Aerożel to najskuteczniejszy materiał ociepleniowy. Jak powstaje aerożel?

Ze wszystkich materiałów termoizolacyjnych stosowanych w budownictwie aerożel jest najskuteczniejszy. Choć dużo kosztuje, coraz częściej trafia na budowy domów jednorodzinnych.

Spis treści

1. Aerożel - lider termoizolacyjnści
2. Jak powstaje aerożel
3. Maty aerożelowe
4. Granulat w tynkach i masach szpachlowych
5. Panele VIP
6. Przeciw mostkom termicznym
7. Izolacja transparentna

Aerożel - lider termoizolacyjnści

Żeby jak najmniej wydawać na ogrzewanie domu, trzeba go dobrze ocieplić, eliminując też potencjalne mostki termiczne. Zazwyczaj do izolacji stosuje się styropian lub wełnę mineralną, a do niektórych miejsc – fundamentów, dachów, tarasów – także polistyren XPS lub pianę poliizocyjanuratową PIR. Ta ostatnia pozwala uzyskać dobrą izolacyjność termiczną przy niewielkiej grubości warstwy ocieplającej. Ma bowiem współczynnik przewodzenia ciepła λ na poziomie 0,031-0,027 W/(m^.K), a więc niższy niż styropian, wełna i XPS (0,044-0,031 W/(m^.K)). Pod tym względem bezkonkurencyjny jest aerożel. Jego współczynnik λ wynosi zaledwie 0,012-0,020 W/(m^.K).

Zadebiutował w kosmosie. Do dziś używa się go do produkcji elementów pojazdów kosmicznych oraz skafandrów, w których astronauci wychodzą w przestrzeń międzygwiezdną. W końcu znaleziono dla niego też bardziej przyziemne zastosowania i zaczął być wykorzystywany również w budownictwie.

• Ocieplenie poddasza pianką. Czy warto ocieplać pianą PUR?

Jak powstaje aerożel

Nasz termiczny rekordzista wytwarzany jest z tlenku krzemu. Od lat 30. XX wieku aerożel produkowano w niewielkich ilościach skomplikowaną i mało wydajną metodą roztapiania czystej krzemionki i rozdmuchiwania jej. Obecnie ten sposób zastąpiono procesem chemicznym SOL-GEL, w wyniku którego najpierw uzyskiwany jest zol krzemianowy, który w kolejnym procesie jest kondensowany do postaci żelu, a następnie zostaje utwardzony. Rezultat to twarda, mikroporowata, półprzeźroczysta piana, proszek, granulat lub cienka powłoka.

Mikropory wypełnione powietrzem zajmują około 90-99% objętości piany aerożelowej i to one decydują o tak dobrej izolacyjności termicznej. Przewodzenie ciepła umożliwia bowiem tylko substancja stała, stanowiąca nie więcej niż 10%.

Aerożel jest wytrzymały na ściskanie. Ważąca 2 g kostka może utrzymać na sobie ważącą 2,5 kg cegłę. Niestety znacznie gorzej wygląda jego wytrzymałość na uderzenia, ścinanie, łamanie czy skręcanie, dlatego aby wyeliminować podobne mankamenty łączy się go lub miesza z innymi produktami, na przykład z włóknem szklanym. Aerożel jest również trudno zapalny i wytrzymuje temperaturę dochodzącą do 1200^oC, powyżej niej zaczyna się topić. Znakomicie tłumi hałas, ponieważ dzięki porowatej strukturze znacznie spowalnia przepływ fal dźwiękowych.

W czystej postaci jest bardzo lekki – kostka sześcienna o bokach długości 2,5 cm waży zaledwie 1 g. Tak jak inne izolacyjne materiały porowate lub włókniste, produkty aerożelowe wymagają impregnacji środkiem hydrofobizującym, w przeciwnym razie mogłyby chłonąć wodę, która – jak wiadomo – znacznie obniża zdolność ochrony przed przenikaniem ciepła.

