Dr. Bozsaky Dávid Ph.D. egyetemi adjunktus Széchenyi István Egyetem, Építész-, Építő- és Közlekedésmérnöki Kar Építészeti és Épületszerkezetteni Tanszék
Hőszigetelő anyagok termékkínálata – Kritikai áttekintés ”Költségoptimalizált” és ”Közel nulla energiaigényű” épületek és épületszerkezetek Győr, 2016. január 20.
Tartalom • • • • • •
Bevezetés Anyagválasztás szempontjai Hőszigetelő anyagok csoportosítása Hőterjedés a hőszigetelő anyagokban A hőszigetelő anyagok piaca Anyagválaszték áttekintése – – – – –
Szálas hőszigetelő anyagok Műanyag habok Ömlesztett hőszigetelő anyagok Nanotechnológiás hőszigetelő anyagok Természetes anyagok
Bevezetés A hőszigetelő anyagok valamilyen természetes, vagy mesterségesen előállított alapanyagból készült porózus, vagy üreges szerkezetű, kis testsűrűségű termékek. Az építészeti gyakorlatban általában hőszigetelő anyagnak tekintjük azokat az építőanyagokat, melyek hővezetési tényezője (λ) 10°C-os középhőmérsékleten nem haladja meg a 0,15 W/mK-t
Anyagválasztás szempontjai - Alkalmazhatóság - Nem minden anyag alkalmazható mindenféle szigetelési munkára
- Környezetvédelem - Előállítási energiaigény - Újrahasznosíthatóság
- Ár - Jelentős árbeli, de egyben minőségbeli különbségek is lehetnek. - A legtöbb esetben még mindig igaz, hogy az ár és a minőség egyenesen arányosak.
- Egészség és kényelem -
Könnyű, egyszerű megmunkálhatóság Hatékony hőszigetelés biztosítása (nyári meleg és téli hideg ellen) Minél kevesebb környezetterhelés kivitelezés során Megmunkálás során egészségre ártalmatlan
Hőszigetelő anyagok csoportosítása 1) Mesterséges hőszigetelő anyagok – Szálas hőszigetelő anyagok (pl. kőzetgyapot, üveggyapot) – Habosított hőszigetelő anyagok (pl. EPS, XPS, PUR, habüveg) – Ömlesztett hőszigetelő anyagok (pl. duzzasztott agyagkavics, duzzasztott perlit) – Nanotechnológiás hőszigetelő anyagok (pl. EPS grafit, aerogél, vákuum panel, hőszigetelő festékek) 2) Természetes hőszigetelő anyagok Parafa, fagyapot, cellulózszigetelés, farostlemez, szalmabála, pamut, gyapjú, nádpalló, len, kender
Hőterjedés a hőszigetelő anyagokban
1) Hővezetés 2) Hőáramlás 3) Hősugárzás
A hő mindhárom esetben a melegebb közegből a hidegebb felé terjed.
Hőszigetelő anyagok piaca (1989-2010, 2020)* Ásványgyapotok
EPS
XPS
PUR
Egyéb
Term. anyagok
1989
59 %
32 %
3%
5%
-
1%
1994
60 %
31 %
3%
4%
-
1%
1999
58 %
28 %
4%
4%
1%
5%
2004
54 %
28 %
6%
5%
1%
6%
2010
53 %
27 %
6%
5%
1%
8%
2020**
46-50 %
22-24%
5-6 %
4-5 %
1-2 %
15-20 %
*: Németország **: becsült adatok
Természetes hőszigetelő anyagok
Ásványgyapotok 1 • Lazán összetapadó ásványi szálacskákból áll. • Alapanyaga – Kőzetgyapot: bazalt, mészkő, dolomit, koksz – Üveggyapot: kvarchomok, mészkő, dolomit, újrahasznosított üveg (50-60 %)
• Kötőanyag: fenol-formaldehid műgyanta és olajemulzió • Előnyei – – – – – –
Jó páraáteresztő képesség, kevesebb páratechnikai probléma Rugalmas, jól alakítható Jól megmunkálható Kis hőmozgás Tűzálló (magas hőmérsékleten megolvad, kötőanyaga izzik) Természetes anyag (?)
