Ekologiczne aspekty wykorzystania wybranych materiałów stosowanych jako izolacje termiczne - polemika

Przedstawiony przez mgr. inż. Przemysława Brzyskiego w artykule „Ekologiczne aspekty wykorzystania wybranych materiałów stosowanych jako izolacje termiczne” [1] opis materiału izolacyjnego z celulozy sprowadzony został do de facto opisu jednej marki handlowej.

Rozszerzanie parametrów jednego produktu na całą gamę celulozowych materiałów izolacyjnych jest dużym uproszczeniem, co niniejszy artykuł powinien pokazać.

Inwestorów, audytorów i projektantów należy zachęcać do wybierania materiałów izolacyjnych, których wytworzenie i stosowanie odciąża środowisko naturalne. Takim materiałem są celulozowe izolacje termiczne, powstające z makulatury gazetowej pochodzącej z recyklingu. Udział surowców z recyklingu jest w nich na poziomie 85%, a dostępne są marki handlowe, w których wynosi on nawet 90%.

Dzięki celulozie masa papieru odpadowego zamiast zalegać na wysypiskach śmieci, poddana recyklingowi przyczynia się do zmniejszenia strat ciepła i zapotrzebowania energii na ogrzewanie i chłodzenie w budynkach.

W ostatnich latach celulozowe izolacje termiczne zyskują na popularności wśród inwestorów, a szacunki branżowe mówią o 250  000 ton izolacji celulozowych wyprodukowanych i wbudowanych w 2014 r. w Europie. Ilość ta wystarczyłaby na ocieplenie 50 mln m² stropodachów wentylowanych warstwą celulozy grubości 20 cm.

Ważne zastrzeżenie

Niniejszy artykuł stworzony został w oparciu o analizę materiałów izolacyjnych dopuszczonych do stosowania zgodnie z polskim i europejskim prawem. Po harmonizacji normy PN-EN 15101 „Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Wyroby z celulozy w postaci luźnej (LFCI) formowane in situ” [2] jedynie produkty oznakowane certyfikatem CE będą mogły być bezpieczne i legalnie stosowane w budownictwie.

Korzyścią dla inwestorów lub projektantów będzie większa pewność, że dany materiał izolacyjny spełnia deklarowane i przebadane przez producenta parametry. Miesięcznik „IZOLACJE” już zajmował się tym zagadnieniem, m.in. w artykule pt. „Certyfikat CE dla celulozowych izolacji termicznych, na podstawie normy zharmonizowanej” [3], do lektury którego dociekliwego Czytelnika odsyłamy.

Na dzień powstania niniejszego opracowania nie ma na rynku Unii Europejskiej produktu izolacyjnego z celulozy, który byłby certyfikowany w oparciu o ww. normę. Wszystkie analizowane materiały posiadają Europejską Aprobatę Techniczną oraz wydany na jej podstawie certyfikat CE i to z nich pochodzą dane prezentowane w niniejszym opracowaniu.

Materiały izolacyjne z celulozy były rzetelnie przedstawione w opracowaniu pt. „Izolacyjne systemy natryskowe” [4]. Należy zaznaczyć, że podane tam gęstości produktów odnosiły się jedynie do materiałów celulozowych dopuszczonych w Europejskiej Aprobacie Technicznej jako materiał izolacyjny zdatny do instalowania metodą na mokro.

Projektantom i audytorom przyda się wiedza, że nie każdy materiał celulozowy nadaje się do tej metody. Niektórym z nich zmieniają się parametry użytkowe - gęstości lub współczynnik przewodzenia ciepła. Wynika to ze struktury i jakości rozwłókniania surowca makulaturowego oraz z ilości dodatków chemicznych, jakimi są uniepalniacze.

Zagadnienia wykorzystania izolacji celulozowych podczas projektowania ochrony cieplnej budynków w zgodzie z obowiązującymi przepisami Czytelnik znajdzie w artykule pt. „Ocieplanie przegród zewnętrznych celulozą w świetle nowych wymagań cieplnych” [5].

Parametry celulozy

Współczynnik przewodzenia ciepła λ_d = 0,043-0,037 w/(m·k)

Metody badania i deklarowania współczynnika przewodzenia ciepła określają dwa dokumenty: CUAP [6] dla Europejskich Aprobat Technicznych oraz norma zharmonizowana [2]. Cechą wspólną tych wytycznych jest konieczność przebadania produktu w całym zakresie deklarowanych gęstości po jego uprzednim ustabilizowaniu w warunkach 50% wilgotności względnej, a najgorszy uzyskany wynik stanowi podstawę do dalszych przekształceń i uzyskania deklarowanego współczynnika przewodzenia ciepła lD.

