Niski współczynnik przewodzenia ciepła izolacji termicznej. Ocieplenie nowej generacji.
Które z materiałów termoizolacyjnych mają najniższy współczynnik przewodzenia ciepła? Izolacje termiczne przyszłości to materiały, które doskonale ochronią dom przed stratami ciepła, będą też ekologiczne, trwałe i przyjazne wykonawcom. Wiele materiałów do ocieplania już dziś ma te cechy. Sprawdź, co warto kupić.
Autor: Radosław Murat
Niski współczynnik przewodzenia ciepła
Jakie korzyści daje superniski współczynnik przewodzenia ciepła λ? Większy komfort cieplny i niższe koszty ogrzewania. Izolacja o niższym λ zapewnia przegrodom niższy współczynnik przenikania ciepła U, dzięki czemu latem wnętrze w mniejszym stopniu się nagrzewa, a zimą traci ciepło. Ta ochrona termiczna pozwala ograniczyć ilość energii potrzebnej do ogrzewania lub klimatyzowania domu, co przekłada się na niższe rachunki.
Niski współczynnik przewodzenia ciepła λ zapewnia możliwość zastosowania cieńszej warstwy ocieplenia. To bardzo istotne w niskich pomieszczeniach, w których chce się maksymalnie ograniczyć obniżenie skosów poddasza albo grubość warstw podłogi, nie tracąc przy tym wymaganych parametrów cieplnych. Umożliwia też na przykład umieszczenie ogrzewania podłogowego w miejscu, w którym pierwotnie miało go nie być – cieńsza izolacja pozostawia miejsce na zmieszczenie instalacji. Pocienienie przydaje się również w warstwowych ścianach zewnętrznych, które dzięki temu mogą mieć mniejszą całkowitą grubość. Różnicę tę można wykorzystać do powiększenia pomieszczeń bez ingerencji w obrys zewnętrzny budynku.
Superciepłe materiały są niezastąpione przy ocieplaniu newralgicznych miejsc budynku, takich jak nadproża, filarki, balkony. Nie ma tam wystarczająco dużo miejsca, aby zmieścić wymaganą grubość standardowej izolacji, a tej o niższym współczynniku przewodzenia ciepła można ułożyć mniej. Często też płyty lub maty ociepleniowe są zbudowane tak, aby zapewnić maksymalną szczelność, na przykład mają zakładki albo strukturę ułatwiającą docisk. Dzięki temu ogranicza się ryzyko pozostawienia szczelin, przez które ciepło mogłoby migrować.
Superciepłe ocieplenie
Współczynnik przewodzenia ciepła λ to parametr określający ilość energii cieplnej, jaką w ciągu 1 s przepuszcza 1 m2 materiału o grubości 1 m przy różnicy temperatury po obu jego stronach wynoszącej 1°C. Im wartość λ jest niższa, tym lepiej, bo tym mniejsze są straty ciepła przez przegrodę, a w rezultacie obniżone jest zapotrzebowanie na energię do ogrzania domu. Standardowo używane izolacje mają współczynnik λ na poziomie 0,036-0,045 W/(m.K). Osiągnięcie mniejszej przewodności to nie lada wyzwanie, dlatego materiały o λ ≤ 0,035 W/(m.K) uznaje się za ciepłe. Superciepłe osiągają nawet 0,014 W/(m.K).
Jak wybrać ocieplenie - co poza współczynnikiem przewodzenia ciepła?
Nie tylko współczynnik przewodzenia ciepła jest ważny. Podstawowym kryterium powinno być zastosowanie. Deklarowana przez producenta możliwość użycia danego materiału w konkretnych miejscach budynku daje pewność, że wyrób ma odpowiednie do tego przeznaczenia cechy.
- Materiał przeznaczony na podłogi - ma określoną wytrzymałość na ściskanie i nie popęka pod wpływem obciążenia.
- Ten na tarasy, balkony, stropodachy albo płyty fundamentowe czy podłogi na gruncie dodatkowo jest wodoodporny, co chroni go przed utratą właściwości termoizolacyjnych na skutek chłonięcia wody penetrującej przez ułożone na nim lub pod nim warstwy. To ważne, bo zawilgocony materiał, zamiast chronić przed stratami ciepła, wyziębia przegrody.
- Cecha ta jest zresztą istotna zawsze, gdy ocieplenie ma być narażone na kontakt z wodą, a więc również podczas izolowania ścian piwnicznych i fundamentowych oraz cokołów – wyroby przeznaczone do takich miejsc z pewnością nie są nasiąkliwe.
- Z kolei izolacja układana na skosach poddasza nie styka się ze środowiskiem zewnętrznym i nie musi być odporna na wilgoć. Jej najistotniejszą cechą jest elastyczność i struktura umożliwiająca szczelne wypełnienie całej dostępnej przestrzeni.
