Tepelné izolace budov na bázi mineralizovaných částic dřeva

Syntetické izolační materiály, jako minerální a skelná vata, pěnový polystyrén, polyuretan atd., nastoupily na trh teprve v 60. letech 20. století. V průběhu posledních 5 let se opět zvyšuje podíl izolačních materiálů z přírodních surovin, protože se zji3ťuje, že syntetické produkty z dřívějších let zcela nesplňují požadavky současného stavu poznání. Izolační látky z přírodních vláken mají řadu příznivých vlastností, projevujících se zejména v oblasti difuzních vlastností, tepelné a vlhkostní akumulace. V posledních letech se jako tepelněizolační materiály začínají využívat i organické odpady, které vznikají při primárním i sekundárním zpracování přírodních látek, což má také velký význam z pohledu ekologického.Tepelné izolace na bázi přírodních látekTepelné izolace zabudované ve stavebních konstrukcích neslouží jen pro zajištění tepelné pohody vnitřního prostředí a pro redukci energetické náročnosti, nýbrž významně ovlivňují i vnitřní životní prostředí v oblasti teplotního a vlhkostního mikroklimatu. Tepelné izolace byly dříve vyráběny ze surovin uměle připravovaných a z minerálních vláken. Biologickými testy bylo prokázáno, že některé z takto vyrobených izolací jsou zdravotně závadné a některé z nich byly z výroby vyřazeny zcela. Jde zejména o vláknité materiály uvolňující úlomky vláken. V současné době musí být všechny stavební materiály schváleny hygienickou kontrolou.Hlavními argumenty pro (znovu)využívání přírodních materiálů jsou:· omezené možnosti pro čerpání přírodních surovin· znovuvyužívání materiálů v přírodním koloběhu· výhodné tepelnětechnické vlastnosti přírodních materiálůObjem poptávky s přírodními a ekologickými materiály na trhu zaujímá toho času nepatrný podíl na objemu poptávky všech izolačních materiálů. U přírodních materiálů a výrobků z nich nejsou k dispozici dlouhodobé zkušenosti s jejich užíváním i aplikací. Řada nově vyvíjených materiálů musí být testována ze stavebně-fyzikálního hlediska i z hlediska hygienického. Většina přírodních produktů má zvýšenou vlhkostní citlivost, tento vliv je nutné zredukovat systémem účinné úpravy.Přehled nejdůležitějších surovin pro výrobu přírodních vláknitých izolacíDřevěná vláknaIzolační materiály ze dřeva jsou velmi rozdílné, spektrum využívání zasahuje od dřevěných pilin z výroby řeziva až po dřevní štěpky. Vláknina vzniká mokrým procesem a upravuje se formováním do desek. Nezbytný je přídavek pojiva pro zpevnění struktury, případně dosažení zvýšené hydrofobní odolnosti a snížení hořlavosti. Obvyklá objemová hmotnost desek činí ρ є[190; 250]kg/m³.Dřevěná vlnaJde o nejstarší způsob zpracování dřevité suroviny. Jako pojiva se používá portlandského cementu, magnezitu nebo vodního skla. Lisovaná hmota v deskách má širokou použitelnost ve stavebním průmyslu. Obvyklá objemová hmotnost desek činíρ є[350; 480]kg/m³. Lisované dutinové tvarovky lze kombinovat s jinými tepelnými izolacemi.Začíná se užívat také ostatních rostlinných vláknitých surovin, zejména slámy, rákosu, lnu a konopí.Průmyslové odpadní dřevité produktyDřevo je produktem růstu organické hmoty a patří mezi obnovitelné zdroje. S rozvojem stavebnictví v průběhu dvacátého století však začala spotřeba dřeva převažévat nad možnostmi přírodních zdrojů a začalo docházet k úbytku lesních ploch, což má negativní dopad na světový ekosystém. Z ekologických důvodů tedy došlo koncem dvacátého století k regulaci těžby dřeva, čímž se začala také postupně zvyšovat i jeho cena.Při zpracování dřeva vzniká jak při prvotní fázi hrubého opracování, tak ve fázi následného