Izolația termică este reducerea transferului de căldură (transferul de energie termică între obiectele cu temperatură diferită), între obiectele aflate în contact termic.
Materiale izolante și proprietățile lor termice
Probleme fundamentale ale materialelor izolante
- Reducerea cantității de energie utilizată din combustibilii fosili este cel mai important factor în promovarea sustenabilității.
- Izolația are cel mai mare potențial de reducere a emisiilor de CO 2 .
- Energia conservată prin utilizarea izolației depășește cu mult energia utilizată la fabricarea sa. Numai atunci când o clădire atinge un standard „LowHeat”, carbonul încorporat al izolației (a se vedea mai jos) devine semnificativ.
Performanţa materialelor izolante
Cel mai important aspect al unui material de izolare este performanța acestuia – că asigură în mod constant rezistența proiectată pentru trecerea căldurii pe toată durata de viață a clădirii. Deși așteptările de performanță publicate de producătorul de izolație vor fi un ghid esențial, alți factori asociați cu instalarea „reală” a materialului trebuie luați în considerare ca parte a procesului de proiectare:
- Ușurința instalării – performanța finală va fi determinată de cât de eficient un constructor poate instala un material folosind abilitățile convenționale. De exemplu, plăcile de izolație trebuie instalate astfel încât să nu rezulte goluri nici între plăcile alăturate, nici între plăcile și alte componente de construcție care fac parte din învelișul de izolație general, cum ar fi căpriori sau grinzi. Orice goluri rămase va permite trecerea aerului și va duce la o reducere a performanței.•
- Contracție, compactare, așezare – Este posibil ca unele materiale să sufere un anumit grad de instabilitate dimensională în timpul instalării lor. În multe cazuri, acest lucru este anticipat și poate fi depășit prin metode de proiectare și instalare atente. În toate celelalte cazuri, specificatorul ar trebui să solicite de la producătorul izolației îndrumări cu privire la riscurile asociate – în special în cazul în care materialele nu au avut o înregistrare stabilită a performanței instalate.
- Protecție împotriva umezelii – unele materiale izolatoare vor suferi o degradare a performanței atunci când sunt umede sau umede. Proiectantul trebuie, prin detalii detaliate, să se asigure că izolația vulnerabilă este protejată de umiditate. Dacă umiditatea prezintă un risc ridicat (pătrundere sau peste 95% HR), atunci trebuie specificat un material rezistent în mod corespunzător.
Mai jos aruncăm o privire asupra performanțelor expuse de o gamă de materiale de izolare obișnuite și din ce în ce mai frecvente.
Materialele izolante, în special în ceea ce privește specificațiile „verzi”, se împart în așa-numitele materiale „naturale” și materiale „artificiale”.
Atunci când se ia în considerare modul de specificare a unui material izolant din punct de vedere al impactului asupra mediului, se întâmplă adesea ca materialul „natural” să fie cel mai benefic din punct de vedere al atributelor de mediu. Cu toate acestea, în unele cazuri, eficiența inerentă a materialelor sintetice poate fi inclusă în ecuația de mediu pentru a oferi un beneficiu de mediu mai larg, de exemplu, în cazul în care spațiul pentru izolație este la un nivel superior, cum ar fi modernizarea.
Care sunt termenii de performanță ai materialelor izolante și ce înseamnă aceștia?
Conductivitate termică / λ (lambda)
Conductivitatea termică măsoară ușurința cu care căldura poate circula printr-un material prin conducție. Conducerea este principala formă de transfer de căldură prin izolație. Este adesea denumită valoarea λ (lambda). Cu cât cifra este mai mică, cu atât performanța este mai bună.
Rezistență termică (R)
Rezistența termică este o figură care conectează conductivitatea termică a unui material la grosimea acestuia – oferind o cifră exprimată în rezistență pe unitate de suprafață (m²K / W). Împreună acești parametri formează rezistența termică a construcției. Un strat de construcție cu o rezistență termică ridicată este un bun izolator; unul cu o rezistență termică scăzută este un izolator prost.
