Porovnanie vlastností expandovaného polystyrénu (EPS) a izolácie z minerálnych vlákien (MV)

Pri porovnaní vlastností EPS a MV má každý materiál svoje silné a slabé stránky. Pozrime sa preto bližšie na to, ako oba materiály fungujú v rôznych oblastiach podrobného porovnania. Nižšie budeme porovnávať predovšetkým typy tepelnoizolačných výrobkov vhodných na izoláciu fasád (vonkajšie tepelnoizolačné kompozitné systémy, ETICS).

Uhlíková stopa EPS je trikrát nižšia ako u MV. Výroba MV má horší vplyv na životné prostredie ako EPS takmer vo všetkých environmentálnych ukazovateľoch. Je to preto, že EPS tvorí z 98 % vzduch. V priemere je EPS dvakrát lacnejší ako MV, čo sa odráža v celkových nákladoch stavebných projektov. Emisie prachu z EPS počas inštalácie izolačných systémov sú približne 40-krát nižšie ako pri použití MV. Pri manipulácii s EPS nie je potrebné používať žiadne špeciálne ochranné vybavenie. Pri manipulácii s MV je nutné používať ochranné vybavenie, ako sú okuliare, rukavice a respirátor. EPS je až 10-krát ľahší ako MV, čo stavebným firmám výrazne uľahčuje manipuláciu s materiálom na stavbe a jeho aplikáciu na fasádu. Vyššia hmotnosť v kombinácii s horšími mechanickými vlastnosťami izolácie MV tiež zvyšuje riziko zlyhania celého systému. MV stráca svoje tepelnoizolačné vlastnosti v dôsledku vlhkosti, čo môže spôsobiť stratu izolačných vlastností až do 50 %. EPS má niekoľkonásobne lepšie mechanické vlastnosti ako MV. V dôsledku zvýšenia priemernej hrúbky izolácie v ETICS z predchádzajúcich 50 mm na súčasných 160 – 200 mm majú mechanické vlastnosti izolácie zásadný vplyv na funkčnosť a stabilitu systému, pričom MV má niektoré hodnoty až 10-krát horšie. Odpadová izolácia z minerálnych vlákien pochádzajúca z demolácie alebo dekonštrukcie, ktorá obsahuje fenol-formaldehydovú živicu ako spojivo, sa odváža na skládku. V našej krajine nie je k dispozícii žiadna technológia recyklácie tohto typu odpadu. Požiarna bezpečnosť Pri posudzovaní požiarnej bezpečnosti je dôležité hodnotiť izolačné systémy ako celok a početné testy v testovacích ústavoch preukázali, že systémy s EPS sú bezpečné. V prípade požiaru fasády je najväčším rizikom šírenie požiaru do vyšších poschodí, ku ktorému dochádza bez ohľadu na to, či je fasáda izolovaná alebo nie, alebo aký typ izolácie sa používa. Veľmi nebezpečné je aj vznik dymu a jeho toxicita počas požiaru. Bolo jednoznačne preukázané, že EPS, hlavne preto, že obsahuje 98 % vzduchu, nepredstavuje vyššie riziko ako MV. Mýtus o takzvanom dýchaní stien alebo izolácie V bežnom dome prechádza stenami najviac 3 % vlhkosti. Všetka výmena vzduchu sa preto musí uskutočňovať iným spôsobom (cez okná, vetranie, odsávače pár), bez ohľadu na typ použitej izolácie. Okrem toho je vzduchotesnosť budovy predpokladom pre minimalizáciu tepelných strát.

Dýchajúce steny alebo izolácia vo videu

Tepelnoizolačné vlastnosti

Pri porovnaní tepelnoizolačných vlastností EPS a MV je jasným víťazom sivý polystyrén. Izolačné vlastnosti MV sa pri vystavení vlhkosti výrazne zhoršujú, zatiaľ čo vlastnosti EPS zostávajú prakticky nezmenené.

• Biely EPS má tepelnoizolačné vlastnosti vyjadrené koeficientom tepelnej vodivosti medzi 0,034 a 0,039 W/mK.
• Sivý (tzv. grafitový) EPS dosahuje koeficient tepelnej vodivosti medzi 0,029 a 0,032 W/mK.
• MV má koeficient tepelnej vodivosti medzi 0,034 a 0,042 W/mK.

