Целлюлозный утеплитель — это растительное волокно, используемое в стенах и крышах для изоляции, защиты от сквозняков и снижения шума. Изоляция зданий в целом представляет собой материал с низкой теплопроводностью , используемый для уменьшения потерь и притока тепла в здании, а также для уменьшения передачи шума.
Слово целлюлоза происходит от французского слова cellule, обозначающего живую клетку, и глюкозы , которая представляет собой сахар.
Главный дом плантации американского президента Томаса Джефферсона в Монтичелло был изолирован целлюлозой в 1772 году. [1] Целлюлоза более широко использовалась в качестве изоляционного материала в Скандинавии с 1920-х годов. [2] Использовались многие виды целлюлозных материалов, включая газеты, картон, хлопок, солому, опилки, коноплю и кукурузные початки. Современная целлюлозная изоляция, изготавливаемая из переработанной газеты с использованием шлифовальных и пылеулавливающих машин с добавлением антипирена, появилась в 1950-х годах и стала широко использоваться в Соединенных Штатах в 1970-х годах.
Спрос на изоляцию увеличился после нефтяного эмбарго 1973–74 годов, которое привело к резкому росту затрат на электроэнергию для отопления в Соединенных Штатах, что вызвало интерес к энергосбережению. Изоляция привлекла значительное внимание страны в США как дешевая и доступная технология повышения энергоэффективности домов . В 1977 году, после особенно суровой зимы, домовладельцам в США, установившим изоляцию, была предоставлена налоговая льгота.
Если в 1976 году в США существовало около 100 фирм по производству целлюлозной изоляции со 125 заводами, то к 1978 году насчитывалось уже более 350 фирм с более чем 500 заводами 1 . Целлюлозный утеплитель производился на месте мелкими производителями, которые закупали готовые к работе машины и предлагали дешевый и простой, низкотехнологичный процесс производства. Помимо некоторых ограничений, вызванных нехваткой борной кислоты для использования в качестве антипирена, целлюлоза завоевала возросшую долю рынка благодаря более низким затратам и ее пригодности для модернизации. Между тем, производители стекловолокна и минеральной ваты столкнулись с трудностями в удовлетворении спроса на изоляцию со стороны своих клиентов.
Из-за жалоб розничных продавцов, подрядчиков и потребителей на проблемы с ценами, безопасностью и контролем качества, федеральное правительство США начало вводить стандарты изоляции, начиная с 1978 года. Высказывались серьезные опасения, что рост производства целлюлозы приводит к неправильной или недостаточной обработке изоляции от угроза пожара, хотя достоверной национальной статистики не было. Это привело к принятию новых правил Федеральной комиссией по безопасности потребительских товаров (CPSC); 16 CFR, часть 1209, устанавливает стандарты безопасности, охватывающие только четыре свойства продукта только для целлюлозной изоляции: плотность осаждения, коррозионная активность, критический лучистый поток и тлеющее горение. Еще одним принятым постановлением стало « Правило R-ценности », устанавливающее четкие ограничения на заявления, которые производственные и маркетинговые фирмы могут делать в отношении своей продукции.
Затраты, понесенные на увеличение количества испытаний на огнестойкость, требуемых CPSC, сделали целлюлозу более дорогой, а плохая реклама помогла снизить спрос. Мелкие производители целлюлозной изоляции либо не смогли выполнить требования испытаний и вышли из бизнеса, либо объединились с другими мелкими производителями. В 1985 году CPSC после дальнейших исследований попросил Конгресс отменить стандарт воспламеняемости. К 1991 году в США остался всего 61 производитель целлюлозы. [3]
Тем временем отрасль стекловолокна получила выгоду от большинства постановлений, принятых федеральным правительством. Активное лоббирование со стороны более централизованных производителей стекловолокна и минеральной изоляции помогло принять жесткие стандарты пожарной безопасности для целлюлозной изоляции. Эти стандарты были подкреплены техническими бюллетенями, опубликованными Ассоциацией производителей минеральной изоляции (в настоящее время известной как Североамериканская ассоциация производителей изоляции), в которых продвигались заявления о пожароопасности целлюлозной изоляции. Эти утверждения не были проверены независимо, практически не подвергались научной проверке или были намеренно вводящими в заблуждение и не соответствовали действительности. [ нужна цитата ]
В настоящее время использование целлюлозной изоляции снова возросло в Соединенных Штатах. Частично причина такого роста может быть связана с исследованиями, которые предполагают, что целлюлоза может защитить здание от пожара лучше, чем стекловолокно, поскольку целлюлоза более плотная и ограничивает поступление кислорода, необходимого для горения элементов конструкции. Несколько исследований Национального исследовательского совета Канады [4] подтвердили эти утверждения. Другой важной причиной возвращения целлюлозы может быть возросший интерес к «зеленому» строительству . Целлюлоза имеет самое высокое содержание вторичной переработки среди всех изоляционных материалов, а также имеет меньшую энергетическую ценность, чем стекловолокно и другие минеральные изоляционные материалы, производимые в печи.
