TRENDY V MATERIÁLOCH PRE ETICS S OHĽADOM NA ICH EKONOMICKÚ EFEKTÍVNOSŤ

Transcript

1 TRENDY V MATERIÁLOCH PRE ETICS S OHĽADOM NA ICH EKONOMICKÚ EFEKTÍVNOSŤ Ing. Vít Macek prof. Ing. Dušan Katunský, CSc. Ústav technológií, ekonomiky a manažmentu v stavebníctve, Katedra technológie stavieb Technická Univerzita v Košiciach, Stavebná fakulta ÚVOD V Z bilancie spotreby energií v domácnostiach známe, že v priemernej domácnosti sa cca 60% z celkovej spotreby energie využije na vykurovanie. Zatepľovanie objektov je teda logickým dôsledkom na znižovanie potreby energie v tejto oblasti. Okrem zlepšenia ekonomických ukazovateľov je predpoklad, že po správnom návrhu a zhotovení novej konštrukcie vo väzbe na pôvodnú, dôjde tiež k zlepšeniu fyzického stavu budovy. Na trhu je v segmente zatepľovania množstvo materiálových a technologických variantov vhodných na zhotovenie ETICS (External Thermal Insulation Composite Systems - Vonkajšie zložené tepelnoizolačné systémy), je preto potrebné správne sa zorientovať a určiť kritériá pre výber funkčného a ekonomicky vhodného návrhu. 1 ARGUMENTY PRE ZATEPĽOVANIE OBJEKTOV Je potrebné, aby projekt zateplenia riešil obnovu konštrukcie komplexne a zaoberal sa odstránením nedostatkov vyplývajúcich zo zanedbania údržby, čím sa podarí zabezpečiť technické parametre zodpovedajúce súčasným požiadavkám kladeným na stavebné konštrukcie. Zabezpečenie tepelnej ochrany budovy dodatočným zateplením má tieto hlavné priaznivé účinky : - zníženie spotreby energie na vykurovanie - odstránenie hygienických nedostatkov (plesne) - zlepšenie tepelnej pohody zvýšením vnútornej povrchovej teploty stien - zvýšenie tepelnej zotrvačnosti stavebných konštrukcií a spomalenie chladnutia miestností pri odstávke vykurovania - odstránenie nedostatkov v tesnosti obvodových konštrukcií - zamedzenie korózie výstuže v stykových bodoch - zníženie vplyvu teplotného rozdielu pôsobiaceho na nosné konštrukcie 2 TECHNOLÓGIE A SYSTÉMY ZATEPĽOVANIA FASÁD Tepelná ochrana a celková energetická náročnosť budovy ako celku sú v priebehu životnosti ovplyvňované postupným vývojom technických požiadaviek a im zodpovedajúcej aplikácie nových tepelnoizolačných materiálov a systémov pri realizácii stavieb. Takmer všetky budovy postavené v minulom storočí majú nevyhovujúce tepelnotechnické vlastnosti. Vysokú spotrebu tepla a tým aj náklady na vykurovanie majú bytové domy, rodinné domy, administratívne budovy, školy, nemocnice apod. Zvýšenie energetickej hospodárnosti budov je možné dosiahnuť zlepšením tepelnej ochrany budov a to dodatočným zateplením. Zatepľovanie je možné charakterizovať ako súbor technických opatrení na obalových konštrukciách budovy, pri ktorom sa zabudovaním prídavných vrstiev vrátane tepelnoizolačnej vrstvy majú zlepšiť tepelnotechnické vlastnosti budovy [2]. 1

2 Z hľadiska princípov skladby, použitých materiálov na vytvorenie jednotlivých vrstiev a uplatnených doplnkových výrobkov sa zatepľovacie systémy obvodového plášťa delia na: - tepelnoizolačné omietky - kontaktné zatepľovacie systémy (ETICS) - odvetrané (montované) zatepľovacie systémy Vzhľadom na realizačné náklady a návratnosť investície sa v rozhodujúcej miere používa zateplenie kontaktným zatepľovacím systémom (ETICS). Tab.1 Delenie a vlastnosti zatepľovacích systémov druh ZS ZS omietkové ZS montované Prednosti možnosť jednoduchšej aplikácie na členité povrchy vylúčenie mokrého procesu a tým sezónnosti zatepľovania ZS kontaktné (ETICS) efektívnosť pre investora veľký výber riešení dobré vlastnosti z hľadiska požiarnej bezpečnosti vhodnosť aplikácie aj na objekty s narušeným vlhkostným režimom vysoká variabilita konečného vzhľadu možnosť strojovej aplikácie vysoká životnosť Nevýhody nižšia hodnota tepelného odporu zateplenia problémové prenášanie objemových zmien kompletný mokrý proces problematická realizácia na členitých fasádach náchylnosť k vzniku tepelných mostov znížená škála alternatív pre architektonické riešenie nároky na pracovnú disciplínu výškové obmedzenia požiarnymi predpismi znížená odolnosť proti mechanickému poškodeniu 3 ENERGETICKÉ HĽADISKO Z výsledkov meraní je zrejmé, že úniky tepla obvodovým plášťom predstavujú % celkových strát pri rodinných domoch a % pri bytových domoch. Zníženie tepelných strát je pritom možné realizovať jedine cestou zvýšenia tepelného odporu konštrukcie dodatočnou tepelnou ochranou. Pri dodržaní zásad správneho návrhu zateplenia a zásad platných pre realizáciu zateplenia je podľa viacerých nezávislých štúdií možné komplexným zateplením ušetriť až 50 % tepla na vykurovanie budovy [2]. Tab.2 Podiel tepelných strát jednotlivých konštrukcií na celkovej bilancii druh stavby Viacpodlažný bytový dom Samostatný rodinný dom Oknami 50 (28 prestup, 22 vetranie) 45 (25 prestup, 20 vetranie) Tepelné straty [%] Obvodovými stenami Strechou Podlahou