Vplyv vlhkosti na tepelnoizolačné vlastnosti

MV môže pri použití na izoláciu fasád stratiť významnú časť svojich tepelnoizolačných vlastností. Napriek dvojnásobnej cene izolácie nemusíte pri izolácii minerálnou vlnou ušetriť toľko, koľko bolo pôvodne vypočítané v projekte. V extrémnych prípadoch (napr. v prípade poruchy a zatekania dažďovej vody do systému) sa izolačné vlastnosti minerálnej vlny môžu výrazne znížiť, až o 50 %. Izolácia minerálnou vlnou preto nemusí spĺňať vaše očakávania.

Vliv vlhkosti na tepelně izolační vlastnosti

Zdroje:

• Meranie teploty a vlhkosti v stenách s ETICS; VUPS Praha, 2017
• Vplyv vlhkosti na vlastnosti minerálnej izolácie; VUPS Praha, 2017
• Video ZOFI o vlhkosti MV

Hmotnosť a manipulácia

EPS je až 10-krát ľahší ako izolácia MV. EPS je z 98 % vzduch, čo výrazne uľahčuje manipuláciu a aplikáciu na staveniskách.

Balík EPS 70 F (0,25 ^m³  1000 x 500 x 500 mm) váži približne 3,5 kg, zatiaľ čo balík dvoch dosiek MV TR10 (0,24 ^m³  1000 x 600 x 400 mm) váži približne 24 kg. Minerálna vlna je až 10-krát ťažšia ako expandovaný polystyrén, čo výrazne sťažuje stavebným firmám manipuláciu s materiálom na staveniskách a jeho aplikáciu na fasády. Vyššia hmotnosť izolácie z minerálnej vlny tiež zvyšuje riziko zlyhania celého systému.

Vplyv na životné prostredie

Výroba MV má horší vplyv na životné prostredie ako EPS takmer vo všetkých environmentálnych ukazovateľoch. Uhlíková stopa (GWP) MV je trikrát vyššia ako u EPS. Výrobcovia MV v Českej republike patria tradične medzi najväčších znečisťovateľov ovzdušia formaldehydom. https://znecistovatele.cz/ranks/2022/15/null

Vonkajšie tepelnoizolačné kompozitné systémy (ETICS) zvyšujú energetickú účinnosť obvodových plášťov budov a v súčasnosti sú najpopulárnejšou metódou izolácie budov vo väčšine krajín EÚ. Táto štúdia predstavuje vplyv výroby ETICS z expandovaného polystyrénu v porovnaní s minerálnou vlnou na životné prostredie pomocou metódy posudzovania životného cyklu (LCA).

Údaje použité vo výpočtoch, ktoré sa týkajú skutočnej výroby v roku 2017, boli získané z externe overeného inventára piatich výrobných závodov umiestnených v rôznych regiónoch Poľska. LCA skúmaných výrobkov zahŕňala moduly A1 až A3 (cradle-to-gate) v súlade s normou EN 15804.

Štúdia stanovuje a analyzuje hodnoty základných ukazovateľov týkajúcich sa vplyvov na životné prostredie a environmentálnych aspektov využívania zdrojov. Zahŕňa ukazovatele vypočítané pre 1 m2 ETICS pre päť hrúbok špecifikovaných tepelnoizolačných materiálov. Výsledky ukazujú, že vo všetkých environmentálnych ukazovateľoch majú systémy MV negatívnejší vplyv na životné prostredie ako ekvivalentné systémy s EPS.

Vplyv na životné prostredie

GWP MV je 3-5 krát vyšší ako EPS

Vplyv na životné prostredie

Vplyv na životné prostredie

Zdroje

• Environmentálne zaťaženie vonkajších tepelnoizolačných systémov. Expandovaný polystyrén vs. minerálna vlna: Prípadová štúdia z Poľska, Centrum výskumu a vývoja, Atlas, sp. z o.o., 2020

Cena

MV je v priemere dvakrát drahšia ako EPS, čo sa odráža v celkových nákladoch stavebných projektov.

