Izolacje z pianki poliuretanowej a wyroby z wełny mineralnej

Artykuł jest komentarzem do tekstu przygotowanego przez Polski Związek Producentów i Przetwórców Izolacji Poliuretanowych PUR i PIR „SIPUR”, który ukazał się w numerze 11/12/2010 miesięcznika „IZOLACJE”. Przedstawione w nim wybiórczo dane porównawcze izolacji z pianki poliuretanowej (PUR/PIR), wełny mineralnej (MW) i styropianu (EPS) mogą wprowadzać w błąd.

Ostatecznym celem zastosowania materiałów jest ich skuteczność izolacyjna, której parametr λ jest jednym z czynników, ale nie jedynym. Równie istotne są: zachowanie właściwości cieplnych w czasie użytkowania obiektu, unikanie mostków cieplnych, w tym liniowych, oraz przyleganie izolacji do ocieplanej powierzchni.

Zachowanie właściwości cieplnych

Wyroby izolacyjne z wełny mineralnej stosowane w budownictwie nie zmieniają swoich właściwości cieplnych w czasie. Oznacza to, że parametr λ nie zmienia się w całym okresie użytkowania. Deklarowane przez producenta wartości cieplne są prawdziwe również po 20 latach użytkowania ocieplonego obiektu.

Inaczej jest w przypadku pianek PU, które swoją izolacyjność zawdzięczają głównie niskiej przewodności zawartych w niej gazów. Z każdym rokiem użytkowania ich właściwości cieplne pogarszają się, czyli wartość współczynnika przewodzenia ciepła rośnie. Ten efekt starzenia jest skutkiem wymiany gazowej z otoczeniem i zastępowaniem gazu spieniającego przez powietrze. Efekt starzenia jest szybszy w przypadku płyt o mniejszej grubości (np. 4 cm), bez szczelnych okładzin z pokryć o dużym oporze dyfuzyjnym po obu stronach płyty izolacyjnej.

Jeżeli więc dla płyt z tej samej kompozycji PU nie są deklarowane różne wartości współczynnika λ, gorsze w przypadku małych niż dużych grubości i nieco lepsze w wypadku płyt w szczelnych dwustronnych okładzinach niż płyt pokrytych otwartym dyfuzyjnie materiałem, może to znaczyć, że wbrew zapisom norm najprawdopodobniej w deklaracji został pominięty wpływ starzenia na właściwości cieplne.

CFC i HCFC, czyli freon i jego pochodne, jeszcze kilka lat temu powszechnie stosowane przy wytwarzaniu pianek PU, teraz są w Europie bezwzględnie zakazane ze względu na niszczenie warstwy ozonowej atmosfery. Z tego powodu w składzie pianek PU produkowanych w krajach Unii Europejskiej znajdują się teraz gazy spieniające o gorszych właściwościach cieplnych i często ogniowych (np. łatwopalny pentan). Z tego też powodu oferowane obecnie pianki nie mogą osiągnąć izolacyjności takiej jak kiedyś.

Przykład z badań

Instytut w Monachium przeprowadził badanie efektu starzenia na płytach PU spienionych pentanem o grubości 4 i 8 cm. Płyty o początkowych wartościach współczynnika λ na poziomie odpowiednio 0,023 W/(m·K) i 0,022 W/(m·K) były przechowywane w temperaturze pokojowej przez 15 lat i systematycznie dokonywano pomiaru ich izolacyjności cieplnej. Już po dwóch latach wartość współczynnika przewodzenia ciepła wynosiła odpowiednio: 0,025 W/(m·K) i 0,026 W/(m·K), a po kolejnych kilku zwiększyła się o kolejny miliwat, czyli w wypadku płyty o grubości 4 cm wynosiła 0,026 W/(m·K), a płyty o grubości 8 cm – 0,027 W/(m·K).