Ecuația este Rezistența termică (m²K / W) = Grosime (m) / Conductivitate (W / mK)
Capacitate specifică de căldură
Capacitatea de căldură specifică a unui material este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura de 1 kg de material cu 1 K (sau cu 1o C). Un izolator bun are o capacitate de căldură specifică mai mare, deoarece este nevoie de timp pentru a absorbi mai multă căldură înainte de a se încălzi efectiv (creșterea temperaturii) pentru a transfera căldura.
Capacitatea de căldură specifică ridicată este o caracteristică a materialelor izolante care furnizează masă termică sau tamponare termică.
Densitate
Densitatea se referă la masa (sau „greutatea”) pe unitate de volum a unui material și se măsoară în kg / m 3 . Un material cu densitate mare maximizează greutatea totală și este un aspect al difuzivității termice „scăzute” și al masei termice „ridicate”.
Difuzivitate termică
Difuzivitatea termică măsoară capacitatea unui material de a conduce energia termică în raport cu capacitatea sa de a stoca energia termică.
De exemplu, metalele transmit energie termică rapid (la rece la atingere) în timp ce lemnul este un emițător lent. Izolatorii au difuzivitate termică scăzută. Cupru = 98,8 mm 2 / s; Lemn = 0,082 mm 2 / s.
Ecuația pentru calcul difuzității termice este: Difuzivitate termică (mm 2 / s) = Conductivitate termică / Densitate x Capacitate termică specifică.
Carbon încorporat ( Energie injectată)
Deși nu este un aspect al performanței termice a unui material de izolație, Carbonul încorporat este un concept cheie în echilibrarea gazelor de încălzire globală în producerea materialului cu cel conservat pe toată durata de viață a izolației. Carbonul încorporat este de obicei considerat ca cantitatea de gaze eliberate din combustibili fosili și utilizate pentru a produce energie consumată între extracția materiei prime, prin procesul de fabricație la porțile fabricii. În realitate, desigur, merge mult mai departe decât transportul către amplasament, energia utilizată în instalație până la demolare și eliminare. Știința carbonului întruchipat este încă în evoluție – în consecință, date ferme și fiabile sunt dificil de obținut.
Permeabilitatea la vapori
- Permeabilitatea la vapori este măsura în care un material permite trecerea apei prin el. Se măsoară prin viteza de timp a transmiterii vaporilor printr-o zonă unitară de material plan cu grosimea unitară indusă de o diferență unitară de presiune a vaporilor între două suprafețe specifice, în condiții de temperatură și umiditate specificate.
- Izolația termică este caracterizată de obicei ca permeabilă la vapori sau non-permeabilă la vapori. Adesea denumită, în mod eronat, „poroprietatea de respirație”, pereții și acoperișurile astfel numite se caracterizează prin capacitatea lor de a transfera vapori de apă din interior către exteriorul clădirii – reducând astfel riscul de condens
Cum funcționează izolația termică
Izolația în mod obișnuit printr-o combinație de două caracteristici:
- Capacitatea naturală a materialului de izolare de a inhiba transmisia căldurii
- Utilizarea pungilor de gaze, care sunt izolanți naturali.
Gazele au proprietăți de conducere termică slabă în comparație cu lichidele și solidele, și astfel fac un bun material de izolare dacă pot fi prinse in material. Pentru a spori în continuare eficiența unui gaz (cum ar fi aerul), acesta poate fi întrerupt în celule mici care nu pot transfera efectiv căldura prin convecție naturală. Convecția implică un flux mai mare în vrac de gaz condus de flotabilitate și diferențe de temperatură și nu funcționează bine în celule mici unde există o diferență mică de densitate pentru a-l conduce. În materialele din spumă apar mici celule de gaz sau bule în structură; în izolația țesăturilor, cum ar fi lână, mici buzunare variabile de aer apar în mod natural pentru a forma celule de gaz.
Materiale de izolare pentru construcții
Fibra de lemn
Izolația din fibră de lemn produsă industrial a fost introdusă în urmă cu aproximativ douăzeci de ani, după ce inginerii din zonele producătoare de cherestea din Europa au conceput noi modalități de transformare a deșeurilor de cherestea din subțiri și fabrici în borduri de izolare.
