Toplinska izolacija

Posljedice nedovoljne toplinske izolacije su oštećenja konstrukcije, te neudobno i nezdravo stanovanje i rad. Zagrijavanje nedovoljno izoliranih prostora zahtijeva veću količinu topliske energije, što dovodi do povećanja cijene korištenja i održavanja prostora, ali i do većeg zagađenja okoliša.

Bolju toplinsku izolaciju postižemo ugradnjom materijala niske toplinske provodljivosti, odnosno visokog toplinskog otpora. Toplinski otpor materijala povećava se s obzirom na debljinu materijala.

Izolacijski materijali tipično sadrže puno šupljina ispunjenih zrakom čime kombiniraju nisku provodljivost zraka i ujedno sprečavaju gibanje zraka i time konvekciju topline (prijenos je topline u tvarima koje mogu strujati).

Vrste toplinsko izolacijskih materijala je raznolika, a možemo ih podijeliti na anorganske i organske materijale. Od anorganskih materijala najviše se koriste kamena i mineralna vuna, dok je među organskim materijalima najpopularniji ekspandirani polistiren. Ostali materijali s toplinsko izolacijskim svojstvima su i glina, perlit, vermikulit, kokos, pamuk, lan, drvena vuna, celuloza, pluto, slama te tzv. prozirna i vakuumska toplinska izolacija. Prozirna izolacija omogućava prijem sunčeve energije i prijenos u zgradu, a istovremeno spriječava kao i obična toplinska izolacija gubitke topline iz zgrade. Vakuumska izolacija radi se u modularnim panelima, a zbog izuzetnih izolacijskih svojstava potrebne su znatno manje debljine od konvencionalne toplinske izolacije za ista toplinska svojstva. Ova je izolacija još uvijek vrlo skupa i primjenjuje se najviše kod sanacija objekata gdje nije moguće ugraditi veće debljine izolacije zbog npr. spomeničke vrijednosti objekta.

Aerogel je umjetno tvorivo s najnižom gustoćom od bilo koje poznate porozne krutine. Izveden je iz gela u kojem je tekući sastojak gela zamijenjen s plinom. Rezultat je krutina s nekoliko izvanrednih svojstava, a kao najznačajnije su učinkovitost kao toplinski izolator i iznimno niska gustoća. Naziva se još i smrznuti dim, kruti dim ili plavi dim zbog svoje prozirne prirode i načina rasipanja svjetlosti u tvorivu. Prvi aerogelovi su se izrađivali od silicijskog gela. Kistlerov kasniji rad uključio je aerogelove na temelju aluminija, kroma i kositrova oksida. Aerogelovi su dobri toplinski izolatori jer se gotovo u cijelosti sastoje od plina, a plinovi su vrlo slabi vodiči topline. Iako naizgled imaju krhku građu, mnogi aerogelovi imaju vrlo dobra mehanička svojstva. Ipak, vrlo su lomljivi i nisu otporni na savijanje i rezanje.

Ekspandirani polistiren ili stiropor ima dobra izolacijska, danas je to jedan od najpopularnijih izolacijskih materijala. Koristi se najviše kao toplinska zaštita, u svim vanjskim konstrukcijama, te kao plivajući pod u podnim međukatnim konstrukcijama. Ima znatno slabija protupožarna svojstva od kamene vune, te nije otporan na temperature više od 80 °C. Često se koristi za toplinsku zaštitu podrumskih zidova – ekstrudirani polistiren. U prvom mjesecu nakon izrade još se izlučuje ekspandirno sredstvo (plin pentan), kasnije je materijal u potpunosti stabiliziran. Kad ishlapi sredstvo za ekspandiranje, proizvodi se dimenzijski stabiliziraju, pa se govori o starenju, odnosno odležavanju. Polistirenske ploče trebaju odležati 60 dana i više, da su kvalitetno sposobne za ugradnju u fasade i ravne krovove. Paropropusnost ekspandiranog polistirena ovisi o volumenskoj težini ekspandiranog polistirena.

Mineralna uvrštava se među najbolje toplinske izolatore. To je izolacijski materijal mineralnog porijekla za toplinsku, zvučnu i protupožarnu izolaciju u graditeljstvu, industriji i brodogradnji. Kamena vuna ima visoku otpornost na požar, paropropusna je i djelomično vodootporna. Otporna je na starenje i raspadanje, te na mikroorganizme i kukce. Koristi se u svim vanjskim konstrukcijama za toplinsku zaštitu, te u pregradnim zidovima za zvučnu zaštitu. Jedino mjesto gdje se ne preporuča je za izolaciju podrumskih zidova pod zemljom. Dobiva se ili propuhivanjem pare (zraka) kroz užarenu šljaku visokih peći ili prelijevanjem mase dijabaza preko brzo rotirajućih, šamotnih diskova. Dobivene fine staklaste niti slažu se u “vunu”. Pod mineralnom vunom se podrazumevaju i staklena vuna i kamena vuna. Razlika između njih je u sirovini od koje se dobijaju, tehnološkom postupku i krajnjim osobinama materijala. Glavna sirovina od koje se dobija staklena vuna je kvarcni pijesak s dodatkom recikliranog stakla. Kamena vuna se dobija od kamenih minerala, dolomita, bazalta i diabaza s dodatkom koksa.

Poliuretanska pjena ili PU pjena također se dosta koristi, naročito pri sanacijama krovova. Ima još bolja toplinsko izolacijska svojstva. Ima dobra svojstva na vlagu i temperaturne promjene.