Zdroj: webová stránka DEK

• https://www.dek.cz/produkty/detail/1430462315-knauf-fkd-s-thermal-1000×600-100mm-1-8m2-bal-puvodni-rozmer
• https://www.dek.cz/produkty/detail/1410252070-eps-70-100mm-500 × 1000-rapol-2-5m2-bal

Mechanické vlastnosti

EPS má niekoľkonásobne lepšie mechanické vlastnosti ako MV, ktoré si zachováva počas celej svojej životnosti, čo z neho robí obľúbený materiál na izoláciu obvodových stien. V dôsledku zvýšenia priemernej hrúbky tepelnej izolácie z predchádzajúcich 50 mm na súčasných 160 mm majú mechanické vlastnosti izolácie zásadný vplyv na funkčnosť a stabilitu systému, pričom MV má niektoré hodnoty až 10-krát horšie. Ďalším dôležitým negatívnym faktorom pre MV je, že pri hrúbkach bežne používaných v súčasnosti okolo 200 mm sa mechanické vlastnosti môžu líšiť až o 80 % v priečnom reze materiálu (je to spôsobené výrobnou technológiou).

Porovnanie mechanických vlastností tepelnoizolačných dosiek EPS a MV (podĺžne vlákna) určených pre ETICS, spĺňajúcich súčasné požiadavky triedy kvality „A“ Cechu pre izoláciu budov:

	EPS 70 (hrúbka = 150 mm)	MV TR10 (hrúbka = 150 mm)	Rozdiel
Pevnosť v ťahu kolmo na rovinu dosky TR (kPa)	100	10	10
Tlakové napätie pri 10 % stlačení CS (10) (kPa)	70	30	2,33x
Pevnosť v šmyku SS (kPa)	50	20	3,33x
Modul šmyku v smere vlákien G (kPa)	1000	500	1,00-2,00x
Objemová hmotnosť (kg/m³)	13,5-18	70–150	4,4–11,1x

Prečo je tento parameter dôležitý:

• Pevnosť v ťahu kolmo na rovinu dosky TR: táto hodnota udáva, aká je odolnosť materiálu voči účinkom sania vetra na fasádu. Čím vyššia je hodnota, tým je materiál odolnejší. Očakávaný nárast extrémneho počasia a silného vetra predstavuje riziko, najmä pre vyššie budovy (nad 8 poschodí), kde sa MV často používa.

• Tlakové napätie pri 10 % stlačení CS (10): Táto hodnota udáva, aká je odolnosť materiálu voči tlaku vetra na fasádu. Čím vyššia je hodnota, tým je materiál odolnejší. Hodnota je dôležitá aj pre správne fungovanie kotviaceho prvku (doskové hmoždinky). Bez dostatočnej tuhosti materiálu by kolíky nefungovali správne. Zníženie objemovej hmotnosti tepelnoizolačných dosiek znižuje ich tuhosť a tým aj ich tlakové namáhanie.  ???? na diskusiu.
• Pevnosť v šmyku SS: Táto vlastnosť udáva, aká je odolnosť materiálu voči silám pôsobiacim v základnej vrstve ETICS (tieto sily pozostávajú z 10 % napätia z vlastnej hmotnosti systému a 90 % napätia z hydrotermálnych síl v základnej vrstve).

Čím je materiál ťažší, tým vyššia by mala byť jeho pevnosť v šmyku, čo však nie je prípad MV, ktorý je ťažší ako EPS, ale má nižšiu pevnosť v šmyku.

• Modul šmyku G: Opisuje pomer medzi šmykovým napätím a deformáciou, ktorú spôsobuje. Čím vyššie je toto číslo, tým väčšia je odolnosť materiálu voči väčším deformáciám a tým aj voči prasklinám, cez ktoré môže následne do systému vniknúť voda, čo je z hľadiska funkčnosti a životnosti izolačného systému nežiaduce.
• Objemová hmotnosť: Tento parameter udáva, aká je hmotnosť tepelnoizolačnej dosky a koľko materiálu obsahuje. Typická doska EPS 70 má objemovú hmotnosť približne 14 kg/m3, zatiaľ čo typická doska MV TR10 mala v roku 2010 objemovú hmotnosť 110 kg/m3, v roku 2016 100 kg/m3 a v roku 2023 80 kg/m3. Znížením hustoty tepelnoizolačných dosiek sa znižujú ich mechanické vlastnosti. Existuje súvislosť medzi hustotou tepelnoizolačných materiálov EPS a MV a mechanickými vlastnosťami, ako je tlakové napätie, pevnosť v šmyku a modul pružnosti v šmyku. To umožňuje  spoločnosti  rýchlo overiť na  mieste, či dodaná kvalita spĺňa požadované parametre.