Wśród materiałów izolacyjnych z celulozy znajdziemy produkty zarówno przeciętne, jak i wybitne. Współczynnik przewodzenia ciepła tych produktów zawiera się między 0,037 W/(m·K) a 0,043 W/(m·K).

Norma [2] obejmuje materiały izolacyjne o maksymalnym współczynniku przewodzenia ciepła 0,60 W/(m·K). W praktyce tak wysokie wartości przewodzenia ciepła dotyczą tylko specjalistycznych materiałów, stosowanych jako natrysk akustyczny na strop i zmniejszających pogłos w pomieszczeniach.

Wśród produktów stosowanych do ociepleń budynków, najniższy współczynnik przewodzenia ciepła ma celuloza isofloc F – 0,037 W/(m·K). Co szczególnie interesujące, materiał ten, jeżeli nie jest wbudowany metodą wdmuchiwania z użyciem profesjonalnych maszyn wdmuchujących, ma współczynnik przewodzenia ciepła na poziomie 0,043 W/(m·K). Tak duże znaczenie ma rozwój nowoczesnych technologii wdmuchiwania izolacji.

Klasa reakcji na ogień izolacji celulozowej od E do B-s1,d0

Niejednokrotnie materiały izolacyjne z celulozy mają tak dobre charakterystyki reakcji na ogień, że znajdują się w grupie materiałów NRO – nierozprzestrzeniających ognia [7].

Badanie reakcji na ogień odbywa się zgodnie z normą EN 13501­‑1 [8] i Aneksem C do normy EN 15101-1 [2], przy czym standardem jest badanie w tzw. ustroju typowym, to znaczy na znormalizowanych podłożach. Zakres uzyskiwanych parametrów zawiera się między: E, przez C-s2,d0 aż do klasy B, w tym s1 i s2,d0. I w tym zakresie każdy materiał izolacyjny z celulozy charakteryzuje się indywidualnymi cechami.

Na rynku znajdziemy rozwiązania technologiczne, których klasy reakcji na ogień oznaczono jedynie jako E, ale są również produkty o wyższej klasie reakcji na ogień.

Najlepszą klasą reakcji na ogień dla celulozy dostępnej na polskim rynku jest klasa B-s2,d0 uzyskiwana przy grubości minimum 10 cm. W praktyce nie spotyka się izolacji celulozowej, w której osiągnięto tak wysoką reakcję na ogień w oderwaniu od grubości warstwy izolacyjnej.

Celuloza i ochrona przeciwpożarowa

Zachowanie celulozy w trakcie pożaru obszernie prezentuje artykuł [9]. Łączące wysoką klasę reakcji na ogień z wyjątkowo skutecznym zachowaniem materiału w czasie pożaru, materiały izolacyjne z celulozy mają klasyfikacje REI 30 – 60 – 90 minut [10]. Pozwala to na szersze stosowanie ekologicznych izolacji termicznych w budynkach wysokościowych od ZLI do ZLV (np. jako izolacja termiczna i akustyczna w hotelach czy jako ocieplenie w budynkach użyteczności publicznej).

O retardantach

Uzyskanie tak dobrych parametrów ochrony przeciwpożarowej możliwe jest w dużej mierze przez dodanie związków chemicznych, podnoszących odporność ogniową celulozy. Wielkość ich udziału w całości produktu oraz ich rodzaj zależy od klasy i jakości stosowanych surowców i technologii produkcji. Stanowią one od 10 do 18% masy produktu finalnego [4].

Jako uniepalniacze stosowane są m.in.: związki boru (kwas borowy, sól sodowa kwasu borowego i pochodne), wodorotlenek glinu, sole amonowe. Trwają prace z udziałem m.in. Grupy isofloc nad uzyskaniem kolejnych rozwiązań uniepalniających, co tylko przyczyni się do upowszechnienia tych naturalnych materiałów izolacyjnych.

Szkodliwie rozpowszechnianym mitem jest zakaz stosowania związków boru w celulozie. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 109/2012 z dnia 9 lutego 2012 r. [11] reguluje dopuszczalne ilości kwasu borowego, ale nie zabrania jego użycia. W ilości do 5,5% związki kwasu borowego mogą być stosowane w celulozie, a pochodne soli kwasu borowego nawet w ilości do 8% (zgodnie z Rozporządzeniem Komisji (WE) nr 790/2009 z dnia 10 sierpnia 2009 r. [12]).

Należy zwrócić uwagę na to, że materiał jest instalowany przez fachowy zespół wykonawców i nie powinien mieć bezpośredniego kontaktu z użytkownikami obiektu. W związku z tym progi te mogłyby być przekraczane, niemniej stanowisko krajowego Inspektora ds. Substancji Chemicznych jest w tym kontekście nieprzejednane.

