Tepelná izolácia z technického konope

Záujem o zdravý životný štýl vedie stále viac k používaniu prírodných stavebných materiálov. Vzhľadom na svoje vlastnosti sa preto vo väčšej miere opäť začína používať tepelná izolácia z technického konope.

V stavebníctve sa využíva veľké množstvo stavebných materiálov s vynikajúcimi vlastnosťami. Ich výroba má však priame či nepriame vplyvy na životné prostredie, rovnako ako výrobky z týchto materiálov. Napríklad na vytvorenie vláken pre minerálnu izoláciu sú potrebné taveniny z kameňa teploty 1 600 °C; na porovnanie: konopné rohože sa tepelne stabilizujú pri teplote 150 až 160 °C. Ďalším porovnaním môže byť množstvo výrobných emisií pri spracovaní ropných produktov na výrobu syntetických materiálov oproti voňavej práci pri sušení a „lámaní“ rastlinných surovín.

Materiály rastlinného pôvodu nie sú na stavbách nijakou novinkou, skôr naopak. V minulosti sa používali oveľa častejšie, pretože boli ľahko dostupné a lacné. Niet divu, že mnohé z nich v súčasnosti prežívajú veľký návrat. Konope má v Európe už tisícročnú tradíciu. Výhodou je jeho krátke vegetačné obdobie – v niektorých oblastiach ho možno zberať až dvakrát ročne. Na technické účely sa využíva konope siate, z ktorého sa vyrába stavebná izolácia.

Na využitie materiálov v stavebníctve sú najdôležitejšie ich mechanické a stavebno-fyzikálne vlastnosti a spracovateľnosť. Pri tepelných izoláciách, pochopiteľne, aj ich tepelnotechnické vlastnosti.

Mechanické vlastnosti
Konopné izolácie sú vďaka húževnatosti konopného vlákna dostatočne pružné, po krátkodobom stlačení sa vrátia do pôvodného tvaru. Túto vlastnosť oceníme najmä pri montáži, keď sa nevyhneme stlačeniu rohoží pri vkladaní medzi konštrukčné prvky. Zároveň si dlhodobo udržiavajú svoj tvar, takže nedochádza k ich sadaniu a nevznikajú nežiaduce dutiny v miestach, kde mala byť izolácia.

Pri zaťažiteľných izoláciách je dôležitá ich pevnosť (od nej závisí miera stlačenia pri dlhodobom zaťažení) a dynamická tuhosť, od ktorej závisí akustický útlm.

Pri laboratórnych stanoveniach mechanických vlastností sa pri doskách s objemovou hmotnosťou 112 kg/m3 zistila hodnota napätia pri 10-percentnej deformácii 36,9 kPa a dynamická tuhosť 20,8 MPa/m. Tieto hodnoty dokazujú, že konopné dosky s objemovou hmotnosťou viac ako 100 kg/m3 možno veľmi dobre využiť do ľahkých aj ťažkých plávajúcich podlahových konštrukcií.

Na porovnanie: napätie izolácie z minerálnej vlny Orsil N je pri 10-percentnej deformácii 15 kPa a napätie izolácie Orsil T-P 40 kPa. (Výsledky laboratórneho výskumu na VUT Brno poskytol Ing. Jiří Zach).