- W budynkach remontowanych ważny jest ciężar używanego materiału. W ścianach szkieletowych i warstwowych ze szczeliną wentylacyjną wskazane są te o strukturze chroniącej przed przewiewaniem lub z wiatroszczelnymi powłokami.
- Do izolowania newralgicznych miejsc, jak nadproża, otoczenie ukrytych rynien czy filarki, najlepiej używać materiałów o jak najniższym λ, ale dających się jednocześnie ułożyć w ciasnych lub trudno dostępnych przestrzeniach.
- Do pomieszczeń, w których będą używane rozpuszczalniki organiczne i ich pochodne, jak warsztaty czy pracownie malarskie, należy wybierać tylko izolacje odporne na ich opary.
Rodzaj materiału i jego grubość powinny być uwzględnione w projekcie. Zdarza się jednak, że na skutek pomyłki budowlanej albo nieoczekiwanej zmiany decyzji projektowane ocieplenie nie może być zastosowane. Jeśli przykładowo pod ukrytą w grubości ściany rynną na izolację zostaje zaledwie 2 cm, a według projektu miało być 10 cm, to należy zamienić materiał na inny, o jak najniższym współczynniku λ, i to właśnie przewodność cieplna jest wtedy bez wątpienia cechą najważniejszą.
MURATOR.TV: Systemy ociepleń budynków - montaż izolacji
Powietrze powodem niskiego współczynnika przenikania ciepła
Wszystkie izolacje zawdzięczają swój niski współczynnik przewodzenia ciepła dużej zawartości powietrza – nawet do 98% objętości. Najłatwiej zauważyć pęcherzyki w polietylenowych warstwowych foliach przypominających folię bąbelkową. W polistyrenach pory uzyskuje się dzięki ekspandowaniu i spienianiu masy. W wełnie mineralnej puste przestrzenie pozostają między włóknami po ich zlepieniu. Aerożele mają bardzo małe nanocząsteczki powietrza powstające w wyniku reakcji zachodzącej pod ciśnieniem w autoklawach. Pianki poliuretanowe spieniają się na skutek reakcji chemicznej zachodzącej między ich składnikami w kontakcie z powietrzem. Ich pory mogą być otwarte lub zamknięte, a w zależności od użytych środków uzyskuje się różny stopień pęcznienia. Pomimo porowatej struktury wszystkie materiały zachowują dużą stabilność wymiarową i wytrzymałość mechaniczną. Są elastyczne i nie osiadają z upływem czasu. Ponadto dzięki temu, że puste przestrzenie są wypełnione powietrzem, a nie na przykład pochodnymi freonu, gaz nie ulatnia się do atmosfery i izolacje są zdrowsze oraz dłużej zachowują deklarowane parametry cieplne.
Wełna mineralna
Wełna skalna ma włókna z kamienia bazaltowego, gobro lub wapiennego, a wełna szklana – z piasku i stłuczki szklanej. Podczas produkcji roztapia się surowiec – kamień w 1400°C, a szkło w 1000˚C – i poddaje go rozwłóknieniu, a następnie spaja żywicą. W wyniku tego procesu w wełnie pozostaje dużo przestrzeni powietrznych, które zapewniają jej niski współczynnik przewodzenia ciepła. Kluczowy dla jakości wełny jest rodzaj lepiszcza. Nie tylko spaja ono włókna, ale też zapewnia gotowym produktom elastyczność, trwałość i stabilność. Także spoiwo wytwarza się z obojętnych polimerów powstałych z surowców pochodzenia biologicznego. Taka wełna ma naturalny kolor – skalna jest brunatna, a szklana brązowa, jasnożółta lub biała – nie wydziela zapachu, jest miła w dotyku, mniej pyląca i łatwa w obróbce. Poza spoiwem bardzo ważna jest też struktura materiału. Tylko długie, cienkie i sprężyste włókna o zaburzonym układzie i wielokierunkowej orientacji zapewniają wełnie dużą elastyczność, która pozwala sprawnie i szczelnie dopasować materiał do wypełnianych przestrzeni, na przykład między krokwiami. Zapewnia też dobrą izolacyjność akustyczną, bo długie i cienkie włókna skutecznie tłumią fale dźwiękowe.
Wełna jest jedynym niepalnym materiałem izolacyjnym. Wszystkie maty i płyty mają klasę ogniochronności A – niektóre A2-s1,d0, ale większość najwyższą klasę A1. To czyni z wełny ocieplenie szczególnie zalecane do konstrukcji drewnianych, jak skosy poddasza, podłogi na legarach czy ściany szkieletowe. Wysoka odporność na działanie ognia, czyli brak możliwości rozgorzenia i podtrzymywania pożaru, pozwala na bezpieczną ewakuację ludzi z płonącego budynku, a także zmniejsza straty budowlane i zakres koniecznego remontu.