Vplyv starnutia na mechanické vlastnosti

Niektoré materiály môžu v priebehu času stratiť svoje mechanické vlastnosti v dôsledku poveternostných podmienok (kolísanie teploty a vlhkosti).

Prečo tvrdíme, že MV stráca časom svoju pevnosť?

Tabuľky porovnávajúce pevnosť v ťahu oboch izolačných materiálov ukazujú, že pevnosť v ťahu EPS je 100–150 kPa, zatiaľ čo pre MV s pozdĺžnou orientáciou vlákien sa táto hodnota pohybuje medzi 10 a 15 kPa. Je všeobecne známe, že mechanické vlastnosti EPS sú mnohonásobne vyššie ako vlastnosti MV. Merania vykonané v roku 2017 na segmentoch ETICS s EPS a MV potvrdili, že keď je MV vystavený opakovanému navlhčeniu a zmrazeniu (tzv. hydrotermálne cykly), stráca svoje mechanické vlastnosti (pevnosť kolmo na rovinu dosky, pevnosť v šmyku a modul pružnosti v šmyku), ktoré majú významný vplyv na funkčnosť a životnosť tepelnoizolačného systému. Naopak, vzorka ETICS s EPS nevykazuje žiadne zníženie mechanických vlastností.

Vplyv starnutia na mechanické vlastnosti

Proces umelého starnutia – hydrotermálne cykly

V súvislosti s určeným použitím dosiek v ETICS a ich tepelným a vlhkostným zaťažením v konštrukcii bol zvolený proces hydrotermálneho starnutia segmentov ETICS s dvoma najčastejšie používanými izolačnými materiálmi. Umelé starnutie pozostáva zo striedavého zvlhčovania pri zvýšených teplotách a zmrazovania skúšobných vzoriek. Jeden cyklus trval 1 týždeň a celkovo bolo vykonaných 15 cyklov. Následne boli vykonané skúšky mechanických vlastností na vzorkách pred starnutím (referenčné), na vzorkách po 15 hydrotermálnych cykloch a následnom vysušení (15 HT suché) a na vzorkách po 15 hydrotermálnych cykloch bez následného vysušenia (15 HT mokré).

Zdroj: Vplyv hydrotermálnych cyklov na mechanické vlastnosti fragmentov dosiek EPS a MV s aplikovanou výstužnou vrstvou ETICS; VUPS, 2017

Bezpečnosť a ochrana zdravia pri práci

Emisie prachu z MV sú 36-krát vyššie ako z EPS pri rozbaľovaní produktu, 23,9-krát vyššie pri vŕtaní do materiálu a 17-krát vyššie pri montáži na stenu. Na rozdiel od EPS je pri manipulácii s bavlnou potrebné ochranné vybavenie – okuliare, rukavice, respirátor – pozri bezpečnostné pokyny

Prach a potreba ochranných prostriedkov

V roku 2022 poľský Inštitút stavebnej techniky vykonal merania prachu počas implementácie ETICS.

Cieľom výskumu bolo analyzovať emisie prachu z reprezentatívnych izolačných výrobkov dostupných na trhu počas ich inštalácie na steny. Testy sa vykonali pomocou laserového a optického počítača častíc.

Na základe získaných výsledkov možno vyvodiť praktický záver, že najmä pri lepení a brúsení povrchu dosiek z minerálnej vlny je potrebné chrániť horné dýchacie cesty prachovými maskami a oči ochrannými okuliarmi.

Zistilo sa, že emisie prachu z minerálnej vlny (priemer za všetky frakcie) počas inštalácie sú vyššie ako emisie z polystyrénu: 36-krát vyššie pri rozbaľovaní samotného produktu; 4,3-krát vyššie počas nanášania lepidla; 1,7-krát vyššie počas rezania výrobku; 23,9-krát vyššie počas vŕtania a kotvenia; a 19,3-krát vyššie počas stierkovania. Pri zohľadnení celého procesu vykazuje analyzovaný prípad viac ako 17-krát vyššie emisie prachu počas inštalácie vlny ako polystyrénu.

