Tabela 10: Rezultati meritev izolativnega materiala - Stirodur XPS 300 – Fragmat.
Meritev Toplotna
Z izvedenimi meritvami smo ugotovili, da se različni izolativni materiali med seboj po toplotni prevodnosti zelo malo razlikujejo. To pomeni, da so vsi dobri toplotni izolatorji in dobro toplotno izolirajo stavbe. Steklena volna je za malenkost slabši izolator kot na primer stiropor S100. Prednost steklene volne je pa v tem, ker je popolnoma negorljiv material in spada v razred A1. V tabeli 11 je prikazana medsebojna primerjava lastnosti med dvema izolativnima materialoma EPS stiroporjem in kameno volno. Ekspandirani polistiren, bolj poznan kot stiropor, je trenutno najcenejši material za izolacijo. Glavni razlog izbire je nizka cena.
Pomislek pa predstavlja gorljivost. Stiropor se namreč uvršča v razred gorljivosti E, kamor spadajo normalno gorljivi materiali, kamena volna pa v razred A1, kamor uvrščamo negorljive materiale. Kamena volna ima tudi boljšo zvočno izolativnost, paroprepustnost in odpornost na mikroorganizme, vendar je približno 30% dražja. EPS spada v razred gorljivosti E. Vendar je treba pri gorljivosti upoštevati fasadni sistem kot celoto. Kontaktni fasadni sistem s tankoslojnim ometom, ki je najpogosteje uporabljena rešitev, tako spada v razred B, kar pomeni stopnjo gorljivosti – težko gorljiv.
Prav tako smo vzporedno naredili izračune toplotne prevodnosti za tri različne debeline izolativnih materaialov (stiropor 10 cm, mineralna volna 20 cm in 14 cm). Izračuni so bili
narejen s programom Gradbena fizika URSA 4.0.. Prav tako je bil izdelan Elaborat gradbene fizike za področje učinkovite rabe energije v stavbah za hišo v Kamni Gorici za stavbo SH A625 s projektivnim podjetjem STP MUREN ČRNOMELJ d.o.o., Nova Loka 49, 8340 Črnomelj (priloge 1, 2, 3 in 4). Izračuni so pokazali, da je najboljši izolacijski material stiropor debeline 10 cm, ki ima najnižjo toplotno prevodnost in sicer 0,031 W/mK. Mineralna volna z debelino 20 cm ima toplotno prevodnost 0,040 W/mK. Da zadostimo normativom, pa še vedno lahko uporabimo kameno volno debeline 14 cm. Vendar to je spodnja meja debeline, ki jo dovoli pravilnik PURES (Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah).
Tabela 11: Primerjava lastnosti stiropor in kamena volna.
EPS STIROPOR KAMENA VOLNA
Struktura
materiala To je lahek izolacijski material izdelan iz drobnih kroglic
Ob stiku z ognjem se hitro začne topiti. Pri tem material, ki se topi,
oddaja nevarne pline.
Negorljiv izolacijski material, s tališčem nad 1000˚C.Preprečuje širjenje ognja in otežuje širjenje požara na druge dele stavbe.
Paroprepustnost Velja za parozaporni material, ki izoliranemu objektu ne dovoljuje verjetnost za nastanek plesni in alg.
Odpornost Manjša odpornost na udarce.
Relativno odporen na kemikalije.
Zaradi tega se poveča tudi teža materiala.
Enostavnost
vgradnje Stiropor je enostavnejši in hitrejši
za vgradnjo. Zahtevnejše vgrajevanje.
Priporočljiva je uporaba rokavic in očal, saj se kamena volna praši in
draži kožo.
Zvočna izolacija Slabše zvočno izolativen. Dober zvočni izolator. Duši zvok med prostori in preprečuje prenos
udarnega zvoka med etažami.
Učinkovito ublaži industrijski in cestni hrup.
Ker v vsaki kontaktni fasadi predstavlja volumsko največji delež materiala, so tudi fasadni sistemi s kameno volno požarno najbolj varni, in se kot celota največkrat uvrščajo v razred A2-s1, d0. Paroprepustnost materiala določa količnik difuzijskega upora prehoda vodne pare µ, ki je za fasadne plošče EPS od 20 do 60. Za različne sistemske ponudnike fasadnih sistemov proizvajamo tudi perforirani oziroma luknjičasti EPS, ki ima µ okrog 10. Luknjice omogočajo boljši prehod vodne pare. EPS je odporen na vodo in vlago, v primeru zmrzali ne spreminja svojih mehanskih lastnosti, je hidrofoben oziroma vodoodbojen. Material ne sprejema vlage iz okolice in ni higroskopičen. V materialu se ne bodo razvile plesni, alge ali kakšne druge bakterije. EPS ni nevaren zdravju, je dimenzijsko stabilen – ohranja stabilno obliko in ima izredno dolgo življenjsko dobo. Kamena volna je naraven mineralni material z nizko vsebnostjo organskih snovi. V osnovi je sterilen material, ki ni hrana za nobeno živo bitje, in je kot kamen neomejeno trajen material. V fasadnem sistemu nastopa kot trdna podlaga za sisteme armiranih ometov, ki dosegajo mehansko najboljše vrednosti točkovne trdnostni. Ob raziskavi smo ugotovili, da izolacijski materiali močno vplivajo na ohranjanje toplotne energije v stavbi.
