Výpočet tloušťky izolace pro střešní krytinu: metodika, výpočetní vzorec, příklady

Střecha je nejzávažnějším zdrojem tepelných ztrát v domě. Právě přes něj se může odpařit až 20 % vzácného tepla. V tomto článku vám řekneme, jak vybrat optimální tloušťku materiálu pro jeho izolaci – abyste neplakali nad účty za topení nebo odhadem na stavbu střechy.

Co určuje tloušťku izolace?

• Čím přísnější jsou klimatické podmínky v oblasti výstavby, tím silnější by měla být izolační vrstva;
• Čím lepší tepelněizolační vlastnosti má samotná izolace, tím tenčí může být její vrstva.

Tyto dva závěry, založené na běžném zdravém rozumu, jsou vyjádřeny ve formě matematického vzorce:

kde:
α_ut – tloušťka tepelně izolační vrstvy, m;
R 0 _priv – snížený tepelný odpor povlaku, m 2 °C/W, tj. schopnost obvodové konstrukce odolávat proudění tepla a nepropouštět jej;
λ_ut – součinitel tepelné vodivosti izolace, W/(m °C).

V tomto vzorci je kvalita samotného materiálu určena parametrem λ_ut, a vliv klimatických podmínek je zohledněn pomocí hodnoty R 0 _priv.

Hodnota sníženého odporu prostupu tepla bude záviset na délce topné sezóny a rozdílu teplot venku a uvnitř domu. Tyto informace lze nalézt v regulačních dokumentech:

• SP 50.13330.2012 „Tepelná ochrana budov“;
• SP 131.13330.2018 „Stavební klimatologie“;
• SP 23-101-2004 „Projektování tepelné ochrany budov“.

Výpočty tepla se provádějí na základě nejchladnějšího pětidenního období v roce, tedy „s rezervou“.

Tabulka 1. Hodnoty sníženého odporu proti přenosu tepla střechy v některých městech Ruska

Příklad výpočtu tloušťky izolace

Pojďme analyzovat zateplení střech ve městech s nejvyššími a nejnižšími požadavky na tepelný odpor nátěru. V naší tabulce jsou to Novosibirsk (5,59) a Groznyj (3,73).

Vezměme si například minerální vlnu s průměrným součinitelem tepelné vodivosti 0,035 W/(m °C). Dosazením této hodnoty do vzorce získáme tloušťku izolace 0,190 m pro Novosibirsk a 0,125 m pro Groznyj. Pokud pro srovnání spočítáme požadovanou tloušťku nejúčinnější izolace na stavebním trhu – polyisokyanurátu (PIR), jehož součinitel tepelné vodivosti je pouze 0,022 W/(m °C), pak pro Novosibirsk dostaneme hodnotu 0,119 m. a pro Groznyj – pouze 0,079 m.

Jemnější výpočet

Referenční hodnota odporu prostupu tepla v užším slova smyslu se nevztahuje na izolační vrstvu, ale na celou konstrukci. Všechny vrstvy střešního „koláče“ přispívají k odolnosti proti tepelným ztrátám. Některé z nich lze zanedbat a některé by neměly.

Konečný nátěr střechy tak může být ignorován, protože je oddělen od zbytku konstrukce ventilační mezerou. Ale musíte se blíže podívat na dokončovací materiál stropu. Strop je často pokryt dřevem nebo hoblinami, které mají dobré tepelně izolační vlastnosti. Mohou být také zahrnuty do výpočtů.

Uvažujme případ, kdy je strop podkroví obložen dřevotřískovou deskou o tloušťce 15 mm. Součinitel tepelné vodivosti tohoto materiálu je podle referenčních údajů 0,15 W/(m °C).

Dosadíme tento údaj do vzorce a zjistíme hodnotu R. Takto zjistíme podíl této vrstvy na celkové odolnosti proti tepelným ztrátám.

0,015 = (R – 0,16) 0,15
R = 0,26 m2 °C/W

Nyní zopakujme naše výpočty pro Novosibirsk a Groznyj, ale s ohledem na tepelně-izolační vlastnosti pokožky.

α_ut = (5,59 – 0,26 – 0,16) · 0,035 = 0,181 m (Novosibirsk)
α_ut = (3,73 – 0,26 – 0,16) · 0,035 = 0,116 m (Groznyj).

