Выбор изоляции с точки зрения содержания углерода. Почему больше не всегда лучше? Часть 1
Группа по производству корпусов SWA прекрасно осознает, что изоляция является наиболее важным выбором материала для максимизации теплового сопротивления корпуса в течение всего срока его службы. Многие из нас, работающих в строительной отрасли, считают, что в сочетании с хорошим постоянным воздушным уплотнением наивысшее значение изоляции делает корпус самым экологичным, помогая уменьшить углеродный след конструкции и бороться с изменением климата. Поэтому может показаться неожиданным, что некоторые из наиболее часто используемых изоляционных материалов настолько углеродоемки в производстве и/или установке, что на многие десятилетия они сводят на нет экономию энергии, которую они должны обеспечивать. Ниже приводится подробное обсуждение того, как и почему это происходит, и что делает отрасль, чтобы изменить это уравнение.
Воплощенный и рабочий углерод
Искусственная среда занимает важное место в климатической картине, потому что почти 40% общего количества углерода, ежегодно выбрасываемого в атмосферу планеты, приходится на здания.
За последние 30 лет «зеленого» строительства мы в подавляющем большинстве случаев сосредоточились на операционном углероде — углероде, который здания выделяют в процессе эксплуатации. Только недавно мы начали уделять внимание воплощенному углероду — углероду, который идет на строительство зданий, который обычно намного превышает энергию, сэкономленную в первые десятилетия эксплуатации. Изменения в энергетических кодексах нацелены на операционный углерод, и даже те организации и стандарты, которые были в авангарде продвижения устойчивого строительства [LEED, PH], не измеряли и не ограничивали воплощенный углерод, хотя и привлекали к нему внимание.
Временная стоимость углерода
Если предположить, что здание простоит в течение многих десятилетий или даже столетий, его эксплуатационный углерод затмит его воплощенный углерод в течение его срока службы, и, следовательно, когда рассчитывается оценка жизненного цикла углерода (LCA) здания, эксплуатационная в долгосрочной перспективе экономия углерода будет важнее, чем сэкономленный/израсходованный углерод.
Почему воплощенный углерод заслуживает того же веса, что и рабочий углерод? Из-за общих глобальных выбросов углерода от зданий 28% приходится на воплощенный углерод. Это уже большой процент, но если рассматривать ближайшую перспективу, первые 30 лет жизни здания, процент подскакивает примерно до 50%. По сути, каждое новое здание по завершении строительства имеет углеродный долг из-за огромного количества углерода, выбрасываемого для его строительства. И для того, чтобы климат выиграл от экономии энергии, обеспечиваемой хорошо изолированным и герметичным ограждением и высокоэффективная энергетическая система, здание должно служить долго и эксплуатироваться очень долго. Проблема в том, что у нас может не быть 30 лет, не говоря уже о 60, чтобы погасить этот углеродный долг.
В первые 30 лет эксплуатации здания 50 % его общих выбросов углерода по-прежнему приходится на воплощенный углерод (Источник: Архитектура 2030)
Неизбежное изменение климата
Существуют разные прогнозы относительно того, температура из-за количества углерода в воздухе может достичь критической точки и спровоцировать серию каскадных климатических явлений с катастрофическими последствиями.
Большинство прогнозов относятся к относительно ближайшей перспективе – 10-30 лет. Это означает, что мы больше не можем позволить себе делать выбор, который заставит нас погашать углеродный долг на десятилетия вперед. Уровень углерода в атмосфере сейчас составляет почти 410 частей на миллион. По данным углеродных часов Bloomberg, через 20 лет он может достичь 450 частей на миллион, прогнозируемого порогового уровня. Это абсолютные цифры, поэтому каждая частица углерода, которую мы выбрасываем в воздух прямо сейчас считает .
Содержание углерода в воздухе в частях на миллион: слева показан уровень углерода в 1960 году, примерно уровень за последние 12 000 лет. Справа уровень углерода в настоящее время.
Воплощенный и действующий углерод – Инь и Ян
Мы не предлагаем, чтобы мы теперь сместили акцент с сокращения операционного углерода и сосредоточились в первую очередь (или исключительно) на воплощенном углероде. Наоборот, чем ниже эксплуатационные выбросы углерода, тем быстрее погашается углеродный долг.
Поэтому теплоизоляция имеет решающее значение для способности здания погасить свой долг. И наоборот, чем ниже содержание углерода в здании, тем эффективнее его эксплуатационная эффективность. Эти две ценности неразделимы. Когда при проектировании стремятся свести к минимуму оба типа выбросов, получаемые в результате здания могут радикально сократить выбросы углерода, способствуя сокращению атмосферного углерода, что может увести нас от критической точки.
