Izolacje próżniowe (VIP) – właściwości i przykłady zastosowań w budownictwie

Uchwalona w 2002 r. Dyrektywa 2002/91/EC Parlamentu Europejskiego i Rady Europy w sprawie charakterystyki energetycznej budynków [1] nałożyła obowiązek poprawy efektywności energetycznej w budynkach oraz redukcji emisji gazów cieplarnianych.

W związku z tymi wymaganiami poszukiwane są innowacyjne materiały do izolacji cieplnej, pozwalające ograniczać straty ciepła oraz zmniejszać kondensację pary wodnej, a dzięki temu zapewniać odpowiedni mikroklimat w pomieszczeniach oraz ograniczać koszty ogrzewania.

Przykładem takiego materiału jest próżniowy panel izolacyjny (VIP, ang. Vacuum Insulation Panel). 

Historia izolacji próżniowej sięga końca XIX w., kiedy James Dewar wynalazł naczynie Dewara (później nazwane termosem) – szklany cylinder o podwójnych ściankach wykonany w taki sposób, by między jego ściankami powstała przestrzeń, z której wypompowuje się powietrze [2].

W budownictwie pomysł ten – w postaci próżniowego panelu izolacyjnego – jest wykorzystywany dopiero od kilku lat. W Europie największe zainteresowanie tymi produktami można zaobserwować w Niemczech i Szwajcarii.

W krajach tych jako jednych z pierwszych w Europie zaczęto stosować izolacje próżniowe w budownictwie – zarówno przy renowacjach, jak i w nowo powstających budynkach.

Budowa panelu próżniowego (VIP)

Próżniowe panele izolacyjne zasadniczo składają się z dwóch elementów – z materiału mikro-, nanoporowatego, zwanego „rdzeniem”, zapakowanego próżniowo w szczelną membranę, zwaną „folią” (RYS. 1).

Materiał wykorzystywany jako rdzeń odgrywa ważną rolę w izolacji termicznej – decyduje o właściwościach mechanicznych, a dzięki temu o trwałości systemu izolacji.

Powinien być otwartokomórkowy, a zatem zdolny do wytworzenia próżni, chronić przed zewnętrznymi obciążeniami spowodowanymi ciśnieniem atmosferycznym, utrzymywać wymaganą jakość próżni, a jednocześnie zapobiegać zwijaniu się membrany na ścianach panelu (FOT. 1).

Najczęściej stosowanymi materiałami jako rdzeń panelu są: włókna szklane, otwartokomórkowa pianka poliuretanowa, otwartokomórkowa pianka polistyrenowa, krzemionka pirogeniczna i nanożel [3].

Rdzeń próżniowych paneli izolacyjnych stosowanych obecnie w budownictwie to głównie krzemionka pirogeniczna w postaci proszku [4] (FOT. 2). Cechuje się ona m.in. niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła l, bardzo dużą powierzchnią właściwą i nanoporowatością (>90%).

Prowadzone są badania nad zastosowaniem kompozytów włóknisto-proszkowych wykonanych z tradycyjnych izolacji z włókien i proszków wulkanicznych [5]. Użycie tego typu rdzeni pozwoliłoby na obniżenie kosztów wytworzenia paneli.

Wielowarstwowa folia pokrywająca rdzeń składa się zazwyczaj z trzech warstw: zewnętrznej warstwy ochronnej (np. politereftalanu etylenowego), środkowej warstwy ­zaporowej (np. folii aluminiowej) oraz wewnętrznej warstwy uszczelniającej (np. polietylenu) [6].

Ponadto wewnątrz rdzenia umieszcza się osuszacze/pochłaniacze, żeby wydłużyć okres użytkowania próżniowych paneli izolacyjnych przez ciągłą absorpcję pary wodnej (osuszacz) i gazów (pochłaniacz), które pozostały w rdzeniu bądź przedostały się do niego ze środowiska zewnętrznego.

W wypadku rdzenia krzemionkowego on sam działa jako osuszacz, a w wypadku innego materiału wymagany jest dodatek osuszacza w postaci małej ilości żelu krzemionkowego [7].

Wady i zalety VIP

W TABELI 1 zestawiono właściwości próżniowych paneli izolacyjnych oraz tradycyjnych izolacji cieplnych z wełny mineralnej szklanej i styropianu.