Zawartość kwasu borowego lub innych związków deklarowana jest w Karcie Charakterystyki Produktu. Jeżeli produkt uzyskał certyfikat środowiskowy rangi NaturePlus (którym wyróżnione zostały trzy marki izolacji celulozowych: Thermofloc, isofloc LM i isofloc F), jest to najrzetelniejszym potwierdzeniem spełnienia przepisów europejskich w tym zakresie.

Gęstość objętościowa celulozy ρ = 25-65 kg/m³

Gęstość materiałów izolacyjnych z celulozy deklarowana jest na podstawie badań osiadania i w odniesieniu do czterech zastosowań bazowych:

• tzw. otwarty nadmuch na powierzchnie płaskie lub o niewielkim kącie nachylenia (do 10°): 25-60 kg/m³. Jest to przede wszystkim docieplanie stropodachów wentylowanych i stropów poddaszy nieużytkowych. Uzyskana warstwa materiału, jeżeli nie jest zagęszczona, osiądzie o wartość wskazaną w aprobacie technicznej;
• wdmuchiwanie w skosy połaci dachowych (do 45 lub 70°): 38-65 kg/m³. Jest to wypełnianie przestrzeni pomiędzy warstwą wstępnego krycia dachu (np. deskowaniem, membraną paroprzepuszczalną) a okładziną wewnętrzną (warstwą parochronną i powietrznoszczelną: płytą g-k, folią parochronną, deskami). Poprzez uzyskanie wyższych gęstości materiału unikamy zjawiska osiadania w przegrodach i utrzymujemy stabilność wymiarową izolacji;
• wdmuchiwanie w ściany: 40-65 kg/m³ - gęstości te będą zawsze wyższe niż dla połaci dachów skośnych i podobnie dotyczą wdmuchiwania wypełniającego całą dostępną przestrzeń;
• metoda natrysku na mokro: 30-55 kg/m³.

Na podstawie wielkości przegrody, jej powierzchni, kąta nachylenia itd. upoważnieni przedstawiciele producenta lub przeszkolone firmy wykonawcze mogą przekazać architektom i inwestorom dokładne gęstości. Każdy z produktów celulozowych zachowuje odmienne gęstości oraz krzywą przyrostu gęstości wraz ze wzrostem grubości i wymiarów przegrody.

Kolejne lata rozwoju technologii pozyskiwania włókien celulozowych z surowców recyklingowanych zmierzają do obniżenia gęstości, które pozwalają uzyskać stabilną wymiarowo warstwę izolacji termicznej. Ułatwia to również nowoczesność maszyn do wdmuchiwania izolacji – niezbędnego narzędzia w tym procesie.

Współczynnik oporu dyfuzyjnego μ = 1-2

Celuloza jest synonimem budownictwa otwartego na dyfuzję. Materiały izolacyjne z celulozy doskonale radzą sobie z wilgocią, pozwalając na jej swobodny przepływ przez konstrukcję przegrody. Norma [2] pozwala na przyjęcie wartości 1 dla współczynnika m bez badań. W większości aprobat normatywnie oznaczany jest 1–2, co wynika z ustaleń wyłożonych w CUAP.

W tym punkcie warto przypomnieć higroskopijne właściwości celulozy, które stanowią o przewadze materiałów izolacyjnych tej kategorii w konstrukcjach krytycznych, gdzie może występować kondensacja pary wodnej.

Dzięki celulozie, kondensacja ta albo w ogóle nie występuje, albo jest opóźniona i rozprowadzona na znacznej powierzchni. Przy czym, im większy udział surowca bazowego (makulatury) w całym produkcie, tym większym buforem ochronnym jest warstwa izolacji z celulozy. Świadome wykorzystanie higroskopijnych właściwości celulozy może też przyczynić się do poprawy klimatu wewnątrz budynku.

Higroskopijność celulozy pozwala na stworzenie ogromnego bufora wilgotnościowego. Tak znakomite właściwości doprowadzają do pewnych uproszczeń w praktyce budowlanej i czasem bezkrytycznego przyjmowania hasła, że „celuloza nie potrzebuje folii paroizolacyjnej”.

Każdą przegrodę budowlaną należy w tym kontekście oceniać oddzielnie, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak nasłonecznienie, położenie względem stron świata czy wilgotność i temperatura w pomieszczeniach [13]. Zdarza się faktycznie wiele konstrukcji, w których żadna folia parochronna nie jest potrzebna w razie zastosowania izolacji celulozowej [14].

Oporność na przepływ powietrza r od 6 kpa/s do ponad 40 kpa/s

Włókna celulozy w warstwie ocieplenia tworzą wielopłaszczyznową stabilną strukturę. Przypadkowość, skręt i wielokierunkowość ich położenia w połączeniu ze sprężystością włókien sprawia, że materiały celulozowe charakteryzują się małą przepuszczalnością gazów i dużą opornością na przepływ powietrza.