Wniosek jest następujący: zastosowanie kilku cieńszych warstw materiału z PU nie upoważnia do przyjmowania korzystniejszej wartości parametru λ, odpowiadającej pojedynczemu wyrobowi o grubości identycznej jak składanka.

Unikanie mostków cieplnych

Wełna mineralna jest stabilna wymiarowo. Oznacza to, że nawet w skrajnie zróżnicowanych warunkach temperatur i wilgotności zachowuje lub tylko nieznacznie zmienia swoje wymiary. Zapisane w normie wymaganie, odnoszące się do różnych, w tym najsurowszych warunków badania (temp. +70°C przy wilgotności względnej 95%), wynosi nie więcej niż 1%, więc jest spełniane z zapasem. Współczynnik rozszerzalności liniowej wełny praktycznie równa się 0. 

W przypadku pianek PU obowiązkowo deklarowany poziom stabilności wymiarowej może się bardzo różnić w odniesieniu do różnych wyrobów. Warto wziąć pod uwagę, że wynikające z normy wymagania, zdefiniowane dla 12 poziomów, pozwalają dla większości z nich na dość znaczne względne zmiany wymiarów. Przykładowo, w warunkach ciepłych i wilgotnych poziomy od 1 do 3 określają dopuszczalne zmiany wymiarów płyt na długości i szerokości do 5%; poziomy od 7 do 9 – zmiany na długości i szerokości nie więcej niż 2%. Tylko dla najwyższych poziomów, tj. od 10 do 12, wymaganie ustanowione jest na takim samym poziomie jak dla wełny mineralnej, czyli wynosi 1%. W rzeczywistości trudno spotkać wyroby z pianki poliuretanowej o deklarowanych najwyższych poziomach stabilności.

Rozszerzalność PU pod wpływem zmian temperatury jest znaczna i tym większa, im mniejsza gęstość płyt z tego materiału. Warto zauważyć, że bardzo szybko rośnie dla wyrobów w przedziale gęstości 40–30 kg/m i tym szybciej, im bardziej gęstość zbliża się do 30 kg. Współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi wtedy ca 8×10–5K–1. Tym samym zmiana długości pojedynczej płyty dachowej przy różnicach temperatur odpowiadających naszym warunkom klimatycznym może wynieść 2 cm, a nawet więcej. Tylko stosowanie płyt PU z zamkami może ograniczyć wpływ powstającego przy takiej okazji mostka termicznego, ale i tak nie wyeliminuje go całkowicie.

Przyleganie izolacji do ocieplanej powierzchni

Wykazana podatność płyt z pianki poliuretanowej na odkształcenia w zmiennych warunkach cieplnych nakłada na wykonawców obowiązek wstępnego, ale jednocześnie pewnego mocowania.

Ma to nie tylko zapobiegać mostkom termicznym, przez zmniejszenie możliwości odkształceń liniowych, lecz także zapewnić przyleganie izolacji do ocieplanej przegrody. Pozostawienie szczeliny powietrznej między izolacją i przegrodą znacząco zmniejsza izolacyjność cieplną całego elementu.

Grubość izolacji i obciążenie konstrukcji

Mniejszy ciężar nie zawsze jest zaletą. Znane są przypadki, gdy podmuch wiatru przewrócił ciężarówkę wypełnioną lekką izolacją piankową lub gdy taka izolacja została porwana przez wiatr z placu budowy lub dachu, na którym była układana.

Lekkie izolacje wymagają lepszego i niezwykle starannego mocowania, aby utrudnić bądź zmniejszyć odkształcenia, ale również przeciwstawić się sile ssania wiatru, która zwłaszcza na dużych powierzchniach dachów płaskich może osiągać znaczne wielkości.

Własności mechaniczne izolacji – które charakterystyki są ważne?