Výsledky ukazují, že obložení stropu podkroví dřevotřískovými deskami snížilo vypočtenou tloušťku izolace o méně než 1 centimetr. Ve většině případů lze tuto hodnotu zanedbat.

Jedna vrstva nebo několik?

Řekněme, že požadovaná tloušťka vrstvy minerální vlny je podle výpočtů 20 cm.V prodeji jsou desky o tloušťce 20 cm a tloušťce 10 cm.Co je nejlepší udělat? Mám střechu izolovat v jedné vrstvě, nebo ve dvou – tenčím materiálem?

Vícevrstvá izolace by měla být účinnější díky tomu, že nadložní desky překrývají spoje podkladových a zabraňují vzniku „studených mostů“. Střešní konstrukce musí mít minimálně dvě vrstvy tepelné izolace pro překrytí příčného spoje desek.

Odborníci NIIMosstroy však tvrdí, že snížení počtu izolačních vrstev neovlivňuje tepelně izolační výkon budov tak, jak by se mohlo zdát.

Mnohem silnější vliv na kvalitu tepelné izolace má přesnost montáže. V experimentech prováděných specialisty NIIMosstroy přítomnost mezer o tloušťce 2 až 5 mm mezi izolačními deskami výrazně zhoršuje tepelně izolační vlastnosti materiálu – jak v jednovrstvých, tak i vícevrstvých instalacích.

Aby nedošlo k záměně v koeficientech, normách, klimatických pásmech a dalších složitostech, je lepší svěřit výpočty odborníkům. Stejně tak instalace. Střechy neodpouštějí chyby a nutí vás platit za lehkomyslnost nervy, penězi a dobrou náladou.

Pro přesné stanovení požadované tloušťky izolace pro střechu je nutné provést tepelně technický výpočet. Jeho podstatou je stanovit s přihlédnutím k regionu požadovaný odpor prostupu tepla Rtr a na základě jeho hodnoty vypočítat minimální tloušťku tepelné izolace. Pomocí výpočtu budete schopni získat nejpřesnější hodnotu, čímž poskytnete svému domu potřebnou ochranu před tepelnými ztrátami a nebudete přeplácet nadměrnou tloušťku materiálu.

Co je odpor přenosu tepla

Tepelný odpor R je míra, která odráží, jak dobře konstrukce odolává prostupu tepla. Čím vyšší R, tím lépe chrání interiér domu před tepelnými ztrátami. Parametr se vypočítá podle vzorce: R = β/λ, kde β je tloušťka materiálu (m), λ je součinitel tepelné vodivosti (W/m 2 ⸱°C). Hodnota R závisí na nich a lze je vypočítat pomocí vzorce. Jako izolaci si vezměme například kamennou vlnu. Jeho λ lze snadno zjistit na internetu nebo ve specifikacích výrobce, průměrná hodnota je 0,038 W/m 2 ⸱°C. Tloušťka β kamenné vlny zůstává neznámá, stejně jako hodnota R, kterou vypočítáme později.

Vypočteme požadovaný odpor prostupu tepla Rtr

1. Určete GSOP – denostupně topného období (°C⸱den/rok). Vzorec pro výpočty je následující: GSOP = (tv – tav) ⸱ z, kde tv je standardní teplota v místnosti (pro obytné prostory je 18 °C), tav je průměrná teplota za topnou sezónu, z je doba trvání otopné sezóny ve dnech (odpovídá počtu dnů, kdy je teplota nižší než +8 °C). Poslední 2 hodnoty jsou uvedeny v tabulce a na mapě.

1. Na základě hodnoty GSOP nastavte Rtr podle tabulky 3 SP 50.13330.2012 „Tepelná ochrana budov“.

Pokud se v Moskvě staví dům, pak v souladu s tabulkou GSOP bude (18 – (–3,1) ⸱ 214 = 4500 °C⸱den/rok. V tabulce 3 SP 50.13330.2012 je tato hodnota bližší na 4000, takže Rtr se rovná 4,2 (ze sloupce „Nátěry a podlahy nad příjezdovými cestami“).

Je dobré vědět! Hodnotu Rtr můžete objasnit interpolací. Jednoduše vytvoříme poměr: v našem příkladu to bude 4000/4500 = 4,2/X, odkud X = 4,2 ⸱ 4500/4000 = 4,73 °C⸱den/rok.

