Reflexné izolácie nie je možné posudzovať tak ako bežné izolačné materiály, v ktorých je sálavá zložka menej dominantná a k tomu často menená za vedenie alebo prúdenie. Určitú dávku nepochopenia živia aj obchodné záujme výrobcov bežných izolácií, ktorým sú vzdušné reflexné izolácie nepríjemné. Čitateľ by mal vedieť, že platná norma nie je automaticky prírodný zákon, ale len dohoda silnejších hráčov o tom, ako sa majú určité materiály posudzovať, navrhovať apod. A tak sa - aj na škodu toľko propagovaných energetických úspor a environmentalizmu – ocitli reflexné izolácie na trati starostlivo budovaného nezáujmu.
Na stavebnej fakulte VUT v Brne pod vedením prof. RNDr. Ing. Stanislava Šťastníka, CSc., bola realizovaná v rámci diplomovej práce štúdia, ktorá veľmi starostlivo zmerala rôzne reflexné izolácie metódou, ktorá dobre vidí princíp ich fungovania a tým ukazuje aj spôsob ich aplikácie. Starostlivo navrhnuté a odborne dozorované experimenty potvrdili súčiniteľ tepelnej vodivosti viacvrstvej reflexnej fólie až na úrovni λ = 0,0028 W/(mK). To korešponduje ako aj s deklarovanými hodnotami od výrobcov a dodávateľov reflexných fólií, tak s reálnymi úsporami, ktoré uvádzajú užívatelia reflexných izolácií.
Trocha histórie
Reflexné izolácie boli prvýkrát aplikované už v roku 1929 (teda 11 rokov pred vznikom prvej sklenej vaty a 20 rokov pred vznikom polystyrénu), kedy architekt Robert Krafft s inžinierom Friedrichom Försterom začali v Nemecku stavať typové domy „Kupferhaus”. V 12 cm hrubej dutine obvodovej steny mali napnutých 8 hliníkových fólií oddelených 1,5 cm hrubými vzduchovými medzerami.
Popis experimentu
Študent, vtedy Bc. Peter Šot, v rámci svojej diplomovej práce zostrojil meracie zariadenie, ktoré zahŕňalo „studenú” a „teplú” časť, pričom vo vnútri teplej časti vytvoril ešte jednu menšiu meraciu komoru, v ktorej zamedzil prúdeniu (čím vytvoril rovnaké podmienky, aké majú bublinové reflexné izolácie aplikované do stavieb) a súčasne výrazne obmedzil aj vplyv okrajových podmienok. Tým potom meral prechod tepla veľmi podobne, ako sa merajú izolačné sklá (celkom odlišne od merania izolácií, kde sa okrajové podmienky zanedbávajú).
Medzi teplú a studenú stranu umiestnil najskôr vzorku 20 mm hrubého EPS (veľkosť vzorku 1 × 1 m), aby ho zmeral ako referenčný (známky izolant) a tým si overil, že meria správne hodnoty.
Potom postupne zmeral prechod tepla rôznymi reflexnými materiálmi a následne odčítaním prechodových odporov vyhodnotil ich tepelný odpor. Meral 13 reflexných sendvičových izolácií, ktoré od seba v popise odlišoval ich zložením a celkovou hrúbkou.
Vo svojich záveroch však neuviedol, prečo niektoré vzorky izolujú lepšie než iné, nepokúsil sa jednoducho o hypotézu, ktorá by vysvetlila podstatu tepelnoizolačnej funkcie meraných vzoriek. Na túto vec sa zameriame v tomto príspevku.
Experimentálne vzorky
Nasleduje prehľad jednotlivých vzoriek, kedy je u každého uvedený najdôležitejší aspekt, ktorý ovplyvňuje jeho schopnosť izolovať teplo. Pre tých, ktorí tieto aspekty nevidia, je náročné reflexné izolácie pochopiť a správne realizovať. Vzorky sú zostavené ako rôzne kombinácie obojstranne reflexnej alu fólie a dvojvrstvej bublinkovej fólie LDPE alebo HDPE (bublinky uzatvorené z jednej strany hladkou fóliou):
1. Alu fólia zalaminovaná s LDPE bublikovou fóliou – pri tejto vzorke sú k hliníkovej fólií prilaminované brušká bubliniek a rovný chrbát tvorí druhú stranu sendviča – medzi bublinkami sa nachádzajú malé komôrky s nízkoemisívnym povrchom reflexnej alu fólie.
