TÖÖSTUSKANEPI OMADUSTE UURIMINE JA KASUTUSVÕIMALUSED EHITUSES STUDYING THE PROPERTIES OF INDUSTRIAL HEMP AND ITS USABILITY IN CONSTRUCTION

Transcription

1 EESTI MAAÜLIKOOL Metsandus- ja maaehitusinstituut Maaehituse osakond Kristo Anslan TÖÖSTUSKANEPI OMADUSTE UURIMINE JA KASUTUSVÕIMALUSED EHITUSES STUDYING THE PROPERTIES OF INDUSTRIAL HEMP AND ITS USABILITY IN CONSTRUCTION Magistritöö Maaehituse õppekava Juhendajad: prof. Jaan Miljan vanemspets. Martti-Jaan Miljan MSc. Tartu 215 1

2 Eesti Maaülikool Kreutzwaldi 1, Tartu 5114 Autor: Kristo Anslan Magistritöö lühikokkuvõte Õppekava: maaehitus Pealkiri: Tööstuskanepi omaduste uurimine ja kasutusvõimalused ehituses Lehekülgi: 14 Jooniseid: 45 Tabeleid: 9 Lisasid: 5 Osakond: Maaehituse osakond Uurimisvaldkond: Juhendajad: Soojusisolatsioonimaterjalid prof. Jaan Miljan vanemspets. Martti-Jaan Miljan Kaitsmiskoht ja aasta: Tartu 215 Magistritöö eesmärgiks oli uurida erinevate looduslike materjalide soojustehnilisi näitajaid. Põhiliseks ülesandeks oli välja selgitada tööstusliku kanepiluu lisamisel, savivõi lubja segusse, tekkiv positiivne mõju materjali omadustele. Katseteks valmistati erinevate koostisosadega segud ja määrati nende soojuserijuhtivus. Katsed viidi läbi ka lahtise kanepiluu ja kanepiplaadiga. Töö käigus määrati katsekehade mahukaalud ja veesisaldus. Katsetamiseks tehti 11 katsekeha, millest 9 sisaldavad kanepit. Kõiki katseseeriad tehti vaid üks kord, selleks, et saada maksimaalselt erinevaid tulemusi. Võrdluseks uuriti tavalise savi ja lubikrohvi omadusi. Soojuserijuhtivuse määramiseks kasutati kliimakambrit, temperatuuri andureid ja soojusvoo plaati. Katsetati ka savi ja lubikrohviga kaetud kanepiplaadi käitumist otsese leegiga ja koonkalorimeetri soojusvooga, mis ei ole teostatud küll kehtivate standardite järgi, kuid annavad siiski olulist informatsiooni materjali tuletundlikkuse kohta, mida peaks tulevikus veel uurima. Edaspidistes töödes peaks katsetama veel tööstuslikust kanepist valmistatud materjalide soojustus omadusi, sest Eestis puuduvad vastavasisulised uuringud ja seega ei ole ka antud töös võrreldud segude omadusi teiste allikatega. Võrdluseks on toodud erinevate looduslike materjalide omadused saepuru, linaluu, pilliroomultš jne. Tulevikus peaks läbi viima savi või lubikrohviga kaetud loodusliku aluskatte standardi EVS-EN 13823:21 kohased katsed, mis puudutavad ehitustoodete tuletundlikkust, siis saaks kasutada ökoloogilisi soojustusmaterjale vastavalt tuleohutuse nõuetele. Märksõnad: tööstuslik kanep, soojuserijuhtivus, tuletundlikkus, savi ja lubikrohv. 2

