termorenowacja

Termorenowacja
Encyklopedia nowoczesnych izolacji.
Termorenowacja, jak skutecznie izolować.
Listopad- Grudzień 2009
Minęło siedemdziesiąt lat od wynalezienia poliuretanów. W porównaniu z innymi tworzywami, nie mają więc zbyt długiej historii. Poliuretany nie należą też do tworzyw masowych. Udział
tworzyw poliuretanowych w ogólnej produkcji tworzyw sztucznych wynosi około 5%. Pomimo
tego tworzywa poliuretanowe należą do tych materiałów, które w istotny sposób zmieniły jakość
życia ludzkości. W stosunkowo krótkim czasie pojawiły się we wszystkich dziedzinach działalności
człowieka, z powodzeniem zastępując deficytowe materiały naturalne, a nawet przewyższając je
wieloma właściwościami użytkowymi. Trudno sobie wyobrazić współczesność bez pianki poliuretanowej elastycznej która umożliwia produkcję wygodnych mebli i siedzeń samochodowych,
budownictwo bez pianek montażowych, klejów i mas uszczelniających, czy racjonalną gospodarkę energetyczną bez pianek poliuretanowych sztywnych, izolacyjnych.
Od wieków ludzkość starała się uczynić swój los lżejszym i mniej zależnym od przyrody, stąd
działalność innowacyjna mająca na celu poprawę warunków mieszkania, podróżowania i racjonalnego wykorzystania pożywienia. Osiągnięto znaczną poprawę we wszystkich dziedzinach
egzystencji człowieka, przeważnie kosztem zwiększonego zużycia energii. Groźba szybkiego
wyczerpania naturalnych, eksploatowanych dotychczas źródeł energii a jednocześnie powolny
postęp w technologii eksploatacji nowych źródeł energii, spowodował konieczność jej oszczędzania. Problem oszczędności energii stał się bardzo aktualny kiedy okazało się, że rozrzutne gospodarowanie energią może być jedna z przyczyn zmian klimatu. Oszczędzać energie można na dwa
sposoby;
-przez rezygnację z niektórych z niektórych udogodnień w życiu codziennym
-przez ograniczenie strat energii podczas bieżącej eksploatacji
Praktycznie możliwe jest oszczędzanie energii tylko przez ograniczenie strat cieplnych, gdyż
rezygnacja z udogodnień przychodzi z trudem. Warunkiem skutecznego ograniczenia strat energii jest posiadanie materiałów izolacyjnych o niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego.
W przyrodzie nie występuje zbyt wiele materiałów naturalnych które spełniają ten wymóg. Są to
niektóre minerały oraz materiały pochodzenia organicznego np. korek, liście drzew, słoma, włosie itp. Były one stosowane jako izolacje cieplne przez wiele lat ale ze względu na niską izolacyjność, wrażliwość na warunki atmosferyczne, przede wszystkim na działanie wody, nie zapewniały
dostatecznej bariery dla strat ciepła. Zastosowanie materiałów modyfikowanych, np. spienionego
betonu, poprawiło efektywność oszczędności energii, ale dopiero wynalezienie tworzyw sztucznych i syntetycznych umożliwiło efektywną i kontrolowaną gospodarkę energią.
Najczęściej stosowane materiały izolacyjne to wełna mineralna, spieniony polistyren i sztywna pianka poliuretanowa, rzadziej spieniony kauczuk, spienione poliolefiny, pianki fenolowoformaldehydowe i mocznikowo-formaldehydowe. Szacuje się, że udział pianki poliuretanowej
w ogólnym zużyciu materiałów izolacyjnych, wynosi około 11%, ale jest bardzo różny w różnych
krajach. W Polsce jest znacznie niższy i wynosi około 4%, chociaż wielkość produkcji materiałów
izolacyjnych z rdzeniem z pianki poliuretanowej wydaje się wskazywać na wyższy poziom zużycia. Jest to wynik dość dużego eksportu produktów z pianki poliuretanowej i jednocześnie stosunkowo powolnemu wzrostowi zużycia w kraju. Przyczyny tej sytuacji są dość złożone, wydaje
się, że dużą rolę odgrywają niedoskonałe przepisy, skutecznie blokujące rozszerzenie zastosowania najbardziej efektywnego materiału izolacyjnego. O takim mechanizmie świadczy porównanie
z Czechami, gdzie po wprowadzeniu w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku przepisów o
oszczędności energii nastąpił gwałtowny wzrost zużycia pianki poliuretanowej, podczas gdy w
Polsce ustawa termomodernizacyjna z 1998 roku nie wywołała większego zainteresowania .
