Z množstva meraní vyplýva, že súčiniteľ tepelnej vodivosti bieleho penového polystyrénu (EPS) klesá s rastúcou hustotou. Napríklad EPS v hustote 15 kg/m³ dosahuje hodnoty λ = 0,037 W/(mK), pri hustote 35 kg/m³ ale už len λ = 0,032 W/(mK). Túto skutočnosť nie je možné vysvetliť inak, než že vo vnútri materiálu sa teplo šíri sálaním.
Tepelná vodivosť izolačných materiálov je výrazne ovplyvnená plynom, ktorá sa nachádza v ich materiálovej štruktúre. V prípade EPS je celkový prechod tepla daný jednak vodivosťou pevnej zložky peny, vodivosťou vzduchu, ale tiež priepustnosťou (permeabilitou) peny pre tepelné žiarenie. Tepelným žiarením tu máme na mysli neviditeľné elektromagnetické žiarenie, ktoré vyžarujú (sálajú) telesá ohriate na bežné teploty. Napr. pri teplote 21 °C prevažuje zložka s dĺžkou vlny 9,85 µm, pri teplote -15 °C potom vlna v dĺžke 11,5 µm. Tepelné žiarenie jednoducho prechádza skrz EPS a tým prenáša, popri šírení tepla vedením, významnú časť energie.
Sálavý transport energie je možné podstatne znížiť zvýšením hustoty EPS, súbežné zvýšenie (neradiačné) tepelnej vodivosti v pevnej fázy peny pri obvyklých hustotách EPS nehrá väčšiu rolu. Avšak vyššou hustotou materiálu je možné zlepšiť tepelnú izoláciu iba pri vyššej cene za materiál, čo nie je vždy optimálna ani lacná cesta.
Šedý polystyrén stavia na grafitovom prášku
Po roku 2000 začal koncern BASF s hľadaním riešenia vedúceho k zníženiu optickej priepustnosti v spomenutom pásme okolo 10 µm pomocou stopovej prísady bez zmeny v hustote materiálu. Ako najvhodnejší sa ukázal grafit, jemne rozomletý až na nanometrové častice, ktorým je rovnomerne vyplnená pevná fáza EPS. Vznikol tak šedý polystyrén.
Grafitové častice tu účinkujú ako mikroskopické absorbéry a zároveň reflektory. Nanotechnológia, ktorá dokáže „namlieť“ veľmi jemné častice, umožňuje, aby vzdialenosť medzi časticami grafitu bola pod 10 mikrónov a zároveň aby sa častice nedotýkali. Tým sa stane membrána polystyrénovej vypenenej bunky ťažko priechodná pre dlhovlnné tepelné žiarenie (podobne ako je kovová sieťka u priehľadných dvierok mikrovlnnej rúry s milimetrovými okami nepriechodná pre mikrovlnu dĺžky 12,5 cm). Zároveň s tým sa zvýši odrazivosť prostredia z 0 na cca 20 % (grafit v podstate vytvára z membrán polystyrénových gulôčok tepelné zrkadlá). Tým, že sa častice nedotýkajú, nezvýši sa výrazne tepelná vodivosť materiálu. S bežne rozomletým grafitom by odrazivú a pritom nevodivú mrežu nebolo možné realizovať.
Výsledkom pridania grafitu do bieleho polystyrénu je šedý expandovaný polystyrén, ktorý pri objemovej hmotnosti 15 kg/m³ dosahuje súčiniteľa celkovej priepustnosti tepla λ = 0,032 W/(m•K). Rovnakú hodnotu celkového súčiniteľa tepelnej vodivosti má bežný EPS s viac než dvojnásobnou hustotou 35 kg/m³.
Použitie „ťažších“ polystyrénov vo výstavbe je však napríklad pri zateplenej fasáde neekonomické vzhľadom k viac než dvojnásobnej cene za materiál, nehľadiac na ochranu životného prostredia a surovinových zdrojov. Hlavným benefitom šedého polystyrénu je tak zníženie tepelnej vodivosti pri zachovaní hrúbky izolantu.
Tab. 1 - Porovnanie bežného fasádneho polystyrénu EPS 70 F v bielej a šedej verzii
U podláh a iných aplikácií, kde nie je jednoduché pridať ďalšie cm izolácie, sú lepšie tepelno-izolačné vlastnosti šedého polystyrénu zásadné. V ostatných prípadoch ušetríme na doprave a pri zabudovávaní na stavbe. Cena prepočítaná na jednotku tepelného odporu je pri oboch variantoch takmer totožná.
Ďalšie druhy tepelných izolácií
Okrem polystyrénu je známych mnoho druhov tepelných izolacií, ktorým venujeme samostatný článok a ktoré sa líšia nielen z hľadiska funkcie a použitia, ale tiež materiálom a štruktúrou. Z oblasti penových izolácií stoja za zmienku vďaka λ na úrovni 0,023 W/(m•K) tiež polyuretán (PUR) a polyizokyanurát (PIR). Ešte lepšie, ale aj oveľa drahšie, sú vákuové izolácie. Viac v odkazovanom príspevku.
Čítajte tiež:
Akumulačné materiály - nástroje proti teplotným šokom
Tepelné izolácie - prehľad, druhy a spôsoby použitia