3 Estonian University of Life Sciences Kreutzwaldi 1, Tartu 5114 Author: Kristo Anslan Abstract of Master s Thesis Specialty: Rural Building Title: Studying the properties of industrial hemp and its usability in construction Pages: 14 Figures: 45 Tables: 9 Appendixes: 5 Department: Field of research: Supervisors: Department of Rural Building Thermal insulation materials Jaan Miljan Martti-Jaan Miljan Place and date: Tartu 215 The objective of this Master s thesis was to study the thermo-technical indicators of different natural materials. The main task was to clarify the positive effect of adding the shives of industrial hemp to the insulation qualities of clay and lime renderings and light weight blocks. For the tests, different mixtures were prepared and their thermal conductivity was measured. Tests were carried out also with loose hemp shives and hemp plates. In course of work, the thickness and water content of the test pieces was determined. For testing, 11 test pieces were made, 9 of which contained industrial hemp. All tests were carried out once, in order to get maximally different results. As a comparison, the qualities of regular clay and lime renderings were studied. A climate chamber, temperature sensors and heat flux plates were used to measure thermal conductivity. The behaviour of a hemp plate covered with clay and lime renderings in direct flames and the heat flux of the cone calorimeter were also tested. Methods were created to carry out the tests and the results provide important information on the reaction to fire of the material, which should be further studied in the future. The insulation qualities of construction materials containing industrial hemp should be further studied in the future, because such studies have not been carried out in Estonia and therefore, the qualities of mixtures used in this research paper have not been compared to other sources. As a comparison, the qualities of different natural materials sawdust, flax shives, reed mulche etc - have been brought out. In the future, reaction to fire tests should be carried out for natural underlays covered with clay or lime renderings according to the standard EVS-EN 13823:21, so that environmentally friendly insulation materials could be used referring to the fire safety requirements of the standard. Keywords: industrial hemp, thermal conductivity, reactiveness to fire, clay and lime renderings 3

4 SISUKORD SISSEJUHATUS SOOJUSTUSMATERJALIDE OMADUSED JA KASUTAMINE EHITUSES TÖÖSTUSKANEP Kanepi ajalugu Kanepitaimede omadused Kanepivarre ehitus ja kasvutingimused Kanepi kasvatamise ja tootmise tehnoloogia Kanepist saadavad toormaterjalid Kanepikiud Kanepiluu Kanepi kasutusvõimalused ehituses Kanepiplokk Kanepiluu ehitusplaat Kanepivill ja vilt Kanepi-betoon Kanepikrohv Kanepiplaat Kanep tarindites Kanepi kasutamine põrandates Kanepi kasutamine seintes Kanepi kasutamine vahelagedes ja katuslaes KATSED EESTI MAAÜLIKOOLI EHITUSFÜÜSIKA LABORIS Soojusvoo mõõtmine ehitusfüüsika laboris Katsekehade iseloomustus ja katsete eesmärk Kasutatavad seadmed ja nende tööpõhimõtted Mõõdetavad suurused ja arvutusvalemid Mõõtmistulemuste analüüs TULETUNDLIKKUSE KATSED Katse eesmärk Tuletundlikkuse katsed Eesti Maaülikoolis Koonkalorimeetri katsed Rootsis... 6 KOKKUVÕTE KASUTATUD KIRJANDUS SUMMARY LISAD Lisa Lisa Lisa Lisa Lisa

