lang=hr|250px|desno|U pasivnim kućama se obilato koristi toplinska izolacija. mini|250px|desno|Cvijet iznad plamenika je zaštićen s aerogelom.
Toplinska izolacija ili termoizolacija je osobina opiranja prolasku topline kroz tvari ili prostor. Recipročno svojstvo je toplinska vodljivost.
Toplinska izolacija se postiže korištenjem materijala koji imaju nisku provodljivost topline (kondukciju), sprečavanjem gibanja tekućina tj. kapljevina i plinova (čime se sprečava konvekcija), te korištenjem reflektivnih materijala (čime se sprečava prijenos topline toplinskim zračenjem).
Toplinska izolacija je bitna u graditeljstvu, jer se njome sprečavaju toplinski gubici zimi, hladne obodne konstrukcije, oštećenja nastalih kondenzacijom (vlagom), te pregrijavanje prostora ljeti. Posljedice nedovoljne toplinske izolacije su oštećenja konstrukcije, te neudobno i nezdravo stanovanje i rad. Zagrijavanje nedovoljno izoliranih prostora zahtijeva veću količinu energije, što dovodi do povećanja cijene korištenja i održavanja prostora, ali i do većeg zagađenja okoliša. Poboljšanjem toplinsko izolacijskih karakteristika zgrade moguće je postići smanjenje ukupnih gubitaka topline građevine za prosječno od 40-80%. "Načela gradnje pasivne kuće", Poticanje energetske efikasnosti u Hrvatskoj, www.energetska-efikasnost.undp.hr, 2011.
Dobro poznavanje toplinskih svojstava građevinskih materijala jedan je od preduvjeta za projektiranje energetski učinkovitih zgrada. Toplinski gubici kroz građevni element ovise o sastavu elementa, orijentaciji i koeficijentu toplinske vodljivosti. Bolju toplinsku izolaciju postižemo ugradnjom materijala niske toplinske provodljivosti, odnosno visokog toplinskog otpora. Toplinski otpor materijala povećava se s obzirom na debljinu materijala. "Obična, niskoenergetska i pasivna kuća", Marko Grđan, dipl.ing.stroj., Energo Consult, www.energo-consult.hr, 2011.
Koeficijent prolaska topline U je količina topline koju građevni element gubi u 1 sekundi po m2 površine kod razlike temperature od 1 K, izraženo u W/m2K. Koeficijent U je bitna karakteristika vanjskog elementa konstrukcije i igra veliku ulogu u analizi ukupnih toplinskih gubitaka (kWh/m2), a time i potrošnji energije za grijanje. Što je koeficijent prolaska topline manji, to je toplinska zaštita zgrade bolja. Toplinski otpor R izražava otpor materijala prolasku topline. Mjerna jedinica je m2K/W. To je suprotna vrijednost koeficijentu prolaska topline U.
Koeficijent toplinske vodljivosti k (W/(m·K)) je količina topline (J) koja prođe u 1 s kroz sloj materijala površine 1 m2, debljine 1 m kod razlike temperature od 1 K. Vrijednost koeficijenta različita je za različite materijale, a ovisi o gustoći, veličini i povezanosti pora i stanju vlažnosti materijala. "Energetska učinkovitost u zgradarstvu", HEP Toplinarstvo d.o.o., www.eihp.hr, 2011. mini|250px|desno|Komadić ekspandiranog polistirena mini|250px|desno|Izgled mineralne (kamene) vune. mini|250px|desno|Mineralna vuna pod mikroskopom. mini|250px|desno|Poliuretanska pjena. mini|250px|desno|Ekspandirani perlit. mini|250px|desno|Pluto se može upotrijebiti kao podna obloga. mini|250px|desno|Drvena vuna. mini|250px|desno|Ovčja vuna kao izolator. mini|250px|desno|Vanjski zidovi od balirane slame. Vrste toplinskih izolacija Izolacijski materijali tipično sadrže puno šupljina ispunjenih zrakom čime kombiniraju nisku provodljivost zraka i ujedno sprečavaju gibanje zraka i time konvekciju topline.
Ponuda toplinsko izolacijskih materijala na tržištu je raznolika, a možemo ih podijeliti na anorganske i organske materijale. Od anorganskih materijala najviše se koriste kamena i mineralna vuna, dok je među organskim materijalima najpopularniji ekspandirani polistiren.
Na toplinsku zaštitu utječu debljina sloja toplinske izolacije i koeficijent toplinske vodljivost materijala k (W/(m·K)). Većina uobičajenih toplinsko izolacijskih materijala ima koeficijent toplinske vodljivosti k = 0,030-0,045 W/(m·K), pa potrebna debljina za koeficijent prolaska topline U = 0,40 W/m2K iznosi 8-11 cm.
