Materiały do izolacji cieplnej

Współcześnie oszczędzanie energii przestaje być modą, a staje się koniecznością. Ciągły wzrost jej cen oraz pojawiające się tendencje do ograniczania emisji CO2 spowodowały, że coraz większą rolę zaczynają odgrywać budynki energooszczędne. Ich zapotrzebowanie na ciepło, wahające się w przedziale 30–60 kWh/m²/rok, wymusza stosowanie materiałów termoizolacyjnych spełniających wysokie standardy dotyczące efektywności cieplnej.

Współczesny rynek budowlany oferuje bardzo szeroki wybór izolacji termicznych. Wymagania, jakie są najczęściej stawiane takim materiałom to: odpowiednie właściwości cieplne (niska wartość współczynnika przenikania U=W/(m²˙K), niska zdolność do absorpcji wilgoci z otoczenia, stabilność właściwości cieplnych oraz odporność na wahania temperatur. Aby materiał izolacyjny dobrze spełniał swoje zadanie, musi mieć odpowiednią gęstość oraz parametry wytrzymałościowe. Współcześnie wymaga się także, aby nie oddziaływał negatywnie na środowisko i człowieka.

Materiały termoizolacyjne można podzielić na dwie podstawowe grupy: tradycyjne (np. styropian, wełna mineralna) i nowoczesne (np. pianka poliuretanowa, aerożel).

Styropian © AUSTROTHERM

Styropian

Styropian cieszy się dużym uznaniem jako izolacja termiczna budynków energooszczędnych. Odpowiednie właściwości izolacyjne zawdzięcza powietrzu, które stanowi 98 proc. jego całej objętości. Na rynku dostępne są dwa rodzaje tego materiału: styropian ekspandowany (EPS) oraz styropian ekstrudowany (XPS). Oba znalazły zastosowanie jako izolacja termiczna różnych elementów konstrukcyjnych budynków energooszczędnych. Styropian ekspandowany idealnie nadaje się m.in. do izolacji: wieńców w postaci szalunku traconego pod tynk; nadproży i ościeży otworów okiennych oraz drzwiowych; ścian zewnętrznych dwuwarstwowych; podłóg na gruncie; tarasów i stropodachów; ścian trójwarstwowych i szkieletowych; podłóg mocno obciążonych (takich jak garaże, pomieszczenia gospodarcze). Styropian ekstrudowany najlepiej sprawdza się natomiast jako izolacja fundamentów, dachów odwróconych oraz podłóg obciążonych. Charakteryzuje się ponadto znacznie mniejszą nasiąkliwością niż styropian EPS, dlatego posiada lepsze właściwości ciepłochronne w środowisku zawilgoconym. Odznacza się również lepszymi właściwościami mechanicznymi, co ma istotne znaczenie np. przy naporze gruntu na konstrukcję.

Wraz ze wzrostem gęstości objętościowej styropianu zwiększa się jego wytrzymałość. Najważniejsze zalety tego materiału to odporność na wilgoć, szczelność, niewielki ciężar oraz łatwość montażu. Styropian nie jest jednak odporny na działanie wielu czynników chemicznych (farby, kleje, rozpuszczalniki). Zastosowanie styropianu w budynku energooszczędnym jest rozwiązaniem korzystnym cenowo, które jednocześnie gwarantuje użytkownikowi przyjazny mikroklimat wnętrza.

Wełna mineralna

Innym tradycyjnym materiałem termoizolacyjnym wykorzystywanym w budownictwie energooszczędnym jest wełna mineralna. Mowa tu tak naprawdę o dwóch podobnych produktach: wełnie skalnej wytwarzanej z bazaltu oraz wełnie szklanej powstającej z piasku kwarcowego. Zarówno pierwszy, jak i drugi materiał charakteryzują się zbliżonymi parametrami i właściwościami. Jedyną istotną różnicą jest mniejsza odporność ogniowa wełny szklanej.

