Lämmöneriste

Polyuretaanilla lämpöeristetty polyeteenistä valmistettu putkielementti

Lämmöneriste on ainekerros, jota käytetään estämään lämmönsiirtymistä silloin kun halutaan säilyttää jokin kappale ympäristöstä poikkeavassa lämpötilassa.

Lämpö siirtyy aineesta toiseen johtumalla, konvektiolla ja/tai lämpösäteilemällä. Lämmöneristeiden päätyypit ovat siten lämmönsiirtymistapojen mukaan:

• heijastavat eristeet, joilla pyritään estämään säteilyn absorboitumista eli säteilyn lämmön siirtymistä kappaleeseen.
• huonosti lämpöäjohtavat eristeet, joilla pyritään estämään lämmönjohtumista kappaleesta toiseen.
• huonosti lämpöäjohtavat eristeet tai tyhjiö, joilla pyritään estämään lämmön konvektiivista siirtymistä estämällä välittävän aineen – esimerkiksi ilman – liikkumista kappaleen ympärillä.

Usein lämmöneristerakenne on näiden päätyyppien yhdistelmä. Esimerkiksi termospullossa on ulkopuolella heijastava pinta, sekä pullon sisä- ja ulkokuoren välissä tyhjiö.

Eristeen lämmöneristyskyky

Lämmöneristeen eristyskykyä kuvaa sen lämmönläpäisykerroin. Mitä pienempi arvo, sen parempi eristyskyky.

Lämmöneristemateriaalit

Ilmakerrokseen perustuvat lämmöneristeet

Useimmat lämmöneristeet perustuvat paikallaan pysyvään ilmakerrokseen, joka vähentää johtumista ja kovektiota, muttei säteilyä. Tavallisimmat tyypit ovat rakenteeltaan kuitumaiset (esimerkiksi untuva ja erilaiset villat), huokoiset (esimerkiksi korkki tai styroksi) ja rakeiset (esimerkiksi sintratut) eristemateriaalit.

Ilmaeristeiden eristekyky riippuu seuraavista asioista:

• ilmanvirtauksen estäminen eristeessä ja rakenteessa: riittävän suurissa ilmataskuissa syntyy sisäistä konvektiota eli virtausta
• eristeen kiinteän aineen määrä suhteessa ilmamäärään: runsas kiinteän aineen määrä synnyttää eristeen sisäisiä lämpösiltoja
• valitun eristeen ominaisuuksien kestoikä
• valitun eristeen sopivuus rakenteeseen ja rakenteen käyttötarkoitukseen
• valitun eristeen sopivuu asennustapaan: eristeen mekaaniset ominaisuudet kuten pehmeys, kovuus ja kimmoisuus

Kiinteät lämmöneristeet

Mikä tahansa huonosti lämpöä johtava materiaali voi toimia lämmöneristeenä. Tyypillisiä kiinteiden lämmöneristeiden materiaaleja ovat keraamit ja tiilet vaikkapa tulisijoissa, tai hirsi seinärakenteessa.

Lämmöneristeet avaruustoiminnassa

Avaruusluotain Huygensin lämpöeristystä

Avaruusalusten lämmöneristäminen on hyvin keskeistä niiden toiminna takaamiseksi. Mahdollisimman pieni massa ja toisaalta tilavuus on tärkeää myös lämmöneristeissä, sillä aineen vienti avaruuteen on äärimmäisen kallista. Avaruudessa ei ole Auringon säteilyltä suojaavaa ilmäkehää, joten säteily pääsee lämmittämään laitteita täydellä intensiteetillä, joka on Maan keskimääräisellä etäisyydellä Auringosta nk. aurinkovakion eli I₀ = 1,37 ± 0,02 kW/m² suuruinen. Tavallisesti käytetään niin kutsuttuja monikerroslämmöneristeitä, jotka koostuvat useista ohuista ainekerroksista. Eristämiseen voidaan käyttää myös lämpöä eristävää maalia pintakäsittelynä.

Lämpöeristyksen toiminta on tärkeää esimerkiksi avaruussukkuloiden Maahan paluussa. Laukaisussa ja Maahan paluussa avaruusalukset joutuvat suureen mekaaniseen rasitukseen. Avaruussukkula Columbian tuhoutuminen 1. helmikuuta 2003, johtui lämpöeristyksen pettämisestä ilmakehään paluun aikana. Tämä taas johtui lämpöeristyksen vaurioitumisesta sukkulan laukaisussa.

Lämmöneristeet rakentamisessa

Asuintalon käytävän lämpöeristystä Mississauga'ssa, Ontario'ssa, Kanadassa.

