Jak działa izolacja
Izolacja jest wszechobecna i nieprzerwanie wpływa na naszą pracę, życie społeczne i domowe, a mimo to przez większość czasu jest przez nas niedostrzegana. Prawidłowo zamontowana izolacja nie wymaga ponownego wykonania, jest efektywna, cicha i, dzięki umieszczenia jej wewnątrz elementu konstrukcji, zazwyczaj niewidoczna. Dlatego też najczęściej brana jest za rzecz oczywistą, a nawet oceniana jest poniżej swojej wartości.
Izolacja postrzegana jest jako istotna w momencie, gdy rozważamy nowy projekt budynku, zakładu produkcyjnego lub wyposażenia. To właśnie na tym etapie ważny jest prawidłowo sporządzony projekt, gdyż skorygowanie różnicy w grubości, typu lub rodzaju zastosowania detalu może okazać się w kolejnym etapie bardzo kosztowne lub nawet niemożliwe.
Dlaczego warto stosować izolację?
Jest wiele powodów, dla których izolacja jest ważna - kilka z nich jest wymienionych poniżej:- Aby przestrzegać obowiązujących przepisów (np. Prawo budowlane).
- Aby ograniczyć straty ciepła lub wzrost temperatury i wynikające z tego zużycie energii potrzebnej do klimatyzacji.
- Aby podnieść poziom komfortu.
- Aby ograniczyć koszty eksploatacji.
- Aby ograniczyć zanieczyszczenie (gazy cieplarniane, kwaśne deszcze).
- Aby mieć wpływ na wykraplanie pary wodnej (kondensację) wewnątrz przegrody budowlanej.
- Aby ograniczyć ryzyko przemarzania.
- Aby zmniejszyć potrzeby grzewcze zakładów produkcyjnych.
- Aby kontrolować rozkład temperatur w poszczególnych warstwach przegrody budowlanej.
- Aby kontrolować temperaturę powierzchni.
- Aby zmniejszyć poziom hałasu.
- Aby zapewnić ochronę przeciwpożarową.
Izolacja cieplna
Materiał, służący do izolacji cieplnej, zapobiega przepływowi ciepła. Dzięki izolacji tempo utraty ciepła przez gorącą powierzchnię jest spowolnione, podobnie jak tempo przyjmowania ciepła przez materiał o niższej temperaturze. Izolacja nie może jednak całkowicie wstrzymać wymiany ciepła.
Materiał izolacyjny nie wytwarza ciepła, w przeciwieństwie do Twojego ciała. Jest on jednak ciepły w dotyku, ponieważ tempo utraty ciepła przez Twoją dłoń jest spowolnione. Podobnie w budynkach szybkość oddawania ciepła jest zmniejszona dzięki zastosowaniu izolacji, dzięki czemu można:
- zredukować potrzeby cieplne (systemy o mniejszej mocy grzewczej), i w rezultacie oszczędzić energię oraz zmniejszyć poniesione koszty, a także zanieczyszczenie
- zwiększyć temperaturę wewnątrz pomieszczenia (wyższy komfort, sprawniejsza kontrola wilgotności powietrza i niższe ryzyko przemarzania)
- osiągnąć oba powyższe efekty
Większość izolatorów zbudowana jest ze stałego elementu, który tworzy strukturę zatrzymującą wewnątrz powietrze. To właśnie powietrze pełni funkcję izolacyjną. Niektóre produkty powstają przy użyciu gazu obojętnego, który w roztopionej strukturze tworzy pęcherzyki wypełnione danym gazem.
Zasady izolacji
Przekazywanie ciepła
Jeśli nagrzana powierzchnia znajduje się w chłodniejszym otoczeniu, ciepło będzie wymieniane do momentu, w którym nie będzie już różnicy temperatur. Są trzy różne sposoby przekazywania ciepła:
1. Przewodzenie
Proces, podczas którego ciepło przepływa wzdłuż materiału, przez materiał lub z jednego materiału na drugi, dzięki poruszaniu się cząsteczek. Przewodność jest możliwa dla ciał stałych, płynnych oraz gazów.