Ásványgyapotok 2 • Hátrányai – Viszonylag magasabb ár – Gyártása nagy energiaigényű – Magas vízfelvétel, nedvesség hatására jelentős hőszigetelő-képesség romlás következik be – Alacsony szilárdság – Az üveggyapot idővel tömörödik, nagy illesztési hézagok alakulnak ki – Szúrós, irritálja a bőrt – Belélegezve köhögést, torokirritációt (és még ki tudja mit) okoz
Polisztirolhab • Előnyei – – – – – – – –
Viszonylag alacsonyabb ára Jobb hőszigetelő képesség Kis önsúly Egyszerű beépítés Újrahasznosítható Kivitelezése nem ártalmas az egészségre Kis vízfelvétel miatt a nedvességhatás kevésbé károsítja Az extrudált hab (XPS) és a formahabosított expandált (EPS) termékek alkalmazhatók nedvességnek kitett helyeken (lábazat, pincefal) is
• Hátrányai – Párafékező hatása miatt nehezen tud a fal lélegezni, páratechnikai problémák léphetnek fel – Vakolat, burkolat nélkül a tartós napfény hatása károsítja – Viszonylag alacsony hőmérsékleten meggyullad – Szakszerűtlen felületerősítő hálózás, tapaszolás és vékonyvakolat esetén tűzveszélyes lehet
Poliuretánhab • Zártcellás és nyitott cellás formában is alkalmazható szórt és táblás kiszerelésben is • Előnyei – – – – – – –
Nagyon jó hőszigetelő képesség Zártcellás változata vízzáró réteget alkot Ellenáll biológiai hatásoknak Egészségre nem ártalmas Kis önsúly mellett nagy szilárdság Egyszerű beépítés Kivitelezése nem ártalmas az egészségre
• Hátrányai – – – – –
Viszonylag magas árfekvés Párazáró, nehezen tud a fal lélegezni, páratechnikai problémák léphetnek fel UV-sugárzás hatására elbomlik Éghető anyag (250 °C), levegőhiányos égése során ártalmas gázfejlődés Gyártása viszonylag nagy energiaigényű
Habüveg • Ömlesztett (üvegkavics) és táblás kiszerelésben is kapható • Előnyei – – – – – – – –
Tökéletesen zárt cellaszerkezet Nagy szilárdság Teherbíró hőszigetelésként is alkalmazható (pl. járművel járható lapostetők) Párazáró Vízálló (nem vesz fel nedvességet és nem is duzzad) Nem éghető Könnyen megmunkálható Környezetkárosító adalékanyagtól mentes
• Hátrányai – – – –
Magas árfekvés Nagy testsűrűség és önsúly Gyártása nagy energia-befektetést igényel Nagy merevsége miatt rugalmatlan, a pontszerű terhelést nehezen viseli
Duzzasztott agyagkavics • Előnyei – – – – – –
Nagy szilárdság Savaknak és lúgoknak egyaránt ellenáll Környezetbarát Tartós, nem bomlik Tűzálló Széleskörű felhasználhatóság • Ömlesztett formában: hőszigetelő feltöltés, zöldtetők szűrőrétege, dísznövények talajának alapanyaga • Adalékanyagként: könnyűbeton feltöltések (drénbeton), könnyűbeton falazóblokk, előregyártott könnyűbeton falpanelek
• Hátrányai – Nagy testsűrűség és önsúly – Gyártása nagy energia-befektetést igényel – Viszonylag rossz hőszigetelő képessége miatt kiegészítő hőszigetelés szükséges
Duzzasztott agyagkavics termékek
Duzzasztott perlit • Előnyei – – – – – –
Nagy szilárdság Jól tömöríthető Kedvező páratechnikai tulajdonságok Tartós, nem bomlik Tűzálló Széleskörű felhasználhatóság • Ömlesztett formában: többrétegű falak magszigetelése, lapostetők és padlásterek feltöltéses szigetelése • Adalékanyagként: hőszigetelő habarcsok és vakolatok, hőszigetelő betonok és esztrichek, szórható, tűzvédelmi bevonatok, hőszigetelő táblák, falazóelemek és tűzálló termékek
• Hátrányai – Nagy testsűrűség és önsúly – Gyártása nagy energia-befektetést igényel – Viszonylag rossz hőszigetelő képesség
Duzzasztott perlit termékek
Grafitadalékos expandált polisztirol • •
•
Alapanyag: EPS + grafitpor Működési elv Grafitpor adalék gátolja a hőtranszport folyamatok közül a hősugárzást, ugyanis a grafitszemcsék a hősugárzás egy részét visszaverik. Alkalmazás – Homlokzati hőszigetelés – Födémek hőszigetelése – Magastetők szarufák feletti hőszigetelése