Тепловая характеристика изоляции
Основной целью теплоизоляции является обеспечение сопротивления теплопередаче через ограждение здания, которое обычно выражается в виде R-коэффициента. Чем выше значение R, тем лучше теплоизоляционные свойства. За исключением случаев, когда здание в основном представляет собой стеклянную навесную стену, изоляция является основным фактором, определяющим потенциальное значение R для любой поверхности ограждения — пола, стены и крыши. На рынке слишком много изоляционных материалов, чтобы обсуждать их все здесь.
Что касается коммерческого строительства в районе Нью-Йорка, в целом широко используются три типа материалов:
- Пенопласт, напыленный или в виде плит, вспененный или экструдированный;
- Минеральное волокно в виде плит, войлока или напыления;
- Органическое волокно в виде мешковины или напыления
Самые высокие значения R (5 или 6,5/дюйм) связаны с пенопластом. Минеральные волокна, как правило, имеют максимальную скорость R4 на дюйм, в то время как органические волокна находятся где-то в диапазоне R3. При прочих равных вы хотите иметь самое высокое значение R на дюйм, но это не так просто. Необходимо учитывать множество других факторов, даже без учета воплощенного углерода.
Углеродная теплоизоляция
Оказывается, два пенопластовых материала, обеспечивающих наивысшее значение теплопроводности, – полиуретановый спрей с закрытыми порами (тип SPF-HFC) и плиты из экструдированного полистирола (XPS) – также обладают самым высоким коэффициентом теплоизоляции.
углерод; не на немного, а на несколько порядков. Это связано с тем, что они оба изготовлены из гидрофторуглеродного (ГФУ) вспенивающего агента, который имеет более чем в 1000 раз больший потенциал глобального потепления (ПГП) углекислого газа. Исследование показало, что время, необходимое для того, чтобы операционная экономия углерода от выдуваемого ГФУ XPS или SPF окупила выбросы от их изготовления и установки, может составлять от 40 до 60+ лет, в зависимости от общего значения R, обеспечиваемого между R10 и R25. Если изоляции требуется так много времени, чтобы окупить себя, она не начинает платить за какой-либо другой воплощенный углерод. В коммерческих зданиях изоляция обычно составляет незначительную долю углерода в здании — всего 5-10%. Это означает, что около 90% здания не начнет реализовывать экономию углерода за счет изоляции, пока не пройдет как минимум 40 или 50 лет эксплуатации.
Экстраполированное время окупаемости воплощенной энергии углерода для обычных изоляционных материалов, отличных от вспененных ГФУ XPS и SPF.
для других типов изоляции, включая пластмассы, вспененные с использованием агентов, отличных от ГФУ, составляет от одного до четырех лет. С точки зрения одного лишь воплощенного углерода трудно не сделать вывод о том, что выдувные пластмассы с ГФУ должны быть прекращены и изъяты с рынка как можно быстрее. Но утеплители SPF и XPS распространены повсеместно, и не только их высокие тепловые характеристики делают их такими популярными. Мы стали зависимы от SPF и XPS, потому что они делают так много вещей в дополнение к обеспечению высокой R-ценности.
Прочие характеристики изоляции
Для всех практических целей плита XPS является водонепроницаемой и служит пароизоляцией. Если склеить и заклеить, доски представляют собой воздушный барьер. Таким образом, этот тип изоляции может заменить пароизоляцию или воздушную изоляцию в сборке стены. И, с различными уровнями прочности на сжатие, от 25 фунтов на квадратный фут до 100 фунтов на квадратный фут, он также имеет реальную конструкционную ценность.
Плиты XPS часто используются в качестве защитной плиты для мембран и являются изоляцией для гидроизоляции фундамента из-за ее способности выдерживать гидростатическое давление в течение длительного времени. Кроме того, он стабилен в размерах и имеет хорошее долгосрочное сохранение R-значения.
Изоляционные плиты XPS
SPF с закрытыми порами также обладает высокой водостойкостью, хотя и не в такой степени, как XPS (под гидростатическим давлением). Кроме того, SPF с закрытыми порами является еще лучшим барьером для воздуха, поскольку в качестве материала, наносимого распылением, он приспосабливается ко всем видам неровностей и является бесшовным. При установке толщиной не менее 1,5 дюймов он также является пароизолятором класса I. Распыляемый на SPF становится настолько жестким при затвердевании, что при желании может обеспечить структурную жесткость в некоторых стеновых системах. Подобно XPS, он стабилен по размерам и термически.
Экстраполированное время окупаемости воплощенной энергии углерода для обычных изоляционных материалов, отличных от вспененных ГФУ XPS и SPF (Источник: Buildinggreen.