Wszystkie wyroby z wełny mineralnej i inne wyroby do izolacji cieplnej oznaczone są kodami. Znajomość kodów wyrobów znacznie ułatwia pracę uczestnikom procesu budowlanego. Kod wskazuje, które parametry są badane lub określane, a tym samym gwarantowane przez producenta i/lub na jakim poziomie.
Materiały termoizolacyjne ze względu na rodzaj surowca do ich produkcji klasyfikuje się na dwie grupy – organiczne i nieorganiczne. Do pierwszej grupy zalicza się: materiały komponowane z rozwłóknionego drewna, torfu, trzcinowe płyty, a także wyroby z mas plastycznych. Podstawowymi materiałami należącymi do drugiej grupy są: wełna mineralna i wyroby z niej, wata szklana i wyroby z niej, szkło spienione, ceramiczne spieki z ziemią okrzemkową, a także sypkie (ziarniste) materiały termoizolacyjne (keramzytobeton, spęczniały wermikulit i perlit). Obecnie pod nazwą wełny jako materiału do izolacji cieplnej kryją się wyroby należące zarówno do materiałów organicznych, jak i nieorganicznych oraz materiały kompozytowe składające się z części organicznych i nieorganicznych.
Fot. 1. Zdemontowane płyty z wełny mineralnej produkowane w latach 80. ubiegłego wieku
Wełnę mineralnąobecnie produkuje się zazwyczaj z kamienia bazaltowego. Kamień ten wraz z niewielką domieszką żużli topi się w temperaturze ok. 1400°C. Gorącą stopioną masę poddaje się procesowi rozwłóknienia. Powstałe włókna poddaje się procesowi hydrofobizacji. W wyniku tego procesu produkty z wełny mineralnej nie chłoną wody. Po dodaniu lepiszcza powstaje gotowy wyrób. Sposób wytwarzania konkretnych wyrobów i nadawanie im specjalnych cech zależą przede wszystkim od sposobu łączenia włókien pomiędzy sobą, ich ilości w jednostce objętości oraz zastosowania dodatków hydrofobizujących. Podobnie przebiega proces wytwarzania wełny szklanej, gdzie podstawowym produktem, z którego wytwarza się włókna, jest piasek kwarcowy i stłuczka szklana. Podczas procesu stapiania podstawowych surowców dodaje się w niewielkiej ilości wapienia, dolomitu lub gabro. Całość wytapiana jest w temperaturze ok. 1000°C, rozwłókniana i formowana do postaci gotowego wyrobu. Schematycznie proces produkcji wełny kamiennej przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. Schemat procesu produkcji wełny kamiennej [1]: 1 – surowce, 2 – topienie surowców, 3 – rozwłóknianie masy, 4 – odbiór włókien, 5 – transport i studzenie włókien, 6 – sklejanie i hydrofobizacja, 7 – przycinanie wzdłużne, 8 – przycinanie poprzeczne gotowego wyrobu
Gotowym efektem są hydrofobizowane włókna w różnych wyrobach. Włókno w końcowym procesie produkcji pokazano na fot. 2.
Fot. 2. Włókno wełny kamiennej pokryte materiałem hydrofobizującym [2]
Cechy fizyczne poszczególnych odmian wełny mineralnej, szklanej lub drzewnej, takie jak sztywność, stopień wytrzymałości mechanicznej, odporność na wchłanianie wody i zawilgocenie oraz na działanie czynników biologicznych i chemicznych, a przede wszystkim izolacyjność cieplną, uzyskiwane są w procesie produkcji poprzez odpowiednie kształtowanie zarówno grubości włókna, jak i sposobu jego połączenia z włóknami sąsiednimi oraz dobór odpowiednich substancji powlekających włókna. Z różnych rodzajów wełny mineralnej (kamiennej/skalnej oraz szklanej) produkuje się wyroby o pożądanych kształtach, wykończeniu i parametrach użytkowych oraz właściwościach mechanicznych dobranych do konkretnego zastosowania i dostosowanych do potrzeb użytkownika. Te wyroby to przede wszystkim:
l trwałe płyty (do izolacji cieplnej ścian zewnętrznych w metodzie ETICS, do izolacji akustycznej stropów i cieplnej fundamentów);
l twarde i wytrzymałe płyty płaskie oraz kliny, odporne na silne miejscowe naciski do izolowania dachów krytych papą lub innym miękkim pokryciem;
l sprężyste i lekkie maty (do dokładnego i szczelnego wypełniania izolowanej przestrzeni);
l otuliny (do dokładnego izolowania rur rozgrzewanych do bardzo wysokiej temperatury);
l filce i maty (łatwe w montażu);
l granulaty (do wdmuchiwania w szczeliny lub trudno dostępne przestrzenie).