Pianki poliuretanowe są najefektywniejszym dostępnym materiałem izolacyjnym. Z tego
względu modyfikowane pianki poliuretanowo-poliizocyjanurowe /PUR-PIR/ znalazły zastosowanie jako izolacje promów kosmicznych. W tym wypadku wykorzystano szczególne właściwości
pianek PUR-PIR polegające na zachowaniu struktury komórkowej tworzywa po poddaniu ich
działaniu wysokich temperatur. Wysoka temperatura będąca wynikiem tarcia powierzchni promu kosmicznego przy przejściu przez atmosferę, powoduje że składniki lotne i palne fragmenty
łańcucha polimeru są usuwane a pozostaje szkielet węglowy zachowujący strukturę komórkową i
własności izolacyjne.
Pianki poliuretanowe są szczególnym przykładem kompozytów ciało stale-gaz, w których
fazą ciągłą jest polimer poliuretanowy, a fazą rozproszoną gaz. Ponieważ udział fazy ciągłej wynosi tylko kilka procent masy pianki cechą charakterystyczną pianek poliuretanowych jest niska
gęstość pozorna, a więc duża efektywność materiałowa.
Wytwarzanie poliuretanów polega na wykorzystaniu reakcji poliaddycji zachodzącej pomiędzy organicznymi poliizocjanianami i związkami posiadającymi wolne grupy hydroksylowe. W
praktyce, w procesie produkcji pianek sztywnych, jako komponent izocyjanianowi stosowany jest
poliizocyjanian polifenylometanu /PMDI/,natomiast jako związki z grupami hydroksylowymi używane są polietero- i poliestropoliole. Przeważnie do poliolu dodawane są katalizatory, środki spieniające, regulatory komórek i modyfikatory. Odpowiednio dobrana kompozycja składników , która
jest zdolna do wejścia w reakcje z obliczoną ilością komponentu izocjanianowego jest potocznie
nazywana systemem surowcowym. Zestaw systemów poliuretanowych umożliwia wytwarzanie
tworzyw poliuretanowych o pożądanych właściwościach. Systemy surowcowe są bardzo wygodną formą półproduktów do wytwarzania różnych wyrobów o powtarzalnych właściwościach. Taka
postać półproduktu umożliwia wytwarzanie poliuretanów bezpośrednio w miejscu stosowania.
W przypadku materiałów izolacyjnych oznacza to możliwość uniknięcia mostków termicznych,
czyli zwiększenie efektywności izolacji.
Możliwość przetwórstwa poliuretanowych systemów surowcowych w miejscu użytkowania jest szczególnie istotna, bo umożliwia termorenowację starych budynków, zbudowanych w
czasie , kiedy nie dysponowano skutecznymi materiałami izolacyjnymi a także nie doceniano
konieczności oszczędzania energii. Obecnie większość budynków, zarówno przemysłowych jak i
mieszkalnych, jest budowana z wykorzystaniem nowoczesnych projektów, technologii i najnowszych materiałów. Pianki poliuretanowe pełnią istotną rolę jako rdzeń płyt warstwowych stosowanych do montażu obiektów kubaturowych. Ilość nowych budynków powstających w ciągu roku
stanowi jednak niewielki udział w ogólnych zasobach, a więc jeszcze przez bardzo długo będą w
eksploatacji budynki nie zapewniające dostatecznego poziomu oszczędności energii. Przyjmując,
że rocznie w krajach Unii Europejskiej wymianie ulega około 0,2% zasobów budynków, całkowita wymiana nastąpi po upływie kilkuset lat.[ 4 ] Taka perspektywa jest nie do przyjęcia wobec
szybkiego tempa wyczerpywania się dotychczas eksploatowanych źródeł energii. Konieczne jest
znalezienie innego rozwiązania. Obok konieczności znalezienia nowych źródeł energii i sposobów
ich wykorzystania, zmniejszenie strat energii w starym budownictwie wydaje się celowe i uzasadnione. W Polsce w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku zbudowano dość dużo budynków
mieszkalnych i przemysłowych w których jedynym sposobem regulacji temperatury była zmiana
ilości dostarczonego ciepła. Znaczna część tych budynków jest w dalszym ciągu eksploatowana.
Wytwarzanie poliuretanów z systemów surowcowych polega zmieszaniu komponentów w
zadanych proporcjach i wylaniu mieszaniny reakcyjnej w miejsce które ma zajmować. W zależności od rodzaju systemu surowcowego proces powstawania tworzywa trwa kilkanaście sekund do
kilkunastu minut. Bardzo szybkie systemy surowcowe przetwarza się metodą natrysku na powierzchnie izolowane, systemy wolniejsze przeznaczone są do wypełniania pustych przestrzeni o
skomplikowanych kształtach. Największe straty cieplne powstają na skutek przewodnictwa ciepła
przez duże powierzchnie, na przykład dachy. Natrysk pianek poliuretanowych umożliwia szybkie
i skuteczne zaizolowanie dużych połaci dachowych. Metoda natrysku ma szereg istotnych zalet w
porównaniu do izolowania innymi materiałami:
1/ Materiał izolacyjny jest dostarczany na plac budowy w postaci dwóch cieczy, a więc koszty
transportu są niższe niż przy dostawie innych materiałów izolacyjnych.
