Tepelná izolace z technického konopí – pohled z hlediska stavební fyziky

Zájem o zdravý životní styl vede stále více k používání přírodních stavebních materiálů. Vzhledem ke svým vlastnostem se proto ve větší míře opět začíná používat tepelná izolace z technického konopí.

Ve stavebnictví se využívá velké množství stavebních materiálů s vynikajícími vlastnostmi. Jejich výroba však má přímé či nepřímé dopady na životní prostředí, stejně jako výrobky z nich samy o sobě. Například k vytvoření vláken pro minerální izolace je zapotřebí taveniny z kamene o teplotě 1 600 °C; pro porovnání: konopné rohože se tepelně stabilizují při teplotě 150 až 160 °C. Dalším porovnáním může být množství výrobních emisí při zpracování ropných produktů pro výrobu syntetických materiálů oproti voňavé práci při sušení a „lámání“ rostlinných surovin.

Materiály rostlinného původu nejsou na stavbách žádnou novinkou, spíše na­opak. V minulosti se používaly mnohem častěji, protože byly snadno dostupné a levné. Není divu, že mnohé z nich prožívají v současnosti velký návrat. Konopí má v Evropě již tisíciletou tradici. Výhodou konopí je jeho krátké vegetační období – v některých oblastech lze konopí sklízet až dvakrát do roka. Pro technické účely se využívá konopí seté, z kterého se vyrábí stavební izolace.

Pro využití materiálů ve stavebnictví jsou nejdůležitější jejich mechanické a stavebně-fyzikální vlastnosti a zpracovatelnost. U tepelných izolací pochopitelně také jejich tepelnětechnické vlastnosti.

Mechanické vlastnosti
Konopné izolace jsou díky houževnatosti konopného vlákna dostatečně pružné, po krátkodobém stlačení se navrátí do svého původního tvaru. Tuto vlastnost oceníme zejména při montáži, kdy se nelze vyvarovat zmáčknutí rohoží při vkládání mezi konstrukční prvky. Zároveň si dlouhodobě udržují svůj tvar, takže nedochází k jejich sesedání a nevznikají nežádoucí dutiny v místech, kde měla být izolace.
U zatížitelných izolací je důležitá jejich pevnost (na té závisí míra stlačení při dlouhodobém zatížení) a dynamická tuhost, na které závisí akustický útlum.

Při laboratorním stanovení mechanických vlastností byla u desek o objemové hmotnosti 112 kg/m³ zjištěna hodnota napětí při 10% deformaci 36,9 kPa a dynamická tuhost 20,8 MPa/m. Tyto hodnoty deklarují, že konopné desky o objemové hmotnosti přes 100 kg/m³ jsou velmi dobře využitelné do lehkých i těžkých plovoucích podlahových konstrukcí.

Pro srovnání: izolace z minerální vlny
Orsil N má napětí při 10% deformaci 15 kPa a Orsil T-P 40 kPa. (Výsledky laboratorního zkoumání na VUT Brno poskytl Ing. Jiří Zach).

Tepelná vodivost
Nejdůležitější vlastností tepelné izolace je její tepelná vodivost, respektive součinitel tepelné vodivosti. Tento parametr se u různých materiálů liší. Když jím podělíme tloušťku izolantu, zjistíme dílčí tepelný odpor izolační vrstvy. Můžeme tedy volit různé materiály a výsledný tepelný odpor ovlivňovat jejich tloušťkou. Převrácená hodnota je dnes uváděný součinitel prostupu tepla (U), který má být podle současné normy například u stěny v lehké konstrukci 0,3 W/(m² . K). Normou doporučená hodnota je 0,2 W/(m² . K). Pokud například budeme chtít splnit podmínky nového dotačního programu Zelená úsporám a postavit si nízkoenergetický dům, pak by to měla být hodnota ještě nižší, pro pasivní domy dokonce nižší než 0,15 W/(m2 . K). Celkový návrh a posouzení je ovšem mnohem složitější a záleží na mnoha dalších aspektech.

Součinitel tepelné vodivosti (λ) se u izolantů pohybuje mezi 0,02 až 0,05 W/(m . K) a výše, přičemž platí pravidlo – čím nižší je, tím lépe. Nejlépe jsou na tom polyuretanové izolace  s hodnotou λ = 0,02 W/(m . K), trochu hůře extrudované a expandované (běžné) polystyreny s hodnotou λ = 0,038 až 0,043 W/(m . K). U kvalitní minerální izolace se součinitel tepelné vodivosti pohybuje mezi 0,036 až 0,043 W/(m . K). Konopná izolace disponuje součinitelem tepelné vodivosti od 0,040 až 0,042 W/(m . K), což ji řadí mezi nejlepší běžné izolanty.

