipožární ochraně a souvisejících problémech s polystyrenovými pěnami viz Polystyren # Chování při požáru a tepelně izolační kompozitní systém # Chování při požáru .

Vzduchotěsnost a nucené větrání

Se zvyšující se vzduchotěsností obvodového pláště budovy, aby se zabránilo tepelným ztrátám větráním, sporadické ruční větrání, stávající nekontrolovaná výměna vzduchu a difúzní procesy již nestačí k odstranění dostatečné vlhkosti z budovy. Kromě aspektu zásobování obyvatel čerstvým vzduchem je od určité úrovně tepelné izolace zásadní řízené větrání obytného prostoru . Vzhledem k tomu, že zvýšení standardu tepelné izolace probíhalo nepřetržitě, ale řízené větrání obytného prostoru představovalo náhlou změnu předchozí technologie budovy, nebyl tento doprovodný vývojový krok vždy proveden a je obvykle těžko možný, pokud se následně sníží tepelné ztráty větráním. . Vznikající poškození vlhkostí - z důvodu neznalosti vztahů - způsobené tepelnou izolací. Kritici si stěžují, že nucené větrání budovy je nepřirozený stav, který v minulosti nikdy nebyl nutný. Argumentuje se také tím, že díky difuzně otevřeným a kapilárně aktivním stavebním materiálům není nutné nucené větrání zbytečné. Kromě toho nejsou rozpoznány konstrukční chyby, jako jsou netěsnosti nebo otvory v izolaci rámu, a za chyby ventilace.

Napadení řas na složkách ve venkovním podnebí

Čím lepší je tepelná izolace, tím nižší jsou teplotní rozdíly sousedních vrstev vzduchu a čím nižší je kapacita akumulace tepla, tím rychleji bude teplota upravena. U komponentů, jejichž povrchová teplota je během fáze nočního chlazení blízká venkovní teplotě, může dojít ke kondenzaci, což podporuje růst řas. Stínované vnější stěny s vysokou tepelnou izolací a nízkou tepelnou akumulační schopností tenké vnější omítky na vrstvě izolace jsou obzvláště citlivé na růst řas. Podle zprávy NDR by to mělo vliv na 75% zateplených domů a smíšené algicidy a fungicidy by již byly v zemědělství zakázány.

Strukturální poškození

Při instalaci izolačních materiálů je třeba dodržovat základní stavební fyzikální princip difúzního odporu vodních par , který klesá zevnitř ven . Obzvláště do očí bijící poškození konstrukce nastává, když je minerální vlna , která je často velmi propustná pro vzduch , pronikána vlhkým vzduchem z místnosti kvůli netěsnostem ve vnitřním plášti. Minerální vlna není schopna, v zimě se v izolační vrstvě kondenzuje vlhkost kapilární , takže dojde k úplnému zvlhčení za nepříznivých okolností. Výsledkem může být navlhnutí sousedních stavebních materiálů, hniloba a tvorba plísní. V případě špatně provedené vnitřní izolace může být minerální vlna vlhká i bez proudění vzduchu, pokud není po dlouhou dobu dostatečné větrání .

Tepelná izolace u zvířat

Vlastní tepelná izolace endotermických živočichů v těle sahá od přirozeně existujících chlupů nebo kadeří , přes tukovou tkáň až po tukovou vrstvu teplokrevných (endotermních) obratlovců (zejména u polárního nebo mořského životního stylu). Mnoho zvířat navíc používá při stavbě hnízd izolační materiály. V nepřítomnosti hustého růstu vlasů jako většina ostatních savců mají sloužit lidem z oděvu z rostlinných nebo syntetických vláken a kůže na ochranu proti ztrátám tepla (viz nahotu ).

Viz také

• Izolační materiál
• Izolační technologie
• Tepelně izolační kompozitní systém

webové odkazy

• Příručka pro úsporu energie pro testování a modernizaci obytných budov , klima hledá ochranu
• Brožura „Tepelná izolace - mluví proti tomu?“ , Poradenská služba pro spotřebitele Porýní-Falc - Energetické poradenství (PDF; 2 MB)
• Kalkulačka hodnoty U pro výpočet součinitele prostupu tepla, u-wert.net

Individuální důkazy

1. ↑ Friedrich Tables of Construction Engineering, Ferd. Dümmlers Verlag Bonn, základy tepelného inženýrství.
2. ^ Hans-Liudger Dienel: Inženýři mezi univerzitou a průmyslem. Vandenhoeck & Ruprecht, 1995, ISBN 3-525-36047-9 , s. 398.
3. ↑ Sušení suterénu a sušení stěn a příčiny vlhkosti ve zdivu .
4. ↑ FIW Mnichov: Zpráva FO-2015/02 „Ekonomická účinnost tepelně izolačních opatření“ . Dubna 2015.
5. ↑ Sebastian Knauer: Větrný obchod s ochranou klimatu . Spiegel Online , 27. října 2006, přístup 10. dubna 2013.
6. ↑ Richard Haimann: Tepelná izolace může zvýšit náklady na vytápění . Die Welt , 8. října 2012, poslední přístup 4. září 2014.
7. ↑ GEWOS Institute for City, Regional and Housing Research GmbH: Analýza spotřeby tepelné energie ve stávajících bytových domech. Hamburk, listopad 1995.
8. ↑ G. Hauser, A. Maas a K. Höttges: Analýza spotřeby tepelné energie bytových domů na základě průzkumu GEWOS . Německý stavební časopis 3/97.
9. ↑ Studie „Efektivní renovace: Příležitosti pro ochranu klimatu - test v terénu pro energeticky účinnou renovaci bytových budov“ . co2online non-profit GmbH, Berlín, srpen 2015.
10. ↑ Güven Purtul, Jenny Witte: Izolace domu: jedy ve fasádě . TV reportáž z 9. října 2012, zpřístupněna 4. září 2014.
11. ↑ O smyslu a nesmyslu zateplení fasády . Web společnosti Immowelt AG. Citováno 16. února 2015.