Pääartikkeli: Rakennuseriste

Rakennustekniikassa käytettyjä lämmöneristeitä ovat muun muassa mineraalivillat (lasivilla ja vuorivilla), puukuitueristeet (selluloosa), pellavakuitueriste, sahanpuru, puukuitulevyt, EPS- ja XPS-levyt (polystyreeni) ja PU -ja PIR polyuretaani sekä fenolieristeet. Myös puuvillavanua ja puuhakelevyä on käytetty eristeenä.

Uudempi tulokas aerogeeli on eristyskyvyltään ylivoimainen, mutta toistaiseksi varsin kallis materiaali. Ruotsalainen yritys on keksinyt tavan parantaa sen valmistuksen kustannustehokkuutta, pudottaen valmistuskustannuksia 90 %. Eriste on 2–3 kertaa tehokkaampi eriste kuin solumuovi tai lasivilla.

Lämmönjohtavuus (toisinaan myös lämmönjohtavuuskyky, tunnus λ) kuvaa, miten hyvin jokin materiaali johtaa lämpöä. Edellämainittujen rakennuseristeiden lämmönjohtavuus (lambda declared) järjetyksessä:

Sahanpuru 0,12 W/(Km) XPS (Finnfoam) 0,037 W/(Km) EPS (Styrox) 0,037 W/(Km) Mineraalivilla (Paroc) 0,036 W/(Km) Lasivilla (Isover) 0,035 W/(Km) EPS/Grafiitti (Thermisol) 0,031 W/(Km) PIR (SPU) 0,023 W/(Km) PIR (BauderPIR) 0,022 W/(Km) Fenoli (kingspan) 0,020 W/(Km) Tyhjiöeristeet 0,007 W/(Km)

Valmis rakenne voi itsessäänkin toimia riittävänä eristeenä, esimerkiksi erilaisissa tiilirakenteissa. Tällöin yleensä eristyskyky perustuu rakenteen sisältämään liikkumattomaan ilmaan.

Eristeen valinnassa tulisi kiinnittää huomio koko rakenteen toimivuuteen halutussa ympäristössä. Eristeellä ja rakenteella voi olla myös toiminnallisia vaatimuksia esimerkiksi palonkeston suhteen. Lämmöneristeitä käytetään erittäin vaihtelevissa ympäristöissä ja kohteissa; esimerkiksi lähes tuhatasteisen voimalaitoskattilan tulipesän eristys eroaa huomattavasti maahan upotettavien vesiputkien routaeristyksestä.

Teknisten seikkojen lisäksi oikean eristetyypin valinta on resurssikysymys, johon vaikuttavat esimerkiksi hinta, saatavuus, sekä käytettävissä oleva rakennustekniikka ja -tavat. Joissakin tilanteissa jopa eristekerroksen vahvuus saattaa olla määräävä tekijä – esimerkiksi metallin valussa käytettävissä kuupissa, tai rakennuksissa, joissa eriste voi rajoittaa hyötykäyttöön saatavaa tilaa.

Lämmöneristeissä lämmön johtuminen on yleensä lähes lineaarinen ilmiö, joten karkeana sääntönä eristekerroksen kaksinkertaistaminen kaksinkertaistaa myös eristyskyvyn. Valmiissa rakenteessa tapahtuu lämpöhävikkiä muun johtumisen, konvektion ja säteilylämmönsiirron myötä ja nämä muuttavat hieman lineaarisuutta, mutta niden vaikutus oikein suunnitelluilla rakenteilla on vähäinen. Eri rakennekerrosten lämmönjohtavuuksien ja muiden ominaisuuksien perusteella rakenteella voidaan laskea U-arvo, joka kuvaa koko rakenteen eristyskykyä.

Aiheesta muualla

• Industrial Insulation Basics (englanniksi)
• New and alternative insulation materials (englanniksi)
• The Differences Between Radiant Barrier & Reflective Foil Insulation (englanniksi)
• Thermocouples placed in-situ into a wall, with insulation monitored in real-time (englanniksi)

Rakentaminen ja kestävä kehitys

Yhdyskuntasuunnittelu	ympäristövaikutusten arviointi ekokylä yhteisökylä
Suunnitteluperiaatteet	ekorakentaminen aurinkoarkkitehtuuri matalaenergiatalo passiivitalo nollaenergiatalo plusenergiatalo
Lämmitys	aurinkolämmitys kaukolämpö lämpöpumppu maalämpö puupelletti takka
Talotekniikka	ilmanvaihtokone aurinkokenno energiansäästölamppu
Rakennustekniikka	rakennuksen vaippa lämmöneriste ilmansulku ikkuna
Perinnerakentaminen	hirsirakentaminen olkipaalirakentaminen savirakentaminen turpasmökki terva keittomaali
Organisaatiot	ympäristöhallinto Ympäristöministeriö Ympäristökeskus Motiva