Seznanili smo se tudi z izdelavo izolacijskih materialov, predvsem steklene volne. Kamena volna ne trohni in ne propada, ne gnije, je dimenzijsko obstojna, ne gori in je kemično nevtralna.
Kameno volno se lahko vgrajuje samostojno ali pa v kombinaciji z različnimi gradbenimi materiali, ki toplotno in zvočno izolativnost konstrukcijskih sklopov le še povečajo. Toplotna prevodnost steklene volne znaša med 0,03 in 0,045 W/mK, zaradi česar spada med najbolj učinkovite toplotne izolatorje. Navkljub svoji manjši teži nudi steklena volna enake toplotne izolacijske vrednosti kot ostali materiali. Razlog za tako dobre lastnosti leži v tem, da je zrak ujet med steklena vlakna. Zaradi svoje goste, a ohlapne strukture z dolgimi vlakni, ni izmenjave zraka med zunanjostjo in notranjostjo. Takšna struktura vam statično ne obremenjuje konstrukcije hkrati pa vam omogoča bolj ekonomično oblikovanje. Enako velja tudi za zvočno izolacijske lastnosti, pri čemer je struktura steklene volne boljša od ostalih materialov. Poleg tega izolacijski sloj ne razpade, zato absorbira manj vlage kot kamena volna. Z razrezom materiala v rolah imamo manj odpadkov odlično protipožarno zaščito. že v procesu izdelave steklene volne prihaja do veliko manjšega onesnaževanja okolja kot v primeru ostalih izolacijskih materialov. Vzrok za to je v njeni glavni sestavini - odpadno steklo. Talino stekla se spusti na vrteče rotorje ter tako izdela steklena vlakna. Zaradi nižjega tališča je za taljenje potrebno manj energije kot na primer za bazaltne kamenine. Poleg tega ta postopek ne potrebuje surove nafte, ampak le čisti naravni plin. Ker je odpadno steklo na voljo povsod in se lahko končni proizvod transportira v zelo stisnjeni obliki, so izpusti CO2 nižji tudi med prevozom.
7. ZAKLJUČKI
Izolacijski materiali imajo danes vse večji pomen na praktično vseh področjih življenja, od gradbeništva, metalurgije, proizvodnih tehnologij, pa do področij energetike in ekologije.
Za izbrane izolacijske materiale, ki bodo uporabljeni pri gradnji sodobnega stanovanjskega kompleksa, smo pridobili oziroma preverili podatke o njihovih toplotnih lastnostih (toplotni prevodnosti, specifični toploti in temperaturni prevodnosti).
Pri odločanju o izbiri optimalnega materiala za toplotno zaščito stavbe upoštevamo veliko kriterijev. Ključna lastnost materiala je njegova toplotna prevodnost. Čim manjša je toplotna prevodnost, toliko boljši je toplotno izolacijski material. Pri vrednotenju in oceni razpoložljivih toplotno izolacijskih materialov je poleg toplotne prevodnosti pomembno upoštevati še druge kriterije, kot so protipožarna odpornost, difuzijska prepustnost, tlačna trdnost, stisljivost, trajnost in občutljivost na navlaževanje.
V okviru eksperimentalnega dela smo izvedli meritve toplotnih lastnosti izbranih izolacijskih materialov na napravi za določevanje toplotnih lastnosti Hot Disk TPS 2200 v skladu s standardom ISO 22007-2.
Z meritvami in izračuni smo ugotovili, da je stiropor boljši toplotno izolacijski material, kot steklena volna, vendar ima ta druge prednosti, zato se pri določenih gradnjah (zaradi protipožarnih lastnosti, je negorljiva) uporablja za izolacijo steklena volna.
Izračuni toplotne prevodnosti sten za različne debeline in toplotno izolacijske materiale (stiropor debeline 10 cm, mineralna volna debelin 20 cm oziroma 14 cm) so pokazali, da je najboljša izbira stiropor debeline 10 cm, ki ima toplotno prevodnost 0,031 W/mK. Mineralna volna ima toplotno prevodnost 0,040 W/mK.
