Izolacja termiczna – co to jest i jak działa?

IZOLACJA TERMICZNA - CO TO JEST I JAK DZIAŁA?

Każdy, kto rozpoczyna budowę własnego domu ma przed sobą mnóstwo decyzji do podjęcia. Jedną z nich jest wybór najlepszej izolacji termicznej, która zapewni niższe koszty ogrzewania i korzystny mikroklimat pomieszczeń. Zanim podejmiesz wybór dowiedz się czym właściwie jest izolacja termiczna i jak działa.

Czego dowiesz się z tego artykułu:

co to jest izolacja termiczna?
jakie są najważniejsze wskaźniki w izolacjach termicznych?
jak działa izolacja termiczna?
podstawowe pojęcia z zakresu izolacji termicznej
jakie materiały są używane w izolacji termicznej?

Co to jest izolacja termiczna?

Izolacja termiczna to proces ograniczania przenikania ciepła pomiędzy obiektami w kontakcie termicznym lub w zasięgu oddziaływania promieniowania.

Podstawowym i najważniejszym wskaźnikiem pomiaru materiału izolacyjnego jest lambda λ. Im wartość lambdy jest niższa, a warstwa izolacji grubsza, tym większa i lepsza będzie izolacyjność przegrody, a budynek bardziej energooszczędny.

Lambda określa, jaka ilość ciepła w dżulach (J) przenika przez przegrodę o powierzchni 1 m2 i grubości 1 m w ciągu jednej sekundy i przy różnicy temperatur 1 kelwina (K).

Źródło: https://www.thermal-engineering.org/what-is-thermal-insulation-thermal-insulator-definition/

Wzór jednostkowy przyjmie więc postać:

J m/(m2 s K) i po przekształceniu ( J/s to wat) otrzymamy λ = W/(m K).

Zakres współczynnika przewodności dla materiałów termoizolacyjnych zawiera się z reguły w przedziale 0,030-0,045 W/(m K), ale stosowane są też materiały o nieco innych parametrach. W większości produktów termoizolacyjnych, izolatorem cieplnym jest zawarte w nich powietrze, zatem głównie struktura materiału i wielkość porów decyduje w ich własnościach ciepłochronnych.

Drugim ważnym parametrem w materiałach izolacyjnych jest paroprzepuszczalność, która ma ogromny wpływ na dobór pozostałych warstw przegrody. Para wodna zawarta w powietrzu, ze względu na wywierane parcie międzycząsteczkowe, dąży do wyrównania ciśnienia po obu stronach przegrody budowlanej, co skutkuje przepychaniem wilgoci od strony cieplejszej do chłodniejszej.

W efekcie rośnie przewodność cieplna termoizolacji, a w strefie chłodnej może dochodzić do kondensacji pary wodnej i zawilgocenia muru.

Parametr określający paroprzepuszczalność materiału to współczynnik względnego oporu dyfuzyjnego oznaczany literą μ jako wartość bezwymiarowa, który wskazuje, o ile większy opór przenikania pary wodnej stawia materiał termoizolacyjny w porównaniu z powietrzem, dla którego μ = 1.

Materiały do izolacji cieplnej wykazują się oporem dyfuzyjnym w szerokich granicach: od wartości zbliżonej do powietrza do całkowitej paroszczelności.

Mimo, iż materiały izolacyjne mają szerokie zastosowania, wszystkie zapewniają podstawowe korzyści:

Niższe straty energii prowadzą do większej wydajności, co zapewnia większy zwrot z inwestycji (ROI). Bez względu na to, czy będziemy izolować puste ściany w budynkach mieszkalnych, czy będziemy chronić elementy mechaniczne przed wysokimi temperaturami. Wszystkie rodzaje izolacji podlegają tym samym prostym zasadom.

Zasady działania izolacji termicznej

Zanim omówimy rodzaje materiałów izolacyjnych warto poznać podstawowe pojęcia dotyczące przewodnictwa cieplnego i izolacji.

Ciepło to termodynamiczna ilość energii cieplnej, która przepływa z jednego systemu do drugiego, gdy między nimi występuje różnica temperatur. Jest przesyłany jedną z trzech różnych metod:

Przewodzenie
Konwekcja
Promieniowanie

Izolacja termiczna jak wiemy zwykle stosowana w celu ograniczenia przenoszenia ciepła przez przewodzenie, co wymaga bezpośredniego kontaktu obiektów ze sobą. Niektóre rodzaje izolacji wykorzystują powłoki odbijające, aby zapobiec przenoszeniu ciepła przez promieniowanie.