5 SISSEJUHATUS Üha enam pööratakse tähelepanu loodusele ja selle poolt pakutavatele hüvedele, mis on taastuvad ja jätkusuutlikud. Tänapäeva tehnoloogia juures töötatakse välja üha uusi materjale, mis oleksid võimalikult odavad ja innovaatilised oma lihtsuse poolest. Hetkel loeb kõige rohkem materjali hinna ja kvaliteedi suhe. Vähe pööratakse tähelepanu selle valmistamiseks kulunud energiale ja kasutuseale ning jäätmekäitlus jäetakse üldse tahaplaanile. Põhiline on kasum ja inimeste hetkeline heaolu. Siiski tuleks leida optimaalsed ehituslahendused erinevates konstruktsioonides, sest kaasaegses arhitektuuris looduslike materjalide kasutamine võimaldab pakkuda suurepäraseid lõpptulemusi. Ehitusvaldkonna meeletult kiire areng on toonud kaasa looduslike taastumatute ressursside pideva vähenemise, mille tulemusena hakkavad inimesed üha enam otsima lahendusi looduslike materjalide kasutamiseks ehituses. Tänapäeva ehitusnormide juures on olukordi, kus kaasaegsete materjalide kasutamine on vajalik, seda eriti just kandekonstruktsiooni osas, kuid seejuures ei tohi ära unustada traditsioonilisi materjale, millel on ka omad eelised sünteetiliste materjalide ees. Inimesed väärtustavad puhast keskkonda ja seega on kõige optimaalsem kasutada puhtama ja tervislikuma ruumikliima tagamiseks looduslikke materjale, mis ei sisalda kahjulikke ühendeid ja on pärit meid ümbritsevast keskkonnast. Alati ei pea kasutama klaasvilla või vahtpolüstüreeni, et saavutada maja soojapidavus või kasutada kandekonstruktsiooniks betooni. Soojustuseks sobivad väga hästi näiteks kanepikiust või luust valmistatud soojustusmaterjalid ja kandefunktsiooni eesmärgil töötab ideaalselt sajandeid kasutusel olev puit. Paljud sünteetilised materjalid on toodetud taastumatutest fossiilsetest kütustest, mille tulemusel kulub palju energiat ja see mõjub keskkonnale negatiivselt. Ökoloogiline ehituse põhimõte on hoida looduslikku tasakaalu ja seejuures minimaalselt mõjutada ümbritsevat keskkonda. Kindlasti on see teema palju kõneainet pakkunud ja järjest enam tullakse turule ökoloogiliste ehituslahendustega, kasutades ära kõikvõimalike materjale, mis meid ümbritsevad. Kui veel mõned aastad tagasi võis ettevõtteid, kes tegelevad loodussõbralike ehitusmaterjalidega, 5

6 leida vähe, siis tänaseks on neid tekkinud märkimisväärselt rohkem. See on tingitud sellest, et nõudlus neile toodetele üha kasvab. Magistritöö eesmärgiks on uurida tööstusliku kanepi kasutusvõimalusi ehituses. Hetkel ei ole Eestis kasvatataval kanepil kuigi suurt turgu, sest ta on siin inimestele võõras ja ei ole nii tuntud nagu on näiteks pilliroog, linaluu või mõni puidul baseeruv soojustusmaterjal. Eesti Maaülikoolis ei ole koostatud tööstuskanepi kohta katseid (va. kanepiluu) ega välja antud erialakirjandust, seega on see kindlasti huvitav teema, millest antud töös saab ülevaate. Magistritöös uurin kanepivartest tehtud plaadi soojuslikke omadusi ja süttivustundlikkust. Välja toodud on ka erinevate kanepikrohvide koostisosad ja nende katsete tulemusel saadud näitajad statsionaarses olukorras, mis annavad ülevaate materjali omadustest võrreldes sünteetiliste materjalidega. Uurin veel erinevate kanepiluud sisaldavate kergsegude soojuslikke omadusi. Eesmärgiks on anda ligilähedased andmed reaalse olukorraga, mida saaks kasutada ehituses, et oleksid täidetud energiatõhususe nõuded ning ehitisele ja selle osale esitatavad tuleohutusnõuded, mis tänapäeval on väga suure tähtsusega. Töö koosneb neljast peatükist. Esimeses peatükis on lühiülevaade ehitisele kehtestatud normidest, mis puudutavad peamiselt soojusisolatsiooni ja sellele miinimumnõudeid. Tehtud on kokkuvõte kolme enam levinud erineva soojustusmaterjali tootmistehnoloogiast. Millele on juurde lisatud tabelid, mis kajastavad sünteetiliste materjalide omadusi. Teises peatükis on ülevaade tööstusliku kanepi ajaloost, omadustest ja tootmistehnoloogiast. Kirjas on kanepist saadavad toormaterjalid ja nendest valmistatavad ehitustooted. Kolmandas osas on Eesti Maaülikooli ehitusfüüsika laboris läbi viidud soojusvoo mõõtmise katsete tulemused ja analüüs. Neljandas peatükis on ülevaade süttivustundlikkuse testist, mis teostati kahe katsemeetodiga otsene gaasi leek ja soojusvooga koonkalorimeetriga. Peatüki lõpetavad katsete tulemuste kokkuvõtted ja analüüs. Autor tänab Saviukumaja OÜ omanikku Marko Kikas-t, kelle käest saadi krohvide ning kergsegude valmistamiseks vajaminev materjal. Lisaks sellele, aitas ta kaasa katsekehade valmistamisele. Autor tänab Järveroog OÜ juhatuse liiget Andrus Sepp a, kes aitas kaasa kanepiplaadi valmistamisele. Autor tänab Johanna Liblik ut, kes uuris Rootsis puidu söestumissügavust kaetuna kanepiplaadiga ja teiste looduslike materjalidega, mis andis olulist infot kanepi kasutuse kohta puitkonstruktsioonides. 6

