Materiały termoizolacyjne stosowane wewnątrz pomieszczeń

Materiał, który można stosować do ocieplania ścian od wewnątrz, dostępny jest w postaci płyt samonośnych, niewymagających usztywnień montażowych, a jedynie przyklejenia do powierzchni.

Płyty produkowane są z silikatu wapiennego na bazie mineralnej lub z bardzo lekkich odmian betonu komórkowego. Mają one porowatą strukturę, co umożliwia uzyskanie wysokich właściwości kapilarnych materiału.

Porowatość jest główną zaletą tego rozwiązania. W przypadku wytworzenia się wilgoci pod warstwą ocieplenia nie ma ryzyka wystąpienia zagrzybienia muru i degradacji izolacji.

Płyty dzięki swojej aktywności kapilarnej pochłaniają wilgoć i rozprowadzają ją na całej swojej powierzchni, skąd zostaje ona w bardzo krótkim czasie odparowana.

Materiały termoizolacyjne stosowane od wnętrza budynku są niepalne, bezemisyjne, a dzięki zasadowemu pH materiały na bazie silikatu wapiennego mają dodatkowo właściwości antygrzybiczne. Podobnymi właściwościami charakteryzują się systemowe kleje służące do mocowania płyt do ścian i wzajemnych połączeń między elementami.

Charakterystyka wybranych materiałów termoizolacyjnych

Charakterystyka badanych materiałów wykonana została w oparciu o informacje zamieszczone przez producentów. Zestawienie danych technicznych wykazuje, że dokumenty te różnią się między sobą pod względem jakości i ilości informacji. Dla części materiałów brakuje informacji o wielu istotnych parametrach: pH, sorpcji, absorpcji oraz przepuszczalności pary wodnej (TAB. 1 i TAB. 2).

Materiał A - materiał ten pełni funkcję termoizolacyjną i ma formę białej płyty mineralnej, wykonanej na bazie krzemianu wapnia. Może on służyć jako izolacja wewnętrzna ścian lub konstrukcji kratowych oraz w montażu budynków na sucho.

Płyty z tego materiału mają właściwości wyciszające, są niepalne i łatwe w obróbce.

Materiał ten jest zdolny do wchłaniania i oddawania dużych ilości wilgoci w postaci pary wodnej. Dzięki temu reguluje on klimat w pomieszczeniach oraz zapobiega kondensacji wody i powstawaniu pleśni wewnątrz pomieszczeń.

Materiał B - produkt ten wytwarzany jest z silikatu wapiennego, materiału na bazie mineralnej. Do produkcji używane są surowce naturalne: piasek i wapno.

Ze względu na naturalny skład surowców używanych do produkcji, płyty zostały sklasyfikowane jako materiał budowlany nieszkodliwy dla środowiska naturalnego.

Przekrój płyt w widoku mikroskopowym to szkielet o otwartych porach, dzięki którym materiał jest paroprzepuszczalny (brak wartości w dokumentacji produktu).

W zetknięciu się z wilgotnym środowiskiem płyta wchłania wilgoć, przetransportowuje ją na powierzchnię, z której wilgoć samoczynnie odparowuje.

Wysoki współczynnik pH płyt zapobiega porostowi grzybów i pleśni, co umożliwia stosowanie ich w pomieszczeniach wilgotnych.

Płyty oprócz pełnienia funkcji osuszania ścian, znacznie poprawiają komfort cieplny pomieszczeń.

Płyty są całkowicie niepalne i mają zastosowanie w obiektach o wysokim standardzie przeciwpożarowym.

Materiał C - opisywany materiał ma formę mineralnych płyt izolacyjnych wykonanych z bardzo lekkiej odmiany betonu komórkowego.

Ich gęstość wynosi do 115 kg/m³, przez co charakteryzują się dobrą izolacyjnością termiczną.

Materiał ten może być stosowany jako izolacja termiczna ścian zewnętrznych (również od wewnątrz), stropów i dachów. Z powodu niewielkiej gęstości jest on małoodporny na ściskanie, jednakże jest bardzo łatwy w obróbce i niepalny.