Целлюлозную изоляцию часто изготавливают путем дробления газетных отходов . Газеты обрабатывают химическими веществами, такими как борная кислота , чтобы замедлить распространение огня и сделать бумажное волокно менее привлекательным для вредителей.
Под различными торговыми марками были разработаны четыре основных типа сыпучих целлюлозных продуктов. Их обычно характеризуют как сухую целлюлозу, целлюлозу, наносимую распылением, стабилизированную целлюлозу и целлюлозу с низким содержанием пыли. Эти типы используются в разных частях здания и по разным причинам.
Сухая целлюлоза используется при модернизации старых домов путем вдувания целлюлозы в отверстия, просверленные в верхней части стен. [5] Ее также можно вдуть в новую конструкцию стены, используя временные фиксаторы или сетку, которая фиксируется на месте, а затем удаляется, как только целлюлоза достигнет соответствующей плотности. Эта форма заявки со временем выплачивает от 13% до 20%. [6] В результате этой осадки в стене могут остаться зазоры, поскольку изоляция уплотняется вертикально, или может остаться пространство между полом и изоляцией под ним. [5] Для уменьшения оседания и дальнейшего минимизации воздушных зазоров можно использовать вариант с плотной упаковкой. Плотная упаковка оказывает давление на полость, поэтому ее должен выполнять опытный установщик.
Незаполненная засыпка стен — это устаревший метод использования целлюлозы в полостях стен. Индустрия домашних работ и ее органы по аккредитации поддерживают строгий стандарт изоляции полостей стен, который не является общепринятым. Этот метод останавливает эффект накопления и конвективные петли в полостях стен.
Целлюлоза, наносимая распылением, используется для нанесения целлюлозы на новую конструкцию стен. Различия заключаются в добавлении воды к целлюлозе во время распыления, а также в добавлении какого-либо антивлагозащитного средства, такого как хлор [ нужна ссылка ] , для предотвращения образования плесени. В некоторых случаях изоляция может также смешиваться с очень небольшим процентом клея или активировать сухой клей, присутствующий в целлюлозе. Влажное распыление позволяет наносить материал без необходимости использования временного фиксатора. Кроме того, мокрое напыление обеспечивает еще лучшую герметизацию изолируемой полости от проникновения воздуха и устраняет проблемы с осаждением. Установка методом мокрого распыления требует, чтобы стена высыхала в течение как минимум 24 часов (или до достижения максимальной влажности 25%) перед нанесением покрытия. [7]
Стабилизированная целлюлоза чаще всего используется для изоляции чердаков и крыш. Его наносят с очень небольшим количеством воды для активации какого-либо клея. Это уменьшает осаждение и уменьшает количество необходимой целлюлозы. Это может оказаться полезным для снижения общего веса изделия на гипсокартоне потолка и предотвращения возможного провисания. Это приложение идеально подходит для наклонных крыш и одобрено для уклонов 5:12 (41,66%). [7]
Последний основной тип целлюлозной изоляции, представленный на рынке, — это разновидность с низким содержанием пыли. При нанесении большинства типов сухой изоляции образуется неприятный уровень пыли, что приводит к необходимости использования простых пылезащитных масок во время установки. В этот вид целлюлозы добавлен небольшой процент масла или аналогичного пылеуловителя. Это также может быть применимо в домах, где люди чувствительны к газетной или бумажной пыли (хотя после установки новая пыль не образуется).