Fibre de lemn rigide
- Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,038
- Rezistență termică la 100 mm K⋅m 2 / W = 2,5
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 2100
- Densitate kg / m 3 = 160
- Difuzivitate termică m 2 / s = n / a
- Energie încorporată MJ / kg = n / a
- Permeabil la vapori: Da
Fibre de lemn flexibile
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,038- Rezistență termică la 100 mm K⋅m 2 / W = 2,6
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 2100
- Densitate kg / m 3 = 50
- Difuzivitate termică m 2 / s = n / a
- Energie încorporată MJ / kg = n / a
- Permeabil la vapori: Da
Celuloză (suflată / pulverizată)
Celuloza este un material realizat din ziar reciclat. Hârtia este mărunțită și se adaugă săruri anorganice, cum ar fi acidul boric, pentru rezistență la foc, mucegai, insecte și paraziți. Izolația este instalată fie suflată, fie pulverizată cu umezeală, în funcție de aplicație.
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,035 în crescători; 0,038 – 0,040 în pereți.- Rezistență termică la 100mm K⋅m 2 / W = 2.632
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 2020
- Densitate kg / m 3 = 27-65
- Difuzivitate termică m 2 / s = n / a
- Energie încorporată MJ / kg = 0,45
- Permeabil la vapori: Da
Lână
Izolația din lână este realizată din fibre de lână de oaie, care sunt fie ținute mecanic împreună, fie lipite folosind între 5% și 15% adeziv din poliester reciclat pentru a forma șipci și role izolante. Oile nu mai sunt crescute în primul rând pentru lână; cu toate acestea, trebuie să fie tăiate anual pentru a proteja sănătatea animalului. Lana utilizată pentru fabricarea izolației este lână aruncată ca deșeuri de alte industrii datorită culorii sau calității sale.
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,038- Rezistență termică la 100 mm K⋅m 2 / W = 2,63
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 1800
- Densitate kg / m 3 = 23
- Difuzivitate termică m 2 / s = = n / a
- Energie încorporată MJ / kg = 6
- Permeabil la vapori: Da
Cânepă
Fibrele de cânepă sunt produse din paie ale plantei de cânepă. Majoritatea cânepei este importată, dar o cantitate tot mai mare de culturi cultivate în casă devine disponibilă. Cânepa crește până la o înălțime de aproape 4 metri într-o perioadă de 100-120 de zile. Deoarece plantele umbresc solul, nu este necesară protecție chimică sau aditivi toxici pentru cultivarea cânepei. Produsul este compus, de obicei, din 85% fibre de cânepă, cu balanță alcătuită din poliester și 3-5% sifon adăugat pentru protecție la foc.
- Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,039 – 0,040
- Rezistență termică la 100 mm K⋅m 2 / W = 2,5
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 1800 – 2300
- Densitate kg / m 3 = 25 – 38
- Difuzivitate termică m 2 / s = n / a
- Energie încorporată MJ / kg = 10
- Permeabil la vapori: Da
Hempcrete
Hempcrete este un amestec de puzderiei de cânepă și var (posibil inclusiv var hidraulic natural, nisip sau ciment) folosit ca material pentru construcții și izolare. Hempcrete este mai ușor de lucrat cu amestecurile tradiționale de var și acționează ca un izolator și un regulator de umiditate. Îi lipsește fragilitatea betonului și, prin urmare, nu are nevoie de rosturi de dilatare. Pereții din cânepă trebuie folosiți împreună cu un cadru din alt material care susține sarcina verticală în construcția clădirilor, deoarece densitatea cimentului de cânepă este de 15% față de betonul tradițional.
Conductivitate termică / λ (lambda) W / mK = 0,06- Rezistență termică la 100 mm K⋅m 2 / W = 1.429
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 1500 – 1700
- Densitate kg / m 3 = 275
- Difuzivitate termică m 2 / s = 1,5 10-7
- Energie încorporată MJ / kg = n / a
- Permeabil la vapori: Da
Sticlă celulară (disponibil în: plăci)
Fabricată în mare parte din sticlă reciclată (de exemplu, parbrize) și materiale de bază minerale, cum ar fi nisipul și fără utilizarea de agenți de legare. (21) Ingredientele sunt topite în sticlă topită, care este răcită și zdrobită într-o pulbere fină. Sticla sub formă de pulbere este turnată în matrițe și încălzită (sub punctul de topire) într-un proces de „sinterizare” care determină aderarea particulelor una la cealaltă.