Fot. 3. Zróżnicowane zastosowania wełny mineralnej [9]
Fot. 4. Wełna drzewna [3]
W Polsce produkowana jest zarówno wełna skalna, jak i wełna z włókna szklanego w bardzo szerokim asortymencie.
Innym rodzajem materiału jest wełna drzewna. Odmienny jest surowiec oraz sposób produkcji, choć gotowy wyrób wizualnie pod względem cech technicznych i sposobu zastosowania przypomina wełnę mineralną – fot. 4. Odpowiednio przygotowany materiał, którego głównym składnikiem są wióry pochodzące z odpadów przy produkcji drewna, podlega procesowi rozwłókniania mechanicznego. Powstające włókna podobnie jak w przypadku wełny skalnej czy szklanej są hydrofobizowane i odpowiednio sklejane. Całość procesu objęta jest ochroną patentową.
Ciekawym produktem naturalnym jest wełna owcza.Izolacja z owczej wełny jest wykonana z naturalnych włókien, do jej wyprodukowania wymagane jest mniej niż 15% energii potrzebnej do produkcji izolacji z wełny szklanej lub skalnej. Wełna owcza jest materiałem trwałym i odnawialnym, z zerowym potencjałem wyczerpywania ozonu. Może być ponownie użyta do produkcji albo zostać biozdegradowana. Materiał jest bezpieczny i łatwy w użyciu.
W budownictwie produkt raczej mało znany, mimo że posiada wiele zalet. Wełna owcza jest naturalna, odnawialna i trwała; całkowicie bezpieczna w dotyku (nie wymaga żadnego specjalistycznego ubioru ochronnego, co ułatwia układanie izolacji); nie powoduje podrażnień oczu, skóry lub płuc (włókna nie mają żadnego negatywnego wpływu na zdrowie); włókna wełny owczej mogą absorbować wilgoć z otaczającego powietrza, a potem oddawać bez redukcji wydajności termicznej (jak to się dzieje w przypadku izolacji z wełny szklanej). Wełna owcza nie rozprzestrzenia ognia i jest samogasnąca. Ponadto izolacja z owczej wełny ze względu na swoją elastyczność nie osiada, zachowując stałą wydajność izolacji.
Fot. 5. Wełna owcza jako izolacja podłogi [4]
Poniżej podano cechy techniczne typowego wyrobu do izolacji cieplnej w budownictwie:
l współczynnik przewodzenia ciepła: λ = 0,0385–0,040 W/mK,
l klasa ogniowa: B2 (wg DIN),
l współczynnik oporu dyfuzyjnego: μ = 1,
l gęstość: 13–18 kg/m3,
l grubość izolacji: 3–24 cm,
l trwała odporność na mole.
Jako typowe zastosowania wełny owczej wymienia się izolacje cieplne dachów stromych (jako izolacja międzykrokwiowa), izolację konstrukcji podłóg i stropów oraz izolację akustyczną w lekkich ściankach działowych (fot. 5, 6, 7, 8).
Projektant, typując odpowiedni materiał do izolacji cieplnej, często nie zna jego wszystkich cech technicznych, a znajomość jego prawidłowego oznakowania w projekcie najczęściej kończy się na wpisaniu oznaczenia – wełna mineralna.