3 4 MATERIÁLOVÉ VARIANTY IZOLÁCIÍ V (ETICS) Pri kontaktných zatepľovacích systémoch dochádza ako vo väčšine systémov ktoré sa osvedčili k vývoju. Rozširovanie materiálovej základne a podstatné zlepšovanie izolačných vlastností prispieva k zdravému konkurenčnému boju na trhu. Novo vyvíjané materiály, aby mali šancu uspieť, musia byť schopné cenovo a technickými vlastnosťami konkurovať zabehnutým a overeným produktom z EPS a minerálnej vlny. Tab.3 Vlastnosti tradičných izolantov MATERIÁL VÝHODY NEVÝHODY Minerálna dobrá dostupnosť na trhu problematické presné rezanie, najmä šikmé vlna prijateľný sortiment zdraviu škodlivý materiál mechanická pevnosť materiálu chýba pružnosť - odlamuje sa požiarna odolnosť nepríjemná manipulácia - pichá nízky faktor difúzneho odporu problematické rohy - pri doprave sa trvalé deformujú EPS dobrá dostupnosť na trhu nižšia priepustnosť vodných pár relatívne jednoduchá aplikácia problematické plošné spojenie na nerovnom povrchu nízka nasiakavosť problematické spoje na hrane nízka objemová hmotnosť náročné na presné rezanie nízka požiarna odolnosť obmedzenie použitia požiarnou výškou 22,5m nízka schopnosť akumulovať teplo Drevovláknité dosky Vzhľadom k vyššej cene, ktorá je porovnateľná s cenou minerálnej vlny, je tento materiál vhodný pre enviromentálne zmýšľajúceho investora, nakoľko za zvýšenú cenu neponúka požiarnu odolnosť, ale veomie, že tento materiál je vyrobený z obnoviteľného zdroja a je plne recyklovateľný. Lepenie vlákien prebieha mokrým procesom, počas ktorého sa pôsobením vody a tepla znovu aktivujú v drevnom vlákne prírodné látky lignín a hemicelulózy a tie zabezpečujú ich pevné spájanie. Súčasťou drevovláknitých dosiek sú výlučne prírodné materiály, ktoré nespôsobujú žiadne zdravotné problémy. Rozhodujúcu časť tvorí drevné vlákno (až 98%). Na zlepšenie niektorých vlastností sa pridávajú výlučne prírodné látky ako parafín a natívny prírodný škrob. Na rozdiel od väčšiny vláknitých izolačných materiálov neobsahujú žiadny podiel formaldehydov, patriacich medzi karcinogénne látky. Pri mokrom spôsobe výroby drevovláknitých dosiek sa z dreva uvoľňujú všetky aromatické látky, ktoré sú pre hmyz alebo pre škodcov lákavé. Na druhej strane má konečný produkt obsah vlhkosti okolo cca. 7-8 %. Z biologického hľadiska je pre drevokazný hmyz ihličnaté drevo lákavé pri obsahu vlhkosti nad 15 %. Veľkou výhodou drevovláknitých dosiek je ich vysoká akumulačná schopnosť - merná tepelná kapacita c = 2100 J/kg.K, účinne chráni pred nadmerným prehrievaním vnútorných priestorov a zabezpečuje pohodu vnútorného prostredia budov v letných mesiacoch. Izolačné dosky sú difúzne otvorené (µ = 5) a dostatočne umožňujú prechod vodných pár. Zabraňuje sa tým kondenzácii vodných pár v konštrukcii a zaisťuje sa funkčnosť a životnosť týchto konštrukcií. 3