Ostali materijali s toplinsko izolacijskim svojstvima su i glina, perlit, vermikulit, kokos, pamuk, lan, drvena vuna, celuloza, pluto, slama i drugo. Sve veća potražnja za toplinsko izolacijskim materijalima u sve većim debljinama dovela je do razvoja novih tehnologija, pa se tako danas u svijetu mogu naći i prozirna i vakuumska toplinska izolacija. Prozirna izolacija omogućava prijem Sunčeve energije i prijenos u zgradu, a istovremeno sprječava kao i obična toplinska izolacija gubitke topline iz zgrade. Vakuumska izolacija radi se u modularnim panelima, a zbog izuzetnih izolacijskih svojstava potrebne su znatno manje debljine od konvencionalne toplinske izolacije za ista toplinska svojstva. Ova je izolacija još uvijek vrlo skupa i primjenjuje se najviše kod sanacija objekata gdje nije moguće ugraditi veće debljine izolacije zbog npr. spomeničke vrijednosti objekta.
Aerogel
Aerogel je umjetno tvorivo s najnižom gustoćom od bilo koje poznate porozne krutine. Izveden je iz gela u kojem je tekući sastojak gela zamijenjen s plinom. Rezultat je krutina s nekoliko izvanrednih svojstava, a kao najznačajnije su učinkovitost kao toplinski izolator i iznimno niska gustoća. Naziva se još i smrznuti dim, kruti dim ili plavi dim zbog svoje prozirne prirode i načina rasipanja svjetlosti u tvorivu. Prvi aerogelovi su se izrađivali od silicijskog gela. Kistlerov kasniji rad uključio je aerogelove na temelju aluminija, kroma i kositrova oksida. Aaerogelovi od ugljika su razvijeni u kasnim 1980-ima.
Aerogelovi su dobri toplinski izolatori jer se gotovo u cijelosti sastoje od plina, a plinovi su vrlo slabi vodiči topline. Gustoća aerogela iznosi samo 0,3 - 3 g/dm3 a gustoća nekih aerogelova je samo za nekoliko postotaka veća od gustoće zraka. Iako naizgled imaju krhku građu, mnogi aerogelovi imaju vrlo dobra mehanička svojstva, a posebno su otporni na tlak i vlak. Sposobni su izdržati tlak na glatku površinu mase do i 2000 puta veće od njihove. Ipak, vrlo su lomljivi i nisu otporni na savijanje i rezanje. Silicijski aerogelovi su postojani do temperature topljenja silicija koja iznosi 1200 °C.
Polistiren
Ekspandirani polistiren ili stiropor ima dobra izolacijska svojstva s koeficijentom toplinske vodljivosti k između 0,035 i 0,040 W/(m·K), te je niske cijene i jednostavne ugradnje, danas je to jedan od najpopularnijih izolacijskih materijala. Koristi se najviše kao toplinska zaštita, u svim vanjskim konstrukcijama, te kao plivajući pod u podnim međukatnim konstrukcijama. Ima znatno slabija protupožarna svojstva od kamene vune, te nije otporan na temperature više od 80 °C. Često se koristi za toplinsku zaštitu podrumskih zidova – ekstrudirani polistiren.
U prvom mjesecu nakon izrade još se izlučuje ekspandirno sredstvo (plin pentan), kasnije je materijal u potpunosti stabiliziran. Kad ishlapi sredstvo za ekspandiranje, proizvodi se dimenzijski stabiliziraju, pa se govori o starenju, odnosno odležavanju. Polistirenske ploče trebaju odležati 60 dana i više, da su kvalitetno sposobne za ugradnju u fasade i ravne krovove. Paropropusnost ekspandiranog polistirena ovisi o volumenskoj težini ekspandiranog polistirena i iznosi od 40 do 100 m (ekvivalent debljine zračnog sloja difuzije vodne pare sd je vrijednost, koja znači za koliko puta je neki materijal više paronepropusan od sloja zraka 1 m i označava se u m). Gustoća ekspandiranog polistirena je od 20-30 kg/m3.
