Analiza techniczna i ekonomiczna materiałów termoizolacyjnych

Wstęp

Żeby ogrzewać budynki skutecznie i tanio, czyli efektywnie, należy przede wszystkim ograniczyć straty ciepła przez przegrody zewnętrzne, a następnie zadbać o efektywność systemu grzewczego. Można też pomyśleć o racjonalnym wykorzystaniu ciepła przez jego odzysk np. z wentylacji. Taka kolejność postępowania - tj. najpierw zatrzymać ciepło w budynku, a następnie jak najefektywniej dostarczyć niezbędną jego ilość - jest niezmiernie ważna, gdyż może przynieść oszczędności już na etapie budowy. Dzięki energooszczędnemu ociepleniu straty ciepła okazują się tak małe, że do ogrzewania domu może wystarczyć mniejszy a zarazem tańszy kocioł, mniejsza ilość grzejników, a czasem tylko kominek z wkładem grzewczym i prostym rozprowadzeniem ciepła, bez wykonywania kosztownej instalacji grzewczej. Za takim podejściem przemawia również fakt, że raz a dobrze zastosowana izolacja cieplna o maksymalnej racjonalnej grubości przetrwa tak długo, jak cały budynek. Docieplanie istniejących przegród zawsze pociąga za sobą dodatkowe, niemałe koszty, gdyż aby zainstalować dodatkową izolację w istniejących przegrodach, trzeba dopłacić za nową elewację, czy pokrycie dachu lub też nowe wykończenie poddasza od strony wewnętrznej wraz z kosztami demontażu i ponownego wykonawstwa.
Całkowity koszt zakupu dobrego ocieplenia domu stanowi zazwyczaj 2-5% całkowitego kosztu jego budowy. Dzięki niższym kosztom ogrzewania wydatki te zwracają się w ciągu 4-6 lat użytkowania. Dlatego zakupu ocieplenia nie należy traktować w kategorii wydatku, lecz jako dobrą inwestycję - termolokatę, która w okresie eksploatacji przyniesie wymierne korzyści finansowe. Warto więc raz a dobrze ocieplić swój dom i cieszyć się komfortem oraz niskimi rachunkami przez długie lata.
Wskutek niedostatecznego izolowania budynków następuje niepotrzebnie duże zużycie energii na ogrzewanie, pociągające odpowiednio dużą emisję dwutlenku węgla CO2 . Przez ulepszoną ochronę cieplną - także już istniejących budynków - można by zaoszczędzić 30 do 80 % zużytej energii grzewczej. Spowodowałoby to również wyraźne zmniejszenie sprzyjającej efektowi cieplarnianemu emisji CO2 , uwalnianego przez spalanie kopalnych nośników energii (wegla, ropy, gazu). W Niemczech np. przeznacza się na przygotowanie energii grzewczej dla budynków ok. 30 % zużywanej energii całkowitej. Aby osiągnąć cel zmniejszenia ilości CO2 o 25 do 30 % do roku 2005 w stosunku do roku 1987, konieczne jest znaczne wykorzystanie wszystkiego co umożliwia oszczędzanie energii grzewczej.

Jaki jest najlepszy materiał do izolacji termicznej?

Te pytanie zadaje sobie pewnie większość z nas. Otóż najlepszym materiałem termoizolacyjnym jest powietrze, szczególnie wtedy, gdy jest zamknięte w jakiejś przestrzeni i nie ma możliwości ruchu np. na skutek wywiewania, przeciągu itp. Stąd, im mniejsza kubatura zamkniętych przestrzeni i cieńsze ścianki materiału, który je ogranicza, tym lepiej.

