Eristäminen pintojen avulla

Abstract

Tässä insinöörityössä tarkasteltiin uudenlaista tapaa eristää rakennuksia. Lähtökohtana työlle oli rakennuksen vaipalle asetetut kiristyvät U-arvo vaatimukset sekä rakentajien ohjaaminen valitsemaan nolla- tai plusenergiatalon suunnittelun lähtökohdaksi. Markkinoille täytyisi kehittää uudenlainen kustannustehokas eristystapa, jotta halu toteuttaa projekteja näistä lähtökohdista yleistyisi. Tällä hetkellä markkinoilta ei löydy tuotetta, joka eristysominaisuuksiltaan pystyisi kilpailemaan perinteisten eristysmateriaalien kanssa aiheuttamatta suurta lovea rakentajan lompakkoon.

Työssä lähdettiin tutkimaan uusia eristysmateriaaleja ja niiden ominaisuuksia. Selvästi ylivoimaiseksi eristysarvoltaan asettui tyhjiöeristeet, joissa yhdistyy säteilyn ja lämmönjohtavuuden estävät ominaisuudet.

Kun tyhjiöeristepaneelin ominaisuuksia lähdettiin tarkemmin tutkimaan, huomattiin sillä ole-van tietynlainen kuori ja sisäinen rakenne. Kuorikerroksella on käytännössä kaksi tarkoitusta: Se estää ulkoisen paineen tasoittumisen sisäisen alipaineen kanssa ja toisaalta heijastaa säteilyä pois rakenteesta. Sisäinen nanopartikkelirakenne taas estää kuoren sisään painu-misen ulkoisen paineen vaikutuksesta. Kuitenkin nanopartikkeleiden valmistus on erittäin työlästä, joka aiheuttaa eristeelle erittäin kalliin hinnan. Tyhjiöeristeitä on tutkittu erittäin paljon ja niissä on todettu hinnan lisäksi myös kaksi suurta ongelmaa; paneelien reuna-alueen U-arvo ja tyhjiön pysymättömyys, joka tarkoittaa sen eristysominaisuuksien huomattavaa heikkenemistä kun ulkoinen ja sisäinen paine ajan myötä väistämättä tasaantuu.

Tyhjiöeristettä lähdettiin rakentamaan uudesta näkökulmasta ja ratkaistavana oli siis kolme ongelmaa. Eristeen tuli olla kustannustehokas, reuna-alueet oli minimoitava ja eristysomi-naisuus oli saatava pysyväksi. Lopputuloksena saatiin teoriassa toimiva järjestelmä. Kuitenkin järjestelmä vaatii vielä paljon tutkimus- ja kehitystyötä, jotta siitä saataisiin kehitettyä mahdollisimman kustannustehokas vaihtoehto rakentajille.

This thesis studies a new way of insulating buildings. The starting point for this study was the tightening requirements for the u-values of building envelopes and directing builders and designers to choose zero- or plus-energy buildings as a starting point to the project planning. For this the market requires a new cost-effective way of insulating buildings. At the moment there is no product on the market that could compete with traditional ways of insulating buildings without considerably increasing the cost of the entire project.

The study started by investigating new insulation materials and their properties. Clearly the product with the most effective abilities to prevent heat leakage was vacuum insulation.

When the properties of vacuum insulation were studied it was revealed that the insulation itself had a certain type of inner and outer structure. The outer structure had two purposes, one to prevent the outer pressure from stabilizing with the inner pressure and two to block heat energy from penetrating the structure by radiation. The inner structure which consists of nanoparticles prevents the outer structure from collapsing inside due to the outer pres-sure. However, the manufacturing of these nanoparticles is very difficult and requires spe-cial conditions which also makes the whole insulation very expensive. Vacuum insulations are very much studied and in addition to the cost the product they also have two other ma-jor problems. The ability to insulate in the edges of the insulation and the fact that the panel loses most of its insulating properties when the inner- and outer pressure inevitably stabiliz-es in a certain amount of time.

So the vacuum insulation was approached from a different point of view and there were three major issues to solve. The insulation had to be cost-effective, the edges had to be minimized and the ability to insulate had to become permanent. As a result there was a good theory of how to build a functioning system that meets all these requirements. But even so the system still needs a great amount of studies and development before it can be alluring enough for builders and designers to choose it before the traditional insulations.