Tepelná akumulace a měrné teplo
Tepelná akumulace je schopnost materiálu přijímat, zadržovat a postupně vydávat teplo či naopak. Nejlépe tuto vlastnost vystihneme pomocí tepelné kapacity, respektive její poměrné části vztažené na jednotku objemu. Hodnota měrné tepelné kapacity vyjadřuje, kolik tepla přijme 1 kg hmoty, aby se jeho teplota zvýšila o 1 K. Jednotkou měrné tepelné kapacity (c) je J/(K . kg). Množství tepla je tady dáno vztahem

Q = c . m . ∆T

Jestliže konopné izolace mají hodnotu c = 1 600 J/(K . kg), znamená to, že kilogram této izolace pojme 1 600 J při rozdílu teplot o 1 K.

V praxi to znamená, že pokud dojde ke zvýšení teploty uvnitř domu, materiály zde přijímají teplo. To platí i naopak – při poklesu teploty teplo vydávají. Tím způsobují určitou setrvačnost neboli zpoždění nárůstu či poklesu teplot při změnách vyvolaných zvenčí, což je vlastnost velmi příznivá. Při měrné hmotnosti m = 35 kg/m³ přijme 1 m³ izolačního materiálu z konopí teplo Q = 56 kJ. Minerální izolace, které mají hodnotu c = 840 J/(K . kg), přijmou při měrné hmotnosti m = 40 kg/m3 teplo Q = 33,6 kJ.

Při porovnání těchto materiálů zjistíme, že konopné izolace přijmou téměř dvojnásobné množství tepla, čímž dvakrát tak efektivněji ovlivňují tepelnou pohodu v interiéru, což hraje významnou roli zejména u lehkých dřevostaveb.

Difuze vzdušné vlhkosti
Jedním z největších nepřátel lehkých konstrukcí a tepelných izolací obecně je vlhkost. Obvodová konstrukce čelí vyrovnávání vnitřní stabilní teploty a relativní vlhkosti se značně rozdílnými hodnotami v exteriéru v průběhu roku. Vlhkost vniká do konstrukce zejména díky difuzi vodních par a vlhkostnímu toku netěsnostmi vzduchotěsné vrstvy.

Principem správného návrhu skladby obvodové konstrukce je omezení difuzního toku konstrukcí do takové míry, aby bylo zabráněno zvýšené koncentraci vzdušné vlhkosti a vzniku kondenzace uvnitř konstrukce. Znamená to, že ze strany interiéru musí být vytvořena nepropustná vrstva, která omezí difuzi na minimální přijatelnou mez. Tou je buď parobrzda, nebo parozábrana. Směrem k exteriéru musejí být dále vrstvy skládány od nejméně k nejvíce difuzně otevřeným.

Vysoká difuzní propustnost pro izolaci znamená, že je prodyšná a snadno odvádí a odvětrává vlhkost. Faktor difuzního odporu konopné izolace je µ = 1,9, což je parametr velmi propustného materiálu.
Pro srovnání: minerální izolace má hodnoty obdobné, avšak polystyren má µ = 20 až 30.

Redistribuce vlhkosti
Kromě vysoké difuzní propustnosti je konopná izolace také schopná redistribuovat vlhkost. Obecně je to schopnost materiálu vyrovnávat se a předávat vlhkost celým svým objemem, tedy jakási vlhkostní vodivost. Díky ní nevzniká lokální koncentrace vlhkosti. Vlhkost je materiálem předávána (distribuována) do celého objemu, čímž je vytvořena násobně větší plocha povrchu pro snadné odvětrání. Konopná izolace je schopná pojmout a vyrovnat se s velkým množstvím vlhkosti. Objemová vlhkost může narůst až na 20 %, aniž by byla snížena účinnost izolačních schopností.

Správná funkce skladby není tedy závislá pouze na difuzi vzdušné vlhkosti, ale výrazně k ní přispívá právě schopnost přenosu vlhkosti organickými vlákny. Účinně tak brání lokálnímu zavodnění a chrání zejména dřevěné konstrukční prvky před zvýšenou lokální vlhkostí a následnou degradací.

Pro srovnání: u minerální izolace dochází ke ztrátě tepelněizolačních schopností již při 2 % objemové vlhkosti. Při současné minimální schopnosti redistribuce se tento materiál stává velice rizikovým při vnikání již velmi malého množství vlhkosti, zejména při lokálních netěsnostech a poruchách parotěsné bariéry, kde je vlhkostní tok soustředěn do velmi malé plochy. Hrozí, že minerální izolace začne lokálně navlhat až do té míry, kdy koncentrovanou vlhkost není schopna omezeným povrchem odvětrat a začne se vlastní vahou posouvat ke spodním partiím. Tam může dojít k navlhání přilehlých konstrukcí, doprovázeném vznikem plísní, a v případě dřevěné konstrukce k zásadnímu poškození dřevěných prvků vlivem zvýšené vlhkosti, zahnívání dolních konců sloupků nebo krokví, zakládacích prahů a vaznic.

