Lämmöneriste
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:
Usein lämmöneristerakenne on näiden päätyyppien yhdistelmä. Esimerkiksi termospullossa on ulkopuolella heijastava pinta, sekä pullon sisä- ja ulkokuoren välissä tyhjiö.
Lämmöneristeen eristyskykyä kuvaa sen "lämmönläpäisykerroin". Mitä pienempi arvo, sen parempi eristyskyky.
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:
Mikä tahansa huonosti lämpöä johtava materiaali voi toimia lämmöneristeenä. Tyypillisiä kiinteiden lämmöneristeiden materiaaleja ovat keraamit ja tiilet vaikkapa tulisijoissa, tai hirsi seinärakenteessa.
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 I = 1,37 ± 0,02 kW/m 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.
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.
Edellä mainittujen rakennuseristeiden lämmönjohtavuus (lambda declared) järjetyksessä: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.