Vákuumpanel hőszigetelés • •
•
•
Vékony nagyteljesítményű hőszigetelő anyag Összetétel – Belseje filcbe burkolt mikroporózus kova (SiO2) – Külső burkolata többrétegű gáz- és vízgőzálló alumíniumfólia. Előnyei – Rendkívül jó hőszigetelő képesség – Kis szerkezeti vastagság szükséges Hátrányai – Idővel kismértékben csökken a hőszigetelő képesség, mert a vákuum nem marad meg tartósan – Teljesen előre gyártott elemek – Elemkiosztási terv szerint – Előre elhelyezett furatok, rögzítési pontok – Helyszínen nem lehet méretre vágni, faragni, vésni, fúrni, stb. – Extrém magas árfekvés
Aerogél hőszigetelés • Nagyon kis testsűrűségű, szilárd anyag. Gélből származik, a folyékony komponens gáznemű anyaggal cserélik ki. • Alapanyag: szilícium-dioxid (szilikagél), alumínium-oxid, krómoxid, vagy ón-oxid. • Működési elv (hőtranszport akadályozása) – Hősugárzás: nanopórusok mérete kisebb, mint a hősugrázás hullámhossza – Hővezetés: a cellák fala kisebb, mint a hősugrázás hullámhossza – Hőáramlás: a nanopórusokban a gázmolekulák inkább ütköznek a cella falának, mint egymásnak, nem tudják átadni a hőenergiát
• Alkalmazásuk – Épületszerkezetek utólagos hőtechnikai javítása – Problémák épületszerkezeti csomópontok szigetelése (passzív házak) – Hőhíd-megszakítás
• Termékek – Aerogél hőszigetelő paplanok (Spaceloft®) – Öntapadó szigetelő csíkok (hőhídmegszakító elemek) – Hőszigetelő üvegezés (transparens hőszigetelés, pl. NANOGEL®)
Nanokerámiás hőszigetelő festékek • Összetétel – Alapanyag: mikroszkopikus, vákuumozott kerámia gömbök – Kötőanyag: akrilos polimerekből és szervetlen pigmentekből álló elegy • Gyártás: – Kerámia megolvasztása (1500°C) nagy nyomás alatt – Hűtés és nyomás megszüntetése – Kötőanyag hozzáadása • Kivitelezés – Ecsettel, hengerrel – Vákuumos porlasztóval
Nanokerámiás hőszigetelő bevonat készítési technológiája
Nanokerámiás hőszigetelő festékek • Működési elv – A bevonat növeli a hőszigetelt felület hőátadási ellenállását, melynek következtében a hőátbocsátási tényező csökken.
U • Kritika
1 n di 1 1 i 1 he i hi
– Hőszigetelő „csodafesték”, vagy átverés? Igazából egyik sem! – Számos termék található a piacon különféle minőségben, így nem mindegy melyik terméket vizsgáljuk – Különféle felületekre (beton, acél, fa) más-más anyagminőség és anyagi összetétel ajánlott – Minőségi termékek esetében kimutatható a hőszigetelő képesség javulása, de nem olyan mértékben, mint ahogy a gyártók állítják
Természetes hőszigetelő anyagok 1 • • • • • • • • • •
Cellulózszigetelés Farostlemez Fagyapot Kenderszál hőszigetelés Lenszövet hőszigetelés Gyapjú Parafa Szalmabála Nádlemez Pamut
Természetes hőszigetelő anyagok 2 • Előnyök – – – – – – – – –
Jó páraáteresztő képesség Jó hangszigetelő képesség Rugalmas, könnyen megmunkálható Megújuló alapanyag Kicsi, „közel nulla” előállítási energiaigény Környezetbarát Egészségre ártalmatlan Újrahasznosítható Mezőgazdasági és egyéb melléktermék felhasználási alternatíva (pl. újságpapír, elhasznált textil- és ruhaanyag) – Egyes termékek nem igényelnek adalékszeres kezelést (pl. parafa, nádszövet, szalmabála)
Természetes hőszigetelő anyagok 3 • Hátrányok – – – – – – – – –
Nedvességre való érzékenység Kártevőkkel (gombák,rovarok, rágcsálók) szembeni érzékenység Tűzzel szembeni ellenállás Tartósságukat sokszor megkérdőjelezik Előnytelen tulajdonságai adalékszerekkel javíthatók (pl. cellulózszigetelés, fagyapot) Szabványok és szabályozások hiánya Hiányos szakirodalom, kétes marketing anyagok Ismeretlen gyártók, kétes anyagminőségek Bizalmatlanság a gyakorló építészek részéről
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