Wełna mineralna to bardzo dobry materiał termoizolacyjny (λ=0,032–0,045 W/mK) — w dużej mierze przyczynia się do tego powietrze występujące między włóknami bazaltu lub szkła. Włóknista struktura tego materiału powoduje rozproszenie i tłumienie fal akustycznych pochodzących zarówno od dźwięków powietrznych, jak i uderzeniowych. Wewnętrzna budowa wełny mineralnej wpływa na jej wysoką paroprzepuszczalność, dzięki temu przy jej użyciu możliwe jest projektowanie tzw. oddychających przegród. Wełna mineralna stanowi idealną ochronę ogniową: jest to materiał niepalny klasy A1 (najwyższa euroklasa w 7-stopniowej skali od A1 do F). Nie rozprzestrzenia ognia, nie wydziela dymu oraz ściekających płonących kropli. Innymi zaletami wyrobów z wełny jest elastyczność i sprężystość. Takie właściwości dają możliwość szczelnego układania izolacji np. przy ocieplaniu połaci dachowych.

© STEICO

Niestety w przypadku nadmiaru wilgoci, wełna traci swoje właściwości termoizolacyjne. Na dodatek, taka sytuacja może przyczynić się do zawilgocenia elementów konstrukcyjnych. W związku z powyższym, ocieplenie warstwą wełny mineralnej wymaga ochrony przed parą wodną. Jest to możliwe przez zastosowanie folii PE oraz odpowiednich preparatów hydrofobizujących. Kolejnym zjawiskiem, które pogarsza właściwości wełny mineralnej, jest wymiana powietrza znajdującego się pomiędzy włóknami. W celu ochrony materiału przed przewiewem, należy stosować folię wiatrochronną. Inną wadą wełny mineralnej jest jej duży ciężar. Może to odgrywać ogromne znaczenie w przypadku ocieplania elementów konstrukcyjnych o dużych przekrojach poprzecznych.

Wełna mineralna najlepiej sprawdza się jako izolacja ścian (powyżej powierzchni terenu), stropów i stropodachów. Ze względu na bardzo dobre parametry ogniochronne, znajduje także zastosowanie przy ocieplaniu podłóg poddaszy oraz połaci dachowych. Wiadomo jednak, że jakość kosztuje — cena wełny jest wyższa niż styropianu.

Pianka poliuretanowa

Jednym z nowoczesnych materiałów stosowanych do termoizolacji budynków energooszczędnych jest pianka poliuretanowa (PUR/PIR). Jej właściwości izolacyjne zależą w dużej mierze od środka spieniającego, który wypełnia wewnętrzne komórki. Najczęściej stanowią go niskowrzące substancje chemiczne (węglowodory, fluorowodory), które różnią się między sobą właściwościami. W związku z tym pianki poliuretanowe nie są w rzeczywistości jednym typem materiału, ale zbiorem materiałów izolacyjnych o zróżnicowanych cechach fizycznych i chemicznych. Rodzaj użytego środka spieniającego zależy w szczególności od technologii produkcji, przeznaczenia, konstrukcji oraz miejsca użycia izolacji z poliuretanu.

Pianka PUR/PIR charakteryzuje się bardzo niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła λ=0,020–0,024 W/mK. Ponadto poliuretan odznacza się niezwykle małym ciężarem objętościowym. Powyższe cechy sprawiają, że cieńsza izolacja z pianki PUR/PIR jest bardziej efektywną izolacją niż tradycyjne materiały. Co istotne, poliuretan stanowi nie tylko izolację termiczną, ale również akustyczną. Dzięki metodzie bezpośredniego natrysku możliwe jest z jego pomocą wzmocnienie sztywności konstrukcji i wygłuszenie przed działaniem fal akustycznych. Ze względu na dużą ilość zamkniętych komórek, pianka poliuretanowa nie nasiąka wodą — nie jest konieczne zatem stosowanie folii izolacyjnej. Poliuretan jest znacznie bardziej wytrzymały mechanicznie niż izolacje tradycyjne. Ma to ogromne znaczenie przy montażu i wpływa znacząco na jego trwałość. Poliuretan charakteryzuje ponadto odporność na kwasy, zasady, grzyby, bakterie oraz pleśnie. Pianka PIR posiada właściwości ognioochronne (w przeciwieństwie do PUR). Jest to spowodowane różnicą w składzie chemicznym (zwiększenie izocyjanianu kosztem poliolu). W przypadku pianki PIR załamanie się łańcuchów związku chemicznego na skutek ognia następuje aż przy 300°C.

