Michal Bureš

Porovnání tradičních izolačních materiálů z hlediska environmentálního dopadu

S rostoucími trendy a potřebami úspor energií na vytápění budov také roste množství použitým tepelně izolačních materiálů. Při vyhodnocování budov z hlediska spotřeby energie se v poslední době stále více prosazuje rozšíření pohledu na energetickou náročnost LCA (life cycle asessment), který dává úplnější pohled na celý životní cyklus zařízení a jeho vliv na životní prostředí, neboť nejen energie provozní, ale i energie zabudovaná má výrazný vliv na hodnocení budov. Mezi hlavní činitele posuzované z hlediska životního cyklu patří produkce emisí CO₂, SO₂ a spotřeba energie. Dalšími hledisky v hodnocení environmentálního dopadu může být také životnost jednotlivých izolací a jejich recyklovatelnost. U moderních průmyslově vyráběných certifikovaných materiálů je životnost stejná jako životnost celé stavby. To je zřejmé například u použití izolace z pěnového skla jako první vrstva pod nosné zdivo. Recyklace většiny izolací je možná a jedná se i o plnohodnotně recyklovatelné materiály.

Využití izolačních materiálů ve stavbách

Tepelně izolační materiál je hlavní materiálovou složkou, která se podílí na tepelně technickém chování domu, hlavně tepelných ztrátách objektu. V současné době kdy je snaha, aby stavby dosahovaly co nejmenších tepelných ztrát a tím malé spotřeby energie na vytápění popřípadě energie na chlazení v létě, je nutné volit velké tloušťky tepelných izolací. Tím ovšem ale také rostou nároky na správnou skladbu materiálů, aby v konstrukcích nedocházelo ke kondenzaci vodních par, v nejlepším případě, aby konstrukce zůstala difúzně otevřená. Obecně mají tepelné izolace nízký stupeň tepelné vodivosti, někdy mohou fungovat i jako izolace akustické.

V dřívějších dobách se jako tepelné izolace používaly pouze přírodní materiály, jako sláma, seno, mech. V polovině 60. let minulého století se začaly ve větší míře objevovat plasty, které se široce uplatnily především v izolacích spodních částí budov, dnes ovšem patří i mezi nejpoužívanější tepelné izolace.

Podle druhu hlavních vstupních surovin lze tepelné izolace rozdělit na minerální vláknité materiály, pěnové materiály a rostlinné materiály.

Podle umístění izolace ve stavbě se většinou dělí na: izolace spodní stavby (odolnost proti vodě a pevnost v tlaku), fasádní (provětrávané/ neprovětrávané), izolace šikmých střech, izolace ve vnitřních prostorech (často též akustické) a izolace podlah.

Popis materiálů

Minerální kamenná vlna

Výroba

Při výrobě kamenné vlny je hlavním procesem tavení čediče, což je v podstatě sopečná hornina. K procesu tavení čediče dochází ve speciální kupolové peci, teplota při tavení přesahuje 1500°C. Tavením sopečné horniny, čediče vzniká láva, která se nechává vytékat na rotující válec, a tím vznikají pomocí odstředivé síly malé kapky. Tyto kapky odlétají do tzv. usazovací komory. Malé kapky se vlivem velké rychlosti při odstředivé síle natáhnou na jemné vlákno. Tímto procesem vzniká hlavní část "kamenné vlny", vlákna. Do vláken následně bývá vstříknuto pojivo a dále vodoodpudivé přísady (hydrofobizační olej), proti plísňové a další přísady. Vlákno se rovnoměrně usadí na pás a pokračuje do vytvrzovací pece, kde se spolu s pojivem a všemi přísadami teplem vytvrzuje. Z vytvrzovací pece vychází pás kamenné vlny přes přítlačné zařízení, které spolu s rychlostí posuvu pásu a intenzitou přísunu vláken zajišťuje požadovanou objemovou hmotnost a tloušťku konkrétního výrobku. Dále tento pás pokračuje přes chladící komoru k diamantové pile, tato nařeže hotový výrobek z kamenné vlny na požadovaný formát.

2.1.2.   Vlastnosti

Díky svému čedičovému základu má kamenná vlna vysoký bod tání (> 1000°C) a proto dobře odolává ohni. Neměla by však být dlouhodobě vystavována vlhku. Při výrobě vláken kamenné vlny z čediče vzniká velké množství vzduchových mezer a tím je zaručena vysoká paropropustnost neboli nízký difúzní odpor. Tím je možné, aby se případná zkondenzovaná vlhkost v obvodové zdi mohla odpařovat do venkovního prostoru. Důsledkem je i nižší kondenzace vlhkosti v konstrukci či interiéru a tím pádem nižší pravděpodobnost následného vzniku plísní. Díky této vlastnosti se minerální vlna často úspěšně používá v difúzně otevřených konstrukcích nebo u dvouplášťových střech.