Тепловые характеристики сыпучей наполненной целлюлозы выгодно отличаются от других видов недорогого утеплителя, но ниже, чем у пенополиуретанов и пенополиизоциануратов. Теплопроводность рыхлой целлюлозы составляет примерно 40 мВт/м·К ( значение R : метрический R2,6 на 100 мм; британский R3,8 на дюйм), что примерно равно или немного лучше, чем у стекловаты или каменной ваты. шерсть. Это не отражает всей картины тепловых характеристик. Другими важными аспектами являются то, насколько хорошо оболочка здания изолирована [ необходимы разъяснения ] от проникновения воздуха, конвективных воздушных потоков и тепловых мостов.
Целлюлоза очень хорошо подходит для облицовки предметов в стенах, таких как трубы и проводка, оставляя мало воздушных карманов, которые могут снизить общую эффективность стены. Плотная целлюлоза может изолировать стены от проникновения воздуха, обеспечивая при этом плотность, ограничивающую конвекцию, при правильной установке. Школа архитектуры и планирования Университета Колорадо провела исследование, в котором сравнили две, казалось бы, идентичные испытательные конструкции: одну с изоляцией из целлюлозы, а другую со стекловолокном. Целлюлозная изоляция со временем потеряла на 26,4% меньше тепловой энергии по сравнению с изоляцией из стекловолокна. Также было показано, что это ужесточило структуру более чем на 30%. [8] Последующие исследования в реальном мире показали, что целлюлоза на 20–30% лучше снижает энергию, используемую для отопления, чем стекловолокно.
По сравнению с изоляцией из пенополиуретана с закрытыми порами (R = от 5,5 до 6,5 на дюйм), целлюлоза имеет более низкое значение R на дюйм, но она намного дешевле; пена имеет более высокую стоимость на эквивалент R-значения. [ нужна цитата ]
Годовая экономия от изоляции сильно варьируется и зависит от нескольких факторов, включая толщину изоляции, первоначальные характеристики стен, местный климат, использование отопления/охлаждения, герметичность других элементов здания и т. д.
Один установщик утверждает, что целлюлозная изоляция «может сэкономить домовладельцам от 20 до 50 процентов на счетах за коммунальные услуги». [9]
Изоляция уменьшает распространение звука через стены и между уровнями пола. Целлюлоза обеспечивает массу и амортизацию. Это снижает шум двумя способами: уменьшает боковую вибрацию гипсокартона и ослабляет прохождение звука по полостям. Целлюлоза примерно в три раза плотнее стекловолокна, что обеспечивает небольшое улучшение звукоизоляции.
Бораты в целлюлозной изоляции обеспечивают дополнительную защиту от плесени. Установки показали, что даже несколько месяцев насыщения водой и неправильный монтаж не привели к образованию плесени. [10]
Распространенным заблуждением является то, что простое присутствие сырых боратов в целлюлозной изоляции придает продукту свойства борьбы с вредителями. Хотя борная кислота сама по себе убивает насекомых, ухаживающих за собой, при попадании в организм ее необходимо подавать насекомому как в достаточной концентрации, так и в проглатываемой форме, чтобы добиться гибели насекомых. Необходимо провести надлежащее тестирование продуктов, содержащих бораты, чтобы определить, достаточна ли дозировка и внешний вид для уничтожения насекомых. После проведения испытаний требуется регистрация в Агентстве по охране окружающей среды в качестве пестицида, прежде чем продукт можно будет рекламировать в США как обладающий пестицидным действием.
Обработка боратом также придает целлюлозе высший класс пожарной безопасности (класс I). [ нужна цитата ] Многие целлюлозные компании используют смесь сульфата аммония и бората. [ нужна цитата ]
Строительные нормы и правила большинства американских городов требуют наличия пароизоляции или замедлителя на внутренней стороне внешней стены, чтобы предотвратить конденсацию влаги из теплого интерьера внутри стены и возникновение плесени или гнили. Однако многие должностные лица, ответственные за строительство, откажутся от этого требования, если будет предоставлена веская причина. В марте 2008 года город Портленд, штат Орегон , отказался от требований по пароизоляции или замедлителю при использовании целлюлозной изоляции. [11] В апелляции цитировались отраслевые рекомендации о том, что сочетание наружного пароизоляционного материала (как того требует кодекс) и внутреннего может задерживать влагу в стене, что приведет к повреждению.