Próżniowe panele izolacyjne, tak jak wszystkie materiały budowlane, mają zarówno zalety, jak i wady, które należałoby rozważyć przed wyborem danego produktu.

Zalety próżniowych paneli izolacyjnych to:

•  możliwość znacznej redukcji grubości warstwy izolacji,
•  wysokie wartości oporu cieplnego,
•  mały ciężar właściwy,
•  bardzo niska wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ, a tym samym bardzo dobre właściwości termoizolacyjne,
•  możliwość osiągnięcia wartości współczynnika przenikania ciepła U < 0,10 [W/(m²·K)].

Wady próżniowych paneli izolacyjnych to:

•  wysoka cena w porównaniu z tradycyjnymi izolacjami,
•  montaż wymagający przeszkolonej ekipy wykonawczej,
•  krótsza żywotność w stosunku do tradycyjnych izolacji,
•  brak możliwości jakiejkolwiek obróbki mechanicznej paneli na budowie – wymagane bardzo dokładne wykonanie planu montażu przed zamówieniem materiału,
•  łatwość uszkodzenia w trakcie montażu.

Wytyczne montażowe

Przy transporcie, składowaniu i montażu należy przestrzegać kilku podstawowych zasad:

•  panele muszą być chronione przed uszkodzeniami, wilgocią i nasłonecznieniem;
•  montaż paneli może się odbywać tylko w suchych warunkach;
•  przed ułożeniem zawsze trzeba sprawdzić, czy panel nie jest uszkodzony;
•  należy uważać, by folia ochronna nie została uszkodzona ani usunięta;
•  niedopuszczalne jest piłowanie paneli, ich wiercenie, cięcie itp.;
•  do montażu można stosować kleje i taśmy, które nie zawierają rozpuszczalników (np. kleje poliuretanowe, taśmy aluminiowe);
•  wskazane jest układanie paneli zawsze w jednym kierunku;
•  powierzchnie, na których mają być zamontowane panele, muszą być równe i nie mieć ostrych elementów;
•  po obu stronach paneli powinny być ułożone maty ochronne w taki sposób, by zmniejszyć ryzyko uszkodzenia izolacji (np. wskutek chodzenia po niej);
•  płyty nie mogą być docinane na budowie; przed rozpoczęciem montażu należy sporządzić jego plan, tj. zmierzyć dokładnie powierzchnie i odesłać szkic do producenta, który dostarczy płyty zrobione na wymiar;
•  montażyści powinni być przeszkoleni i wyposażeni w specjalne obuwie.

Zastosowanie w budownictwie

Próżniowe panele izolacyjne są najczęściej stosowane jako izolacja tarasów, ponieważ pozwalają na uniknięcie utworzenia wysokiego stopnia między pomieszczeniem wewnętrznym a tarasem. Przykładowe warstwy tarasu dachowego to: płyta brukowa, żwir/piasek, membrana wodoszczelna, VIP okryty obustronnie, warstwa folii, beton [10].

Innym interesującym zastosowaniem są krokwie na dachach pochyłych. Wykonanie cienkiej warstwy izolacji na poziomie krokwi – między i pod krokwiami – pozwala na stworzenie dodatkowej przestrzeni (zwiększa się wysokość pomieszczenia). W wypadku poddaszy użytkowych nie zawsze możliwe jest wpasowanie grubej warstwy izolacji pomiędzy krokwie lub pod nie.

Próżniowe panele izolacyjne są również stosowane jako izolacja od wewnątrz ścian zewnętrznych. Jednak w takim wypadku należy pamiętać o ich zabezpieczeniu przed uszkodzeniami wskutek ingerencji przyszłych użytkowników (np. przed uszkodzeniem śrubami, gwoździami czy instalacjami elektrycznymi).

Trzeba również rozważyć możliwość wystąpienia kondensacji pary wodnej. Zaletą jest zapewnienie większej powierzchni użytkowej pomieszczenia. Przykładowo w renowacji istniejącego budynku, którego ściany zewnętrzne składają się z warstwy tynku zewnętrznego, cegły i tynku wewnętrznego, można zastosować następujące warstwy (od wewnątrz): VIP, szczelina powietrzna, płyta gipsowa, tynk wewnętrzny.