Materiał ma zdolność chłonięcia wilgoci z powietrza i szybkiego jej oddawania, przez co reguluje on mikroklimat pomieszczeń i uniemożliwia rozwój grzybów i pleśni.

Materiał D - produkt jest hydroaktywną, mineralną płytą termoizolacyjną stosowaną do wewnętrznej izolacji termicznej ścian murowanych i betonowych.

Dzięki swojej porowatej strukturze płyta osiąga wysokie parametry termoizolacyjne.

Otwartość dyfuzyjna i aktywność kapilarna struktury materiału umożliwiają transport wody i pary wodnej.

Gromadząca się w okresie zimowym wewnątrz przegrody budowlanej wilgoć jest transportowana na zewnątrz i oddawana latem w postaci pary wodnej.

Płyta w naturalny sposób reguluje wilgotność powietrza w budynku.

Produkt ten wytwarzany jest na bazie mączki kwarcowej i wodorotlenku wapnia.

Produkcja płyt oparta jest tylko na naturalnych surowcach, bez zastosowania włókien.

Badania laboratoryjne

Celem poniższego opracowania jest przedstawienie wyników badań laboratoryjnych współczynnika przewodzenia ciepła λ i jego zależności od wartości wilgotności powietrza, w jakiej był sezonowany oraz temperatury badanego materiału.

Zależność współczynnika przewodzenia ciepła λ od wilgotności jest o tyle istotna, że badane materiały oprócz funkcji izolacyjnej pełnią rolę płyt klimatycznych. Oznacza to, że okresowo ich wilgotność rośnie w sposób wyraźny, co skutkuje zmianą wartości współczynnika przewodzenia ciepła. Ponadto zbadane wyniki współczynnika λ porównano z wartościami deklarowanymi przez producentów materiałów.

Kolejnym celem niniejszego opracowania było wyznaczenie dla każdego z materiałów krzywych sorpcyjnych, na podstawie badań laboratoryjnych. Badanie to umożliwia określenie ilości wilgoci, jaką może przyjąć materiał w danych warunkach cieplno-wilgotnościowych.

Badania uzupełnione zostały o pomiary wartości współczynnika przenikania ciepła U, wykonane na murach istniejącego obiektu z zamontowanymi płytami izolacyjnymi. Próbki do badań zostały przygotowane przez producentów.

Badanie właściwości sorpcyjnych materiałów

Celem badania jest określenie ilości wilgoci, którą pochłoną dane materiały w określonych warunkach otoczenia. Wykonanie badania polega na umieszczaniu próbek kolejno w ciągu środowisk o stopniowo rosnącej wilgotności względnej i stałej temperaturze (RYS. 1).

Badanie wykonano za pomocą metody eksykatora oraz komory klimatycznej zgodnie z normą [1]. Dla każdego materiału sorpcję określono na sześciu próbkach, po czym obliczono wartości średnie.

Badanie współczynnika przewodzenia ciepła

Współczynnik przewodzenia ciepła jest podstawowym parametrem charakteryzującym właściwości materiałów termoizolacyjnych i oznacza się go symbolem λ. Im mniejsza jest wartość współczynnika przewodzenia ciepła danego materiału, tym lepszym jest on izolatorem. Współczynnik ten dla badanych materiałów wyznaczono metodą stacjonarną za pomocą aparatu płytowego oraz metodą niestacjonarną, posługując się sondą liniową.

Badanie za pomocą aparatu płytowego opiera się na metodzie ustalonego strumienia cieplnego, w której strumień ciepła przechodzący przez próbkę materiału powinien mieć stałą wartość, a temperatura próbki w każdym punkcie powinna być ustalona.

Przewodność cieplną badanego materiału określa się mierząc gęstość strumienia cieplnego i różnicę temperatury po obu stronach próbki.

Dużą niedogodnością tych metod jest długi czas trwania badania (kilka do kilkudziesięciu godzin).

W praktyce nie powinno się przeprowadzać pomiarów dla materiałów mokrych, gdyż wilgoć w materiale może ulec przemieszczaniu i zniekształcić wynik pomiaru [2].

Badania wykonano przy użyciu aparatu płytowego Laser Comp FOX 314 (FOT. 1).