Nové grafy nájdete v prílohe

Zdroj: Štúdia – Emisie prachu počas inštalácie vybraných tepelnoizolačných výrobkov – laboratórny test, ITB, 2022

Požiarna bezpečnosť

Z hľadiska požiarnej bezpečnosti je potrebné posudzovať celé konštrukcie, a nie jednotlivé komponenty. Výrobcovia EPS venujú veľkú pozornosť požiarnej bezpečnosti konštrukcií s EPS. Séria stredne veľkých a veľkých požiarnych testov preukázala požiaru odolnosť konštrukcií s EPS.

Stavebné materiály sa posudzujú z hľadiska požiarnej bezpečnosti pomocou takzvanej triedy reakcie na oheň. Bežne používaný stavebný polystyrén obsahujúci retardér horenia ( ) má triedu reakcie na oheň E, zatiaľ čo MV má triedu reakcie na oheň A1 alebo A2. EPS sa v stavebníctve používa výlučne ako súčasť krycej vrstvy. Napríklad vonkajší kompozitný systém tepelnej izolácie (ETICS) s EPS má triedu reakcie na oheň B a strešná krytina s EPS spĺňa požiadavky Broof(T3) alebo Broof(T4).

Toxicita produktov spaľovania – konvenčný index toxicity (CIT_G )

V roku 2022 Technický ústav požiarnej ochrany v Prahe meral toxický výťažok plynných produktov spaľovania alebo tepelného rozkladu rôznych tepelnoizolačných materiálov používaných na izoláciu obvodových stien.

Hoci metóda používaná na stanovenie toxicity je primárne určená na testovanie materiálov a komponentov v železničnej doprave, dá sa úspešne použiť aj na stanovenie toxicity izolácie fasád, najmä pokiaľ ide o identifikáciu uvoľňovaných toxických látok a ich koncentrácií. Konvenčný index toxicity CIT_Gmožno považovať za mieru toxicity, ktorá sa týka predovšetkým požiarnych podmienok železničných vozidiel. Limitná hodnota, ktorú CIT_Gnesmie prekročiť vo vnútorných priestoroch železničných vozidiel, je 0,9.

V rámci projektu boli odobraté vzorky bieleho a sivého (PS1, PS2, PS4, PS5) extrudovaného polystyrénu XPS (PS3), minerálnej vlny (MV1, MV2, MV3, MV4), drevoviny (DV1, DV2, DV3), polyuretánových izolačných dosiek (PUR), striekanej polyuretánovej izolácie (PUR-S) a fenolovej peny (FP).

Výsledné hodnoty tohto indexu pre všetky testované materiály sú veľmi nízke, hlboko pod limitnou hodnotou 0,9.

Všetky testované fasádne izolačné materiály používané na izoláciu vonkajších stien budov spĺňali prísne požiadavky na toxicitu stanovené v predpisoch pre testovanie v železničnej doprave.

Toxicita produktov spaľovania – konvenčný index toxicity (CITG) 1

Toxicita produktov spaľovania – konvenčný index toxicity (CITG) 2

Zdroj: Stanovenie toxického výťažku plynných produktov spaľovania z tepelnej degradácie fasádnych izolačných materiálov, TÚPO, 2022

Nakladanie s odpadom

Odpad z tepelnej izolácie z minerálnych vlákien MV:

Čisté zvyšky minerálnej vlny z budov obsahujúce fenol-formaldehydovú živicu ako spojivo sa v súčasnosti odvážajú na skládky. Technicky by pravdepodobne bolo možné recyklovať ich na nové výrobky, ale v praxi sa tak nedeje.

Odpad z minerálnej izolácie z demolácie alebo dekonštrukcie obsahujúci fenol-formaldehydovú živicu ako spojivo sa odváža na skládky. V našej krajine nie je k dispozícii žiadna technológia recyklácie tohto typu odpadu.