zpracování velký objem odpadního partikulárního materiálu, který není často možné racionálně zpracovat. Velmi často bývá tato hodnotná a drahá dřevní surovina používána ke zcela jiným (podřadným) účelům, jako je například využití dřevního odpadu pro hnojivo (zaorávání do půdy) v zemědělství nebo využití jako paliva.Odpadní dřevní hmotaCharakter částic dřevitého odpadu dřevozpracujícího průmyslu je závislý na způsobu jejich produkce. Provozní předpis ukládá zpracovatelům dřeva v provozovnách odvádět z výroby odpadní produkty. Praktická realizace spočívá ve využití dřevní odpadní suroviny jako směsi pilin a hoblin kmenů jehličnatých stromů vznikající při hrubém opracování řeziva.Dalším surovinovým zdrojem jsou vláknité materiály na bázi jehličnanů připravované uměle na strojním zařízení pro výrobu dřevité vlny. Uměle připravená vlákna měkkého dřeva mají určené rozměry a zkrácením vláken lze připravit násypy definovaných vlastností. Tato dřevitá vlákna mají význam pro studium složení násypů dřevitých partikulárních směsí, kde má zastoupení částic různých velikostí vliv na strukturální uspořádání násypu.Mineralizace dřevitých částicChemickým procesem mineralizace se modifikují tyto nepříznivé vlastnosti dřevité hmoty:· malá odolnost dřeva proti chemickým a biologickým účinkům;· malá protipožární odolnost;· nedostatečná prostorová stabilita materiálových vrstev partikulárních částic;· nevhodné sorpční vlastnosti, velká nasákavost;· nízká objemová hmotnost (viz níže).Pro účely tvorby tepelněizolačních násypů z dřevitých partikulárních látek je cílem získat povrchově ušlechtilé částice mineralizací.Mineralizace dřevitých vláken se provádí silikátovými mineralizátory. Míšení dřevité suroviny a mineralizační látky s vodou se provádí v bubnovém mísiči. Účinek mineralizačních látek lze sledovat na vzorcích pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (REM). Struktura neupraveného a mineralizací upraveného dřeva je uvedena na fotografiích.Vytvořením tenkého povrchového filmu za silikátového materiálu s kalcitickými složkami se neutralizují přítomné organické komponenty dřeva. Sypkým zušlechtěným materiálem lze vyplnit konstrukční dutiny v objektu libovolného tvaru a uspořádání. Dostatečným předpokladem pro aplikaci je přístupnost pro transportní plastovou trubici, protože sypký materiál je dopravován vzdušným proudem. Vhodným tvarem částic tepelněizolačního materiálu se po vyplnění prostoru vytváří prostorové uspořádání s omezenou mírou „sesedání“ i vysokého sloupce materiálu. U vývojového materiálu Climatex bylo dosaženo fyzikálních vlastností uvedených v tabulce 1.Ukládáním materiálu do konstrukce zafoukáváním se vytvoří orientovaná struktura uspořádání částic dle následujícího obrázku varianta a) a b) (dle typu konstrukce), která je nejvýhodnější z pohledu tepelněizolačního (dosažení nejvyšší hodnoty součinitele tepelné vodivosti) a z pohledu prostorové stability uložené masy zásypu.V současné době lze na trhu tepelných izolací volit z řady různorodých materiálů, včetně staviv na bázi rostlinných vláken. Ne všechny materiály však splňují nezbytná ekologická kritéria. Přídavkem vybraných solí (například boritými sloučeninami) jsou modifikovány některé nepříznivé vlastnosti materiálu (u celulózy například hořlavost nebo odolnost proti hnilobě).Tepelněakumulační vlastnosti izolačních materiálůVýznam tepelné akumulace stavebních materiálů a jejich projevů při nestacionárním šíření tepla ve stavebních objektech nebyl po dlouhou dobu dostatečně doceňován. Požadavek zvyšovat tepelněizolační schopnosti stavebních děl vede k používání