Szybkość wymiany ciepła między obiektami zależy od przewodności cieplnej (k) materiałów. Metale i ceramika o wysokiej przewodności cieplnej są często wykorzystywane do zastosowań związanych z przenoszeniem ciepła. Na przykład węglik krzemu o nominalnej przewodności 170 W/mK jest rutynowo używany do projektowania wysokotemperaturowych elementów grzejnych do pieców przemysłowych i pieców.

I odwrotnie, niskie przewodnictwo cieplne daje bardzo wysokie wartości rezystancji. Wiele materiałów na bazie krzemionki charakteryzuje się wartościami rezystancji poniżej 2 W/mK, co może skutecznie łagodzić absorpcję ciepła, aby zminimalizować przenoszenie.

Chociaż przewodność cieplna materiałów izolacyjnych jest krytycznym czynnikiem wydajności, należy wziąć pod uwagę wiele innych właściwości, w tym:

Gęstość
Specyficzna pojemność cieplna
Grubość
Mostki termiczne

Jakie materiały są używane w izolacji termicznej?

Materiały termoizolacyjne tradycyjnie dzielimy na dwie grupy materiałów, są to materiały izolacyjne, które mają zastosowanie w budownictwie oraz materiały wysokotemperaturowe.

Poniżej kilka najpowszechniej stosowanych materiałów:

Izolacje termiczne stosowane w budownictwie

Zadaniem materiałów do ocieplenia domów i innych budynków jest przede wszystkim zatrzymanie ciepła wewnątrz w trakcie sezonu grzewczego i zapobiegnięcie przenikania doń chłodu z zewnątrz. Dobrze zaizolowany budynek będzie także mniej się nagrzewał w upalne dni.

Do materiałów często wykorzystywanych w budownictwie należą:

Styropian – czyli spieniony polistyren, dostępny w postaci płyt o różnej grubości, taśm czy granulatu. Styropian jest bardzo lekkim materiałem, przez co może być stosowany właściwie na każdym typie ściany lub stropu bez ich nadmiernego obciążania. Jego współczynnik przewodzenia ciepła λ wynosi 0,031-0,045 W/(m2K)

Wełna mineralna – Naturalny produkt wytwarzany ze skał (wapienia, dolomitu, gabro lub bazaltu), które po stopieniu są rozdzielane na cieniutkie włókna. Innym rodzajem wełny mineralnej jest wełna szklana produkowana z przetworzonej tłuczki szklanej i piasku kwarcowego. Współczynnik przewodzenia ciepła wełny mineralnej λ = 0,030-0,043 W/(m2K)), dużą przepuszczalność pary wodnej.

Keramzyt – Bardzo lekkie kruszywo wytwarzane z gliny, wykazujące dobre właściwości izolacyjne (λ = 0,075 – 0,080 W/(m2K)). Jest odporne na wilgoć, mrozy, pleśnie i grzyby. Ponadto jest materiałem niepalnym.

Neopor (styropian grafitowy) – Odmiana styropianu z dodatkiem granulatu grafitowego zwanego neopor. Domieszka grafitu poprawia izolacyjność o około 20% w stosunku do tradycyjnego styropianu (λ=0,031-0,033W/(m2K)). Dostępny jest w blokach, płytach i formie kształtek.

Polistyren ekstrudowany (XPS) – Twardsza i tańsza alternatywa dla styropianu o zbliżonych właściwościach izolacyjnych (λ = 0,034-0,036W/(m2K)). Dostępny w postaci płyt o gładkiej lub chropowatej powierzchni. Jest odporny na przeciążenia i działanie wilgoci.

Powłoka termoizolacyjna TOP SHELL WALL – łączy w sobie właściwości i zalety materiałów izolacyjnych i farb ochronnych. To materiał kompozytowy na osnowie żywicy akrylowej, zbrojonej ceramicznymi mikrosferami, w których panuje podciśnienie zbliżone do próżni. Charakteryzuje się bardzo wysokim poziomem paroprzepuszczalności, lambda (λ = 0,00153 W/(m2K)) – tak to nie pomyłka!

Podciśnienie w mikrosferach zwiększa opór cieplny, a dodanie mikrosfer o różnych średnicach powoduje lepsze wypełnienie farby. Na warstwę o grubości 1 mm przypada kilkadziesiąt mikrosfer, to skutkuje zwiększeniem oporu cieplnego na granicy przejścia z jednej fazy do drugiej.

Materiał mineralny, wodorozcieńczalny z właściwościami grzybobójczymi stosowany w budownictwie jako termoizolacja i środek zapobiegający i blokujący rozwój pleśni i grzybów, oraz w przemyśle przy bardzo wysokich lub bardzo niskich temperaturach jako ochrona BHP np. powłoka kryjąca gorące rury.