7 1. SOOJUSTUSMATERJALIDE OMADUSED JA KASUTAMINE EHITUSES Hoone piirdekonstruktsioonid, mis eraldavad ruume välisõhust, peavad olema soojustatud ja õhutihedad. Hoone siseseinad ja vahelaed peavad olema mürapidavad. Hoone välispiire piire, milleks võib olla: välissein; sisesein, mis eraldab ruume, mille temperatuuride erinevus ületab 5 C; ülemise korruse lagi, s.h. katuslagi; keldriseinad, s.h. seinad vastu maapinda; põrand mitteköetava keldri kohal; põrand pinnasel; maapinnast kõrgemal asuv alt tuulutatav põrand; aken ja välisuks (EVS 839:23). Õhu temperatuur eluruumis peab olema optimaalne, mis looks inimesele mugava soojustunde ning aitama kaasa nõuetekohase ja tervisliku sisekliima tekkimisele ja selle püsimisele. Kaugküttevõrgust või hoone katlamajast köetavas eluruumis ei tohi siseõhu temperatuur inimeste pikemaajalisel ruumis viibimisel olla alla +18 C, lubatav temperatuuri ülempiir tuleb määrata Eestis kehtestatud sisekliima normide alusel. (RT I 2, 66, 427) Eluruumis peab olema loomulik või mehaaniline ventilatsioon, mis tagab inimese elutegevuseks vajaliku õhuhulga ja selle ringluse. Õhu liikumise kiirus eluruumis, eluruumi maht ühe inimese kohta, keemiliste ja bioloogiliste ühendite sisalduse piirkontsentratsioon siseõhus peab olema tagatud vastavalt Eestis kasutatavatele normidele. (RT I 2, 66, 427) Ruumiõhu niiskussisaldus peab olema ekspluatatsiooniks ettenähtud piires, mis ei kahjusta inimese tervist, rahuldab tehnoloogilistele protsessidele esitatud nõudeid, väldib veeauru kondenseerumist konstruktsioonidel ning ei põhjusta niiskuskahjustusi ega mikroorganismide kasvu. Ruumi siseõhu suhteline niiskus peab jääma talvel 25% - 45% ja suvel 3% - 7%. (EVS 839:23) 7