Stanovení minimální tloušťky izolace

V uvažovaném příkladu jsme dostali:

• Rtr pro Moskvu se rovná 4,73 °C⸱den/rok;
• Součinitel tepelné vodivosti λ pro kamennou vlnu je 0,038 W/m 2 ⸱°C.

Při výpočtech je však důležité vzít v úvahu, že celková hodnota R pro střechu je součtem odporu přenosu tepla všech vrstev: parozábrana, izolace, hydroizolace, dokončovací nátěr. Pokud si představíte vzorec pro strukturu složenou z několika vrstev, bude to vypadat takto:

kde R0, R1, R2, Rn je odpor prostupu tepla jednotlivých vrstev, n je celkový počet vrstev v konstrukci (v případě střechy se jedná o parozábranu, izolaci, hydroizolaci, povrchovou úpravu), Rв a Rсн jsou odpor prostupu tepla vzduchové vrstvy stěny uvnitř a vně, který se pro zjednodušení výpočtů obvykle bere jako celkem 0,16 m 2 ⸱°C/W.

Pro výpočty budete také potřebovat hodnoty tloušťky a koeficient tepelné vodivosti zbývajících vrstev: parotěsná zábrana, hydroizolace, povrchová úprava. V každém případě budou individuální. Vezměte si například následující střešní koláč:

• obložení desky – 25 mm a 0,017 W/m 2 ⸱°C
• parozábrana – 0,18 mm a 0,038 W/m2 ⸱°C;
• hydroizolace – 2,1 mm a 0,032 W/m 2 ⸱°C;
• kovové dlaždice – 0,45 mm a 52 W/m 2 ⸱°C.

Příklad skladby střešní krytiny pro příklad výpočtu tloušťky izolace

Na základě toho vzorec Rtr = β/ λ + β₁/ λ₁ + β₂/ λ₂ + … + β_n/ λ_n + Rn + Rв + Rсн to nakonec bude vypadat takto:

4,73 = 25/0,017 + 0,18/0,038 + X/0,038 + 2,1/0,032 + 0,45/52 + 0,16.

Požadovaná tloušťka izolace X bude tedy rovna:

X = (4,73 – 0,025/0,017 – 0,00018/0,038 – 0,0021/0,032 – 0,00045/52) ⸱ 0,038 = (4,73 – 1,47 – 0,0047 – 0,066 0,000009 0,16 = 0,038 m nebo 0,115 cm.

Ukazuje se, že minimální tloušťka kamenné vlny pro izolaci střechy v uvažovaném příkladu by měla být alespoň 11,5 cm, místo hodnoty λ = 0,038 můžete nahradit součinitel tepelné vodivosti jinou izolací, například stříkanou polyuretanovou pěnou -A = 0,028. V tomto případě bude tloušťka X = (4,2 – 1,47 –0,0047 – 0,066 – 0,000009 – 0,16) ⸱ 0,028 = 0,0848 m nebo 8,5 cm.

Dobré vědět! Z výpočtů můžeme usoudit, že čím nižší je součinitel tepelné vodivosti λ, tím menší bude minimální tloušťka izolace, to znamená, že čím méně tepla propustí, tím tenčí vrstva může být. To je třeba vzít v úvahu při výběru tepelné izolace pro střechu.

Konečně,

Aby bylo možné přesně vypočítat požadovanou tloušťku izolace, je nutné provést výpočet, který zohledňuje klimatické vlastnosti stavební oblasti. Tímto způsobem můžete určit optimální hodnotu – ne přehnanou a ne příliš nízkou. Díky tomu bude izolace plnit svou funkci na 100% a vyhnete se přeplatkům z důvodu nákupu silné tepelné izolace, která není nutná.

Pokud není možné provést výpočty, můžete použít průměrné hodnoty. V mírném klimatu je tloušťka izolace z minerální vlny pro střechu nejméně 100 mm, v severních oblastech – od 150 do 200 mm. Pokud se použije pěnový polystyren, hodnoty budou 60 a 80-100 mm. Hlavní věcí není dělat tepelnou izolaci tenčí, aby se ušetřily peníze, protože to v budoucnu povede ke zvýšení nákladů na vytápění.