W efekcie uzyskujemy materiał izolacyjny o ogromnym potencjale wykorzystania jako izolacji akustycznej i dźwiękochłonnej.Celuloza doszczelnia zasypane nią konstrukcje. Jest to pozytywny czynnik, zmniejszający straty ciepła w przegrodzie ocieplonej celulozą i zwiększający komfort mieszkania w tak docieplonych budynkach.

Podsumowanie

Materiały izolacyjne z celulozy spełniają najwyższe standardy zrównoważonego rozwoju i wykazują najlepszą możliwą wydajność w zakresie ochrony środowiska oraz zdrowia i bezpieczeństwa użytkowników budynków nimi ocieplonych.

Ekologiczny aspekt wykorzystania celulozy przejawia się na każdym etapie cyklu życia produktu, począwszy od jego wytworzenia, poprzez okres użytkowania, aż po ponowne użycie bądź utylizację. Jej charakterystyka techniczna sprawia, że trudno znaleźć inny materiał izolacyjny, który byłby równie dobry w każdym aspekcie jego wykorzystania. Mamy nadzieję, że artykuł zachęci Czytelnika do bliższego zapoznania się z bogactwem ekologicznych materiałów izolacyjnych.

Literatura

1. P. Brzyski, „Ekologiczne aspekty wykorzystania wybranych materiałów stosowanych jako izolacje termiczne”, Izolacje 11/12/2014, s. 42–45.
2. PN-EN 15101-1:2013-12, „Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Wyroby z celulozy w postaci luźnej (LFCI) formowane in situ Część 1: Specyfikacja wyrobów przed zastosowaniem”.
3. R. Zaorski, „Certyfikat CE dla celulozowych izolacji termicznych, na podstawie normy zharmonizowanej”, „IZOLACJE” 5/2014, s. 20–24.
4. M. Drećka, „Termoizolacyjne systemy natryskowe – właściwości i zastosowanie”, „IZOLACJE” 1/2013, s. 40–44.
5. M. Drećka, „Ocieplanie przegród zewnętrznych celulozą w świetle nowych wymagań cieplnych”, „IZOLACJE” 6/2014 s. 58–62.
6. Wspólna wykładnia procedury oceny: „Common Understanding of Assessment Procedure: In-situ formed loose fill thermal insulation material and/or acoustic insulation material made of vegetable or animal fibres, CUAP VI 2003.
7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75, poz. 690, z późn. zm.).
8. PN-EN 13501-1+A1:2010, „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynku – Część 1: Klasyfikacja na podstawie badań reakcji na ogień”.
9. E. Haupt, „Naturbaustoffe und Brandschutz. Brandverhalten von Zellulose überzeugt Bauherren, Behörden und Feuerwehr”, Isoliertechnik 3/1998, s. 40–43, polskie tłumaczenie dostępne na www.derowerk.pl.
10. Raport z badań odporności ogniowej materiału isofloc w ustroju ściany nr PB 3.2/11-170-1, MFPA Leipzig, patrz również: www.dataholz.at, dostęp online z dn. 12.01.2015 r.
11. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 109/2012 z dnia 9 lutego 2012 r.
12. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 790/2009 z dnia 10 sierpnia 2009 r.
13. C. Fülle, N. Werther, „Dauerhaftigkeit unbelüfteter Flachdachkonstruktionen”, „Holzbau” nr 6/2009, s. 14–18, polskie tłumaczenie dostępne na stronie www.derowerk.pl.
14. J. Küllmer, „Fachwerkinnendämmung mit Zellulosedämmstoff”, „Holzbau” 5/2005.
15. ETA-13/0623, Europejska Aprobata Techniczna celulozy Papiruld.
16. ETA-13/0526, Europejska Aprobata Techniczna celulozy i3.
17. ETA-10/0399, Europejska Aprobata Techniczna celulozy Termex.
18. ETA 09/0235, Europejska Aprobata Techniczna celulozy Fibratus.
19. ETA-08/0009, Europejska Aprobata Techniczna celulozy Climacell.
20. ETA 06/0086, Europejska Aprobata Techniczna celulozy Thermocel.
21. ETA-06/0085, Europejska Aprobata Techniczna celulozy Wolfinger.
22. ETA-06/0076, Europejska Aprobata Techniczna celulozy isocell.
23. ETA-05/0226, Europejska Aprobata Techniczna celulozy isofloc L.
24. ETA-05/0186, Europejska Aprobata Techniczna celulozy Thermofloc.
25. ETA 04/0081, Europejska Aprobata Techniczna celulozy isofloc F bez boru.
26. ETA 04/0080, Europejska Aprobata Techniczna celulozy isofloc F.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!