Niestety, aerożel ma cechę wspólną z dawnymi płytami azbestowymi: podczas cięcia uwalnia się z niego drażniący pył, co zmusza wykonawców do zakładania odzieży ochronnej, okularów i masek. Z tego samego względu izolacja aerożelowa powinna być szczelnie osłonięta.

• Czym i jak ocieplać fundamenty?

Maty aerożelowe

Najpopularniejszym z aerożelowych wyrobów ciepłochronnych są maty. Mają grubość od 3 do 20 mm. Sprzedawane są w odcinkach długości 1,5 m i szerokości 25 cm lub w rolkach długości 34-75 m i szerokości 1,45-1,5 m. Powstają z granulatu wymieszanego z włóknami szklanymi. Wartość ich współczynnika przewodzenia ciepła λ wynosi 0,016-0,018 W/(m^.K). Izolacja z mat aerożelowych o łącznej grubości 3,8 cm zastępuje więc płytę styropianową o grubości 10 cm. Oprócz mat standardowych dostępne są też wersje przeznaczone do stosowania w warunkach szczególnie niskiej (do -270^oC) lub bardzo wysokiej temperatury (do 650^oC).

Maty takie można łatwo docinać i wystarczą do tego zwykłe nożyczki. Przytwierdza się je do podłoża tylko mechanicznie lub mechanicznie i na klej do wełny mineralnej. Ważne, by dobrze i równomiernie przylegały do ocieplanej płaszczyzny. Wykończenie takiej izolacji może być dowolne. Jeśli wybrany zostanie tynk, to ważne, aby był elastyczny (akrylowy, silikonowy lub siloksanowy). Podobne zalecenia dotyczą klejów do okładzin z płytek.

Maty aerożelowe wymagają układania warstwowego, żeby sprostać wymogom przepisów dotyczących izolacyjności termicznej przegród budowlanych. Łączna grubość takiej izolacji zawsze będzie wyraźnie mniejsza niż innych wyrobów ociepleniowych przy zachowaniu tej samej wartości współczynnika przenikania ciepła U.

Kolejne warstwy mat muszą być układane z przesunięciem spoin, aby uniknąć mostków termicznych.

Granulat w tynkach i masach szpachlowych

Jego ziarenka mają średnicę od 0,01 do 4 mm. Stosowany jest nie tylko do wytwarzania mat. Używa się go również jako domieszki do tynków termoizolacyjnych lub termoizolacyjnych mas szpachlowych, czyli takich, które podnoszą parametry cieplne wykańczanych nimi przegród.

Masy szpachlowe to gotowe do nanoszenia produkty, które rozprowadza się wałkiem, wykonując warstwę grubości około 1 mm. Zastępują więc lub uzupełniają gładź gipsową.

Tynki nanosi się z kolei głównie metodą natryskową, tworząc warstwę grubszą niż gładź. Jedne i drugie są wysoce paroprzepuszczalne, więc pozwalają odprowadzać nadmiar wilgoci poza przegrodę. Można je stosować tylko wewnątrz domów, gdyż podobnie jak wyroby z gipsu wykazują dużą chłonność, a woda, zwłaszcza zamarzająca, mogłaby uszkodzić ich strukturę.

Panele VIP

Granulat znajduje również zastosowanie w produkcji paneli VIP (Vacuum Insulation Panel). To elementy próżniowe o budowie warstwowej. Między dwoma ściankami osłonowymi z aluminium i stali jest szczelnie zamknięty granulat utrzymywany tam w warunkach podciśnienia. Panele takie mają grubość 5 cm i stosuje się je do ocieplania przegród budynków. Ich współczynnik przewodzenia ciepła λ może wynosić nawet 0,007 W/(m^.K), a współczynnik przenikania ciepła U – 0,15 W/(m^2.K). Tak doskonała izolacyjność termiczna utrzymuje się jednak dopóty, dopóki osłona nie zostanie rozszczelniona, gdyż wówczas, gdy do panelu dostanie się powietrze, wartość współczynnika λ wzrośnie do poziomu około 0,020 W/(m^.K), czyli takiego, jaki jest charakterystyczny dla granulatu aerożelowego pozostającego w warunkach normalnych.