Od kilku lat wszystkie wyroby z wełny mineralnej i inne wyroby do izolacji cieplnej oznaczone są odpowiednimi kodami. Znajomość oznaczenia – kodów wyrobów – znacznie ułatwia pracę wszystkim uczestnikom procesu budowlanego. Kod wyrobu wskazuje jednoznacznie, które parametry spośród znajdujących się w normie PN-EN 13162 są badane/określane, a tym samym gwarantowane przez producenta i/lub na jakim poziomie. W odróżnieniu od poprzedniej Polskiej Normy zawsze są to cechy użytkowe (np. wytrzymałościowe, akustyczne), a nie technologiczne (gęstość, zawartość części organicznych). Zgodnie z tą normą obowiązkowymi charakterystykami wyrobów izolacji cieplnej, w tym z wełny mineralnej, są: opór cieplny, klasyfikacja ogniowa oraz parametry kształtu (długość, szerokość, grubość, płaskość, prostokątność, stabilność wymiarowa) i zapewnienie możliwości operowania wyrobem. Powyższe wymagania, odnoszące się do wszystkich zastosowań budowlanych, muszą być spełnione przez wszystkie wyroby.
Fot. 6. Zróżnicowana struktura izolacji z wełny owczej [4]: a, b – izolacje termiczne; c – taśma uszczelniająca; d, e, f – izolacje akustyczne
Jak odczytać kod wełny mineralnej
Kod oznaczenia zawiera szczegółowe informacje o właściwościach wyrobu innych niż wcześniej wymienione, np. MW-EN13162-T1 lub MW-EN13162-T1-DS(TH).
W skład kodu oznaczenia mogą wchodzić następujące symbole:
MW – skrót terminu wełna mineralna,
EN 13162 – numer normy europejskiej,
Ti – tolerancja grubości,
DS(T+) – stabilność wymiarowa w określonej temperaturze,
DS(TH) – stabilność wymiarowa w określonych warunkach temperatury i wilgotności,
CS(10Y)i – naprężenie ściskające lub wytrzymałość na ściskanie przy 10-procentowym
odkształceniu względnym [kPa],
TRi – wytrzymałość na rozciąganie prostopadle do powierzchni czołowych,
PL(5)i – obciążenie punktowe przy odkształceniu 5 mm [N],
WS – nasiąkliwość wodą przy krótkotrwałym zanurzeniu,
WL(P) – nasiąkliwość wodą przy długotrwałym zanurzeniu,
MUi lub Zi – przenikanie pary wodnej,
SDi – sztywność dynamiczna,
CPi – ściśliwość,
CC
(i1/i2 /y)-c – pełzanie przy ściskaniu,
APi – praktyczny współczynnik pochłaniania dźwięku,
AWi – ważony współczynnik pochłaniania dźwięku,
AFi – opór przepływu powietrza, przy czym „i” wskazuje odpowiednią klasę lub poziom.
Fot. 7. Wełna owcza jako izolacja dachu skośnego [4]
Przykład
Najprostsze kody wyrobu z wełny przeznaczonego, zgodnie z obecnymi aprobatami technicznymi, do ociepleń: poddaszy użytkowych i nieużytkowych, stropodachów wentylowanych, stropów i podłóg na legarach, sufitów podwieszonych, lekkich ścian osłonowych, to: MW-EN13162-T1 lub MW-EN13162-T1-DS(TH).MW – oznacza wełnę mineralną (kamienną, szklaną lub żużlową), EN 13162 – normę wyrobu PN-EN 13162 [6], T1 – klasę tolerancji grubości T1 (dopuszczalny niedomiar grubości –5% lub –5 mm; przy braku limitu na nadmiar grubości), DS(TH) – stabilność wymiarową w określonych warunkach temperatury i wilgotności względnej (temp. 23°C, wilgotność względna 90%), co oznacza względne zmiany wymiarów liniowych w takich warunkach [7].