Wybór materiału termoizolacyjnego

Wybierając izolację cieplną warto wziąć pod uwagę nie tylko koszt jej zakupu, ale wszystkie korzyści i zyski, jakie przyniesie ona przez kilkadziesiąt lat eksploatacji budynku.
O tym, jaki materiał i jaki system zastosować, powinien zadecydować projektant - on bowiem odpowiada za projekt. Na wybór ten składa się kilka przesłanek:
- konstrukcja lub stan ocieplanej przegrody (analiza techniczna i cieplno-wilgociowa);
- przepisy techniczno-budowlane (wysokość ściany, przepisy ochrony pożarowej i przed hałasem);
- właściwości fizyczne i odporność chemiczna;
- preferencje projektanta lub inwestora (np. ekologiczne) albo firm ubezpieczeniowych;
- koszt inwestycji (możliwości finansowe inwestora);


Materiały do izolacji termicznych składają się w zasadzie ze szkieletu materiałowego, otaczającego liczne pory wypełnione powietrzem, lub gazem porotwórczym. Pory albo są - jak w niektórych spienionych tworzywach - zamknięte, lub też - jak przy włóknistych materiałach izolacyjnych ze sobą połączone. Stąd wynika podział na:
- materiały o komórkach zamkniętych,
- materiały o komórkach mieszanych,
- materiały o komórkach otwartych.

Materiały do izolacji termicznych są używane w postaci mat, płyt lub jako materiał sypki, albo jako pianka miejscowa. Są one często przeznaczone do określonych zastosowań, jak podłoga, ściana, strop i dach. Także właściwości fizyczne, jak gęstość objętościowa, przewodność cieplna, współczynnik oporu dyfuzji pary wodnej i odporność ogniowa są brane pod uwagę jako cecha odróżniająca. Dane co do przewodności cieplnej mają tu szczególne znaczenie. Aby nie mieć do czynienia z wielką liczbą mało różniących się wartości przewodności cieplnej połączono w grupy. Grupa 035 przykładowo odpowiada obliczeniowej przewodności cieplnej 0,035 W/(m*K). Materiały o przewodności cieplnej ponad 0,10 W/(m*K) są ogólnie określane jako materiały budowlane, nie jako termoizolacyjne.

Jako "piankę miejscową" określa się piankę tworzywową, wytworzoną na miejscu jej zastosowania. Służy ona do izolacji termicznej murów dwuwarstwowych, dachów płaskich, jak również wypełniania szczelin (pianka montażowa). Rozróżnia się piankę miejscową mocznikowo-formaldehydową (pianka UF) i poliuretanową (pianka PUR).

Do izolacji cieplnej są stosowane najróżniejsze materiały izolacyjne. Na rynku dominują płyty z pianki tworzywowej i wyroby z wełny mineralnej. Produkcja tworzyw piankowych odbywa się zawsze przy udziale środków porotwórczych. Pianka sztywna poliuretanowa (PUR) w formie płyt, pianki miejscowej wypełniającej lub montażowej oraz elementów warstwowych (sandwiczowych) jest już produkowana bez udziału fluorochlorowych pochodnych węglowodorów. Wytłaczany polistyren (XPS) o nazwie handlowej Styrodur, Roofmate, Styrofoam itd. jest jeszcze produkowany przy udziale częściowo halogenowanych fluorochlorowych pochodnych węglowodorów. Bezchlorowe namiastki środków porotwórczych są coraz częściej stosowane. Ekspandowany polistyren (EPS) o nazwie handlowej m.in. Styropor jest spieniany wyłącznie pentanem jako środkiem porotwórczym.

Ponieważ na tle wzrastającej destrukcji stratosferycznej warstwy ozonowej staje się nagląca potrzeba rezygnacji z odpowiedzialnych za to fluorochlorowych pochodnych węglowodorów, w Niemczech wydano zakaz stosowania halonu.

W stsosunku do materiałów termoizolacyjnych na bazie tworzywa piankowego występują jako alternatywy:
- włókna mineralne (wełna szklana, wełna mineralna),
- płyty lekkie kilkuwarstwowe z wełną drzewną,
- szkło piankowe (płyty, granulat),
- perlit rozdmuchiwany,
- celuloza,
- perlity,
- korek (granulat, śrut lub płyty),
- włókna kokosowe,
- bawełna,
- wełna owcza,
- len.