2. Alu fólia zalaminovaná s chrbtom bublinkovej fólie – u tohto materiálu sú brušká bubliniek otočené od reflexnej vrstvy preč a pretože povrch hliníkovej fólie prekrýva vrstva LDPE (chrbát bubliniek), nie je v sendviči žiadna vnútorná komora s nízkoemisívnou stranou.
3. Dve alu fólie zalaminované z obidvoch strán s LDPE bublinkovou fóliou – táto vzorka je funkčne veľmi podobná vzorke 1, ale pretože vďaka laminácií z obidvoch strán sú komôrky ešte menšie než pri vzorke 1 a pretože vynúteným prúdením studeného vzduchu je vplyv krajnej reflexnej alu fólie potlačený, sú jej vlastnosti horšie než u vzorky 1.
4. Alu fólia zalaminovaná s 3 mm penovou doskou z PE – vzorka nevytvára žiadnu vnútornú komoru s nízkoemisívnou vrstvou. Iba odráža sálavé teplé časti meracieho zariadenia, takže do neho prechádza menej tepla než do polystyrénu.
5. Alu fólia zalaminovaná s 5 mm penovou doskou z PE – vzorka sa líši od vzorky č. 4 iba hrúbkou penovej vrstvy, ktorá však na lepšiu vodivosť vplyv nemá.
6. Alu fólia zalaminovaná s chrbtovou stranou LDPE bublinkovej fólie umiestnená z obidvoch strán, medzi nimi 2 vrstvy 5 mm PU peny – táto vzorka nevytvára žiadnu vnútornú komoru s nízkoemisívnou vrstvou a vďaka svojej pomerne veľkej hrúbke má zo všetkých porovnávaných vzoriek najväčšiu (prepočítanú) tepelnú vodivosť (viď tabuľka).
7. Alu fólia na okrajoch, medzi nimi vložené 2 bublinkové fólie, 2 penové dosky 5 mm a medzi každou vrstvou jedna alu fólia – pri tejto vzorke sú 2 vnútorné komory vzniknuté pri vertikálnej aplikácií oddialením nezalaminovaných bublinkových a alu fólií od seba a 4 malé komôrky s nízkoemisívnou vrstvou medzi alu fóliami a penovými doskami. Bohužiaľ pri náklone alebo vo vodorovnej polohe doľahnú vnútorné vrstvy na seba a malé komory medzi nimi zaniknú.
8. Dve alu fólie zalaminované k chrbtovej strane bublinkovej fólie + 1 alu fólia vložená uprostred – zalaminované bublinkové fólie chrbtom k alu fólií síce moc efektu neprinesú, ale vďaka vloženej obojstranne nízkoemisívnej alu fólií doprostred medzi brušká bubliniek vznikajú 2 funkčné komory a materiál sa správa podobne ako trojsklo. Vďaka bublinkám nezanikajú komory ani pri náklone alebo vodorovnej polohe.
9. 5× alu fólia preložená 8 bublinkovými fóliami v takom poradí a natočení, aby vzniklo 8 komôr s nízkoemisívnou stranou. Steny bubliniek z HDPE sú výrazne tenšie než u ostatných vzoriek, teda aj z hľadiska vedenia tepla majú väčší tepelný odpor.
10. Vzorka je vytvorená vložením vzorky 3 medzi vzorky 4 a 5. Pri vertikálnej aplikácií vzniknú až 3 malé komory s nízkoemisívnou stranou. V náklone alebo horizontálnej polohe priľahnú penové vrstvy na hliníkové fólie a izolačný účinok sa výrazne zhorší.
11. Vzorka je vytvorená priložením vzorky 3 k vzorke 4. Obsahuje len 1 veľmi malú funkčnú komôrku a 1 komoru, vzniknú možným oddialeným vrstiev od seba pri vertikálnej aplikácií, ktorá však pri inej polohe doľahnutím peny na reflexnú fóliu zanikne.