Pianka poliuretanowa znajduje zastosowanie przy izolacji niemal wszystkich elementów konstrukcji budynku. Może być stosowana jako prefabrykat lub wytwarzana na miejscu budowy. Możliwość użycia poliuretanu in-situ w znaczny sposób eliminuje mostki termiczne oraz zwiększa zakres zastosowania. W sprzedaży dostępne są pianki w postaciach płyt, otulin, bloków oraz systemów surowcowych do przetwarzania na placu budowy.

© STEICO

Aerożel

Często w przypadku budynków energooszczędnych zdarza się, że zwiększenie grubości izolacji termicznej jest niemożliwe lub znacznie ograniczone. Wówczas właściwym rozwiązaniem wydaje się zastosowanie aerożelu — półprzezroczystego ciała stałego o strukturze sztywnej piany. Najważniejszą zaletą tego materiału jest bardzo niski poziom współczynnika przewodzenia ciepła λ=0,012–0,016 W/mK. Wartość ta determinowana jest wysoką porowatością (90–99,9 proc.) oraz nanoporowatą strukturą. Średnia wielkość porów wynosi 10–200 nm. Taki wymiar cząsteczek wpływa na ograniczanie transferu ciepła przez konwekcję w poszczególnych porach materiału. Aerożel charakteryzuje się bardzo niską gęstością (2–143 k/m&sop3;), dobrą izolacyjnością akustyczną oraz stabilnością postaciową w wysokich temperaturach. Duża wytrzymałość na ściskanie i hydrofobowość to kolejne zalety tego materiału. Aerożel dodatkowo przepuszcza światło. Ta cecha zwiększa możliwości konstruktorów i projektantów. Nie często bowiem spotykamy się z materiałem, który oprócz spełnienia podstawowych funkcji (ochrona cieplna, akustyczna, termiczna), pozwala na doświetlenie pomieszczeń światłem rozproszonym.

Współcześnie aerożel wytwarza się w wielu różnych postaciach: granulowy, monolityczny, proszkowy, powłokowy oraz cienkowarstwowy. Na rynku izolacje aerożelowe dostępne są najczęściej w postaci mat i granulatu. Właściwości fizyczne i chemiczne aerożelu powodują, iż znajduje on zastosowanie w miejscach, gdzie izolacje tradycyjne nie zdają egzaminu: w przestrzeniach o ograniczonej grubości, np. ościeża okienne i drzwiowe, wnęki podokienne, drzwi zewnętrzne, płyty balkonowe, wewnętrzne ściany i stropy oddzielające pomieszczenia ogrzewane od nieogrzewanych, ogrzewane elementy lub instalacje o małych promieniach krzywizn.

Aerożel otwiera wiele nowych możliwości dla budownictwa energooszczędnego. Obecnie jednak jego stosowanie jest nawet 20-krotnie droższe w porównaniu z tradycyjnymi materiałami termoizolacyjnymi. Należy mieć nadzieję, że potwierdzone w sposób praktyczny właściwości fizyczne i chemiczne przyczynią się do upowszechnienia i obniżenia cen tego materiału.

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 04/2013
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl

Obserwując dzisiejszy rynek budowlany, można wysunąć stwierdzenie, że współczynnik przenikania ciepła U staje się jednym z najważniejszych parametrów określających powstający obiekt. Jest on szczególnie istotny w przypadku wznoszenia budynków energooszczędnych. Ilość ubytków ciepła z wnętrza obiektu uzależniona jest przede wszystkim od rodzaju użytej izolacji oraz sposobu ocieplenia przegród. Dlatego nie należy bagatelizować wyboru materiału termoizolacyjnego. Prawidłowa decyzja zapewni nie tylko wysoki komfort cieplny budynku, ale także w maksymalny sposób ograniczy koszty jego eksploatacji w przyszłości.

Arkadiusz Baran