Ponad dwa tysiące lat temu w wielu miejscach świata zaczęto używać wyjątkowego materiału. Była to lekka, wytrzymała skała, dobrze izolująca termicznie i akustycznie. W budownictwie stosowano ją m.in. na Islandii, gdzie nazywała się vikur, a na Hawajach znana była jako ‘ana. W Polsce również wykorzystywano jako materiał budowlany tę samą spienioną skałę zwaną pemzą lub, z łaciny, pumeksem. Co takiego jest w materiałach spienionych, że niezależnie, w wielu miejscach świata, uznano, że ich stosowanie może przynieść liczne korzyści?

Współcześnie, po tysiącach lat rozwoju techniki budowlanej, piany zajmują ważną pozycję wśród materiałów używanych do budowy domów. Ten fakt mogą potwierdzić murarze korzystający z bloczków betonu komórkowego, specjaliści wykonujący docieplenia ze styropianu czy monterzy stolarki otworowej.

Główną cechą pian jest to, że nawet 98% ich objętości stanowi powietrze lub inny gaz. Przekłada się to na niski ciężar elementów wykonanych z materiałów spienionych, a co za tym idzie, łatwość transportu i operowania nimi na budowie. Jeszcze lepiej, jeżeli piana do transportu jest spakowana w małej objętości metalowej tuby (jak w przypadku pian montażowych) lub sprasowana (taśmy rozprężne). W idealnej sytuacji, taka piana formę finalną uzyskuje dopiero w miejscu zastosowania. Mała gęstość materiałów tego typu przekłada się również na cenę – piany są z reguły tańsze, ponieważ kupując małą masę materiału, kupujemy jego dużą objętość.

Izolacyjność termiczna

Materiały spienione posiadają zupełnie inne właściwości od tych, którymi charakteryzują się materiały lite. W budownictwie najczęściej wykorzystywaną cechą jest lepsza izolacyjność termiczna pian. Wynika to z mechanizmu transportu ciepła: jeżeli gdzieś znajdują się dwa punkty, w których temperatura jest różna, to zachodzą procesy powodujące wyrównanie tych temperatur.

Przegroda spieniona, czyli piana umożliwia wszystkie trzy sposoby transportu ciepła (przewodzenie, konwekcję i poprzez promieniowanie podczerwone), a niezbyt cienka ściana lita jedynie przewodzenie.  Jednocześnie znacznie mniej ciepła jest przewodzone przez piankę, ze względu na jej budowę – mniejszą ilość samego materiału, który występuje jedynie w postaci cienkich ścianek pomiędzy pęcherzykami gazu. Już samo to sprawia, że pianka izoluje lepiej niż lity materiał. Dodatkowo można jeszcze polepszyć jej termoizolacyjność – regulując wielkość pęcherzyków wypełnionych gazem, ich rozmieszczenie oraz rodzaj gazu. Do pianki można też wprowadzić dodatki odbijające lub rozpraszające promieniowanie podczerwone, jak drobinki aluminium lub grafit. Drobinki te muszą mieć kształt płytek oraz na tyle małe rozmiary by nie przewodziły ciepła.

Piana niczym miękki dywan

Drugą cechą, która odgrywa coraz większą rolę we współczesnym budownictwie, jest zdolność materiałów porowatych do tłumienia dźwięków. Należy tu pamiętać o różnorodności dźwięku, na którą składają się różne częstotliwości fal dźwiękowych, natężenia czy nawet postać widma. Ta różnorodność oznacza, że dobór materiału wygłuszającego staje się wyzwaniem.

Czy można uchronić się przed hałasem? Wyobraźmy sobie miękki dywan. Jeżeli nawet w miarę lekki przedmiot upadnie na sztywną podłogę wykonaną np. z paneli podłogowych, to ludzkie ucho zarejestruje odgłos uderzenia. Jeśli na tej podłodze znajdzie się dywan, odgłosu nie usłyszymy. Dywan składa się z wielu włókien, splecionych ze sobą. Nie są one połączone trwale, a między nimi znajduje się warstewka powietrza. Dzięki temu, materiał nie wpada w drgania, a fala dźwiękowa niemalże nie rozchodzi się w nim. Może dlatego właśnie w królewskich posiadłościach na ścianach wisiały dywany.

Kompromis pomiędzy właściwościami mechanicznym a izolacyjnością akustyczną stanowi nadanie materiałowi sztywnemu struktury redukującej przechodzące dźwięki. Przykładem jest tzw. styropian akustyczny, w którym piana już po uformowaniu jest dodatkowo ściskana. Dzięki temu, otrzymujemy sztywne płyty o względnie dobrym współczynniku sztywności dynamicznej, co zapobiega rozchodzeniu się dźwięków uderzeniowych. Taki styropian nie charakteryzuje się optymalnymi właściwościami termoizolacyjnymi i mechanicznymi, ale jest tani. Ten materiał znalazł swoje miejsce między wylewką a panelami podłogowymi.