8 Kütmisega hoonesse antav soojus kulub vältimatuteks soojuskadudeks läbi piirdekonstruktsioonide ja ventilatsiooniõhu soojendamiseks. Läbi piirde minev soojusenergia hulk sõltub seinte ja lagede soojapidavusest ning nende pindalast. (Masso, T. 199) Soojusisolatsioonimaterjal on mõeldud soojusülekande vähendamiseks ning mille soojust isoleerivad omadused tulenevad selle keemilisest ja füüsikalisest struktuurist. (EVS 872:23) Ehitusmaterjalide põhiliseks soojustehniliseks näitajaks on tema soojusjuhtivus s.o materjali omadus lasta läbi soojust. Materjali soojusjuhtivust iseloomustab tema soojus-erijuhtivus (λ), mis näitab soojushulka W-des, mis kandub läbi 1 meetri paksuse materjali kihi 1 m² suuruse pinna 1 tunni jooksul, kui tasapindade temperatuuride vahe on 1ºC. Soojuserijuhtivuse λ ühikuks on W/mK või W/mºC. (Reinpuu, R. 26) Ehitusnormidega nähakse ette piirete maksimaalne lubatud soojusläbivuse tegur ehk U-arv ja tabelis 1.1 on toodud olulisemate piirdetarindite soojusläbivuse piirväärtused, mis on kehtestatud energiatõhususe miinimumnõuetega Vabariigi Valitsuse määruses. Tabel 1.1. Soojusläbivuse U piirväärtused Eestis (RT I 27, 72, 445) Piire Nõutav U Soovituslik U W/(m 2 K) W/(m 2 K) Välissein,28,2 -,25 Katus/Põrand,22,15 -,2 Aknad, uksed 2,1,7-1,4 Sünteetiliste materjalide soojustusomadused on üldjuhul head, kuid nende kasutamine võib kaasa tuua ka mitmeid probleeme. Põhiliseks negatiivseks aspektiks on nende tootmiseks kuluv energia, mis on tavaliselt üle kahe korra enam kui keskkonnahoidlike alternatiivide puhul. Teine probleem on selles, et mõned nendest, näiteks vahtpolüstüreen (EPS) või polüuretaantooted (peitsid ja puidukaitseained) põhinevad nafta toormel või maagaasil, milleks on taastumatud loodusvarad. Veel on oluline ka see, et sünteetilised materjalid on samasuguse tulekindlusega kui paljud võrreldavad looduslikud ehitustooted, kuid siiski on nende oluliseks puuduseks tulekahju korral mürgiste aurude ja paksu suitsu tekkimine. Mürgiste ainete eraldumine ja nende sisse hingamine on saanud sageli üheks 8

9 tervisekahjustuse põhjuseks, mille tagajärjed võivad olla pöördumatud. (Grätz, M. Indriksone, D. 211) Mineraalvill on tänapäeval kõige sagedamini kasutatud soojustusmaterjal. Tuntumad neist on klaasvill ja kivivill, mis omavad häid isolatsiooni omadusi. Mineraalvillasid valmistatakse looduslikust toorainest, kuid selle tootmine on väga energiamahukas, kuna toorme töötlemine vajab kõrgeid temperatuure. Klaasvilltooted valmistatakse klaasipurust, liivast, soodast ja lubjakivist. Kõige enam kasutatakse klaasijäätmeid, mis moodustad kuni 7% toorainest. Klaasi korduvkasutus võimaldab keskkonda puhtamana hoida ning vähendab energiatarvet tootmisprotsessis. Kivivilla kasutataks isolatsioonimaterjalina välispiirete soojustamiseks, tuletõkkeks. (Ehitaja Käsiraamat, 27) Kivivilla valmistamine algab vulkaanilise kivimi basaldi ja gabroti sulatamisega kõrgel temperatuuril, üle 14 ºC. Sulam muudetakse kiududeks ja segatakse enne villa moodustamist sideaine ning veekindla õliga. Mineraalvilla kasutatakse isolatsioonimaterjalina - põrandate, seinte, lagede, katuste ja pööningute soojustamiseks. (Ehitaja Käsiraamat, 27) Vahtpolüstüreentooteid (EPS) saadakse vabapaisumis meetodil toodetud vahtpolüstüreenplastist. EPS tooted on kinniste pooridega. Materjal sisaldab polüstüreenplasti 2% 5% ning ülejäänud on gaasiline õhk. Soojapidavus tagatakse kinnises ruumis oleval liikumatul õhul, mis juhib halvasti soojust. EPS isolatsioonimaterjale kasutatakse peamiselt ehitustel ja ehitusmaterjalitööstuses soojus ja heliisolatsioonina. (Ehitaja Käsiraamat, 27) Sünteetiliste materjalide üheks oluliseks näitajaks on kõrge energiasisaldus. Materjalide energiasisalduse ehk primaarenergia all mõistetakse mittetaastuva energia hulka, mis on vajalik materjali tootmiseks. Selle alla kuulub kogu energia kulu, mis on vajalik alates toormaterjali kaevandamisest kuni ehitusplatsini transport ja paigaldus. 9

