Kaip nepasiklysti termoizoliacinių medžiagų jūroje?

Šilumos nuostoliai didžiuliai

Pastatuose sunaudojama daugiau nei 40 proc. visos energijos. Daugiau nei pusė šios energijos skirta pastatų šildymui. Šiuolaikiniuose lietuviškuose pastatuose, atitinkančiuose dabartinius STR‘o reikalavimus, energijos poreikiai šildymui dažniausiai sudaro daugiau nei 100 kWh/kv.m per metus. Tokie šilumos nuostoliai suskaičiuojami išduodant pastatų energinio naudingumo sertifikatus. Šie nuostoliai skaičiuojami tik popieriuje – projektuose. Realiai pastatytuose pastatuose pilna šiluminių tiltelių, kurie neįvertinami arba netinkamai įvertinami, apstu statybos broko, nekokybiškų termoizoliacinių medžiagų, o dėl to šilumos nuostoliai daug didesni. Tuo tarpu labiau išsivysčiusiose valstybėse jau seniai statomi modernūs ir energiją taupantys pastatai, kurių šildymui sunaudojama ne daugiau 15 kWh/ kv.m per metus. Tokie pastatai dažniausiai vadinami pasyviaisiais arba nulinės energijos pastatais.

Šiluminės energijos išsaugojimas yra vienas iš šešių esminių statinio reikalavimų. Lietuvoje šis reikalavimas nurodytas STR 2.05.01 „Pastatų atitvarų šiluminė technika“. Reikalavimai pastatų atitvaroms šiame reglamente pateikti šilumos laidumo koeficiento vertėmis. Tai atvirkščias dydis šiluminei varžai. Šilumos perdavimo koeficiento vertės ir perskaičiavimai į šiluminės varžos bei termoizoliacinio sluoksnio storio reikalavimus pateikti lentelėje.

Žiūrėkite į „liamdą“

Apšiltinant atitvaras termoizoliacinėmis medžiagomis vienas svarbiausių rodiklių yra medžiagos šilumos laidumo koeficientas , W/(m K).

SVARBU

Rinkdamiesi termoizoliacinę medžiagą atkreipkite dėmesį į šilumos laidumo koeficientą – „liamdą“ – kuo koeficientas mažesnis, tuo medžiaga mažiau laidi šilumai.

Kaip efektyvios termoizoliacinės medžiagos dažniausiai naudojami mineralinės vatos gaminiai (akmens ir stiklo vata) ir putplasčiai (polistireninis putplastis, ekstruzinis putplastis, putų poliuretanas). Jie sudaro daugiau nei 85 proc. visų termoizoliacinių medžiagų naudojamų pastatų apšiltinimui.

Kitos medžiagos, naudojamos pastatų apšiltinimui, yra labai įvairios. Lietuvoje daug pastatų šiltinama biria celiuliozine vata, geriausiai žinoma kaip ekovata, medžio plaušų, drožlių, vilnos plokštėmis, akytosios gumos, putstiklio, akytojo betono gaminiais, šiaudų rišuliais ir kt.

Šilumos perdavimo būdai

Efektyvių termoizoliacinių medžiagų mažos šilumos laidumo koeficiento vertės susijusios su visais trimis šilumos perdavimo būdais: konvekcija, šiluminiu laidumu ir spinduliavimu.

Konvekcija – šilumos perdavimas judančiomis skysčio ar dujų (oro) srovėmis. Šildant skysčius ir dujas, jų tankis kinta. Šiltesnis skystis (arba dujos) yra lengvesni (mažesnio tankio) ir kyla aukštyn, o šaltesnis, būdamas sunkesnis, slenka žemyn. Skysčiuose ir dujose susidaro konvekcinių srovių, kurios, nešdamos šiltesnio (mažesnio tankio) skysčio arba dujų mases, perneša ir jų turimą šilumos kiekį.

Šiluminis laidumas – tai šiluminės energijos perdavimas iš vieno kūno į kitą arba iš vienos kūno dalies į kitą tiesiogiai jiems liečiantis.

Kristalų gardelėse atomai yra glaudžiai susieti tarpusavyje ir šiluma čia pasireiškia kaip gardelės mazgų virpėjimas apie pusiausvyros padėtį: kuo didesnė kristalo temperatūra, tuo didesnė gardelės mazgų virpesių amplitudė, t. y. jų kinetinė energija. Kiekvieno kristalo gardelės sandara yra savita, t. y. būdinga tik šiam kristalui (atomų tarpusavio išsidėstymas, atstumas tarp gardelės mazgų, jų tarpusavio padėtis, gardelės mazgų ryšio energija). Bet koks vieno gardelės mazgo virpėjimas pusiausvyros padėties atžvilgiu priverčia virpėti ir kitus kristalinės gardelės mazgus, t. y. vieno iš atomų virpėjimo kinetinė energija (taigi ir šiluma) perduodama kitiems kristalinės gardelės mazgams.

Spinduliavimas – kai vienas nuo kito nutolę kūnai šilumą vienas kitam perduoda spinduliuodami. Bet koks kūnas, kurio temperatūra aukštesnė negu 0 laipsnių pagal Kelviną, skleidžia spinduliuotę. Šie spinduliai yra tos pačios prigimties kaip ir regimoji šviesa, tik ilgesnio bangos ilgio, t. y. jų sritis yra už raudonųjų spindulių, todėl ir vadinami infraraudonaisiais spinduliais (lot. infra – po). Atsižvelgiant į kūno temperatūrą, keičiasi spinduliuotės intensyvumas ir spektrinė sudėtis, todėl dažnai mūsų akys jo nepriima kaip regimosios spinduliuotės.

