Lämmöneriste

Lämmöneriste tai lämpöeriste on ainekerros, jota käytetään estämään lämmönsiirtymistä silloin, kun halutaan säilyttää jokin kappale ympäristöstään 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 lämpöä johtavat eristeet, joilla pyritään estämään lämmönjohtumista kappaleesta toiseen.
 huonosti lämpöä johtavat 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, sitä parempi eristyskyky.

Lämmöneristemateriaalit

Ilmakerrokseen perustuvat lämmöneristeet 
Useimmat lämmöneristeet perustuvat paikallaan pysyvään ilmakerrokseen, joka vähentää johtumista ja konvektiota, 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 sopivuus 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 hirsiseinärakenteessa.

Lämmöneristeet avaruustoiminnassa 

Avaruusalusten lämmöneristäminen on hyvin keskeistä niiden toiminnan takaamiseksi. Mahdollisimman pieni massa ja toisaalta tilavuus on tärkeää myös lämmöneristeissä, sillä aineen vienti avaruuteen on äärimmäisen kallista. Avaruudessa ei ole Auringon säteilyltä suojaavaa ilmakehää, 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 

Rakennustekniikassa käytettyjä lämmöneristeitä ovat muun muassa mineraalivillat (lasivilla ja vuorivilla), puukuitueristeet (selluvilla), 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 λ:n arvoineen järjestyksessä:
 Sahanpuru 0,12 W/(Km)
 Ehta-täyspuueriste 0,0429 W/(Km)
 Valkoinen EPS (styrox, Thermisol) 0,036-0,039 W/(Km)
 Mineraalivilla (Paroc) 0,032-0,041 W/(Km)
 Lasivilla (Isover) 0,031-0,041 W/(Km) 
 XPS-polystyreenieriste (Finnfoam) 0,031-0,037 W/(Km)
 Harmaa EPS Grafiitti -polystyreenieriste (Finnfoam FF-EPS, Thermisol) 0,031 W/(Km)
 PIR-polyuretaanieriste (Finnfoam FF-PIR, SPU, Bauder) 0,022-0,023 W/(Km)
 Fenoli (Kingspan) 0,020-0,022 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.

Lähteet

Aiheesta muualla 

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

Termodynamiikka
Rakennuseristeet