Apoi, se adaugă o cantitate mică de negru de fum măcinat fin și materialul este încălzit într-un proces de „celulare”. Aici, carbonul reacționează cu oxigenul, creând dioxid de carbon, care creează bulele izolante din (material). CO 2 reprezintă mai mult de 99% din gazul din spațiile celular.
- Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,041
- Rezistență termică la 100mm K⋅m 2 / W = n / a
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 1000
- Densitate kg / m 3 = 115
- Difuzivitate termică m 2 / s = 4,2 · 10-7
- Energie încorporată MJ / kg = n / a
- Permeabil la vapori: Nu
Paie (disponibil în: baoți)
Paiul este un produs secundar agricol, tulpinile uscate ale plantelor de cereale, după ce boabele și pleava au fost îndepărtate. Paiul reprezintă aproximativ jumătate din randamentul culturilor de cereale precum orz, ovăz, orez, secară și grâu.
- Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,08 (pentru construcții portante)
- Rezistență termică la 350mm K⋅m 2 / W = 4,37 la 350mm
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = indisponibil
- Densitate kg / m 3 = 110 – 130
- Difuzivitate termică m 2 / s = indisponibil
- Energie încorporată MJ / kg = 0,91 (sursa ICE database 2011)
- Permeabil la vapori: Da
Vată minerală de sticlă
Fabricat din sticlă topită, de obicei cu 20% până la 30% deșeuri industriale reciclate și conținut post-consum. Materialul este format din fibre de sticlă aranjate folosind un liant într-o textură similară cu lâna. Procesul captează multe buzunare mici de aer între sticlă, iar aceste buzunare mici de aer au ca rezultat proprietăți ridicate de izolare termică. Densitatea materialului poate fi variată prin presiune și conținut de liant.
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,035- Rezistență termică la 100mm K⋅m 2 / W = 2,85
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 1030
- Densitate kg / m3 = circa 20
- Difuzivitate termică m 2 / s = 0,0000016
- Energie încorporată MJ / kg = 26
- Permeabil la vapori: Da
Vată minerală de piatră
Vata minerală de piatră este un produs din cuptor din roca topită la o temperatură de aproximativ 1600 ° C, prin care se suflă un curent de aer sau abur. Tehnici de producție mai avansate se bazează pe rotirea rocii topite în capete de filare de mare viteză, oarecum asemănătoare procesului folosit pentru a produce ața de bomboane. Produsul final este o masă de fibre fine, împletite, cu un diametru tipic de 2 până la 6 micrometri. Vata minerală poate conține un liant, adesea un ter-polimer, și un ulei pentru a reduce praful.
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,032-0,044- Rezistență termică la 100 mm K⋅m2 / W = 2,70 – 2,85
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = n / a
- Densitate kg / m 3 = n / a
- Difuzivitate termică m 2 / s = n / a
- Energie încorporată MJ / kg = n / a
- Permeabil la vapori: Da
Spumă poliizocianurată / poliuretanică (PIR / PUR)
Poliuretanul (PUR și PU) este un polimer compus din unități organice unite prin legături carbamat (uretan). Poliuretanul poate fi fabricat într-o varietate de densități și durități, variind izocianatul, poliolul sau aditivii.
Poliizocianuratul, denumit și PIR, este un plastic termorezistent produs de obicei sub formă de spumă și utilizat ca izolație termică rigidă. Chimia sa este similară cu poliuretanul (PUR), cu excepția faptului că proporția de metilen difenil diizocianat (MDI) este mai mare și un poliol derivat din poliester este utilizat în reacție în locul unui polieter poliol.
Catalizatorii și aditivii utilizați în formulările PIR diferă, de asemenea, de cei utilizați în PUR. Panourile sandwich prefabricate PIR sunt fabricate cu fațade din oțel ondulat, protejate împotriva coroziunii, lipite de un miez de spumă PIR și utilizate pe scară largă ca izolație pentru acoperiș și pereți verticali (de exemplu, pentru depozitare, fabrici, clădiri de birouri etc.)
