Jedną ze współczesnych tendencji europejskich jest ograniczanie zużycia energii cieplnej w sektorze budowlanym, a co za tym idzie minimalizacja strat ciepła i zaostrzanie wymogów izolacyjności cieplnej. Zwiększenie parametrów izolacyjnych przegród budynku jest często bardzo trudne do uzyskania (przy istniejących grubych ścianach powoduje ograniczenie dopływu światła dziennego) lub wiąże się z wieloma kompromisami architektonicznymi i funkcjonalnymi (np. zmniejszeniem powierzchni użytkowej lub wysokości pomieszczenia). Dlatego poszukuje się materiałów bardziej efektywnych, dzięki którym możliwe będzie stosowanie izolacji o mniejszych grubościach.Produktem spełniającym w dużej mierze te oczekiwania jest aerożel wykonany na bazie krzemionki. Spośród znanych materiałów stałych wyróżnia się najlepszymi udokumentowanymi właściwościami przewodzenia ciepła.
Istota termoizolacyjności aerożelu
Aerożel ma bardzo dobre właściwości termoizolacyjne dzięki ilości i strukturze porów wewnątrz materiału. Powietrze jest ograniczone krzemionkowym szkieletem w taki sposób, że powstaje bardzo duża ilość porów (nawet do 99,8% objętości). Są one jednocześnie na tyle małe, że minimalizują wpływ konwekcji i promieniowania. Dodatkowo szkielet powodujący, że aerożel jest ciałem stałym, zbudowany jest z cząstek krzemionki będącej słabym przewodnikiem ciepła.
Na rys. 1 porównano wartości współczynnika przewodzenia ciepła izolacji aerożelowych oraz innych stosowanych materiałów termoizolacyjnych.
 |
| Rys. 1. Współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] wybranych materiałów termoizolacyjnych (wartości współczynnika przewodzenia ciepła są wartościami średnimi podanymi przez producentów) |
Właściwości czystego aerożelu
Oprócz bardzo dobrych właściwości termicznych aerożel ma również inne cechy wyróżniające go spośród pozostałych izolacji.
Czysty aerożel na bazie krzemionki:
Oprócz bardzo dobrych właściwości termicznych aerożel ma również inne cechy wyróżniające go spośród pozostałych izolacji.
Czysty aerożel na bazie krzemionki:
- charakteryzuje się najniższą wartością współczynnika przewodzenia ciepła λ wśród materiałów stałych [od 0,012 do 0,018 W/(m·K)],
- jest bardzo dobrym izolatorem akustycznym (fale dźwiękowe rozchodzą się w tym ośrodku z prędkością tylko 100 m/s),
- jest całkowicie niepalny, nietoksyczny, odporny na bardzo wysokie temperatury (zachowuje swoje właściwości do temperatury 500°C, a temperatura topnienia wynosi 1200°C),
- ma bardzo dużą porowatość: od 90% do 99,87%,
- średnia średnica porów wynosi 20–50 nm, wielkość cząsteczek krzemionki to 2–5 nm,
- powierzchnia wewnętrzna wynosi od 600 do 1000 m2/g,
- ma małą gęstość – 1,9–150 mg/cm3,
- absorbuje energię uderzeniową,
- jest odporny na ściskanie i rozciąganie (wytrzymuje nacisk na gładką powierzchnię pochodzący od ciężaru rzędu 2000 jego własnego ciężaru),
- nie jest odporny na działanie wody, która niszczy jego wewnętrzną strukturę,
- jest kruchy, nie ma odporności na uderzenia, na skręcanie i ścinanie.
Produkty z aerożelu dostępne na polskim rynku
Obecnie izolacje aerożelowe produkowane są w postaci granulatu, mat i płyt. Na polskim rynku dostępne są w postaci mat (fot. 1). Pojawiły się one w Polsce dwa lata temu, a w 2009 r. otrzymały aprobatę techniczną ITB i atest PZH. Mają grubość 5 i 10 mm, a ich współczynnik przewodzenia ciepła λ wynosi 0,014–0,016 W/(m·K).
 |
| Fot. 1. Maty z aerożelu |
Głównym elementem mat jest aerożel na bazie krzemionki, który zatopiony jest we włóknach tworzących szkielet i powodujących, że staje się on materiałem elastycznym i możliwym do obróbki za pomocą zwykłych nożyczek. Zastosowanie włókien wzmacniających wyeliminowało wady czystego aerożelu, które dyskwalifikowały go w dużym stopniu jako materiał użyteczny w budownictwie, takie jak: kruchość, nieodporność na uderzenia czy niszczące działanie wody. Zachowano natomiast większość specyficznych własności, którymi wyróżnia się aerożel w pierwotnej postaci (w tym najważniejszą – bardzo niski współczynnik przewodzenia ciepła). W ten sposób otrzymano materiał izolacyjny, który jest mocny, wytrzymały, cienki, trwały oraz wodoodporny, a przy tym charakteryzujący się bardzo dobrymi właściwościami tłumienia dźwięków.