Sonda liniowa składa się z nieizolowanego, nieosłoniętego drutu oporowego, który razem z termoelementami umieszczany jest bezpośrednio w badanym materiale [3]. Stosując sondę typu SB 2290-L z urządzeniem pomiarowym ALMEMO®2290-4 [4], uzyskano szybką i nieskomplikowaną możliwość określania przewodności cieplnej materiału izolacyjnego (FOT. 2).

Urządzenie pracuje z gorącą sondą przewodności cieplnej, która zasilana jest stałym strumieniem cieplnym w trakcie testu, aż do uzyskania stanu równowagi pomiędzy energią cieplną wchodzącą i wychodzącą.

Powstała różnica temperatur stanowi miarę dla współczynnika przewodzenia ciepła λ materiału, która jest wyświetlana bezpośrednio po zakończeniu pomiaru [3].

Zależności współczynnika przewodzenia ciepła od temperatury - aparat płytowy

W przypadku badania wpływu temperatury na wartość współczynnika λ płyty przed umieszczeniem w aparacie płytowym suszono do momentu osiągnięcia przez nie stałej masy.

Dla zbadania wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów w zależności od temperatury przyjęto cztery zakresy temperatur:

• U1 = 0°C i L1 = 20°C,
• U2 = 10°C i L2 = 30°C,
• U3 = 20°C i L3 = 40°C,
• U4 = 30°C i L4 = 50°C.

Po wykonaniu badań i sporządzeniu na ich podstawie wykresów obrazujących zależność współczynnika przewodności cieplnej od temperatury okazało się, że wzrost temperatury wpływa w sposób liniowy na wzrost wartości współczynnika λ we wszystkich z badanych płyt.

Aby móc wzajemnie porównywać wielkość wpływu temperatury na przewodność cieplną każdego z materiałów, obliczono procentowy wzrost współczynnika λ przy założeniu, że wartością bazową jest przewodność cieplna w średniej temperaturze 10°C. Jako temperaturę odniesienia przyjęto średnią temperaturę wynoszącą 40°C.

Otrzymane wyniki obliczeń pozwoliły zauważyć, że w przypadku materiałów A i B wzrost wartości λ był podobny i wyniósł około 5%, zaś w przypadku materiałów C i D wzrost ten był również zbliżony, lecz wyniósł około 9,3% (RYS. 2).

Tak różne wartości wpływu temperatury na przewodność cieplną w zależności od rodzaju materiału (silikat i lekki beton komórkowy) wynikają z różnej porowatości tych materiałów.

Materiały A i B o porowatości około 91,5% wykazały dwukrotnie mniejszy wzrost wartości współczynnika λ niż materiały C i D o porowatości około 96%.

Zależności współczynnika przewodzenia ciepła od wilgotności powietrza - aparat płytowy

W celu zbadania zależności wartości współczynnika przewodzenia ciepła od wilgotności, próbki umieszczano w komorze klimatycznej do momentu osiągnięcia przez nie stałej masy, a następnie przekładano do urządzenia Laser Comp FOX 314.

Badanie przeprowadzono dla kolejnych wilgotności: 0, 60, 70, 80 i 90% oraz dla wilgotności laboratoryjnej powietrza 44% (zmierzonej przy użyciu termo­higrometru).

Badania prowadzono przy temperaturze dolnej płyty L = 30°C i górnej płyty U = 10°C.

Badania wykazały nieliniowy charakter wpływu wilgotności powietrza na wzrost wartości współczynnika l w każdym z badanych materiałów, co widoczne jest na RYS. 3.

W przypadku materiałów A, B i D największy wzrost współczynnika λ zaobserwowano przy wilgotności względnej powietrza wynoszącej 70%. Dla materiału C zmiana przewodności cieplnej w tej wilgotności nie jest tak duża, lecz zmiana ta w niższych wilgotnościach jest większa niż w pozostałych materiałach.

Podobnie jak w przypadku badania zależności przewodności cieplnej od temperatury określono procentowy wzrost współczynnika λ dla każdego z materiałów. Wzrost ten dla materiałów A i B wyniósł odpowiednio około 27,5% i 29,3%, natomiast dla materiałów C i D wzrost wyniósł blisko 60%.