Tepelná vodivosť
Najdôležitejšou vlastnosťou tepelnej izolácie je jej tepelná vodivosť, respektíve súčiniteľ tepelnej vodivosti. Tento parameter sa pri rozličných materiáloch líši. Ak ním vydelíme hrúbku izolantu, zistíme čiastkový tepelný odpor izolačnej vrstvy. Môžeme teda zvoliť rôzne materiály a výsledný tepelný odpor ovplyvňovať ich hrúbkou. Obrátenou hodnotou je dnes uvádzaný súčiniteľ prestupu tepla (U), ktorý má byť podľa súčasnej normy napríklad pri stene v ľahkej konštrukcii 0,3 W/(m2 . K). Normou odporúčaná hodnota je 0,2 W/(m2 . K). Ak napríklad bude chcieť zhotovovateľ v ČR splniť podmienky nového dotačného programu Zelená úsporám a postaviť nízkoenergetický dom, jeho hodnota by mala byť ešte nižšia, pri pasívnych domoch dokonca nižšia než 0,15 W/(m2 . K). Celkový návrh a posúdenie je však omnoho zložitejšie a záleží na mnohých ďalších aspektoch.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti (λ) sa pri izolantoch pohybuje medzi 0,02 až 0,05 W/(m . K) a viac, pričom platí pravidlo – čím je nižší, tým lepšie. Najlepšie sú na tom polyuretánové izolácie s hodnotou λ = 0,02 W/(m . K), trochu horšie extrudované a expandované (bežné) polystyrény s hodnotou λ = 0,038 až 0,043 W/(m . K). Pri kvalitnej minerálnej izolácii sa súčiniteľ tepelnej vodivosti pohybuje medzi 0,036 až 0,043 W/(m . K). Konopná izolácia disponuje súčiniteľom tepelnej vodivosti od 0,040 až 0,042 W/(m . K), čo ju zaraďuje medzi najlepšie bežné izolanty.

Tepelná akumulácia a merné teplo
Tepelná akumulácia je schopnosť materiálu prijímať, zadržiavať a postupne vydávať teplo, či naopak. Túto vlastnosť najlepšie vystihneme pomocou tepelnej kapacity, respektíve jej pomernej časti vzťahujúcej sa na jednotku objemu. Hodnota mernej tepelnej kapacity vyjadruje, koľko tepla prijme 1 kg hmoty, aby sa jeho teplota zvýšila o 1 K. Jednotkou mernej tepelnej kapacity (c) je J/(K . kg). Množstvo tepla je teda dané vzťahom

Q = c . m . ∆T

Ak majú konopné izolácie hodnotu c = 1 600 J/(K . kg), znamená to, že kilogram tejto izolácie pojme 1 600 J pri rozdiele teplôt o 1 K.

V praxi to znamená, že ak dôjde k zvýšeniu teploty vnútri domu, materiály tu prijímajú teplo. To platí aj naopak – pri poklese teploty teplo vydávajú. Tým spôsobujú určitú zotrvačnosť alebo oneskorenie nárastu či poklesu teplôt pri zmenách vyvolaných zvonka, čo je vlastnosť veľmi pozitívna. Pri mernej hmotnosti m = 35 kg/m3 prijme 1 m3 izolačného materiá­lu z konope teplo Q = 56 kJ. Minerálne izolácie, ktoré majú hodnotu c = 840 J/(K . kg), prijmú pri mernej hmotnosti m = 40 kg/m3 teplo Q = 33,6 kJ.

Pri porovnaní týchto materiálov zistíme, že konopné izolácie prijmú takmer dvojnásobné množstvo tepla, čím dvakrát efektívnejšie ovplyvňujú tepelnú pohodu v interiéri. Toto hrá významnú úlohu najmä pri ľahkých drevostavbách.

Difúzia vzdušnej vlhkosti
Jedným z najväčších nepriateľov ľahkých konštrukcií a tepelných izolácií všeobecne je vlhkosť. Obvodová konštrukcia čelí vyrovnávaniu vnútornej stabilnej teploty a relatívnej vlhkosti so značne rozdielnymi hodnotami v exteriéri v priebehu roka. Vlhkosť vniká do konštrukcie najmä vďaka difúzii vodných pár a vlhkostnému toku netesnosti vzduchotesnej vrstvy.

Princípom správneho návrhu skladby obvodovej konštrukcie je obmedzenie difúzneho toku konštrukcií do takej miery, aby sa zabránilo zvýšenej koncentrácii vzdušnej vlhkosti a vzniku kondenzácie vnútri konštrukcie. Znamená to, že zo strany interiéru sa musí vytvoriť nepriepustná vrstva, ktorá obmedzí difúziu na minimálne prijateľnú medzu. Tou je buď parobrzda, alebo parozábrana. Smerom k exteriéru sa musia vrstvy ďalej skladať od najmenej k najviac difúzne otvoreným.