Sposobem na poprawę parametrów, zwłaszcza mechanicznych, jest zmiana tworzywa, z którego pianka została wykonana, na mniej sztywne. Taki materiał można wykonać z poliuretanu, najlepiej wstępnie spienionego, rozdrobnionego, a następnie sprasowanego do postaci kształtek konstrukcyjnych. Będzie miał on dobre właściwości termoizolacyjne, bardzo dobre właściwości konstrukcyjne i doskonale wygłuszy, ale jednocześnie będzie od 20 do 50 razy cięższy niż styropian akustyczny. Ten materiał może być stosowany wszędzie tam, gdzie element spieniony przenosi obciążenia.

Ciepło i cicho, czyli dobry montaż

Co w takim razie wybrać, jeżeli chcemy w sposób ciepły i cichy zamontować stolarkę okienną? W miejscu podparcia okna najlepszym rozwiązaniem, ciepłym, cichym, a zarazem o wysokich parametrach mechanicznych, są sztywne piany o względnie dużej gęstości, powyżej 100 kg/m³ a korzystniej nawet powyżej 200 kg/m³. Bardzo trwałe są materiały z prasowanej pianki poliuretanowej, dla których gęstość materiału wynosi nawet 500 kg/m³. Tańszą alternatywę stanowi podparcie okna na styropianie – ciepłe, ale nie posiadające dobrych właściwości akustycznych. Jego wadą jest też to, że materiał degraduje i pojawiają się deformacje, które z czasem powodują nieszczelności. Kształtki styropianowe, zwłaszcza z XPS, są jednak lepsze niż rozbudowane łączniki metalowe jak np. konsole.

Inaczej jest w przypadku montażu bocznych i górnej części okna. Stale pracują one pod wpływem temperatury i użytkowania – pianka stanowiąca izolację musi być więc elastyczna. Elastyczna wersja pianki zapewnia wielokrotnie lepsze tłumienie dźwięków, niż jej sztywny odpowiednik o małej gęstości. Do wyboru są tu dwa rozwiązania: impregnowane taśmy rozprężne lub montaż warstwowy z użyciem piany montażowej. –  W przypadku zastosowania taśm rozprężnych, połączenie okna i muru jest trwałe, pozostaje elastyczne przez cały okres eksploatacji, jest jednorodne na całej długości oraz można je względnie łatwo wymienić – mówi dr inż. Karol Kożuch z firmy AIB – To połączenie nie nasiąka również wodą. O tym, jakie to ważne, może się przekonać każdy sprawdzając jak izoluje termicznie nasze ciało mokry sweter – dodaje

Drugim sposobem jest zastosowanie piany poliuretanowej w metalowych puszkach. Jednak musi być ona bezpośrednio po montażu zabezpieczona przed działaniem zmiennej temperatury, promieniowania UV oraz wilgoci za pomocą taśm: zewnętrznej paroprzepuszczalnej i wewnętrznej paroszczelnej oraz wykończenia w postaci ocieplenia i tynku (nie później niż 3 miesiące po montażu stolarki). Im szybciej zaczniemy użytkować budynek po montażu, tym lepiej dla trwałości połączenia z użyciem piany, gdyż wówczas nie będzie ona narażona na przemarzanie. W stosunku do taśmy rozprężnej, piana posiada podobne właściwości termoizolacyjne i akustyczne (obie wykonane są z poliuretanu), pod warunkiem, że usunie się kliny montażowe i wypełni pianą powstałe otwory. Montaż z użyciem piany nie wymaga wcześniejszego przygotowania otworu okiennego, istnieje również możliwość zastosowania większych szczelin dylatacyjnych. Ze względu na akustykę i termoizolacyjność, korzystnie jest zrezygnować z wszelkich rozbudowanych elementów metalowych na rzecz instalacji za pomocą wkrętu ramowego przechodzącego pod kątem prostym przez środek ramy okiennej.

Przy montażu w warstwie ocieplenia, który wkrótce może stać się standardem, najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie systemu profili tworzących ciepłą i cichą ramę wystającą poza mur, np. systemu montażu okien w warstwie ocieplenia Integra Simplex firmy AIB. Profile oferowane na rynku wykonane są ze sprasowanej pianki poliuretanowej. Optymalne jest użycie w takim systemie impregnowanej taśmy rozprężnej, która nie zatrzymuje wilgoci. Prawidłowo użyta taśma rozprężna będzie idealnie przylegać do gładkiej powierzchni profili i zachowa jednorodne właściwości na całym obwodzie okna.

Przy wyborze sposobu instalacji stolarki okiennej możemy zdecydować się na rozwiązanie zapewniające komfort i trwałość przez cały okres eksploatacji okna. Ciepły i cichy montaż z wykorzystaniem wysokiej jakości, dobrze dobranych wyrobów z materiałów spienionych oznacza, że w domu będzie mieszkać się lepiej. Wybór ten będzie procentował przez wiele lat.