Promieniowanie Jest odbijane na powierzchni i we wnętrzu mikrosfer zawartych w TOP SHELL WALL. Refleksyjność farby, którą określa współczynnik odbicia promieniowania słonecznego TSR (ang. Total Solar Reflectance) wynosi aż 90%.

Izolacje wysokotemperaturowe

Zastosowanie mają w gospodarstwach domowych i przemyśle, wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z bardzo wysokimi temperaturami przekraczającymi nawet 1000°C. Wykazują one bardzo niski współczynnik przewodzenia ciepła, odporność na szok termiczny i dobrą izolacyjnością akustyczną.

Do izolacji wysokotemperaturowych zaliczamy:

Włókna ceramiczne – bardzo lekki materiał o świetnych właściwościach izolacyjnych (λ = 0,020-0,027 W/(m2K)).

Wermikulit – Występujący naturalnie minerał. Izolacyjność cieplna (λ = 0,015-0,04 W/(m2K)) sprawia, że wermikulit ma szerokie zastosowanie – do izolacji urządzeń grzewczych wykorzystywanych w gastronomii, bojlerów domowych, jak i do izolacji pieców przemysłowych (warstwa tylna izolacji cieplnej lub ogniowa).

Izolacje krzemianowo-wapniowe – lekkie płyty (pojedynczy arkusz waży ok. 5 kg), które dają się łatwo ciąć, współczynnik λ – 0,16 W/(m2K) w 1000°C.

Płyty krzemianowo-wapniowe – świetne w zastosowaniach domowych – można z nich tworzyć obudowy kominkowe, tylne izolacje pieców wolnostojących, czy użyć do zabezpieczania przed przegrzewaniem ścian przy wyjściu przewodu kominowego.

Filc z włókien szklanych – materiał stanowiący świetną izolację akustyczną, mogący pracować przy temperaturze sięgającej 550°C. Jest bardzo miękki, elastyczny i łatwy w obróbce. Jego współczynnik λ w 300°C wynosi 0,076 W/(m2K).

Powłoka termoizolacyjna TOP SHELL WALL– doskonale sprawdza się przy zabezpieczeniach miejsc tj. nagrzane rurociągi. Pracuje w temperaturze ok. 220°C. Izolacyjność cieplna wynosi: (λ = 0,00153 W/(m2K))

Podsumowanie

Materiały do izolacji termicznej to dość szeroka kategoria, w której można znaleźć zarówno te przeznaczone do ocieplania domów, jak i takie które zostały stworzone z myślą o np. o przemysłowych piecach wysokotemperaturowych.

Dobór odpowiedniego materiału pozwala zachować komfort cieplny przy jednoczesnym zabezpieczeniu przed zagrożeniami związanymi z temperaturą, zarówno niską, jak i wysoką.

W Eco Air Innovation wykorzystujemy mineralną powłokę termoizolacyjną charakteryzującą się wskaźnikiem lambda o wartości 0,00153 W/(m2K) oraz wysokim poziomie paroprzepuszczalności, która znajduje zastosowanie w budownictwie i warunkach przemysłowych.

Jesteśmy dostawcą izolacji termicznej do wymagających obszarów zastosowań. Aby uzyskać pełną konsultację na temat tego, w jaki sposób nasze produkty zapewniają wymierny zwrot z inwestycji w zastosowaniach do zarządzania ciepłem, po prostu skontaktuj się z naszym specjalistą już dziś.

Źródła

https://www.izolacje.com.pl/artykul/sciany-stropy/222175,nowoczesne-materialy-termoizolacyjne-przykladowe-zastosowania-z-uwzglednieniem-wymagan-cieplno-wilgotnosciowych-od-1-stycznia-2021-r
https://budownictwob2b.pl/przegrody/baza-wiedzy/izolacje-termiczne-i-akustyczne/22848-mineralne-materialy-termoizolacyjne-rodzaje-i-charakterystyka
https://domynowoczesne.info.pl/materialy-termoizolacyjne-rodzaje-wlasciwosci.html
https://www.thermal-engineering.org/what-is-thermal-insulation-thermal-insulator-definition/
https://www.greenspec.co.uk/building-design/insulation-materials-thermal-properties/

Najnowsze trendy w technologii powłok termoizolacyjnych

02/01/2024

W erze dynamicznego rozwoju technologicznego, branża powłok termoizolacyjnych przeszła prawdziwą rewolucję. Nowoczesne technologie zmieniają oblicze tego sektora, wprowadzając innowacyjne rozwiązania, a wśród nich królują powłoki

Czytaj wpis »

Korozja w zbiorniku sprężonego powietrza

09/12/2023

Ogrzewanie na podczerwień stało się jednym z najnowocześniejszych i najefektywniejszych rozwiązań dla osób szukających komfortowego i energooszczędnego sposobu utrzymania odpowiedniej temperatury w domu.