Součinitel tepelné vodivosti	W. m-1.K-1	0,036-0,039
Měrná tepelná kapacita	J. kg -1.K-1	840
Objemová hmotnost	kg/ m3	40-150
Faktor difuzního odporu	-	1

Tabulka 1: Fyzikálně mechanické vlastnosti

Svázaná energie	MJ. kg-1	23,3
Svázané emise CO2,ekv	kg. kg-1	1,64
Svázané emise SO2,ekv	g. kg-1	10,5

Tabulka 2: Environmentální vlastnosti

Minerální skelná vlna

Výroba

Skelná vlna je vyráběna stejným způsobem jako kamenná vlna a díky příbuznosti výchozího materiálu má také podobné vlastnosti.

Vlastnosti

Hlavní rozdíl je v tom, že skelné izolace se díky nižšímu bodu tavení nehodí do protipožárních konstrukcí a k vlastní odolnosti konstrukce jako celku téměř nepřispějí, naopak kamenné minerální izolace mají velmi dobré požární odolnosti a jsou přímo pro tyto typy konstrukcí určené.

Součinitel tepelné vodivosti	W. m-1.K-1	0,033-0,046
Měrná tepelná kapacita	J. kg -1.K-1	840
Objemová hmotnost	kg/ m3	40-150
Faktor difuzního odporu	-	1

Tabulka 3: Fyzikálně mechanické vlastnosti

Svázaná energie	MJ. kg-1	49,8
Svázané emise CO2,ekv	kg. kg-1	2,26
Svázané emise SO2,ekv	g. kg-1	16,0

Tabulka 4: Environmentální vlastnosti

Pěnový polystyren - eps

Výroba

Pěnový polystyren se získává ze zpěňovatelného polystyrenu, který je tuhým buněčným plastem obsahujícím zpěňovalo a je vyráběn z ropy.

Prvním stupněm výroby je přeměňování - surovina se ohřeje ve speciálních předpěňovacích strojích, působením páry při teplotách v rozmezí asi 80 - 100 C. Objemová hmotnost materiálu klesne přibližně z 630 kg/m3 na hodnoty kolem 10 až 35 kg/m3. Během procesu předpěňování se kompaktní perle suroviny přemění na plastové perle s malými uzavřenými buňkami, které mají uvnitř vzduch.

Druhý stupeň je zrání a stabilizace: V právě vypěněných částicích se během chlazení vytváří vakuum a to musí být kompenzováno difuzí vzduchu. Takto získají perle větší mechanickou pružnost a zlepší se schopnost vypěnění, což je velmi užitečné v následujícím stupni přeměny. Tento proces probíhá během procesu zrání materiálu v provzdušňovaných silech. Perle se současně i suší.

Třetí stupeň dopěnění a konečné vytvarování: Během této fáze se stabilizované předpěněné perle dopraví do forem, kde se na ně znovu působí parou tak, že se perle vzájemně spojí. Takto se získají veliké bloky (které se později řežou na požadovaný tvar, jako jsou desky, panely, válce atd.) nebo výrobky mající již konečný tvar.

Vlastnosti

Pěnový polystyren EPS při svých vlastnostech má nízkou objemovou hmotnost, kde se jeho použitím snižují náklady na manipulaci, dopravu a zatížení konstrukce. Číslo typu (např. EPS 100) značí pevnost v tlaku v kPa, EPS se vyrábí v hodnotách 50 až 250 kPa. Při aplikaci se kotví buď pouze lepením, nebo lepením a mechanicky. Vhodné je použít více vrstev kladených na vazbu pro eliminaci liniových tepelných mostů na styku s konstrukcí. Polystyren je možné použít i jako kročejovou izolaci, nelze ho však dlouhodobě vystavit vlhku. Mezi výhody patří nízká cena.