Obcas buta łatwiej zagłębi się w płytę z pianki poliuretanowej, w której pozostawi nieusuwalne odkształcenia, niż w płytę dachową z wełny mineralnej, mimo że ta ostatnia ma niższą wytrzymałość na ściskanie. Wełna ma za to świetną wytrzymałość na obciążenie siłą skupioną, czyli tzw. obciążenie punktowe (PL w kodach oznaczenia wyrobów), i włóknistą strukturę, dzięki której jest sprężysta, co umożliwia w pewnym zakresie powrót do pierwotnych kształtów po zakończeniu niekorzystnego oddziaływania.

Wytrzymałość na ściskanie (CS w kodach oznaczenia) jest charakterystyką przydatną do oceny zachowania wyrobu pod wpływem obciążenia stałego, rozłożonego równomiernie na całej powierzchni. Takim obciążeniem może być np. warstwa śniegu. Obciążenie 200 kg/m² to zaledwie 2 kPa, obciążenie 500 kg/m² to 5 kPa. Jaka jest więc korzyść z wytrzymałości 180 KPa charakteryzującej wyroby wykonane z pianki PU?

Typowe dla płyt dachowych z wełny mineralnej wartości CS na poziomie od 40 kPa z naddatkiem wystarczają do przeniesienia wszelkich równomiernie rozłożonych obciążeń. Natomiast przyłożony w jednym miejscu znaczny ciężar, np. elementu wyposażenia dachu lub człowieka chodzącego po tym dachu, to zupełnie inne oddziaływanie, dla którego oceny właściwiej jest posłużyć się parametrem odporności na obciążenie punktowe (PL) niż wytrzymałości na ściskanie (CS). A tu wyniki dla wełny mineralnej i pianki PU są bardziej zbliżone. Co do wytrzymałości na rozciąganie prostopadłe do powierzchni czołowych (TR w kodach oznaczenia), znowu najważniejsza jest odpowiedź na pytanie, czy potrzeba 100, 200, czym chwalą się producenci pianki PU, czy też wystarczy kilka, bo tyle wynoszą w większości wypadków siły ssania wiatru. Czy warto przepłacać za niepotrzebnie wyższe, skoro wystarczy wytrzymałość wełny?

Największym brakiem artykułu o izolacjach przygotowanego przez Polski Związek Producentów i Przetwórców Izolacji Poliuretanowych PUR i PIR SIPUR jest pominięcie właściwości ogniowych i akustycznych wyrobów oraz wpływu tych własności na charakterystykę ogniową i akustyczną całych konstrukcji lub elementów, w których wbudowane są płyty izolacyjne.

Ochrona przeciwpożarowa

Elementy wykonane z wyrobów niepalnych nigdy i w żadnych warunkach nie rozprzestrzeniają ognia. Zwiększają odporność ogniową elementów, w których są wbudowane. Są odporne na błędy wykonawcze i zmiany w elementach na etapie użytkowania budynku; dodatkowy otwór, dopływ powietrza, prace z użyciem otwartego ognia nie zagrażają jego dalszym rozwojem i pożarem. Wyroby z wełny mineralnej bez pokryć uzyskują klasyfikacje A1 lub A2-s1,d0, czyli są niepalne.

Wyroby PUR bez pokryć uzyskują klasy reakcji na ogień od E (PUR) do D (PIR). Jednak w sytuacji niezdefiniowanej granicy pomiędzy PUR i PIR trudno mieć pewność, z którym inwestor ma do czynienia i czy to, co oferowane, nie odbiega od zbadanego i sklasyfikowanego. Warto pamiętać, że na klasyfikację reakcji na ogień wyrobów z pianki PUR ma wpływ kompozycja, w tym gaz spieniający, grubość, gęstość, rodzaj i grubości okładziny/okładzin. Zakres obowiązywania klasyfikacji odnosi się do każdego z tych parametrów i wyjście poza określone ramy może ją istotnie zmienić.

W jeszcze większym stopniu odnosi się to do klasyfikacji rozwiązań i elementów budowlanych zawierających palną izolację PU (PIR/PUR). Nadużyciem jest mówienie o uzyskaniu przez piankę PUR „parametrów niepalności”. Te sprawdza się w temperaturach pożarowych, w których nawet najlepszy PIR po prostu się pali.