Wełny skalna, szklana czy nawet owcza wymagają od projektantów znajomości cech technicznych. Projektant decydujący o zastosowaniu konkretnego systemu dociepleniowego powinien uważnie przestudiować wszystkie wymienione parametry projektowanego systemu i odpowiednio dopasować system docieplenia do rzeczywistych warunków późniejszej jego eksploatacji w całości lub części obiektu budowlanego. W zależności od zastosowania ważne są też inne cechy techniczne materiałów do izolacji cieplnej, w tym przede wszystkim:
l stopień wytrzymałości mechanicznej (na obciążenia rozłożone i punktowe),
l klasa palności,
l odporność na wodę,
l zdolność do przewodzenia pary wodnej,
l odporność na wchłanianie wody i zawilgocenie,
l niska absorpcja powierzchniowa,
l odporność na działanie czynników chemicznych,
l odporność na działanie czynników biologicznych.
Fot. 8. Wełna owcza jako materiał izolacji akustycznej w ściance działowej [6]
Obecnie wiedza z zakresu cech technicznych materiałów jest warunkiem koniecznym, jednak już niewystarczającym. Projektant, stosując wybrany przez siebie materiał, powinien mieć na uwadze fakt, iż materiał ten będzie wchodził w cykl życia całego budynku, a w okresie swojego użytkowania będzie oddziaływał na budynek, jego środowisko wewnętrzne, a także środowisko zewnętrzne. Dopasowanie rodzaju materiału nabiera więc cech szczególnych zwłaszcza w odniesieniu do konieczności późniejszej jego utylizacji bądź dalszego przetworzenia i ponownego użytkowania. Jako najprostszy przykład wspólnego błędu projektanta i wykonawcy związanego z nieznajomością cech technicznych materiału można podać projektowanie i układanie izolacji cieplnej o jednakowych parametrach bez rozeznania ich faktycznego sposobu użytkowania.
Pierwszy patent dotyczący produkcji wełny mineralnej (dokładnie: szklanej) został zgłoszony w Rosji już w 1840 r. W wieku XIX z włókien szklanych produkowane były na małą skalę zarówno ubrania, jak i klosze do lamp, które z powodzeniem eksponowane były na wystawie światowej w Chicago w 1893 r. Do wybuchu I wojny światowej włókna szklane nie zyskały większej popularności. Dopiero po odkryciu szkodliwości azbestu wełna mineralna stopniowo zaczęła wypierać azbestowe materiały izolacyjne. Już w 1941 r. amerykański urząd patentowy miał w swoich rejestrach ponad 360 wyrobów z wełny szklanej, m.in. materiały izolacyjne stosowane w budownictwie. Po roku 1930 włókno szklane znalazło silną konkurencję w postaci włókien mineralnych otrzymywanych z żużli hutniczych, margli, glin, bazaltów, tufów i diabazytów.
Fot. 9. Ułożenie miękkiej waty szklanej przy wejściu w stropodach wentylowany przełazowy
Od 1945 r. produkowano w Polsce wełnę żużlową w Zakładach Materiałów Izolacyjnych w Gliwicach, głównie z żużli hutniczych. Do końca lat 60. oprócz wełny żużlowej produkowano też watę szklaną w niewielkich ilościach. Na początku lat 70. uruchomiono w Trzemesznie produkcje płyt, filców z wełny mineralnej o wysokim jak na ówczesne czasy standardzie.
dr inż.Tomasz Steidl
dr inż.Paweł Krause
Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Wydział Budownictwa,
Politechnika Śląska
Literatura
1. Methodology for the free allocation of emission allowances in the EU ETS post 2012. Sector report for the mineral wool industry. November 2009, Ecofys (project leader) Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research, Öko-Institut. Projekt komisji Europejskiej. Study Contract: 07.0307/2008/515770/ETU/C2.
2. P. Krause, E. Kosmala, T. Steidl, praca NB-254/RB-4/98, niepublikowana.
3. Materiały informacyjne Knaufinsulation.
4. Materiały informacyjne Isolena.
5. Materiały ze strony: www.rsbudowa.com.
6. PN-EN 13162:2002 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Wyroby z wełny mineralnej (MW) produkowane fabrycznie – Specyfikacja.
7. www.miwo.pl.
8. Archiwum firmy „Stekra” s.c.
9. Materiały informacyjne Keiser Daemmstoff.