Jedną z wad wełny mineralnej jest jej duża nasiąkliwość. Wprawdzie aby ją zmniejszyć, wszystkie wyroby poddaje się procesowi hydrofobizacji, ale nie jest to równoznaczne z zapewnieniem im wodoszczelności. Wełniane płyty mogą przez krótki czas, na przykład przed tynkowaniem ściany, pozostawać w wilgotnym środowisku, jednak nie powinny być używane w miejscach narażonych na trwałe zawilgocenie albo kontakt z wodą, na przykład w strefie fundamentów.
Styropian i polistyren ekstrudowany XPS
Polistyren EPS – popularnie zwany styropianem – powstaje w wyniku ekspandowania granulatu, czyli spieniania go przy użyciu pary wodnej. Polistyren XPS jest poddawany procesowi ekstruzji, w którym spieniona masa styropianowa zostaje wymieszana z dodatkami modyfikującymi i sprasowana pod ciśnieniem. Dzięki temu ma większą gęstość – 29-47 kg/m3, podczas gdy w płytach ekspandowanych wynosi ona średnio 11-26 kg/m3. Jest również bardzo wytrzymały na obciążenia i nienasiąkliwy. Płyty ekstrudowane mają różne kolory – biały, zielony, niebieski, żółty, a nawet różowy. Płyty ekspandowane są białe lub szare. Szary kolor oznacza, że do produkcji użyto neoporu, surowca zawierającego grafit. Poprawia on izolacyjność polistyrenu, ale tylko wtedy, kiedy jest go dużo, a więc musi być z niego wykonana cała płyta.
Polistyren jest materiałem lekkim i łatwym w obróbce. Ekstrudowany jest wodoodporny, ale ekspandowany również nie wykazuje dużej nasiąkliwości. Niektóre styropiany znajdują zastosowanie w podziemnej strefie budynku – jako płyty izolacyjne albo izolacyjno-drenujące, z uformowanymi czopami. Wadą polistyrenu jest mała odporność na ogień – zarówno płyty EPS, jak i XPS mają najniższą klasę ogniochronności E. Oba rodzaje płyt są też nieodporne na rozpuszczalniki organiczne (między innymi aceton, benzol, nitro, terpentyna), bitumy, produkty smołowe, benzynę, a przy dłuższym kontakcie także na oleje, dlatego nie powinny być używane w miejscach, w których byłyby narażone na kontakt z nimi lub ich oparami.
Pianka poliuretanowa
W piance poliuretanowej jest ogromna liczba komórek powietrznych o zamkniętej lub otwartej strukturze. Te o komórkach otwartych przepuszczają wodę i w przypadku namoknięcia wymagają wysuszenia. Zamknięte komórki zapewniają wodoszczelność, czym zwiększają trwałość wyrobów. Te o większej zawartości izocyjanianów (PIR) mają większą odporność ogniową niż zawierające wyłącznie wiązania uretanowe pianki PUR. Pianka PUR topi się w temperaturze 200°C, PIR dopiero 300°C. Topnienie nie oznacza palności – powyżej granicznej temperatury dochodzi do zwęglenia wierzchniej powłoki, ale przepływ ognia do głębszych warstw jest niemożliwy. Piankę łatwo się obrabia i nie obciąża ona konstrukcji budynku, bo jej gęstość to najczęściej 30-45 kg/m3. Jest też odporna na agresywne środowisko i rozwój mikroorganizmów – pleśni czy grzybów. Ma natomiast niewielką odporność na promieniowanie UV i nie powinna być wystawiana na bezpośrednie działanie promieni słonecznych, dlatego przy zastosowaniach zewnętrznych należy ją zabezpieczać powłokami z filtrem.
Płyty PIR
Ze względu na nienasiąkliwość są dość uniwersalne – nadają się do układania na stropodachach, podłogach, skosach poddasza, w strefie fundamentów, na fasadach wentylowanych i ścianach warstwowych. Najczęściej są z obu stron pokryte warstwą folii aluminiowej, co pozwala wykorzystać odbite promieniowanie cieplne i dodatkowo zwiększyć efektywną izolacyjność. Są też płyty zespolone z okładziną gipsowo-kartonową.