2/ Natryskiem można izolować dachy o różnym kształcie i budowie natryskując jednolitą warstwę
izolacji bez mostków termicznych.
3/ Natryśnięta warstwa izolacji posiada bardzo dobrą przyczepność do podłoża.
4/ Niska gęstość pianki nie wymaga wzmocnienia konstrukcji dachu i umożliwia pozostawienie
dotychczasowego pokrycia jako podłoża.
5/ Pianka poliuretanowa posiada strukturę zamkniętokomórkową a więc jest również hydroizolacją.
6/ Natrysk pianki jest procesem szybkim, a więc ekipa wykonująca izolację szybko opuszcza plac
budowy.
Pewną niedogodnością natrysku pianki poliuretanowej jest wrażliwość tej metody na warunki atmosferyczne. Natrysk pianki jest możliwy podczas bezwietrznej i bezdeszczowej pogody w
temperaturze minimum 12°C. Tworzywa poliuretanowe są również podatne na działanie promieniowania UV i dlatego warstwę pianki należy pokryć lakierem odpornym na to promieniowanie.
Natrysk pianki poliuretanowej jest najbardziej efektywną metodą izolowania dachów budynków ale nie zawsze sprawdza się przy izolowaniu ścian, ponieważ powierzchnia pianki na elewacji
wymaga osłony. Często stare budynki posiadają tzw. pustki powietrzne pomiędzy dwoma warstwami cegieł. Wypełnienie pustek powietrznych pianką poliuretanową nie tylko poprawia izolację ale również wzmacnia i usztywnia ścianę.
Znaczną oszczędność energii można osiągnąć przez poprawę izolacji lokalnych linii przesyłowych mediów grzewczych. Duży postęp w tym zakresie osiągnięto w izolacji magistrali rurociągów przesyłowych przez powszechne wdrożenie rur preizolowanych, natomiast wiele do
zrobienia pozostaje tam gdzie zastosowanie rur preizolowanych jest nieopłacalne lub niemożliwe
ze względów technicznych. Są to przede wszystkim rurociągi w niewielkich zakładach przemysłowych oraz szklarniach, przechowalniach owoców i warzyw a także budynkach mieszkalnych.
Pianka poliuretanowa daje możliwość poprawy izolacji tych obiektów np. przez zastosowanie
prefabrykowanych otulin izolacyjnych lub wtrysk pianki do przestrzeni pomiędzy rurą przewodową a osłoną.
Wobec dużego prawdopodobieństwa że działalność ludzka jest jedną z przyczyn zmian
klimatu, wydaje się koniecznością wyeliminowanie czynników które bezpośrednio mogą wpływać
na zmiany klimatu. Jednym z nich jest emisja gazów cieplarnianych powstających m.in. podczas
wytwarzania energii. Intensywne poszukiwania nowych źródeł energii, przede wszystkim odnawialnych, są konieczne ale mogą okazać się niewystarczające żeby zahamować lub chociażby
ograniczyć zmiany klimatu. Oszczędność energii realizowana powszechnie może znacznie pomóc
w przezwyciężeniu problemu globalnego ocieplenia. Proces oszczędności energii może stać się
łatwiejszy jeżeli wykorzystane zostaną efektywne materiały izolacyjne. Tworzywa poliuretanowe,
ze względu na właściwości przetwórcze i użytkowe są takim materiałem.
Autorzy:
1. Dr inż. Leszek Żabski. Absolwent Politechniki Wrocławskiej, stopień doktora n.t. uzyskał na Politechnice Śląskiej. Pracował w Instytucie Polimerów PAN i w zapleczu badawczym spółki ALFA SYSTEMS. Przedmiotem prac była synteza polieteroli i poliestroli jako półproduktów do poliuretanów oraz systemy surowcowe do tworzyw poliuretanowych. Obecnie na
emeryturze.
2. Mgr inż. Józef Papiński. Absolwent Politechniki Gdańskiej. Pracował w zapleczu badawczym Zakładów Chemicznych
w Bydgoszczy i przedsiębiorstwa POLYCHEM. Pełnił funkcje dyrektora technicznego i handlowego spółki ALFA SYSTEMS.
Obecnie na emeryturze.