10 Primaarenergia omakorda koosneb kahest komponendist: otsene energia, mis kulub ehitusmaterjalide transpordiks objektile ja nende paigaldamisele seal; kaudne energia, mis kulutatakse toorme hankimisele, töötlemisele, tootmisele ja turustamisele, kaasa arvatud nende tegevusega seotud transpordile kulutatud energia. (Miljan, M-J., jt 212) Ainult toormaterjali kaevandamisele, selle tehasesse transportimisele ja materjali tootmisele kulub 5% - 8% kogu energia vajadusest, milles ei väljendu lõpp-produkti ehitusplatsile viimine. Selline tulemus sõltub ka mitmetest erinevatest asjaoludest: kaugusest, kust toormaterjali transporditakse; kütusest, mida tootmisel kasutatakse; materjalide hulgast, mis on taaskasutatavad. (Esperk, T. 24) Tänu headele soojusisolatsiooni omadustele tabelis 1.2, on sünteetilised materjalid võrdlemisi keskkonnahoidlik valik. Kui hoone ruumiõhu soojendamiseks kütmis perioodil kulub vähe energiat, siis võib öelda, et hoone on ehitatud keskkonna säästlikuks. Samas peab siiski väitma, et sünteetiliste materjalide valmistamise energiavajadus, tulekahju korral käitumine ja utiliseerimine avaldavad keskkonnale negatiivset mõju. Tabel 1.2. Soojustusmaterjalide füüsikalised omadused (Allikad: Isover; AS Reideni Plaat; Danner,H. 21) Materjal Mahumass Materjali energiasisaldus Soojus erijuhtivus U-arv paksusel 1cm kg/m 3 MJ/kg W/(m K) W/(m 2 K) Klaasvill ,29,29 Kivivill u ,32,32 EPS ,33,4,33,4 1

11 2. TÖÖSTUSKANEP Looduslikeks võib nimetada selliseid materjale, mis vähendavad tootmise, töötlemise, kasutamise, taaskasutamise ja kõrvaldamise mõju meid ümbritsevale keskkonnale. Lisaks sellele ei tohi need materjalid olla tervisele ohtlikud nende kasutusea jooksul ja peavad aitama kaasa ruumides parema mikrokliima tagamisele. Ehitusmaterjalidena on taas kasutusse võetud põhk, pilliroog, saepuru, tööstuskanep jne., mida aga ei ole saada standardiseeritud ning kontrollitud viisil, mis seavad teatud piirangud ehitusturul. Selliste materjalide kasutamine on siiski vägagi soovitatav, kuna enamus neist on mis tahes kavandatava ehituskoha läheduses hangitavad. Puuduseks on see, et suurtest ehituskeskustest ei ole veel tänapäeval võimalik osta kõiki looduslikke ehitusmaterjale. Inimesed on huvitatud keskkonnasõbralikust ehitusest, peamiselt vajadusest tervislikuma elukeskkonna järele. Üheks põhjuseks, miks ei kasutata kuigi palju looduslikke materjale on oskusteabe puudumine ja vähene reklaam. Tööstuskanepil on väga palju erinevaid kasutusalasid. Temast saab toota paberit, kangast, biolagunevaid tarbeesemeid, tervislikku toitu ja loomulikult erinevaid tooteid ehitussektorile. Tööstuskanep (Cannabis sativa) võib sisaldab väga väheses koguses tetrahüdrokannabinooli (THC), kuid mitte rohkem kui,2 %. Selline määrus tagab selle, et ta ei ole psühhotroopsete omadustega taim, mille kasvatamine on illegaalne. Eestis on lubatud kasvatada põllul selliseid tööstuskanepi sorte, mis on kantud Euroopa Liidu sordiraamatusse. (RTL 21, 15, 283) Tööstuskanepil on potentsiaali asendada tuntumaid mittetaastuvaid toormaterjale, kuna selle kiud on tugevamad ja paindlikumad kui teiste taimede omad. Kanep imab endasse süsinikdioksiidi ning vabastab hapnikku rohkem kui puud,4 ruutkilomeetrit kanepit toodab rohkem hapnikku kui,1 ruutkilomeetrit metsa. Peale selle ei kurna kanepitaimed maad välja, vaid hoopis rikastavad seda. (Laanep, M. 213) 11