Pozostałe zastosowania VIP to:

•  izolacja ścian zewnętrznych budynków nowo budowanych (VIP umożliwia osiągnięcie przez przegrodę wartości współczynnika przenikania ciepła U < 0,1 [W/(m²·K)]),
•  elewacje, nadproża i ościeża okienne, rolety okienne, wnęki grzejnikowe, attyki, balkony, ogrody zimowe, stropy, posadzki itp.

FOT. 3–6 pokazują różne rodzaje pokrycia panelu VIP w zależności od jego przeznaczenia.

Przykłady budynków z zastosowaniem VIP – Niemcy

W TABELI 2 opisano kilka budynków z wykorzystaniem próżniowych paneli izolacyjnych. Wybrano obiekty zlokalizowane w Niemczech, ponieważ właśnie ten kraj wraz ze Szwajcarią należy do pionierów w Europie w zastosowaniu izolacji VIP w budownictwie.

Podsumowanie

Próżniowe panele izolacyjne zdobywają coraz większe uznanie w budownictwie. Rośnie liczba obiektów, w których zastosowano tę nowoczesną technologię, zwłaszcza tam, gdzie nie ma zbyt wiele miejsca na wykonanie standardowego ocieplenia odpowiedniej grubości lub gdy ze względów estetycznych pożądana jest jak najcieńsza przegroda.

Materiał ten pomaga osiągnąć wyższy stopień efektywności energetycznej przy jednoczesnym zredukowaniu grubości przegrody. Oznacza to zarówno mniejsze zużycie energii, jak i mniejsze zużycie materiału, a tym samym zmniejszenie emisji CO₂.

Wzrost wymagań związanych z energooszczędnością powoduje, że dotychczasowe materiały są stopniowo wypierane przez innowacyjne technologie. Również próżniowe panele izolacyjne mają szansę na większą popularność w przemyśle budowlanym.

Istotną wadą i przeszkodą w ich powszechnym stosowaniu jako materiału izolacji cieplnej w budownictwie jest niewątpliwie jego bardzo wysoki koszt. Prowadzone są jednak badania nad używaniem alternatywnych materiałów do ich budowy, co powinno w przyszłości obniżyć koszty produkcji i cenę gotowego wyrobu.

Literatura

1. Dyrektywa 2002/91/EC Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (DzUrz L 1 z 4.1.2003 r., s. 65–71).
2. J. Fricke, „From Dewars to VIPs – One Century of Progress in Vacuum Insulation Technology”, 7th International Vacuum Insulation Symposium, Zurich-Duebendorf, September 28–29, 2005.
3. P. Mukhopadhyaya, M.K. Kumuran, N. Normandin et al., „High performance vacuum insulation panel development of alternative core material”, „Journal of Cold Regions Engineering”, vol. 22/2008, p. 103–123.
4. H. Simmler, S. Brunner, „Vacuum insulation panels for building application. Basic properties, aging mechanisms and service life”, „Energy and Building”, vol. 37/2005, p. 1122–1131.
5. P. Mukhopadhyaya, M.K. Kumuran, N. Normandin et al., „Fibre-powder composite as core material for vacuum insulation panel”, 9th International Vacuum Insulation Symposium, London, September 17–18, 2009.
6. E. Wegger, B.P. Jelle, E. Sveipe et al., „Accelerated Laboratory Ageing of Vacuum Insulation Panels”, XII DBMC International Conference on Durability of Building Materials and Components, Porto, April 12–15, 2011.
7. M. Alam, H. Singh, M.C. Limbachiya, „Vacuum Insolation Panels (VIPs) for building construction industry – A review of the contemporary developments and future directions”, „Applied Energy”, vol. 88/2011, p. 3592–3602.
8. DIN 4102-1:1998, „Fire behaviour of building materials and elements. Part 1: Classification of building materials. Requirements and testing”.
9. EN 13501-1, „Fire classification of construction products and building elements. Part 1: Classification using data from reaction to fire tests”.
10. R. Materna, „VIP’s for advanced retrofit solution for buildings”, International Conference and Workshop EMPA, Duebendorf, January 22–24, 2001.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!