Mineralna vuna
Mineralna vuna je dobar toplinski izolator s koeficijentom toplinske vodljivosti k između 0,035 i 0,045 W/(m·K), što je uvrštava među najbolje toplinske izolatore. To je izolacijski materijal mineralnog porijekla za toplinsku, zvučnu i protupožarnu izolaciju u graditeljstvu, industriji i brodogradnji. Kamena vuna ima visoku otpornost na požar, paropropusna je i djelomično vodootporna. Otporna je na starenje i raspadanje, te na mikroorganizme i kukce. Koristi se u svim vanjskim konstrukcijama za toplinsku zaštitu, te u pregradnim zidovima za zvučnu zaštitu. Jedino mjesto gdje se ne preporuča je za izolaciju podrumskih zidova pod zemljom.
Dobiva se ili propuhivanjem pare (zraka) kroz užarenu šljaku visokih peći ili prelijevanjem mase dijabaza (na temp. od 1600-1700 °C) preko brzo rotirajućih, šamotnih diskova. Dobivene fine staklaste niti slažu se u “vunu”. Gustoća ove vune se kreće između 40-50 i 200-300 kg/m3, a ovisi o stupnju zbijenosti. Priprema se (pakira) u rastresitom stanju, u užetima, u vidu filca, jastuka (u rolama, na mekoj podlozi ili jednostavno proširenih na pergamentu) i u obliku polutvrdih ploča uz dodatak veziva, fenolnih smola. Ove su ploče zbog tih smola otporne samo do temperatura od 250 °C. Inače neobrađena vuna podnosi temperature do 800 °C. Mineralna je vuna, u bilo kojem vidu, premekana za direktnu podlogu hidroizolaciji. Ako se ugrađuje u vertikalnom položaju, mora se osigurati pridržavanje (osim za ploče).
Pod mineralnom vunom se podrazumevaju i staklena vuna i kamena vuna. Razlika između njih je u sirovini od koje se dobivaju, tehnološkom postupku i krajnjim osobinama materijala. Glavna sirovina od koje se dobiva staklena vuna je kvarcni pijesak s dodatkom recikliranog stakla. Kamena vuna se dobiva od kamenih minerala, dolomita, bazalta i diabaza s dodatkom koksa.
Tijekom obrade mineralne vune, odnosno postavlja toplinske izolacije, vlakna ovog materijala na koži mogu izazvati nadraženost kože. Glavni krivac odgovoran za ovakvu pojavu su nešto grublja i promjerom nešto veća vlakna (s promjerom od 5 mikrometara). Tijekom obrade mineralne vune stvara se prašina. Kao i svaka druga prašina mineralnog porijekla i ova prašina može izazvati određenu nadraženost očiju. Vlakna mineralne vune posjeduju neznatnu postojanost (brzo se razlažu). Ispitivanja biopostojanosti (biološke perzistentnosti) nedvojbeno pokazuju da se vlakna danas proizvedene staklene i mineralne vune biološki razlažu već nakon 40 dana. Vlakna kamene i staklene vune koje su se ranije proizvodile trebale su oko nekoliko stotina dana za potpunu razgradnju. Za usporedbu: vlakna plavog azbesta podložna su biološkoj razgradnji tek nakon više od 100 godina. Postojanosti vlakana označava činjenicu da se vlakna moraju određeno vrijeme zadržati u plućima (ne dolazi do njihove razgradnje) kako bi izazvala rak. Tijekom tog vremena ona se zadržavaju u plućima i predstavljaju veliku opasnost za zdravlje čovjeka. Čim se vlakna uklone iz pluća ili se razlože na sasvim sitne komadiće (nisu više vlakna), prestaje opasnost od pojave raka u plućima.
Međunarodna organizacija za istraživanje raka ili IARC (engl. the International Agency for Research on Cancer) je objavila rezultate istraživanja kancerogenosti mineralne vune u listopadu 2002. Prema njihovom istraživanju jedino vatrostalna keramička vlakna, koja se koriste kao toplinska izolacija visokih temperatura u visokim pećima, spada u grupu 2B ili se sumnja u kancerogenost za ljude. S druge strane, uobičajene tržišne mineralne vune (kamena vuna, staklena vuna i mineralna vuna dobivena od šljake visokih peći) spadaju u grupu 3 ili ne smatraju se kancerogenim za ljude. "Svrha i vrste toplinske izolacije", Poticanje energetske efikasnosti u Hrvatskoj, www.energetska-efikasnost.undp.hr, 2011.
Poliuretanska pjena Poliuretanska pjena ili PU pjena također se dosta koristi, naročito pri sanacijama krovova. Ima još bolja toplinsko izolacijska svojstva pa koeficijent toplinske vodljivosti k iznosi između 0,020 i 0,035 W/(m·K). Ima dobra svojstva na vlagu i temperaturne promjene. Međutim, znatno je skuplja od polistirena i mineralne vune, te zbog toga nije u široj primjeni.