Czytaj wpis »

Czy panele grzewcze na podczerwień to inwestycja warta rozważenia?

23/11/2023

Czytaj wpis »

Ekologiczna izolacja termiczna

15/05/2023

Wraz z coraz większą świadomością ekologiczną społeczeństwa, rośnie także potrzeba stosowania rozwiązań przyjaznych dla środowiska we wszystkich dziedzinach życia. Jednym z obszarów, w którym to

Czytaj wpis »

4 sposoby na szybkie obniżenie kosztów ogrzewania domu

17/04/2023

Jak szybko i skutecznie obniżyć rachunki za ogrzewanie? Dowiedz się już teraz!

Czytaj wpis »

Ocieplanie domów farbą termoizolacyjną – czy to działa?

19/03/2023

Co to jest cynkowanie na zimno, kiedy i czym najlepiej zabezpieczać narażone na korozję materiały? O tym i więcej w naszym wpisie.

Czytaj wpis »

Izolacja termiczna – co to jest i jak działa?

IZOLACJA TERMICZNA - CO TO JEST I JAK DZIAŁA?

Czego dowiesz się z tego artykułu:

Co to jest izolacja termiczna?

Izolacja termiczna to proces ograniczania przenikania ciepła pomiędzy obiektami w kontakcie termicznym lub w zasięgu oddziaływania promieniowania.

Podstawowym i najważniejszym wskaźnikiem pomiaru materiału izolacyjnego jest lambda λ. Im wartość lambdy jest niższa, a warstwa izolacji grubsza, tym większa i lepsza będzie izolacyjność przegrody, a budynek bardziej energooszczędny.

Lambda określa, jaka ilość ciepła w dżulach (J) przenika przez przegrodę o powierzchni 1 m2 i grubości 1 m w ciągu jednej sekundy i przy różnicy temperatur 1 kelwina (K).

Wzór jednostkowy przyjmie więc postać:

J m/(m2 s K) i po przekształceniu ( J/s to wat) otrzymamy λ = W/(m K).

W efekcie rośnie przewodność cieplna termoizolacji, a w strefie chłodnej może dochodzić do kondensacji pary wodnej i zawilgocenia muru.

Parametr określający paroprzepuszczalność materiału to współczynnik względnego oporu dyfuzyjnego oznaczany literą μ jako wartość bezwymiarowa, który wskazuje, o ile większy opór przenikania pary wodnej stawia materiał termoizolacyjny w porównaniu z powietrzem, dla którego μ = 1.

Materiały do izolacji cieplnej wykazują się oporem dyfuzyjnym w szerokich granicach: od wartości zbliżonej do powietrza do całkowitej paroszczelności.

Mimo, iż materiały izolacyjne mają szerokie zastosowania, wszystkie zapewniają podstawowe korzyści:

Zasady działania izolacji termicznej

Zanim omówimy rodzaje materiałów izolacyjnych warto poznać podstawowe pojęcia dotyczące przewodnictwa cieplnego i izolacji.

Ciepło to termodynamiczna ilość energii cieplnej, która przepływa z jednego systemu do drugiego, gdy między nimi występuje różnica temperatur. Jest przesyłany jedną z trzech różnych metod:

Przewodzenie

Konwekcja

Promieniowanie

Izolacja termiczna jak wiemy zwykle stosowana w celu ograniczenia przenoszenia ciepła przez przewodzenie, co wymaga bezpośredniego kontaktu obiektów ze sobą. Niektóre rodzaje izolacji wykorzystują powłoki odbijające, aby zapobiec przenoszeniu ciepła przez promieniowanie.

I odwrotnie, niskie przewodnictwo cieplne daje bardzo wysokie wartości rezystancji. Wiele materiałów na bazie krzemionki charakteryzuje się wartościami rezystancji poniżej 2 W/mK, co może skutecznie łagodzić absorpcję ciepła, aby zminimalizować przenoszenie.

Chociaż przewodność cieplna materiałów izolacyjnych jest krytycznym czynnikiem wydajności, należy wziąć pod uwagę wiele innych właściwości, w tym:

Gęstość

Specyficzna pojemność cieplna

Grubość

Jakie materiały są używane w izolacji termicznej?

Materiały termoizolacyjne tradycyjnie dzielimy na dwie grupy materiałów, są to materiały izolacyjne, które mają zastosowanie w budownictwie oraz materiały wysokotemperaturowe.