12. Vzorka je vytvorená priložením vzorky 4 ku vzorke 6. Obsahuje 1 malú komoru s nízkoemisívnou stranou vzniknutou pri oddialení peny od alu fólie avšak iba pri vertikálnej aplikácií.
13. 4× alu fólia zalaminovaná k bublinkovej fólii, preložené ďalšími 4 LDPE bublinkovými fóliami a zakončené samostatnou alu fóliou – vytvára 4 malé komory s nízkoemisívnou stranou a to vo všetkých polohách. Vo vertikálnej polohe sa môže chrbtová strana bublinkových fólií miestami oddialiť od alu fólie a spôsobiť tak vznik ďalších malých komôr s nízkoemisívnou stranou, čím by sa účinok súvrstvia zlepšil.
Výsledky merania
Z výsledkov meraní – viď tabuľka – je zjavné, že čím viac je v štruktúre komôr s nízkoemisívnym povrchom, tým lepšie súvrstvie izoluje, hlavne keď sú komory väčšie a s väčšou plochou reflexie. Je to priamy dôkaz, že sálanie sa šíri aj v malých dutinách a pokiaľ sa tomuto prechodu tepla zabráni pomocou správne umiestnených nízkoemisívnych vrstiev na okrajoch komôr, sú výsledky vynikajúce – viď vzorka 9, ktorá v hrúbke 2,4 cm izoluje podobným účinkom ako by izoloval cca 30 cm hrubá referenčná vzorka EPS.
Dôležité tiež je, aby reflexné fólie neboli k bublinkovým alebo penovým vrstvám nalaminované – vďaka laminácií sa komory výrazne zmenšujú a klesá tým aj izolačný účinok.
Vo víťaznej vzorke č. 9 nie sú žiadne zalaminované vrstvy ani peny. Navyše stena bublinkových fólií je hrubá iba 6–7 μm, zatiaľ, čo v ostatných vzorkách majú bublinky hrúbku steny 16 až 18 μm. Tento fakt tiež citeľne prispieva k zlepšeniu izolačných vlastností.
Je dobré si všimnúť, že úplne všetky vzorky (aj tie bez vnútorných funkčných komôr) majú lepšiu prepočítanú tepelnú vodivosť než referenčný polystyrén. Je to preto, že krajné nízkoemisívne fólie otočená do teplej komory meracieho zariadenia účinnej odrážajú jej tepelné sálanie a do reflexnej izolácie tak preniká oveľa menej tepla než do polystyrénu.
Poznámka k skúške
Diplomová práce ukazuje, okrem iného, aj to, že je dôležité aplikovať reflexnú izoláciu so vzduchovými medzerami v izolačnom súvrství. Čím väčšie teplotné rozdiely chceme odizolovať (napr. v lete sálavé teplo od rozpálenej krytiny), tým viac poslúži nízkoemisívne (termoreflexné) izolačné súvrstvie. V zime naopak táto izolácia rovnako účinne zabráni prechladeniu budovy vplyvom studeného žiarenia nočnej oblohy.
Veľmi dôležité ale je, aby reflexné izolácie aplikovala firma, ktorá je na ich aplikáciu vyškolená – vďaka veľkej schopnosti týchto materiálov izolovať teplo a súčasne vďaka veľkému vplyvu okrajových podmienok (vlastné reflexné povrchy sú v kolmom smere veľmi dobre tepelno vodivé), je na prevedenie detailov kladený obrovský dôraz – a zlou aplikáciou je možné všetko dobré pokaziť.
Záver
Článok, ktorý vznikol na základe diplomovej práce pod vedením skúseného pedagóga a experimentátora, ukázal, že na báze reflexných izolácií je možné realizovať tepelnoizolačné súvrstvie so súčiniteľom teplej vodivosti na úrovni λ = 0,02 W/(mK), výnimočne (v prípade série ôsmich nízkoemisívnych komôr v súvrství) až 0,003 W/(mK), čo je len 1/13 hodnoty pre bežný tepelnoizolačný EPS.
Súvisiace články:
Tepelná izolácia - prehľad, materiály a spôsoby použitia
Prírodná tepelná stabilizácia budov
Ako riešiť vlnu horúčav v mestách - dôvod pre výber bielej strechy