Součinitel tepelné vodivosti	W. m-1.K-1	0,038-0,043
Měrná tepelná kapacita	J. kg -1.K-1	1270
Objemová hmotnost	kg/ m3	15-30
Faktor difuzního odporu	-	30-100

Tabulka 5: Fyzikálně mechanické vlastnosti

Svázaná energie	MJ. kg-1	98,5
Svázané emise CO2,ekv	kg. kg-1	3,35
Svázané emise SO2,ekv	g. kg-1	21,6

Tabulka 6: Environmentální vlastnosti

Extrudovaný polystyren - xps

Výroba

Extrudovaný polystyrén je vyráběn ze stejné suroviny jako pěnový polystyren, avšak naprosto jiným postupem. Granule jsou dávkovány do násypky a roztaveny, dále je materiál vytlačovacím zařízením (extrudérem) dodáván na pás, kde je tloušťkově formátován. Před vytlačovací hubicí je materiál napěňován hnacím plynem CO2. Při jeho výrobě nejsou tedy používány halony ani freony. Dále je materiál extrudovaného polystyrénu po vychladnutí a ztvrdnutí délkově a šířkově formátován a hrany jsou upraveny na požadovaný tvar.

Vlastnosti

Tento druh polystyrenu, značený také XPS, je dodáván nejčastěji ve formě desek s polodrážkou nebo hranou, využíván je zejména pro izolaci soklu, dále při izolování základových desek nebo ve skladbě střech s obráceným pořadím vrstev. Nejznámější obchodní názvy tohoto materiálu jsou Styrodur, Styrofoam nebo Fibran ECO. Důsledkem výroby je materiál s vysokou pevností v tlaku a minimální nasákavostí (cca 10x méně než pěnový polystyren). Materiál má uzavřené póry, proto je nenasákavý a lze ho použít ve vlhkém prostředí, kde působí jako tepelná izolace, a také jako účinná součást hydroizolace. Je velmi pevný, na druhé straně je nutné ho chránit před UV zářením.

Součinitel tepelné vodivosti	W. m-1.K-1	0,03-0,035
Měrná tepelná kapacita	J. kg -1.K-1	2060
Objemová hmotnost	kg/ m3	20-50
Faktor difuzního odporu	-	70-150

Tabulka 7: Fyzikálně mechanické vlastnosti

Svázaná energie	MJ. kg-1	101
Svázané emise CO2,ekv	kg. kg-1	3,6 / 79 *
Svázané emise SO2,ekv	g. kg-1	23

* podle druhu zpěnění: CO₂/HFC

Tabulka 8: Environmentální vlastnosti

Pěnové sklo

Výroba

Vyrábí se ze speciálního aluminio-silikátového skla. Po vychlazení je sklo rozemleto na velmi jemný prášek. Tento skleněný prach je při mletí smíchán s ještě jemnějším uhlíkovým prachem. Výsledná směs je v tenké vrstvě rozprostřena do ocelových forem. Formy jsou následně zahřáté v tunelové peci na cca 1000^oC. Tak dojde k opětovnému roztavení skleněného prášku a k současné oxidaci částic uhlíku na CO₂. Tento plyn vytvoří drobné bublinky, které až dvacetinásobně zvětší původní objem roztaveného skla a vyplní celou formu. Po vypěnění je vzniklý blok pěnového skla zvolna ochlazován z 1000^oC na 20^oC. Po konečném zchlazení pěnového skla zůstává v jeho jednotlivých buňkách CO₂ v podtlaku cca 1/3 atmosférického tlaku, který vzniká z důvodu zmenšení objemu ochlazovaného plynu.

Vlastnosti

Pěnové sklo je v celém svém objemu zcela vodotěsné. Současně je nenasákavé pro všechny kapaliny a proto se v čase nemění jeho tepelně izolační vlastnosti. Také je zcela neprodyšné pro všechny plyny včetně vodní páry a radonu. Je proto parotěsné stejně jako tabulové sklo a jeho koeficient difúzního odporu µ je neměřitelně vysoký (blíží se nekonečnu). Pěnové sklo má nejvyšší pevnost v tlaku mezi tepelnými izolacemi (pevnost v tlaku 0,7 až 1,6 MPa podle typu). Současně má také vysokou tuhost a je prakticky nestlačitelné. Nemění své rozměry ani tvar vlivem působení vnějšího prostředí, stlačení nebo stárnutí. Jeho tepelná roztažnost je srovnatelná s betonem nebo ocelí. Proto je možné ho celoplošně lepit ke konstrukčním materiálům a nevyžaduje vytváření speciálních dilatačních spár. Pěnové sklo se využívá především v energeticky úsporných či pasivních domech pro izolaci spodní stavby a pro přerušení tepelného mostu, například u paty nosných stěn. Další aplikací jsou izolace podlah nebo pojízdných a pochozích střech s velmi vysokým tlakovým namáháním v průmyslových provozech, občanských stavbách, obchodních domech ap. Širokému použití brání vysoká cena.