lehkých materiálových vrstev. Přitom nebývá dostatečně zohledněna jejich menší tepelněakumulační schopnost.V procesu nestacionárního šíření tepla obvodovým pláštěm budovy i celým objektem se dosahuje příznivějších poměrů vnitřní tepelné pohody, použije-li se materiálů s nízkou tepelnou vodivostí a se schopností akumulovat teplo. Směrná veličina, která vyjadřuje rychlost, s jakou je materiál schopen vyrovnávat teplotní změny, je součinitel teplotní vodivosti a. Tato veličina charakterizuje rychlost prostupu teplotní vlny stavební konstrukcí. Lehké stavební materiály s nízkou objemovou hmotností, stejně jako objemově těžké materiály, vedou k vyšším hodnotám a. Nízkých hodnot součinitele a nabývají dřevo a výrobky z něj.Dřevo je přírodní materiál s nejnižší hodnotou a. Současně porovnání s ostatními materiály použitelnými pro stěnové konstrukce ukazuje, že dřevo má optimální tepelnětechnické vlastnosti (vit tab. 2).Modelováním prostupu nestacionární teplotní vlny o definované teplotní amplitudě s denní periodicitou 24 hod. stěnou, jejíž tepelněizolační vrstva byla tvořena širokou škálou prakticky používaných termoizolantů, se ukázalo, že tepelný izolant na bázi zušlechtěných dřevěných partikulárních odpadů má dobu fázového zpoždění teplotní vlny nejdelší. Tento jev je důsledkem příznivé tepelněakumulační schopnosti dřevitých částic. Tento závěr je patrný z grafického vyobrazení na následujícím obrázku, kde se jedná o sendvičové konstrukční uspořádání střechy se stejně silnými vrstvami minerálněvláknité rohože i tepelněizolačního materiálu na bázi zušlechtěných partikulárních dřevěných odpadů. Rozdílná tepelněakumulační schopnost se projevuje nejen zvýšenou hodnotou teplotního útlumu stavební konstrukce a prodlouženou dobou fázového zpoždění teplotní vlny, ale i zmenšenou amplitudou teplotních výkyvů na vnitřním povrchu stěny. I když se v tomto případě jedná o typický letní účinek na stěnu, analogický vliv se projeví i v zimním období při vychládání stavební konstrukce. Energetickou úsporu lze v tomto případě prokázat zejména větší celkovou tepelnou stabilitou objektu i časovým posuvem nezbytnosti čerpání energie na udržení vnitřního mikroklimatu ve zmíněném procesu vychládání objektu do energeticky příznivějšího časového období.ZávěrV současné době je řada užitečných materiálů ve vývoji a čerpání jejich přírodních zásob se jeví být bezproblémové. Srovnání kritéria pro jejich reálné užití pro stavební tepelné izolace jsou mnohdy formulována velmi jednoduše a jednostranně tak, že nemohou zcela vystihnout příznivé vlastnosti materiálů rostlinných vláken. V této oblasti by bylo záslužné rozšířit stávající posuzovací kritéria o charakteristiky vystihující i tepelněakumulační schopnost stavebních konstrukcí. Takové charakteristiky nebude možno popisovat jednoduchou formulací. Příspěvek vznikl z podnětu vědeckovýzkumného záměru CEZ J22/98 261100008 DT6 „Experimentální výzkum a vývoj nových materiálů z odpadních surovin“. Se souhlasem redakce a autorů byl článek převzat z odborného časopisu ERA, ekologie, realizace, architektura.Autoři:Doc. RNDr. Stanislav Šťastník, Csc.Ing. Jiří Zach, PhD.Ing. Tomáš ZnajdaPsáno pro časopis Stavíme domov 02 |2004Křehká Palička | Moderní pojetí starého domu | Bezpečně proti chladu | Mráz nesmí najít skulinku | Tepelné izolace budov na bázi mineralizovaných částic dřeva | Která střecha je bezpečná | Střecha, která na nás dýchá | Jak dostat světlo do chodby | Podkroví - prostor pro bydlení | Světlo a styl | Jen ať si prší | Žaluzie | Nové možnosti pro interiér i exteriér | Střecha silná jako býk | Thermo plus