Przy materiałach z wełny mineralnej trzeba zwrócić uwagę na sprawy dotyczące rakotwórczego działania pyłu z włókien, który może ewentualnie uwalniać się z tych materiałów. Płyty i maty z wełny mineralnej powinny być wbudowywane tylko przez fachowe firmy. Odradza się wymianę izolacji z wełny mineralnej na taką samą nową. Zamiast niej powinno się stosować otwarte warstwy izolacyjne, uszczelnione folią tworzywową. Przy stosowaniu celulozy i włókien kokosowych należy szczególnie pamiętać o impregnacji przeciwogniowej. Do niektórych produktów jako klejów używa się również żywic syntetycznych lub bitumów. Dokładniejsze informacje znajdują się w odnośnej literaturze fachowej. Należy jednak zawsze przestrzegać wskazówek bezpieczeństwa przy układaniu i zlecać odpowiednie prace firmom fachowym.

Wskazówki praktyczne

W przypadku tworzyw piankowych można stwierdzić, że materiały izolacyjne XPS lub PUR zawierające fluoropochodne węglowodorów można zastąpić przez prawie równowartościowe materiały wolne od tych szkodliwych związków. Oprócz wymienionych namiastek środków porotwórczych należy także uwzględnić wymienione alternatywne wyroby. Jeżeli ze względów budowlanych jest wymagana izolacja paroszczelna, to zwłaszcza szkło piankowe, jako praktycznie paroszczelny materiał termoizolacyjny jest dobrą alternatywą.

Przy układaniu mocznikowo-formaldehydowych pianek miejscowych podczas i po procesie twardnienia uwalnia się formaldehyd. Jego stężenie we wnętrzach zależy od zawartości wolnego formaldehydu w piance miejscowej, od sposobu i staranności wykonania, od temperatury i wilgotności. Znaczenie ma także dyfuzjoszczelna od strony wnętrza izolacja pustek wypełnianych pianką. Według doświadczeń, taka izolacja jest rzadko spotykana przy pracach w starym budownictwie. Zamiast wspomnianej pianki miejscowej można spróbować użyć wolnej od fluoropochodnych węglowodorów pianki PUR, albo też powrócić do wdmuchiwania granulatów izolacyjnych.

Przy stosowaniu izolacji termicznych powinno się zwracać uwagę na właściwości tych materiałów pod względem ekologicznym. Za użyteczną metodę oceny należy uznać rozpatrywanie pochodzenia, technologii produkcji, użyteczności i późniejszych możliwości usuwania jako odpadów. Następujące aspekty mogą mieć znaczenie:
- zasoby surowcowe, sposób uzyskiwania surowca,
- wytwarzanie materiału izolacyjnego,
- układanie, wbudowywanie,
- użytkowanie, ognioodporność, starzenie się,
- ponowne wykorzystanie (recykling),
- reintegracja ze środowiskiem, usuwanie jako odpadów.

Omawianie materiałów termoizolacyjnych

Styropian

Zacznijmy więc omawianie od styropianu.
STYROPIAN jest tworzywem sztucznym porowatym, produkowanym w płytach o różnej grubości. Stosowane są płyty w kilku odmianach twardości, różniące się gęstością objętościową, która dla poszczególnych rodzajów wynosi 12-15 (odmiana „15”), 16-20 (odmiana „20”), 21-30, 31-40 i 41-50 kg/m3. Styropian ma bardzo dobre własności termoizolacyjne i jest bardzo odporny na zawilgocenie. Jego wadą jest niska odporność na wysokie temperatury i ogień. Styropian jest materiałem tzw. samo gasnącym, to znaczy, przy zetknięciu się z ogniem zapala się, ale płomień się nie rozszerza i po chwili gaśnie. Niekiedy niszczą go gryzonie.