Konstrukcje zawierające wełnę mineralną – o ile inne komponenty mają klasy A1–B – bez badań odpowiadają określeniom „nierozprzestrzeniający ognia” i spełniają odpowiednie wymagania rozporządzenia ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (WT) [1]. Natomiast konstrukcje zawierające piankę PU w każdym wypadku muszą zostać zbadane, by udowodnić, że odpowiadają wymaganiom WT [1] (i określeniu NRO). Zakres tak uzyskanej klasyfikacji jest jednak ściśle związany z warunkami badania i konstrukcji, w tym detalami i jakością wykonania badanej próbki. Wszelkie odstępstwa materiałowe i jakościowe, np. zmiany w zamocowaniu, inne łączniki, braki lub zmiany w uszczelnieniach obwodowych, niestaranność, pozostawienie szczelin powietrznych, mogą drastycznie pogorszyć właściwości ogniowe elementu i doprowadzić do zapalenia (i spalenia) palnego materiału izolacji.

Zastąpienie w takich zbadanych konstrukcjach palnej izolacji niepalną wełną mineralną nie wymaga dodatkowego badania, a klasyfikacja jest spełniona i pewna, nawet w przypadku mniej dokładnego wykonania. Jedynie w wypadku takich elementów zawierających wełnę mineralną, których inne komponenty są palne, do potwierdzenia właściwości ogniowych całego układu potrzebne są badania.

Ochrona przed hałasem

Ogólny obowiązek ochrony przed hałasem sformułowany w Prawie budowlanym został doprecyzowany w rozporządzeniu ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki ich usytuowanie [1], oraz w rozporządzeniu ministra środowiska w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku [2].

Szczegóły zawarte są w polskich normach. Dotyczą one m.in. wymagań odnośnie do przegród budowlanych, maksymalnego dopuszczalnego poziomu hałasu w pomieszczeniach oraz drgań w budynkach. Płyty z wełny mineralnej o niejednorodnej, otwartej włóknistej strukturze i relatywnie większej masie charakteryzują się dobrą chłonnością akustyczną i dużym tłumieniem wewnętrznej energii akustycznej.

Płyty z PUR/PIR o zamkniętej strukturze, gładkich, twardych powierzchniach i małej masie (tu jest to wada) mają zdecydowanie gorszą charakterystykę akustyczną. W konsekwencji w typowych przekryciach dachów porównywalnych pod względem izolacyjności cieplnej izolacyjność akustyczna jest o 8–10 dB lepsza w wypadku przekryć ocieplonych wełną mineralną.

Różnorodności aplikacji oraz właściwości ekologiczne

Co do różnorodności aplikacji, o których była mowa w artykule przygotowanym przez Polski Związek Producentów i Przetwórców Izolacji Poliuretanowych PUR i PIR „ SIPUR”, warto podkreślić, że wszystkie izolacje wykonywane in situ wymagają dużej staranności, zwłaszcza w odniesieniu do natryskowych z PUR, dla których występuje kumulacja czynników zagrażających skuteczności izolacyjnej, od jakości uzyskanej pianki, po jej szczególne narażenie na przyspieszone starzenie. Dlatego w pewnych krajach wprowadzone są ograniczenia grubości wykonywanych w ten sposób ociepleń.

Właściwości ekologiczne wszystkich wyrobów powinny być oceniane kompleksowo, w całym cyklu ich istnienia, z uwzględnieniem wpływu na zdrowie i środowisko oraz aspektów ekonomicznych i socjalnych. Wyrywkowe informacje mogą być przedmiotem manipulacji i dezinformacji i powinny być wyjątkowo starannie przedstawiane.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690 ze zm.).
2. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14 czerwca 2007 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku (DzU z 2007 r. nr 120, poz. 826).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!