Difuzně otevřená skladba
Díky vysoké tepelné a vlhkostní akumulaci působí konopná izolace příznivě na vnitřní klima, zejména pokud se použije do difuzně otevřené skladby obvodové konstrukce. Difuzně otevřená skladba má řádově vyšší propustnost než skladba s parozábranou, čímž umožňuje vyšší účinek předávání naakumulované vlhkosti zpět do interiéru. K tomu dojde v opačném případě, kdy je relativní vlhkost uvnitř velmi nízká.

V každém případě, tedy i u difuzně otevřené skladby, platí zásada vzduchotěsnosti a správného pořadí jednotlivých vrstev skladby. Skladba je při návrhu posouzena výpočtem, kdy celoroční bilance kondenzace vlhkosti uvnitř konstrukce nesmí vyjít kladná, tedy množství vlhkosti do konstrukce vstupující nesmí být větší než množství odvětrané vlhkosti. Správnost skladby ovlivňuje řada dalších faktorů, jako jsou vlastnosti použitých materiálů jednotlivých vrstev, jejich pořadí, vzduchotěsné uzavření vnitřního povrchu a naopak propustnost vnějšího povrchu, účinnost odvětrání ventilačních dutin a podobně, a to jak při návrhu, tak i především při realizaci stavby. Konopná izolace je díky svým vlastnostem vhodná k použití do difuzně otevřených skladeb.

Akustické vlastnosti
Přírodní vlákna jsou ohebná a houževnatá. Jsou schopna vibrovat na stejné frekvenci se zvukovými vlnami. Vlákna nejsou vzájemně spojena, v izolačních rohožích vytvářejí volnou strukturu a vlivem vibrací dochází navíc ke tření mezi vlákny. Dlouhá, pružná a houževnatá vlákna svým chováním ve struktuře výrazně oslabují intenzitu zvukových vln. Tato fakta určují předpoklad, že konopné izolace jsou použitelné jako kvalitní akustické izolace sendvičových skladeb pro útlum vzduchové průzvučnosti. Oficiální laboratorní měření však dosud není k dispozici.

Naproti tomu použití konopných desek jako kročejové izolace je podpořeno zkoumáním jejich mechanických vlastností (viz odstavec Mechanické vlastnosti). Závěrem lze konstatovat, že použití technického konopí jako akustické izolace je přinejmenším srovnatelné s jeho hlavním konkurentem – minerální izolací.

Hořlavost
Podle ČSN EN 13501-1: 2007 je konopná izolace podle reakce na oheň klasifikována do třídy E, což znamená hořlavou hmotu v kontaktu s plamenem.

S tímto problémem se lze celkem snadno vyrovnat uzavřením požárně odolným obkladem s příslušným atestem, u nosných prvků dřevostaveb je nutno použít certifikovanou skladbu s odpovídající požární odolností. Tyto certifikované skladby a systémy nabízejí výrobci různých stavebních materiálů a je věcí správného návrhu určit tu nejvýhodnější. Jistá omezení pro použití konopné izolace plynou na základě požární normy pro významnější stavby, jako například nemocnice, školy a podobně, kdy je předepsáno použití nehořlavých materiálů pro požárně odolné konstrukce. Konopné izolace lze bez obtíží použít u naprosté většiny běžných staveb.

Hodnocení
Pokud budeme hodnotit i další vlastnosti konopné izolace, dojdeme k závěru, že výhody pro použití konopné izolace převažují nad jejími nevýhodami. Její klady, tj. pružnost a nesesedavost, výborné tepelněizolační vlastnosti, vysoké akumulační schopnosti, vysoká difuzní propustnost, schopnost redistribuce vlhkosti, výborné akustické vlastnosti, přirozené a zdravé vnitřní klima, snadné a zdraví neškodné zpracování a manipulace, odolnost proti plísním a škůdcům, staví konopnou izolaci do pozice významného, ekologicky prospěšného a tradičního materiálu. Nevýhodou tohoto materiálu je jeho již zmíněná hořlavost, která se dá vyřešit vhodnou úpravou konstrukce.

Použití
Konopné tepelné izolace lze použít ve všech stavbách obecně jako ekvivalent minerální tepelné izolace. Ideální požití této izolace je ve dřevostavbách a krovech běžných staveb, kde lze s výhodou využít difuzně otevřené skladby. Skladba s konop­nou izolací je podstatně bezpečnější s ohledem na redistribuci vlhkosti. Násobně více vlhkosti je schopna z konstrukce odvést a odvětrat. Pochopitelnou podmínkou ale zůstává sledování výskytu nadměrné vlhkosti v konstrukci, použití parobrzdy a funkčního vnějšího odvětrání.

Ing. Jan Škopek
Foto: archiv firmy Canabest a OMEGA project

Autor je projektantem ve firmě OMEGA project, s. r. o.

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.