Perlit je eruptivni aluminijsko-silikatni kamen, koji se mehanički usitnjava i kratko zagrijava na 1000 °C. Pri tome se voda sadržana u stijenju pretvara u vodenu paru i napuhuje materijal i povećava njegov obujam za 15 do 20 puta. Nastali proizvod je bijeli granulat veličine zrna i do 6 mm. Pojedinačna zrna se sastoje od ćelija, koje su odgovorne za termoizolacijska svojstva. Perlit izolacijski materijali koriste se uglavnom kao izolacijski materijal za zasipavanje, rijetko u obliku ploča. Ekspandirani perlit nije zapaljiv, ali je osjetljiv na vlagu. Zato se, ukoliko je u uporabi kao izolacija jezgre hidrofobira i to silikonima u disperzijama, bez sadržaja otapala ili pomoću umjetnih smola. Perlit izolacijske ploče se sastoje od ekspandiranog perlita, koji je obrađen s organskim i/ili neorganskim vlaknima i vezivima. Vlakna se pripreme te se oblikuju zajedno s ekspandiranim perlitom vlažnim postupkom u izolacijske ploče. Gotove ploče su osjetljive na vlagu i smiju se ugrađivati samo tamo gdje su prema građevinsko-nadzornim propisima dopušteni normalno zapaljivi materijali.

Porofen je tvrda pjena fenolformaldehidne smole. Za toplinske izolacije, naročito kod ravnih krovova. Treba upozoriti na štetnost formaldehida i fenola kao hlapljive tvari.

Pluto je vrlo dobar toplinski izolator, a dobiva se od kore hrasta plutnjaka. Plutene ploče se proizvode mljevenjem kore i ekspandiranjem čestica pluta u autoklavima i zatim rezanjem blokova ekspandiranog pluta u ploče raznih duljina. Drugi način proizvodnje ploča je prešanje plutenih čestica povezanih bitumenom ili drugim ljepilom. Osim u pločama, pluto se isporučuje i u česticama ili ekspandiranim granulama u rastresitom stanju ili zaljepljenim na neku traku (obično bitumensku). Ploče se zbog svog lijepog izgleda mogu upotrebljavati i za oblaganje zidova, pa čak i podova (jako prešane ploče) u trostrukoj funkciji: kao toplinski i zvučni izolator i kao ukrasna površina.

Ploče od drvenih vlakana (drvena vuna) proizvode se tako da se vlakna spajaju cementom. Ploče su lagane jer sadrže šupljine. Gustoća im je od 200 do 500 kg/m3 (ali i do 1000 kg/m3, kod tvrdih ploča). Danas se često upotrebljavaju u kombinaciji s nekom, još boljom toplinskom izolacijom kao tanka, tvrda kora (kombi ploče). Za toplinsku izolaciju mogu se upotrebljavati i mješavine drvnih čestica (piljevine) i nekog veziva ili u vidu prešanih ploča ili lijevane na mjestu ugradnje.

Ovčja vuna ima toplinska izolacijska svojstva koja su slična mineralnoj vuni. Niska toplinska koeficijent toplinske vodljivosti. Prikupljena prirodna vuna isprana je nekoliko puta da bi uklonio lanolin, te se zatim miješa sa poliesterom koji pomaže da zadrži svoj oblik. Zamotuljak vune općenito sadrži 85% vune pomiješane sa 15% poliestera. Ovčja vuna je prirodno vlakno dobiveno od potpuno obnovljivog resursa. Čišćenje, izlaganje zraku i toplinska obrada vezivanja tijekom proizvodnje troši minimalnu energiju. Ona koristi samo 14% energije koja se inače koristila za proizvodnju izolacije od mineralne vune. Ovčja vuna je higroskopna i stoga će apsorbirati i osloboditi vodenu paru, ne narušavajući njezinu toplinsku učinkovitost. Kod hladnog vremena, ovčja vuna apsorbira toplinu iz vlage u zraku, što joj omogućuje da se smanji gubitak topline iz zgrade. U toplo vrijeme, oslobađanje vlage ima učinak hlađenja na vlakna koja smanjuje protok topline u zgradi. Vuna ima višu vatrootpornost od celuloze i celularno plastičnih izolatora. Topi se kada dođe u dodir sa izvorom plamena, ali bi se trebala sama i ugasiti. Tretirana je sa neopasnim vatrootpornim sredstvom kako bi poboljšala svoju vatrootpornost, zapaljivost i površinu širenja plamena.

Balirana slama ima dva do tri puta nižu provodlivost toplinske energije od modernih građevinskih materijala i mnogo niži od trenutačnih građevinskih propisa. Slama je obnovljivi materijal koji se može proizvoditi (uzgajati) svake godine. Energija potrebna za proizvodnju ovog materijala dolazi od Sunca – obnovljivog izvora energije. Kada objekt prestane biti u funkciji, slama se i nakon dugog niza godina može kompostirati ili koristiti u povrtlarstvu za malčiranje. Nema problema s otpadom. Slama gori. Da, ali ožbukani slamnati zidovi su manje skloni požaru nego tradicionalne drvene kuće. Budući da je slama u balama vrlo gusto stisnuta, u njoj nema dovoljno kisika da bi se zapalila. Slama predstavlja izrazito zdravu alternativu modernim građevinskim materijalima. Slama je prirodan materijal i nema štetnih utjecaja. Ne uzrokuje alergije jer se ne radi o sijenu, pa ne sadrži pelud (slama je od žitarica, a sijeno je pokošena livada, pa sadrži pelud poljskog cvijeća). Kvaliteta zraka u kućama od slame bitno je bolja, jer ne ispušta nikakva isparavanja, kao što su primjerice formaldehidi koje često ispuštaju moderni materijali. Osim toga, za razliku od betona, slamnati zidovi dišu, što rezultira bitno svježijim zrakom u prostorijama.