4 Ich pórovitá štruktúra x prispieva k vynikajúcej schopnosti pohlcovať široké spektrum zvukov. Sú vhodné na zaistenie zvukovej ako aj kročajovej nepriezvučnosti stavebných konštrukcií. Pórobetónové izolačné dosky Neobsahujú vlákna, sú masívne a napriek tomu tepelne izolujú. Stabilne držia formu, odpudzujú vodu a sú odolné voči tlaku. Ich veľkou výhodou je požiarna odolnosť, sú nehorľavé a spĺňajú kritériá triedy A1, podľa normy EN Toto umožňuje využitie v mnohých oblastiach, kde nie je možné použiť iné tepelné izolanty. V porovnaní s doskami z minerálnej vlny hovorí v ich prospech lepšia cena, vyššia odolnosť voči vlhkosti, lepšia manipulácia a nižšia spotreba lepiacej hmoty. Neopor Riešením ako zlepšiť tepelnoizolačné vlastnosti EPS sa ukazuje byť na nanočastice rozomletý grafit, ktorým je rovnomerne vyplnená pevná fáza EPS. Neopor je chránená značka firmy BASF, pod ktorou sa skrýva nová generácia Expandovaného polystyrénu (EPS). Na prvý pohľad sa od klasického bieleho EPS odlišuje svojou striebrosivou farbou, ktorá mu okrem exkluzívneho vzhľadu dodáva hlavne na tepelnoizolačných schopnostiach. Jednoducho povedané, rovnaká tepelnoizolačná hrúbka má v Neopor-ovom prevedení lepší tepelnoizolačný účinok. Molekulárna štruktúra mriežky EPS pozostáva z 98% zo vzduchu, ktorý je tepelný vodič. Ak sme pri klasickom EPS chceli zlepšiť tepelnoizolačnú schopnosť, museli sme pridaním styrénu znížiť objem vzduchu (tepelného vodiča) v jeho štruktúre. Klasický EPS patrí medzi špičku tepelnoizolačných hmôt, no vývoj a snaha šetriť surovinami (ropu) nás posúva k Neoporu. Použitím infračervených absorbérov resp. reflektorov v molekulárnej štruktúre Neoporu sa vo výraznej miere podarilo zablokovať prestup tepelného žiarenia. Tým sa dosiahla už aj pri veľmi nízkej objemovej hmotnosti výrazne vyššia tepelnoizolačná schopnosť. Neopor s objemovou hmotnosťou 15kg/m3 dosahuje λ = 0,032W/mK. Pri klasickom bielom EPS by sme museli použiť hmotu s objemovou hmotnosťou aspoň 32kg/m 3, aby sme dosiahli takúto hodnotu λ, teda viac ako dvojnásobok suroviny. EPS Open systémy Túto skupinu izolantov tvoria klasické fasádne EPS polystyrény, alebo EPS s prísadami, ktoré sú perforované, čím sa znižuje Faktor difúzneho odporu z μ=40 na μ=10. Je síce pravda že difúzne otvorené systémy sú z pohľadu vlhkostného režimu budovy vhodné, ale pri väčšine obnovovaných budov, s obytnými miestnosťami, sú vlhkostné a tepelnotechnické charakteristiky konštrukcií vyhovujúce aj po zateplení klasickým EPS. 5 CENOVÁ DOSTUPNOSŤ BEŽNE PREDÁVANÝCH IZOLANTOV Závislosť ceny izolačných materiálov je priamoúmerná ich hrúbke. Rozdiel cenníkových cien jednotlivých hrúbok izolácií, od tých ktoré dostaneme vyjadrením zo základnej ceny na m 3 je takmer nulový. Táto skutočnosť umožňuje použiť základnú cenu ako podklad pre výpočet optimálnej hrúbky izolantu z hľadiska ekonomickej návratnosti zatepľovacieho systému. LEGENDA: (MV) minerálna vlna (DD) drevovláknité dosky (MP) minerálna pena (EPS) expandovaný plystyrén (EPS+g) expandovaný polystyrén s grafitom (EPSp) perforovaný EPS (EPSp+g) perforovaný EPS s grafitom 4

5 Graf 1 ceny izolačných materiálov Cenníková cena pri izolačných materiáloch nie je kritérium, pomocou ktorého by sme vedeli jednoznačne určit ekonomickú efektívnosť materiálovej varianty zatepľovacieho systému. Pre porovnanie tepelnotechnických vlastností jednotlivých materiálov bola zvolená modelová situácia kedy je zatepľovaná stena z pórobetónu hrúbky 300mm (λ=0,19w/mk) tak, aby výsledný tepelný odpor konštrukcie bol 3,0m 2 K/W. Výsledná hrúbka izolantu je tu teda závislá na súčiniteli tepelnej vodivosti jedotlivých izolantov. Cenu ktorú zaplatíme za izolačný materiál pri konštrukcii s rovnakým tepelným odporom zobrazuje graf 3(Cena izolantov pri požiadavke rovnakého tepelného odporu). Pri porovnaní s cenami izolačných materiálov si môžeme všimnúť, že v niektorých prípadoch sa poradie z pohľadu ceny za efektívnu hrúbku zmenilo. 5