12 Kanepist biokütus ei tooda väävlit ning seda saab tõhusalt kasutada suhteliselt puhta energia allikana. Kanepist tehtavad ehitusmaterjalid on mittetoksilised, mittesüttivad, hallitusele ja kopitusele vastupidavad. Tööstuskanepit kasutatakse ka maailma suuremate valuutade rahatähtedes, sest kanepist paber on tugevam ja ka veele vastupidavam. (Laanep, M. 213) 2.1. Kanepi ajalugu Tööstuskanep on üks iidsemaid kultuurtaimi, mida on sajandeid kasvatatud vastupidava kiu ja õlirikaste seemnete saamiseks. Kanepi algkodumaad ei teata. Kanep arvatakse pärinevat Kesk-Aasiast, kus esineb selle metsikuid vorme. Metsikult kasvav kanep on varavalmiv ja kuivusele ning külmale väga vastupidav. Mõned uurijad peavad kanepi kodumaaks Pärsiat või Indiat. (Miljan, A. 1947) Vanemaid andmeid kanepi kohta leidub Hiinast, kus kanep on olnud kiviajast alates ainuke kodumaine kiudtaim. Templiseinte kaunistuste põhjal on järeldatud, et egiptlased tundsid kanepit juba 15 aastat e.m.a. Eestis on eri linnades leitud kanepiseemnete jälgi keskaegsetest ladestustest. (Pere, R. 28) Euroopa arheoloogilised leiud kõnelevad peamiselt kahest kanepi kasutamise viisist: kiust valmistati nööri ja kudumeid, seemneid tarvitati söögiks. Vanimad kanepikiu leiud maailmas pärinevad eelrooma rauaajast 8 4 e.m.a. (Sillasoo, Ü. Kukk, T. 23) Kanepi taime on traditsiooniliselt kasutatud kiu, seemne ja ravimite saamiseks. Põhiliseks eesmärgiks oli aga kanepikasvatusel kiu saamine. Kiud on vastupidavad hõõrdumisele ja mädanemisele. Kohad, kus nöörid pidid kokku puutuma veega ja vastu pidama mädanemisele, oli kanep raskesti asendatav, nagu näiteks kalanduses ja laevanduses. (Miljan, A. 1947) Kahekümnendal sajandil oli Euroopa suurim kanepikasvataja Nõukogude Liit aastal kasvatati maailmas kanepit 1 42 hektaril, millest 654 ehk 63% kasvas Nõukogude Liidus. (Sillasoo, Ü. Kukk, T. 23) Ameerika Ühendriikides keelustati kanepikasvatus aastal. Esimesed uued katseistandused loodi Valitsus oli kuni 196. aastateni arusaamal, et tööstus- e. harilik 12