Różne wielkości wzrostu współczynnika λ dla danego rodzaju materiału przy tej samej wilgotności wynikają bezpośrednio ze struktury i wielkości porów w danym materiale oraz sorpcyjności poszczególnych materiałów (TAB. 3).

Porównanie wielkości wpływu temperatury i wilgotności na przewodność cieplną pozwala stwierdzić, iż to wilgotność ma wiodący wpływ na wartość współczynnika λ, gdyż wzrost tego współczynnika spowodowany wzrostem wilgotności jest bardzo duży, kilkukrotnie większy niż wzrost spowodowany zmianą temperatury otoczenia.

Wartość współczynnika przewodzenia ciepła w zależności od metody pomiaru

Różnice wartości współczynnika przewodzenia ciepła wynikające ze sposobu jego pomiaru w przypadku materiałów C i D są minimalne, rzędu kilku tysięcznych. Natomiast w przypadku materiałów A i B różnice te są kilkukrotnie większe. Ma to związek ze sposobem zagłębienia sondy w dany materiał (RYS. 4).

W materiałach C i D sonda została umieszczona bez uprzedniego wykonywania otworu, dzięki czemu między drutem sondy a badanym materiałem nie występowała pustka powietrzna wpływająca na wynik badania.

W przypadku materiałów A i B ze względu na budowę materiałów wbicie sondy pomiarowej było niemożliwe (możliwość uszkodzenia sondy). Przed rozpoczęciem pomiarów w materiałach wykonano otwory, w które wprowadzono drut sondy.

Pomimo dość dobrego dopasowania elementu pomiarowego, pustka powietrzna pomiędzy materiałem a drutem wpłynęła niekorzystnie na wynik.

Zestawienie wyników badań

Pomimo wielokrotnie powtarzanych badań próbek wysuszonych do stałej masy (w celu wyeliminowania wpływu wilgotności na przewodność cieplną), dla żadnego z badanych materiałów nie udało się uzyskać wartości współczynnika λ odpowiadającej wartości podawanej przez producenta.

We wszystkich przypadkach pomierzona wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ była wyższa w stosunku do deklarowanej. Najbardziej zbliżoną wartość osiągnięto dla materiału A, w przypadku pozostałych różnice były znacznie większe (TAB. 4, RYS. 5-6).

Podsumowanie

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono:

• Poszczególne karty techniczne materiałów różnią się między sobą pod względem jakości i ilości informacji.
• Pomimo stosowania różnych definicji płyt (materiały A i B są określane mianem płyt klimatycznych, a C i D jako hydroaktywne płyty termoizolacyjne), producenci zakładają możliwość zastosowania ich w charakterze izolacji cieplnej.
• W kartach technicznych nie podano temperatury, w jakiej zostały przeprowadzone badania współczynnika λ. W dużym stopniu uniemożliwia to porównanie wyników autora z wartościami deklarowanymi.
• Wykresy sorpcji dla wszystkich materiałów są zbieżne z kształtem wykresów spotykanych w literaturze.
• Przy wzroście podczas badań średniej temperatury próbki z 10°C do 40°C zmierzono wzrost wartości λ o ok. 5% dla materiałów silikatowych i o ok. 9% dla lekkich betonów komórkowych.
• Wraz ze wzrostem wilgotności próbek (sezonowanych w powietrzu o wilgotności od 0 do 90%) stwierdzono wyraźny wzrost wartości współczynnika λ. Dla materiałów A i B wzrost ten wynosi ok. 28%, dla C i D ok. 60%.
• Zgodnie z oczekiwaniami największy wpływ na wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ miała gęstość materiału. Najniższą wartość współczynnika λ zmierzono dla materiału o najmniejszej gęstości.

Literatura

1. PN-EN ISO 12571:2002, "Cieplno-wilgotnościowe właściwości materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie właściwości sorpcyjnych".
2. I. Ickiewicz, W. Sarosiek, J. Ickiewicz, "Fizyka budowli, wybrane zagadnienia", Politechnika Białostocka, Białystok 2000.
3. Instrukcja obsługi instrumentu Laser Comp FOX 314.
4. Instrukcja obsługi miernika ALMEMO®2290-4.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!