Odpad z izolácie z expandovaného polystyrénu EPS:

Metodické usmernenie odboru odpadového hospodárstva Ministerstva životného prostredia z augusta 2018 je záväzné pre nakladanie s odpadom zo stavebných a demolačných prác a jeho likvidáciu. Stavebný odpad sa klasifikuje podľa nariadenia Ministerstva životného prostredia a Ministerstva práce a sociálnych vecí o katalógu odpadov a posudzovaní vlastností odpadov z 5. januára 2021. Podľa tohto nariadenia sa stavebný odpad z expandovaného polystyrénu obsahujúci retardéry horenia klasifikuje takto:

17 06 04 01 Izolačné materiály na báze polystyrénu obsahujúce POP, ktoré vyžadujú špecifické zaobchádzanie v súlade s nariadením o POP. Do tejto skupiny patrí stavebný odpad z polystyrénovej peny obsahujúci retardéry horenia na báze HBCDD, ktorý sa používal v stavebníctve v rokoch 1988 až 2015. Tento typ odpadu sa musí odniesť do spaľovne a použiť na energetické zhodnocovanie.

17 06 04 02 Izolačné materiály na báze polystyrénu vyrobené pred rokom 1988 alebo po roku 2015. Tento typ odpadu sa v našej krajine bežne zbiera, triedi a recykluje na nové výrobky.

Podrobné pokyny sú uvedené na stránke Oznámenie odboru odpadového hospodárstva Ministerstva životného prostredia ČR o nakladaní s odpadovým stavebnými polystyrénom z 20. júla 2017 .

Oběhové hospodárstvo a recyklácia

EPS:

•  je jediný plast v Českej republike, ktorý prešiel kompletnou analýzou tokov odpadových materiálov
• jeho 100 % recyklovateľnosť bola overená v praxi
• pridávanie recyklovaného materiálu do výrobkov je schválené Ministerstvom priemyslu a obchodu a nemá žiadny negatívny vplyv na kvalitu výrobkov
• Výrobcovia a spracovatelia EPS plnia dobrovoľný záväzok dosiahnuť určitú úroveň recyklácie
• V Českej republike existuje aktívny trh s recyklátmi EPS a tento systém funguje bez akýchkoľvek dotácií.
• Každá recyklačná spoločnosť v Českej republike je schopná spracovať EPS od akéhokoľvek výrobcu.
• Viac informácií nájdete na stránke www.recyklujemepolystyren.cz

Priepustnosť vodnej pary cez obvodové steny vs. dýchajúce obvodové konštrukcie

Niektorí výrobcovia tepelnoizolačných materiálov sa snažia presvedčiť verejnosť, že domy dýchajú, čo je z technického hľadiska nezmysel. Pre zdravé vnútorné prostredie je dôležité zabezpečiť pravidelnú a dostatočnú výmenu vzduchu. To sa dosahuje oknami a technológiami, ako je vetranie pomocou klimatizácie, najlepšie s rekuperáciou tepla, alebo napríklad odsávačmi pár v kuchyniach. Autori vyššie uvedeného tvrdenia majú na mysli zabránenie kondenzácii vlhkosti v konštrukcii, ktorá v zimných mesiacoch uniká z miestnosti cez obvodovú konštrukciu. Poľský inštitút stavebného výskumu (ITB) sa touto témou zaoberal a zistil, že pri priemernom ventilačnom výkone sa cez vonkajšie steny difúzne šíri najviac 1 % celkovej vodnej pary odstránenej z obytných priestorov. Vplyv typu tepelnej izolácie na množstvo vodnej pary prechádzajúcej stenami je preto zanedbateľný. Rozdiel v prúdení vodnej pary difundujúcej cez neizolované steny a steny izolované expandovaným polystyrénom je až 4 g/h. Vzhľadom na prúdenie vodnej pary odstránenej z priemerného bytu vetraním (približne 300 g/h) je toto množstvo úplne zanedbateľné. Zmena vonkajšej teploty vzduchu má ešte menší vplyv. Moderné drevené budovy a pasívne budovy sú tiež vybavené vzduchotesnou vrstvou, ktorá zabraňuje úniku tepla z budovy cez obvodové konštrukcie. Vzduchotesnosť sa overuje pomocou testu vzduchotesnosti.

Obr. Prenikanie vodnej pary cez obvodové steny v závislosti od typu tepelnej izolácie a rýchlosti výmeny vzduchu v budove prostredníctvom vetrania.

Zdroj: Andrej Bobociński, MSc, Ústav stavebnej techniky, a  Jerzy A. Pogorzelski, prof. Dr. Ing., Ústav stavebnej techniky, 2000

Zdroj: Porovnání vlastností pěnového polystyrenu (EPS) a minerálně vláknitých izolací (MW)