Pianka natryskowa
Pianka jest dostępna nie tylko w formie płyt, lecz również hydrodynamicznego natrysku i może być aplikowana bezpośrednio na izolowane powierzchnie. W całości wypełnia szczeliny i niedostępne miejsca, również drobne pęknięcia, a dodatkowo tłumi drgania dźwiękowe. Powstała otulina wzmacnia też wytrzymałość ocieplanej konstrukcji, dlatego system ten jest szczególnie polecany podczas remontu. Powinno się ją jednak zabezpieczyć szczelną warstwą hydroizolacji, bo większość pianek natryskowych ma strukturę otwartokomórkową i nie jest odporna na wodę. Izolacje tego typu mają też mniejszą niż płyty ogniochronność, bo są wykonywane z pianek PUR. Piankę o długim czasie reakcji chemicznej można stosować również jako wypełnienie przestrzeni zamkniętych, na przykład ścianek działowych albo wykończonych skosów poddasza.
Piana fenolowa
Powstaje na skutek spieniania żywicy wymieszanej z katalizatorami. Stwardniałą masę tnie się na płyty o określonych wymiarach i obustronnie pokrywa okładziną z włókna szklanego albo wielowarstwowym aluminium. Takie płyty z fenolowym rdzeniem nazywa się również rezolowymi. Są nienasiąkliwe, odporne na korozję biologiczną i agresywne środowisko. Ich gęstość to około 35 kg/m3 – ale mimo to mają dużą wytrzymałość na ściskanie. Są łatwe w obróbce, podczas cięcia i układania nie pylą ani nie kłują. Mają też wysoką klasę ogniochronności – B-s1,d0 lub B-s2,d0. Nadają się do izolowania dachów płaskich i skosów poddasza, podłóg, tarasów, fasad wentylowanych oraz ścian ocieplanych metodą lekką mokrą, a także konstrukcji szkieletowych. Ciekawym rozwiązaniem jest pianka fenolowa wtryskiwana. Jest niezastąpiona w zamkniętych przestrzeniach skosów poddasza, ścianek działowych albo murów szczelinowych, zwłaszcza jeśli chce się je ocieplić bez remontu i przeróbek budowlanych. Piana po stwardnieniu tworzy sztywną i odporną na ściskanie oraz obciążenia warstwę. Nie obsuwa się i nie osiada z upływem czasu. Dodatkowo usztywnia konstrukcję, chroni ją przed korozją i tłumi jej drgania, zmniejszając rezonans i poprawiając parametry akustyczne przegrody.
Aerożel
Jest to elastyczna mata izolacyjna powstała z suchej maty krzemowej wzmacnianej włóknami szklanymi, która po nawinięciu i nasączeniu jest poddawana reakcji w autoklawie i suszona. W wyniku tego procesu 95-97% objętości materiału zajmują nanocząsteczkowe pory powietrza o średnicy około 0,01 μm. Aerożel jest materiałem całkowicie obojętnym dla zdrowia i środowiska. Nie sprzyja też rozwojowi pleśni. Ma bardzo dużą gęstość – 150 kg/m3 – która zapewnia mu odporność na nacisk i nienasiąkliwość. Jest elastyczny i łatwy w obróbce. Ma zadowalającą klasę ogniochronności D. W zasadzie jedyną jego wadą jest wysoka cena, dlatego choć można go stosować praktycznie wszędzie – na dachach, strychach, ścianach, podłogach, tarasach i balkonach, a także drewnianych i stalowych konstrukcjach szkieletowych – na razie używa się go raczej do likwidowania mostków termicznych wzdłuż ościeży, stalowych słupków, rygli, nadproży, przy rolokasetach.
Polietylen – wielowarstwowa folia
Z wyglądu przypomina folię bąbelkową. Składa się z przeplatanych ze sobą 6-10 warstw folii i 2-3 warstw aluminium. Ze względu na niejednorodną strukturę materiału jej współczynnik przewodzenia ciepła λ nie ma wartości stałej, określa się go na podstawie oporu cieplnego warstwy o określonej grubości. Zintegrowane z folią aluminium ma za zadanie odbijać promieniowanie cieplne i tym samym zmniejszać jego straty. Aby warstwa refleksyjna funkcjonowała prawidłowo, nie może stykać się z żadną okładziną, musi pozostać między nimi zamknięta, niewentylowana szczelina szerokości około 2 cm. Jedynym przypadkiem, kiedy metalizowane warstwy mogą się ze sobą stykać, jest układanie ocieplenia z kilku arkuszy folii, w określonej kombinacji grubości. Szczeliny należy wówczas zostawić tylko po zewnętrznych stronach skrajnych mat. Folia ma gęstość około 14 kg/m3. Jest łatwa w obróbce i montażu oraz dobrze dopasowuje się do wszystkich załamań. W zależności od rodzaju ma klasę ogniochronności B-s1,d0 lub E. Nadaje się do ocieplania ścian szkieletowych, dachów oraz poddaszy w budynkach nowych i remontowanych.