Součinitel tepelné vodivosti	W. m-1.K-1	0,038-0,05
Měrná tepelná kapacita	J. kg -1.K-1	840
Objemová hmotnost	kg/ m3	120-165
Faktor difuzního odporu	-	70 000

Tabulka 9: Fyzikálně mechanické vlastnosti

Svázaná energie	MJ. kg-1	15,7
Svázané emise CO2,ekv	kg. kg-1	0,943
Svázané emise SO2,ekv	g. kg-1	2,27

Tabulka 10: Environmentální vlastnosti

Environmentální porovnání izolací

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.   Empirické odhady

• Orientační cena fasádní kontaktní minerální izolace při tl. 160mm je cca 750 Kč/m²
• Orientační cena fasádní kontaktní polystyrenové izolace při tl. 160mm je cca 160 Kč/m²
• Orientační cena extrudovaného polystyrenu při tl. 120mm je cca 600 Kč/m²
• Svázanou spotřebu energie a emisí při výrobě lze snížit vhodnou technologií (např. u minerální izolace z obvyklých 40MJ/tunu až na 8,2MJ/tunu).

2.   Mýty

Minerální izolace je ekologičtější

Při vyhodnocování environmentálních činitelů je důležité zjistit skutečné množství emisí při zabudování určitého materiálu. To nastává hlavně v případech velkých rozdílů objemové hmotnosti materiálů. Příkladem můžou být materiály používané na nové nebo dodatečné kontaktní zateplení fasádních stěn: minerální kamenná vlna a polystyrenová izolace. Minerální izolace má objemovou hmotnost 150kg/m3, kdežto fasádní polystyrenové EPS desky 15kg/m3. Obecně se má za to, že více ekologické je použití minerálních izolací a polystyrenové jsou nepřívětivé k životnímu prostředí. Porovnáme produkci svázané energie při výrobě materiálů, kde jsou rozdíly udávané v jednotkách MJ/kg nejvyšší - min. izolace 23,3 MJ/kg a polystyren 98,5 MJ/kg. Pokud tedy přepočítáme hodnoty energie vztažené na m3, vyjde, že minerální izolace má produkci svázaných energií 3495 MJ/m3  a polystyren 1477,5 MJ/m3. Zanedbáme-li mírně rozdílné hodnoty součinitele tepelné vodivosti (0,043 a 0,039 W/mK), můžeme říci, že výhodněji jako materiál na kontaktní zateplení z hlediska produkce energie i emisí vychází polystyren.

Minerální izolace obsahuje formaldehydy

Minerální izolace stejně jako další stavební materiály obsahují formaldehydy. I když například současné emise formaldehydu v minerální izolaci nedosahují ani desetinných hodnot zákonem stanovených norem, bylo již vyvinuto řešení, jak se při výrobě obejít zcela bez surovin, které jsou zdrojem emisí formaldehydu a fenolu. V rámci výroby dojde k nahrazení syntetické fenol-formaldehydové pryskyřice, která v současnosti tvoří základ pojiva, přírodním inertním polymerem. Nový způsob výroby izolace vyloučí z procesu též další suroviny, vázané na syntetickou pryskyřici.

 

3.   Odkazy

3.1.      Reference literatury

T. Waltjen a kol.:Passivhaus-Bauteilkatalog-Ökologisch bewertete Konstruktionen 2008, www.ibo.at

3.2.       Externí nekomerční odkazy

vonka.wz.cz – Osobní stránky zabývající se udržitelnou výstavbou

epscr.cz - Sdružení EPS ČR

imaterialy.cz – Portál o stavebních materiálech a technologiích

stavebnictvi3000.cz – Portál o stavebnictví

tzb-info.cz – Portál nejen o TZB ale také úsporách energií

3.3.      Externí komerční odkazy

knauf.cz - Výrobce stavebních materiálů jako sádrokarton, skelná izolace, stavební chemie

caschranitenergii.cz – Stránky výrobního závodu firmy Knauf na skelnou izolaci a vlivu na životní prostředí

isover.cz - Společnost vyrábějící minerální kamenné a skelná tepelná izolace

styrotrade.cz - Společnost vyrábějící polystyrenové izolace

foamglas.cz – Výrobce pěnového skla

rockwool.cz - Společnost vyrábějící minerální kamennou izolaci