Vysoká difúzna priepustnosť pre izoláciu znamená, že je prievzdušná a ľahko odvádza a odvetráva vlhkosť. Faktor difúzneho odporu konopnej izolácie je µ = 1,9, čo je parameter veľmi priepustného materiálu.

Na porovnanie: minerálna izolácia má hodnoty podobné, avšak polystyrén má µ = 20 až 30.

Redistribúcia vlhkosti
Okrem vysokej difúznej priepustnosti je konopná izolácia schopná aj redistribuovať vlhkosť. Všeobecne je to schopnosť materiálu vyrovnávať sa a odovzdávať vlhkosť celým svojím objemom, teda akási vlhkostná vodivosť. Vďaka nej nevzniká lokálna koncentrácia vlhkosti. Materiál odovzdáva (distribuuje) vlhkosť do celého objemu, čím sa vytvorí násobne väčšia plocha povrchu na jednoduché odvetranie. Konopná izolácia je schopná prijať a vyrovnať sa s veľkým množstvom vlhkosti. Objemová vlhkosť môže narásť až na 20 %, pričom účinnosť izolačných schopností sa nezníži.

Správna funkcia skladby teda nie je závislá len od difúzie vzdušnej vlhkosti, ale výrazne k nej prispieva práve schopnosť prenosu vlhkosti organickými vláknami. Účinne tak bráni lokálnemu zavodneniu a najmä drevené konštrukčné prvky chráni pre zvýšenou lokálnou vlhkosťou a následnou degradáciou.

Na porovnanie: pri minerálnej izolácii dochádza k strate tepelnoizolačných schopností už pri 2 % objemovej hmotnosti.

Pri súčasnej minimálnej schopnosti redistribúcie sa tento materiál stáva veľmi rizikovým pri vnikaní už veľmi malého množstva vlhkosti, najmä pri lokálnych netesnostiach a poruchách parotesnej bariéry, kde sa vlhkostný tok sústreďuje do veľmi malej plochy. Hrozí, že minerálna izolácia začne lokálne vlhnúť až do takej miery, keď koncentrovanú vlhkosť nie je schopná obmedzeným povrchom odvetrať a vlastnou váhou sa začne posúvať k spodným častiam. Tam môže dôjsť k navĺhaniu priľahlých konštrukcií, sprevádzanému vznikom plesní, a v prípade drevenej konštrukcie k zásadnému poškodeniu drevených prvkov vplyvom zvýšenej vlhkosti, zahnívaniu dolných koncov stĺpikov alebo krokví, zakladajúcich prahov a väzníc.

Difúzne otvorená skladba
Vďaka vysokej tepelnej a vlhkostnej akumulácii pôsobí konopná izolácia priaznivo na vnútornú klímu, najmä keď sa použije do difúzne otvorenej skladby obvodovej konštrukcie. Difúzne otvorená skladba má rádovo vyššiu priepustnosť než skladba s parozábranou, čím umožňuje vyšší účinok odovzdávania naakumulovanej vlhkosti späť do interiéru. K tomu dôjde v opačnom prípade, keď je relatívna vlhkosť vnútri veľmi nízka.

V každom prípade, teda aj pri difúzne otvorenej skladbe, platí zásada vzduchotesnosti a správneho poradia jednotlivých vrstiev skladby. Skladba sa pri návrhu posudzuje výpočtom, v ktorom celoročná bilancia kondenzácie vlhkosti vnútri konštrukcie nesmie vyjsť kladne, teda množstvo vlhkosti vstupujúcej do konštrukcie nesmie byť väčšie než množstvo odvetranej vlhkosti. Správnosť skladby ovplyvňuje rad ďalších faktorov, ako sú vlastnosti použitých materiálov jednotlivých vrstiev, ich poradie, vzduchotesné uzavretie vnútorného povrchu a, naopak, priepustnosť vonkajšieho povrchu, účinnosť odvetrania ventilačných dutín a podobne, a to nielen pri návrhu, ale predovšetkým pri realizácii stavby. Konopná izolácia je vďaka svojim vlastnostiam vhodná na použitie do difúzne otvorených skladieb.