Medžiagų tankis ir struktūra

Kuo labiau gamintojams pavyksta sumažinti šilumos perdavimą gaminiuose minėtais būdais, tuo mažesnis medžiagos šilumos laidumo koeficientas. Visos šiuolaikinės termoizoliacinės medžiagos gerai izoliuoja šilumą dėl jų didelio poringumo. Kai kurių termoizoliacinių medžiagų poringumas yra didesnis nei 98 proc. Per didelis medžiagos poringumas sukelia didelę šilumos pernašą dėl konvekcijos, o per didelio tankio medžiagos – didelę šilumos pernašą šiluminiu laidumu. Todėl kuriant termoizoliacines medžiagas svarbu parinkti optimalų jų tankį ir struktūrą.

Dėl didelio termoizoliacinių medžiagų poringumo, šilumos perdavimas daugiausia vyksta dėl konvekcijos. Šiuo šilumos perdavimo būdu perduodamos šilumos kiekis sudaro daugiau nei 70 proc. visos perduodamos šilumos.

Šiluminiu laidumu perduodamos šilumos kiekis dėl mažo medžiagų poringumo yra nedidelis, nes šilumos perdavimas vyksta tik per kietąjį medžiagos karkasą.

Visi įkaitę kūnai spinduliuoja šilumą. Kambario temperatūroje kūnai mažai įkaista, todėl spinduliavimu perduodamos šilumos kiekis yra nedidelis. Perduodamos šilumos kiekis spinduliavimu šildomose patalpose būna padidėjęs tik šilumos šaltinio vietoje. Dėl šios priežasties už radiatorių tvirtinama šilumą atspindinti arba kitaip vadinama reflektinė plėvelė.

Naujų dėsnių neatrasta

Rinkoje atsiradę ir siūloma daugybė naujų termoizoliacinių medžiagų, kurių savybės nė iš tolo neprilygsta tradicinėms termoizoliacinėms medžiagoms. Tiesa, būna medžiagų, kurių kelių milimetrų termoizoliacinis sluoksnis užtikrina dabartinius atitvarų reikalavimus šiluminei varžai (R=5-6 (m·K)/W). Tačiau reikia nepamiršti, kad paskutiniais dešimtmečiais naujų fizikos dėsnių, susijusių su medžiagų šilumos laidumu, nebuvo nei atrasta, nei sukurta – šiluma perduodama aukščiau minėtais trimis būdais. Kelis kartus sumažinus medžiagų šilumos laidumą dėl konvekcijos (o tai padaryti įmanoma), tokios medžiagos termoizoliacinio sluoksnio storis būtų ne mažiau 20 mm. Deja, dažniausiai, tokios naujos kartos medžiagos neturi atitikties sertifikatų, reiškia, nėra išbandytos ir patikimos.

SVARBU

Renkantis bet kokias termoizoliacines medžiagas – šiuolaikines ar senas, gerai žinomas, naujos kartos ar tradicines – būtina susipažinti su jų atitikties deklaracija ar sertifikatu, o jei šių dokumentų nėra, tai verta suabejoti tokių medžiagų efektyvumu.

Geriausia izoliacija – vakuumas

Šiuolaikinės technologijos leidžia sukurti naujas termoizoliacines medžiagas, kurių šilumos laidumo koeficientas beveik 10 kartų mažesnis už tradicines efektyvias termoizoliacines medžiagas. Jų šilumos laidumo koeficientas artimas 0,0040 W/(m K). Tokios technologijos buvo sukurtos daugiau nei prieš 100 metų, tačiau termoizoliacinių medžiagų kūrimui panaudotos tik prieš kelis dešimtmečius. Termoso principu arba vakuumavimu pagrįstas metodas (išsiurbiamas tarp uždarų sienelių esantis oras ir sukuriamas vakuumas) ypatingai plačiai pradėtas taikyti kuriant vakuumines termoizoliacines medžiagas. Vakuumo dėka šilumos perdavimas konvekcijos būdu gali būti sumažintas iki minimumo. Jau keletą dešimtmečių vakuumavimo technologiją buvo stengiamasi pritaikyti termoizoliacinių medžiagų kūrimui, tačiau sukurtų medžiagų ilgaamžiškumas dėl įvairių priežasčių būdavo trumpas. Naujausi moksliniai pasiekimai leidžia užtikrinti termoizoliacinių medžiagų eksploatavimo trukmę ne mažiau 50 metų.

Vakuuminių termoizoliacinių medžiagų tyrimai šiuo metu plačiai vykdomi daugelyje ekonomiškai išsivysčiusių pasaulio šalių, taip pat ir Lietuvoje – Vilniaus Gedimino technikos universiteto Termoizoliacijos mokslo institute. Tai vienas perspektyviausių tiek termoizoliacinių medžiagų, tiek kitų konstrukcijų – langų, durų – kūrimo būdų.

Deja, Lietuvos rinkoje kol kas vakuuminių termoizoliacinių medžiagų dar nėra. Kitose pasaulio valstybėse tokios medžiagos kuriamos irgi tik mokslo laboratorijose, o jų efektyvumas išbandomas eksploatuojamuose pastatuose.

Reikalavimai gyvenamųjų pastatų atitvarų šiluminėms vertėms

Dr. Albinas Gailius, VGTU Statybinių medžiagų katedros profesorius

Dr. Sigitas Vėjelis, VGTU Termoizoliacijos mokslo instituto Termoizoliacinių medžiagų laboratorijos vedėjas