Недавние исследования показали, что даже при наличии парозамедлителя избыточная влага может попасть в стену из-за движения воздуха вокруг неправильно герметизированных отверстий, таких как электрические розетки и банки для освещения. [12] Группа производителей целлюлозы утверждает, что, полностью заполняя полость стены, целлюлоза ограничивает поток теплого влажного воздуха в полость стены и, таким образом, ограничивает количество накопленной влаги до количества, с которым целлюлоза может справиться без вреда. Кроме того, целлюлоза распределяет влагу по всей полости, предотвращая скопление влаги в одной области и помогая быстрее высушить влагу. [13] [14]
Значение R от 3,6 до 3,8 на дюйм [ нужна ссылка ] хорошее, но не самое лучшее. [ нужна ссылка ] Стоимость материала на единицу R-значения хорошая, но затраты на рабочую силу растут, потому что для установки требуется больше материала и времени, чем для изоляции из стекловолокна с тем же R-значением [ нужна ссылка ] .
Целлюлоза содержит мелкие частицы, которые могут попасть в дом через ненадлежащие уплотнения вокруг арматуры или небольшие отверстия. [15] [16]
Не все монтажники изоляции имеют опыт работы с целлюлозой. Некоторые соображения по установке, характерные для целлюлозы, включают в себя способы плотной упаковки сухой целлюлозы с сыпучим наполнителем; как наносить стабилизированную (частично влажную) целлюлозу на наклонные поверхности и сколько времени необходимо для высыхания целлюлозы, полученной методом влажного распыления.
Строительные нормы, касающиеся целлюлозной изоляции, могут различаться в зависимости от региона, поэтому перед планированием установки следует проконсультироваться с местными строительными властями.
При неправильной установке рыхлая целлюлоза может осесть после нанесения. В некоторых ситуациях это может привести к тому, что участки стены останутся неизолированными. При правильном обучении методам установки и методам контроля качества это исключается за счет установки проверенной плотности, предотвращающей любую осадку в будущем.
При заданном значении R рыхлая целлюлоза весит примерно в три раза больше на квадратный фут, чем рыхлое стекловолокно. [17] Перед выбором материала для изоляции потолков существующих конструкций следует проверить конструкции потолка на наличие признаков слабости. [18]
Многие компании по производству целлюлозы используют смесь сульфата аммония и бората для огнезащиты. Хотя сульфат аммония обычно не имеет запаха, в некоторых случаях наблюдалось необъяснимое выделение аммиака и возникающий в результате запах аммиака. [19]
Имеются некоторые свидетельства увеличения заражения плесенью внутри зданий, изолированных целлюлозой с плотным напылением, особенно при использовании с пароизоляцией. [20]
Изоляция любого типа помогает сделать здания более энергоэффективными. В зависимости от конструкции и производителя, использование целлюлозной изоляции может способствовать получению кредитов LEED в рамках программы сертификации Совета по экологическому строительству США . [21]
Целлюлоза на 75–85 % состоит из переработанного бумажного волокна, обычно из газетных отходов . Остальные 15% — это антипирены, такие как борная кислота или сульфат аммония. Целлюлоза имеет самое высокое содержание вторичной переработки среди всех доступных изоляционных материалов. Например, стекловолокно содержит максимум 50% переработанного материала.
Хотя целлюлоза считается безопасным материалом, в ее составе содержится большое количество химических веществ, что приводит к образованию среднего или высокого количества летучих органических соединений (ЛОС), что намного выше, чем у других альтернативных материалов, таких как войлок, EPS, XPS или распыляемая пена.
Заложенная энергия целлюлозной изоляции является самой низкой из популярных типов изоляции. Для производства изоляционных материалов, изготовленных в печи, требуется в 20–40 раз больше энергии, чем для производства целлюлозы. [ нужна цитата ] Целлюлоза производится на машинах с электрическим приводом, в то время как минеральная изоляция изготавливается в печах, работающих на топливе, [ нужна цитата ] в некоторой степени уменьшая это преимущество, поскольку эффективность производства электроэнергии составляет менее 50%. Целлюлоза производится из местной бумаги, в то время как заводы по производству минеральной изоляции отправляют материалы и продукцию на большие расстояния.
В целлюлозной изоляции для огнестойкости используются бораты . Бораты — это невозобновляемый добываемый продукт.