Poniżej kilka najpowszechniej stosowanych materiałów:

Izolacje termiczne stosowane w budownictwie

Zadaniem materiałów do ocieplenia domów i innych budynków jest przede wszystkim zatrzymanie ciepła wewnątrz w trakcie sezonu grzewczego i zapobiegnięcie przenikania doń chłodu z zewnątrz. Dobrze zaizolowany budynek będzie także mniej się nagrzewał w upalne dni.

Do materiałów często wykorzystywanych w budownictwie należą:

Keramzyt – Bardzo lekkie kruszywo wytwarzane z gliny, wykazujące dobre właściwości izolacyjne (λ = 0,075 – 0,080 W/(m2K)). Jest odporne na wilgoć, mrozy, pleśnie i grzyby. Ponadto jest materiałem niepalnym.

Neopor (styropian grafitowy) – Odmiana styropianu z dodatkiem granulatu grafitowego zwanego neopor. Domieszka grafitu poprawia izolacyjność o około 20% w stosunku do tradycyjnego styropianu (λ=0,031-0,033W/(m2K)). Dostępny jest w blokach, płytach i formie kształtek.

Polistyren ekstrudowany (XPS) – Twardsza i tańsza alternatywa dla styropianu o zbliżonych właściwościach izolacyjnych (λ = 0,034-0,036W/(m2K)). Dostępny w postaci płyt o gładkiej lub chropowatej powierzchni. Jest odporny na przeciążenia i działanie wilgoci.

Podciśnienie w mikrosferach zwiększa opór cieplny, a dodanie mikrosfer o różnych średnicach powoduje lepsze wypełnienie farby. Na warstwę o grubości 1 mm przypada kilkadziesiąt mikrosfer, to skutkuje zwiększeniem oporu cieplnego na granicy przejścia z jednej fazy do drugiej.

Promieniowanie Jest odbijane na powierzchni i we wnętrzu mikrosfer zawartych w TOP SHELL WALL. Refleksyjność farby, którą określa współczynnik odbicia promieniowania słonecznego TSR (ang. Total Solar Reflectance) wynosi aż 90%.

Izolacje wysokotemperaturowe

Zastosowanie mają w gospodarstwach domowych i przemyśle, wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z bardzo wysokimi temperaturami przekraczającymi nawet 1000°C. Wykazują one bardzo niski współczynnik przewodzenia ciepła, odporność na szok termiczny i dobrą izolacyjnością akustyczną.

Do izolacji wysokotemperaturowych zaliczamy:

Włókna ceramiczne – bardzo lekki materiał o świetnych właściwościach izolacyjnych (λ = 0,020-0,027 W/(m2K)).

Izolacje krzemianowo-wapniowe – lekkie płyty (pojedynczy arkusz waży ok. 5 kg), które dają się łatwo ciąć, współczynnik λ – 0,16 W/(m2K) w 1000°C.

Płyty krzemianowo-wapniowe – świetne w zastosowaniach domowych – można z nich tworzyć obudowy kominkowe, tylne izolacje pieców wolnostojących, czy użyć do zabezpieczania przed przegrzewaniem ścian przy wyjściu przewodu kominowego.

Filc z włókien szklanych – materiał stanowiący świetną izolację akustyczną, mogący pracować przy temperaturze sięgającej 550°C. Jest bardzo miękki, elastyczny i łatwy w obróbce. Jego współczynnik λ w 300°C wynosi 0,076 W/(m2K).

Powłoka termoizolacyjna TOP SHELL WALL– doskonale sprawdza się przy zabezpieczeniach miejsc tj. nagrzane rurociągi. Pracuje w temperaturze ok. 220°C. Izolacyjność cieplna wynosi: (λ = 0,00153 W/(m2K))

Podsumowanie

Materiały do izolacji termicznej to dość szeroka kategoria, w której można znaleźć zarówno te przeznaczone do ocieplania domów, jak i takie które zostały stworzone z myślą o np. o przemysłowych piecach wysokotemperaturowych.

Dobór odpowiedniego materiału pozwala zachować komfort cieplny przy jednoczesnym zabezpieczeniu przed zagrożeniami związanymi z temperaturą, zarówno niską, jak i wysoką.

W Eco Air Innovation wykorzystujemy mineralną powłokę termoizolacyjną charakteryzującą się wskaźnikiem lambda o wartości 0,00153 W/(m2K) oraz wysokim poziomie paroprzepuszczalności, która znajduje zastosowanie w budownictwie i warunkach przemysłowych.

Linki

© 2023 Eco Air Innovation