6 Graf 2 Hrúbky izolácií potrebné na dosiahnutie rovnakého tepelného odporu Graf. Cena izolantov pri požiadavke rovnakého tepelného odporu 6

7 Cenu zatepľovacieho systému netvorí samozrejme iba samotný izolant. Variabilnou zložkou je tiež materiál použitý na lepenie izolačných dosiek k podkladu a na vytvorenie výstuženej vrstvy, ako podkladu pre finálnu omietku. Spotrebu týchto materiálov ovplyvňuje štruktúra, pórovitosť a pevnostné vlastnosti lepeného prvku. Pri dodržaní technologického predpisu sa najvyššia spotreba lepiacich hmôt prejaví u minerálnej vlny, a tak sa cena tohto systému dostáva ešte o niečo vyššie. Tab.4 Spotreba materiálu na lepenie a armovanie SKLADBA SYSTÉMU MJ MJ/m 2 /MJ /m 2 Systém s izolantom z EPS Lepiaca hmota kg 3,50 0,357 1,250 Armovacia hmota kg 3,50 0,524 1,834 Armovacia tkanina m 2 1,10 0,952 1,047 Penetračný náter kg 0,25 3,154 0,789 Celkom za m 2 (Sk) za lepenie a armovanie 4,920 Systém s izolantom z minerálnej vlny - dosky Lepiaca hmota kg 5,00 0,357 1,785 Armovacia hmota kg 6,00 0,524 3,144 Armovacia tkanina m 2 1,10 0,952 1,047 Penetračný náter kg 0,25 3,154 0,789 Celkom za m 2 (Sk) za lepenie a armovanie 6,765 Systém s izolantom z minerálnej vlny - lamely Lepiaca hmota kg 5,50 0,357 1,964 Armovacia hmota kg 6,50 0,524 3,406 Armovacia tkanina m 2 1,10 0,952 1,047 Penetračný náter kg 0,25 3,154 0,789 Celkom za m 2 (Sk) za lepenie a armovanie 7,206 4 ZÁVER Aby sa investícia do obnovy budovy zbytočne nepredražovala, je potrebné aby investor aj projektant mali dostatočné informácie a vedomosti nielen vývoji cien a materiálov, ale tiež brali do úvahy aj ďalšie charakteristiky vplývajúce na cenu projektu, ako aj náklady spojené s užívaním hotového stavebného diela. Zjednodušene by sa dalo povedať, že z ekonomického hľadiska je návrh projektu zateplenia optimálny, ak je doba návratnosti za ušetrenú energiu minimálna. Príspevok je súčasťou riešenia projektu VEGA 1/0295/09 Modelovanie informačných väzieb inteligentných konštrukčných prvkov pre plánovanie a oceňovanie v stavebníctve 7

8 POUŽITÁ LITERATÚRA [1] Machatka M., Šála J. : Snížení spotřeby tepla na vytápění obytných budov při zateplení neprůsvitných obvodových stěn Publikace je vydana v ramci projektu Evropske Unie - OPET Czech Republic - OPET CR (Organization for the Promotion of Energy Technologies, Czech Republic) DEA Energetická agentura, spol. s r.o., Brno, Technologické centrum AV ČR, Praha ISBN [2] Sternová a kol.: Zatepľovanie obvodových plášťov budov. Bratislava:Eurostav, 2002 [3] Združenie pre zatepľovanie budov (OZ ZPZ) [4] Platné normy STN (predovšetkým STN :2002) a súvisiace predpisy [5] Katalógy a cenníky výrobcov stavebných materiálov použitých v príspevku Abstrakt Príspevok je venovaný trendom využívania inovatívnych materiálov, ako tepelných izolantov v (ETICS). V úvode a v prvej časti sú uvedené argumenty na potrebu zaoberať sa zlepšovaním tepelnotechnických vlastností budov. Ďalej sú popísané a rozdelené systémy vhodné na zlepšenie tepelnej ochrany. V časti Materiálové varianty, sú spomenuté novodobé a klasické materiály a ich špecifické vlastnosti. V kapitole Cenová dostupnosť sú prehľadne zoradené materiály podľa cenníkových cien. Grafmi je zobrazená efektívnosť jednotlivých izolačných materiálov porovnávaná pri identických okrajových podmienkach a návrhu konštrukcií s rovnakým súčiniteľom prechodu tepla. 8