2. Konwekcja
Proces polegający na przenoszeniu ciepła w płynach i gazach. Wynika on ze zmiany w gęstości cieczy lub gazu spowodowanej zmianą temperatury. Przy styczności z chłodniejszym ciałem stałym utrata ciepła zachodzi początkowo w wyniku bezpośredniego kontaktu (przewodzenia), do momentu, gdy postępująca zmiana gęstości cieczy lub gazu spowoduje nieprzerwany przepływ ciepła dzięki przemieszczaniu się ogrzanych cząsteczek (konwekcję).
Wymuszona konwekcja występuje, gdy prędkość przepływu strugi cieczy lub gazu wynika z działania sił zewnętrznych (np. wiatr). W takim przypadku szybkość wymiany ciepła jest znacząco zwiększona.
3. Promieniowanie
Proces, podczas którego ciepło jest emitowane i wysyłane w przestrzeń jako energia. Promieniowanie nie wymaga przekaźnika (np. powietrza) do przekazu ciepła i z łatwością zachodzi w próżni. Wszystkie ciała emitują energię w postaci promieniowania, a skala tego promieniowania zależy od różnicy temperatur, odległości oraz emisyjności powierzchni.
Jak działa izolacja?
Aby izolacja była efektywna, musi ona ograniczać przepływ ciepła zachodzący w skutek jakiegokolwiek w/w procesu. Większość izolatorów, posiadających strukturę komórkową, właściwie redukuje przewodzenie ciepła i konwekcję. Siła promieniowania jest słabsza dzięki absorpcji ciepła przez izolator, a także dzięki pokryciu zewnętrznej powierzchni produktu folią błyszczącą folią.
Izolator, który skutecznie redukuje przewodzenie ciepła, powinien charakteryzować się niskim stosunkiem objętości materiału do objętości obszaru wypełnionego pustką powietrzną. Dzięki zastosowaniu gazu obojętnego zamiast powietrza, zdolność do przewodzenia w próżni może zostać ograniczona.
Aby ograniczyć przepływ ciepła w wyniku konwekcji, izolator powinien mieć strukturę porowatą lub znaczny udział próżni w swojej strukturze. Poszczególne cząstki i próżnia powstrzymują proces konwekcji i nie przewodzą energii do przylegających komórek.
Izolator, którego celem jest powstrzymanie przewodzenia ciepła powstałego w wyniku promieniowania, powinien być umieszczony blisko gorącej powierzchni. Promieniowanie może w dalszym ciągu przenikać zewnętrzną warstwę materiału, ale najbliższa warstwa absorbuje energię i zmienia ją w ciepło przewodzone lub konwekcyjne.
Nauka izolacji
Przewodność cieplna (λ)
Przewodność cieplna to zdolność materiału do przewodzenia ciepła. Im niższa przewodność, tym lepszy jest materiał izolacyjny. Przewodność cieplna mierzona jest w watach na metr kwadratowy powierzchni przy różnicy temperatury 1 Kelwina na jednostkę grubości 1 metra (W/mK), a jednostką jest lambda. Termin lambda 90/90 jest używany w celu ujednolicenia metod prezentacji wyników statystycznych i jest stosowany zgodnie z CPD (Construction Products Directive) - dyrektywą UE dotycząca wyrobów budowlanych oraz oznakowaniem CE (CE marking) dotyczącym wyrobów wprowadzanych na rynek UE. Jednak w budownictwie stosowana jest też inna miara zwana oporem cieplnym (R).
Opór cieplny (R)
Opór cieplny określa zdolność materiału do powstrzymania przepływu ciepła. Im wyższy jest opór cieplny, tym lepszy jest materiał izolacyjny. Wyraża on stosunek grubości materiału w metrach do przewodności cieplnej (mierzonej w λ 90/90). Zgodnie z CPD (Construction Products Directive) - dyrektywą UE dotycząca wyrobów budowlanych oraz oznakowaniem CE (CE marking), używany jest termin R 90/90. Miara ta nie wynika jedynie z zastosowania λ 90/90 i wymaga dodatkowo zaokrąglenia „w dół" do wartości 0,05. Przykład: 170 mm Crown Wool R = 0,170/0,044
= 3,86
= 3,85 (zaokrąglone do dołu)