Dzięki bardzo niskiemu współczynnikowi przewodzenia ciepła możliwe jest stosowanie zdecydowanie cieńszych warstw niż w przypadku wełny mineralnej czy styropianu. Na rys. 2 przedstawiono porównanie grubości najczęściej stosowanych materiałów termoizolacyjnych o oporze równoważnym 10-centymetrowej warstwie styropianu. Na wykresie widać, że warstwę 10 cm styropianu można zastąpić 3,8-centymetrową warstwą izolacji aerożelowej. Natomiast grubość warstwy włókien celulozowych potrzebnej do osiągnięcia tej samej termoizolacyjności będzie ok. trzy razy większa niż w aerożelu.
Dzięki bardzo niskiemu współczynnikowi przewodzenia ciepła możliwe jest stosowanie zdecydowanie cieńszych warstw niż w przypadku wełny mineralnej czy styropianu. Na rys. 2 przedstawiono porównanie grubości najczęściej stosowanych materiałów termoizolacyjnych o oporze równoważnym 10-centymetrowej warstwie styropianu. Na wykresie widać, że warstwę 10 cm styropianu można zastąpić 3,8-centymetrową warstwą izolacji aerożelowej. Natomiast grubość warstwy włókien celulozowych potrzebnej do osiągnięcia tej samej termoizolacyjności będzie ok. trzy razy większa niż w aerożelu.
 |
| Rys. 2. Grubość wybranych materiałów termoizolacyjnych o oporze cieplnym równoważnym 10-centymetrowej warstwie styropianu (wartości współczynnika przenikania ciepła wg średnich wartości podanych przez producentów) |
Maty aerożelowe Porogel zyskują w wielu kategoriach przewagę nad tradycyjnymi izolacjami termicznymi. W tabeli zestawiono i porównano parametry materiałów termoizolacyjnych najczęściej stosowanych do ocieplania ścian budynków (zaczerpnięto je z aprobat technicznych, artykułów oraz danych producentów).
 |
| Tabela. Porównanie parametrów materiałów termoizolacyjnych najczęściej stosowanych do ocieplania ścian budynków |
Jak wynika z danych zawartych w tabeli, maty na bazie aerożelu mają lepsze właściwości termoizolacyjne – ich współczynnik przewodzenia ciepła jest ok. dwukrotnie mniejszy zarówno od styropianu, jak i wełny mineralnej. Aerożel ma korzystniejszą niż wełna mineralna gęstość objętościową, a co za tym idzie ciężar. Nie może jednak w tej kategorii konkurować ze styropianem, który jest ok. dziesięciokrotnie lżejszy. Ze względu na odporność ogniową jest lepszym materiałem niż styropian. Własności wytrzymałościowe ma zbliżone do styropianu. Szczególnie istotna jest wytrzymałość na ściskanie i nieduża odkształcalność materiału – dobre parametry dają możliwość jego zastosowania np. do izolacji podłóg. Maty na bazie aerożelu mają również bardzo dobre właściwości tłumienia dźwięków, co sprawia, że można je stosować jako efektywną izolację akustyczną. Materiał ten nie ma zbyt dużych ograniczeń dotyczących warunków otoczenia: jest odporny na działanie wody, mało nasiąkliwy oraz odporny na działanie związków chemicznych. Mankamentem stosowania mat aerożelowych może być możliwość podrażnienia skóry i dróg oddechowych podczas ich montażu. Jednak użycie ubrania roboczego i ochronnych masek niweluje ten problem. Istotnym parametrem jest zakres temperatury, w jakim materiały termoizolacyjne zachowują swoje własności. Dla aerożelu zakres ten jest zdecydowanie najszerszy i stwarza możliwości zastosowania np. jako izolacja w instalacjach przemysłowych czy w specjalistycznych pomieszczeniach z bardzo niską temperaturą typu komory kriogeniczne.
|
KONTAKT
|
|---|
 |
| Aerogels Poland Nanotechnology Sp. z o.o.
ul. M.C.Skłodowskiej 5 |
1