Z panelami trzeba się zatem obchodzić bardzo delikatnie na każdym etapie – od transportu przez składowanie po montaż i eksploatację. Nie ma oczywiście mowy o docinaniu paneli ani wkręcaniu bądź wbijaniu w nie czegokolwiek. Producenci paneli VIP oferują wersje łączone z płytami g-k, MDF, OSB lub styropianowymi. Takie kanapki są sztywne, a rdzeń VIP ma tu obustronną osłonę przed ewentualnymi uszkodzeniami.

Przeciw mostkom termicznym

Aerożel to materiał stosunkowo drogi. Wykonana z niego mata grubości 3 mm kosztuje 175-200 zł/m², a grubsza, dziesięciomilimetrowa – 310-400 zł/m². Ceny takie raczej nikogo nie skuszą do zaizolowania aerożelem całych powierzchni ścian, podłóg lub dachu. Jest zatem wybierany głównie wtedy, gdy potrzebna jest wyjątkowo cienka, a jednocześnie bardzo skuteczna warstwa ocieplenia.

Warto go używać do izolacji wnęk okiennych. Aerożel nie zawęzi otworu okiennego, a pozwoli zapewnić taką samą izolacyjność cieplną jak w pozostałych miejscach ściany. Cienkimi pasami aerożelu da się także obłożyć te elementy domu, które mimo ocieplenia mogą stać się mostkami termicznymi – na przykład krokwie dachowe lub słupy w szkieletowej konstrukcji ścian zewnętrznych. Można go polecić do izolowania podłóg tam, gdzie użycie grubszej warstwy tradycyjnego wyrobu ociepleniowego spowodowałoby, że powierzchnia posadzki wypadłaby wyżej niż próg drzwi – zwykłych bądź tarasowych.

O aerożelu mogą pomyśleć też ci, których czeka ocieplanie domu od wewnątrz, gdy od zewnątrz jest to z jakichś względów niemożliwe lub utrudnione. Jest on wyrobem paroprzepuszczalnym, więc jego użycie nie stworzy ryzyka kondensacji pary wodnej i pojawienia się skroplin na styku ścian i warstwy izolacyjnej.

Izolacja transparentna

Aerożel w wersji monolitycznej wygląda jak zamrożony kłąb pary, co znaczy, że jest jedynym na naszym rynku materiałem ociepleniowym mogącym przepuszczać światło. Stwarza to nowe możliwości projektantom budynków. Bywa więc stosowany jako ocieplenie w pakietach szybowych, które nie wymagają zupełnej przejrzystości. Między szybami umieszcza się wtedy granulat albo sztywny, monolityczny panel aerożelowy. Dzięki temu przeszklenia zyskują izolacyjność cieplną znacznie wybiegającą ponad standard (współczynnik U_g nawet 0,3 W/(m^2.K)).

Aerożelem wypełnia się także wybrane komory w profilach okiennych z PCW lub aluminium.

Z aerożelu wykonuje się także doświetlające, sztywne panele ścienne grubości 7 cm, wmontowywane w konstrukcję ścian zewnętrznych. Mogą one doświetlać klatki schodowe lub inne pomieszczenia. Nie są zupełnie przeźroczyste, dzięki czemu dają poczucie intymności. Ich współczynnik przenikania ciepła U wynosi 0,28 W/(m^2.K). Redukują też hałas o 5 dB.

Aerożel wykorzystuje się również do produkcji świetlików do dachów płaskich. Stosowane są w tym celu wielokomorowe panele poliwęglanowe, w których aerożel użyty jest jako wypełnienie termoizolacyjne. Zapewnia wysoką termoizolacyjność, przepuszcza i jednocześnie rozprasza promienie słoneczne. Wypełnione aerożelem panele zapewniają przepuszczalność na poziomie 90% na każdy 1 cm grubości.

Przeczytaj także:

Aerożel - materiał termoizolacyjny do dociepleń. Maty aerożelowe

Jak zapewnić izolacyjność przegród spełniającą wymagania przepisów?

Płyty termoizolacyjne. Nowoczesne materiały ociepleniowe o bardzo niskim współczynniku λ

Radosław Murat