Odločitev o izbiri materiala je povezana s predvidenim mestom in načinom vgradnje. Pogosto pa je pomemben faktor pri odločanju tudi cena materiala. V primeru, ko v prezračevani fasadi uporabimo kot toplotno izolacijo Slilber reflekst debeline 10 cm je cena fasade cca. 35 EUR/m2.
8. LITERATURA
[1] CAVLOVIC A., Recounting the trials — and joys — of building a Canadian home to meets the "Passivhaus" standard, citirano 9. 4. 2018. Dostopno na svetovnem spletu :
<https://www.ecohome.net/guides/3223/passive-aggressive-house/>.
[2] Toplotnoizolacijski materiali, Zbirka informativnih listov »ZA UČINKOVITO RABO ENERGIJE«, citirano 2. 2003. Dostopno na svetovnem spletu: pripravila Jože Puhar, Jože Stropnik – Ljubljana : Littera picta, 2011, str. 59, str. 245-247, str. 235-237
[5] NARANG, V. A. Heat transfer analysis in steel structures : degree of master of science.
Worcester, 2015, 157 str.
[6] Izolacija nad, med in pod škarniki, TOPDOM D.O.O., citirano 2002. Dostopno na svetovnem spletu: <https://topdom.si/streha-od-a-do-z/izolacija/>
[7] Innovations in buildings, Insulating a new house, Oak Ridge National Laboratory
citirano 2002. Dostopno na svetovnem spletu:<
https://web.ornl.gov/sci/buildings/tools/insulation/r-value/new/>.
[8] ASHBY, M., SHERCLIFF, H., CEBON, D.: Materials, engineering science, processing and design, Elsevier Ltd., 2007, 514 str.
[9] INCROPERA P. F., DEWITT D. P.: Fundamentals of Heat and Mass Transfer; 4th Ed., John Wiley & Sons, Inc., 1996.
[10] Tehnična navodila za vgrajevanje talnih izolacijskih plošč iz kamene volne knauf insulation naturboard TP, TPS in TPT pri izvedbi plavajočih estrihov[citirano 5/2021].
Dostopno na svetovnem spletu:
<https://www.knaufinsulation.si/sites/ki_si/files/images/KI-Tehnic>.
[11] Stiropor – univerzalen toplotni in zvočni izolator,VARČUJEM Z ENERGIJO citirano 11. 1. 2021. Dostopno na svetovnem spletu: <https://www.varcevanje-energije.si/termoizolacije/stiropor-univerzalen-toplotni-in-zvocni-izolator.html>
[12] Razlika med kameno in stekleno volno, Stireks, d.o.o. citirano 18. 3. 2018. Dostopno na svetovnem spletu: <https://stireks.si/razlika-med-kameno-in-stekleno-volno/>.
[13] Guarded hot plate method for determining thermal conductivity (GHP), TECS, citirano 8. 2. 2020. Dostopno na svetovnem spletu: <https://www.tec- science.com/thermodynamics/heat/guarded-hot-plate-method-for-determining-thermal-conductivity-ghp/>.
[14] Hot Disk thermal constants analyser: instruction manual. Goteborg: Hot disk AB : 2014, 135 str.
[15] International standard ISO 22007-1. Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity – Part 1: General principles. ISO 22007-1:2009(E). 7 str.
[16] Slovenski standard SIST EN ISO 22007-2:2012. Polimerni materiali – Ugotavljanje toplotne prevodnosti in toplotne razprševalnosti – 2. del: Metoda s tranzientnim ploskovnim toplotnim virom (vroči disk).ISO 22007-2:2008. 30 str.
PRILOGE
KAZALO PRILOG
Priloga 1: Elaborat izdelan za stavbo Hiša Kamna Gorica SH A625 ... 1 Priloga 2: Izračun toplotne prevodnosti za izolacijski material STIROPOR debeline 10
cm ... 2 Priloga 3: Izračun toplotne prevodnosti za izolacijski material MINERALNA VOLNA
debeline 20 cm ... 3 Priloga 4: Izračun toplotne prevodnosti za izolacijski material MINERALNA VOLNA
debeline 14 cm ... 4
Priloga 1: Elaborat izdelan za stavbo Hiša Kamna Gorica SH A625
Priloga 2: Izračun toplotne prevodnosti za izolacijski material STIROPOR debeline 10 cm
Priloga 3: Izračun toplotne prevodnosti za izolacijski material MINERALNA VOLNA debeline 20 cm
Priloga 4: Izračun toplotne prevodnosti za izolacijski material MINERALNA VOLNA debeline 14 cm