Akustické vlastnosti
Prírodné vlákna sú ohybné a húževnaté. Sú schopné vibrovať na rovnakej frekvencii so zvukovými vlnami. Vlákna nie sú vzájomne spojené, v izolačných rohožiach vytvárajú voľnú štruktúru a vplyvom vibrácií navyše dochádza k treniu medzi vláknami. Dlhé, pružné, húževnaté vlákna svojím správaním v štruktúre výrazne oslabujú intenzitu zvukových vĺn. Tieto fakty sú predpokladom na použitie konopných izolácií ako kvalitných akustických izolácií sendvičových skladieb na útlm vzduchovej priezvučnosti. Oficiálne laboratórne merania však doposiaľ nie sú k dispozícii.

Na rozdiel od toho je použitie konopných dosiek ako kročajovej izolácie podporené skúmaním ich mechanických vlastností (pozri odstavec mechanické vlastnosti). Na záver možno konštatovať, že použitie technického konope ako akustickej izolácie je prinajmenšom porovnateľné s jeho hlavným konkurentom – minerálnou izoláciou.

Horľavosť
Podľa STN EN 13501-1: 2007 je konopná izolácia podľa reakcie na oheň zaradená do triedy E, čo znamená horľavý materiál v kontakte s plameňom. S týmto problémom sa dá celkom jednoducho vyrovnať uzavretím požiarne odolným obkladom s príslušnou atestáciou, pri nosných prvkoch drevostavieb je nevyhnutné použiť certifikovanú skladbu so zodpovedajúcou požiarnou odolnosťou. Tieto certifikované skladby a systémy ponúkajú výrobcovia rôznych stavebných materiálov a určiť tú najvýhodnejšiu je vecou správneho návrhu. Isté obmedzenia na použitie konopnej izolácie plynú na základe požiarnej normy pre významnejšie stavby, napríklad nemocnice, školy a podobne, kde je na požiarne odolné konštrukcie predpísané použitie nehorľavých materiálov. Konopné izolácie možno bez ťažkostí použiť pri väčšine bežných stavieb.

Hodnotenie
Ak budeme hodnotiť aj ďalšie vlastnosti konopnej izolácie, prídeme k záveru, že výhody použitia konopnej izolácie prevládajú nad jej nevýhodami. Jej klady, t. j. pružnosť a nezosadavosť, výborné tepelnoizolačné vlastnosti, vysoké akumulačné schopnosti, vysoká difúzna priepustnosť, schopnosť redistribúcie vlhkosti, výborné akustické vlastnosti, prirodzená a zdravá vnútorná klíma, ľahké a zdraviu neškodné spracovanie a manipulácia, odolnosť proti plesniam a škodcom, stavajú konopnú izoláciu do pozície významného, ekologicky prospešného a tradičného materiálu. Jeho nevýhodou je už spomínaná horľavosť, ktorá sa dá vyriešiť vhodnou úpravou konštrukcie.

Použitie
Konopné tepelné izolácie možno použiť vo všetkých stavbách všeobecne ako ekvivalent minerálnej tepelnej izolácie. Ideálne použitie tejto izolácie je v drevostavbách a krovoch bežných stavieb, kde sa dá výhodne využiť difúzne otvorená skladba. Skladba s konopnou izoláciou je podstatne bezpečnejšia vzhľadom na redistribúciu vlhkosti. Násobne viac vlhkosti je schopná z konštrukcie odviesť a odvetrať. Pochopiteľnou podmienkou však zostáva sledovanie výskytu nadmernej vlhkosti v konštrukcii, použitie parobrzdy a funkčného vonkajšieho odvetrania.