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,023-0,026- Rezistență termică la 100 mm K⋅m 2 / W = 4,50
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = n / a
- Densitate kg / m3 = 30 – 40
- Difuzivitate termică m 2 / s = n / a
- Energie încorporată MJ / kg = 101
- Permeabil la vapori: Nu
Polistiren expandat EPS – disponibil în plăci sau umplutură liberă
Polistirenul este un polimer aromatic sintetic fabricat din monomer stiren. Polistirenul poate fi solid sau spumat. Polistirenul expandat (EPS) este o spumă rigidă și dură, cu celule închise. De obicei este alb și este fabricat din mărgele de polistiren preexpandate. Polistirenul este unul dintre cele mai utilizate materiale plastice, scara producției sale fiind de câteva miliarde de kilograme pe an.
Spumele de polistiren sunt produse folosind agenți de suflare care formează bule și extind spuma. În polistirenul expandat, acestea sunt de obicei hidrocarburi precum pentanul .
Deși este o spumă cu celule închise, atât polistirenul expandat cât și cel extrudat nu sunt complet impermeabile sau rezistente la vapori. Polistirenul aruncat nu se biodegradează de sute de ani și este rezistent la fotoliză.
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,034-0,038- Rezistență termică la 100 mm K⋅m 2 / W = 3,52
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 1300
- Densitate kg / m 3 = 15 – 30
- Difuzivitate termică m 2 / s =
- Energie încorporată MJ / kg = 88,60
- Permeabil la vapori: Nu
Polistiren extrudat (XPS) (disponibil în: plăci)
Spuma de polistiren extrudat (XPS) constă din celule închise, oferă rugozitate îmbunătățită a suprafeței și rigiditate mai mare și conductivitate termică redusă. (19) Este puțin mai dens și, prin urmare, puțin mai puternic decât EPS.
Rezistența la difuzie a vaporilor de apă (μ) a XPS este foarte mică – ceea ce îl face adecvat pentru aplicare în medii mai umede.
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,033-0,035- Rezistență termică la 100 mm K⋅m 2 / W = 3
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = n / a
- Densitate kg / m 3 = 20 – 40
- Difuzivitate termică m 2 / s = n / a
- Energie încorporată MJ / kg = 88,6
- Permeabil la vapori: Nu
Aerogel
Aerogel sau Airgel este un material sintetic ultra-ușor poros derivat dintr-un gel, în care componenta lichidă a gelului a fost înlocuită cu un gaz. Rezultatul este un solid cu densitate extrem de scăzută și conductivitate termică scăzută. Poreclele includ fum rozen și aer solid , sau fum albastru datorită naturii sale translucide și a modului în care lumina împrăștie în material. Se simte ca un polistiren expandat fragil la atingere. Aerogelurile pot fi fabricate dintr-o varietate de compuși chimici.
Aerogelurile sunt izolatori termici buni, deoarece aproape anulează două dintre cele trei metode de transfer de căldură (convecție, conducere și radiații). Sunt buni izolatori conductivi, deoarece sunt compuși aproape în totalitate din gaze, iar gazele sunt conductori de căldură foarte slabi. Sunt buni inhibitori convectivi, deoarece aerul nu poate circula prin rețea. Aerogelurile sunt izolatoare radiative slabe, deoarece radiațiile infraroșii (care transferă căldura) trec prin ele.
Aerogelul cu silice este cel mai frecvent tip de aerogel. Silica se solidifică în clustere tridimensionale, între ele, care cuprind doar 3% din volum. Prin urmare, conducerea prin solid este foarte scăzută. Restul de 97% din volum este compus din aer în nanopori extrem de mici. Aerul are puțin spațiu de mișcare, inhibând atât convecția, cât și conducerea în fază gazoasă.
Conductivitate termică / λ (lambda) W / m. K = 0,014- Rezistență termică la 50 mm K⋅m 2 / W = 3,8 pentru 50 mm
- Capacitate specifică de căldură J / (kg. K) = 1000
- Densitate kg / m 3 = 150
- Difuzivitate termică m 2 / s =
- Energie încorporată MJ / kg = 5,4 kg / CO² pe m²
- Permeabil la vapori: Da