13 kanep ja marijuana e. india kanep on kanepi kaks varieteeti. Sealsele kanepikasvatuse keelustamisele pani punkti 197. aastal lõik Controlled Substance Act i määruses, kus harilik kanep samastati india kanepiga. Tänaseks on võetud vastu seadus, mis lubab igal osariigil eraldi otsustada kasvatuse lubamise või keelamise üle (Sillasoo, Ü. Kukk, T. 23) Suurimad kanepi töötlejad Euroopas on Inglismaa, Prantsusmaa ja Holland. Neile järgnevad natukene väiksema tootlikkusega Austria, Itaalia, Hispaania ja Šveits. Ida Pariisis tegutsev ettevõte La Chanvrière de l'aube on tegelenud tööstuskanepi kasvatamisega kõige kauem, alates 1973 ndast aastast. (Allin, S. 25) Aastani 23 ei olnud kanepi seaduslik kasvatamine põllukultuurina Eestis võimalik, kuna vastavasisulist valitsuse määrust polnud välja antud. Tollal oli kanepi ebaseadusliku kasvatamises eest karistuseks rahatrahv või kuni viieaastane vangistus. Eestis on kanepikasvatus uuesti võimalik alates 24. aastast, seda suuresti tänu Eesti vastava seadusandluse ühtlustamisele EL-i omaga. Täna on tööstuskanepi kasvatus ning taimest saadavate kiudude ja õli kasutamise arendamine taas vägagi päevakorras ning vastavasse teadus ja tööstuse arengusse panustatakse suuri ressursse. (Perfectplant. 215). Siiski on Eestis tööstusliku kanepi kasvatus veel vähene võrreldes teiste Euroopa riikidega. Järjest enam on tekkimas neid ettevõtteid, kes pakuvad erinevaid looduslikke ehitusmaterjale ja turustavad neid, mis tulevikku vaadelduna võib innustada ettevõtjaid kanepit kasvatama ka suurematel maa-aladel Kanepitaimede omadused Kanep on kiu ja õlitaim. Kanep on tugev püstine kiirekasvuline üheaastane rohttaim. Isastaimed on lühemad, nende ülemine pool hargneb ja õisikud on harude ladvas. Emastaimedel on hargnenud vaid varre ülemine neljandik, kusjuures kõrvalharud jäävad lühikeseks. Isastaimed saavad koristusküpseks umbes 4 nädalat varem kui emastaimed ja väiksema põllu korral korjatakse käsitsi vahelt välja. Suuremahulisel kasvatamisel koristatakse saak ühel ajal, kuid siis peab täpselt ära tabama õige aja, millal isastaimede kiud on veel kõlblikud ja emastaimede kiud juba kasutusvalmis. (Kiik, H. 1989). Taimede erinevused õitsemise ajal on tabelis

14 Tabel 2.1. Isas ja emastaimede erinevused õitsemise ajal (Reinmets, E. 1976) Tunnused Isastaim Emastaim Taime värvus kollakasroheline roheline Lehisus lehevaene leherikas Külgharude pikkus pikad lühikesed Õisikute tihedus Õite asetus hõredad kobaratena peavarre ja kõrval harude tipuosadel tihedad (ladva suunas tihedus suureneb) lehtede kaenlas Kasvatatakse soojas ja parajas kliimas. Kanepikiud on eriti pikk, kasutatavaist looduslikest kiududest üks pikemaid, koosneb,5 5,5 cm pikkustest üksikkiududest. Kanepivarres on kiudu erakordselt palju, kuni 25 %. Lehtedest puhastatud vars leotatakse päeva ja eraldatakse lahtine kiud. Kanepikiud on tõmbel üks tugevamaid ja ajale vastupidavamaid looduslikke kiudaineid. (Kiik, H ) Tööstuskanepit on võimalik kasvatada väga erinevatel mullatüüpidel ning teda loetakse üldse üheks kõige vastupidavamaks ning kohanemisvõimelisemaks kultuurtaimeks. Tema kasvatus on keskkonnasõbralik ja lihtne. Kanepitaim kasvab koristusvalmis umbes nelja kuuga. Kuna taimed on jõulise kasvuga, siis ei anna nad võimalust umbrohule, mis tähendab seda, et rohimine ja hooldus ei ole vajalikud. See võimaldab kanepit kasvatada ka pestitsiide kasutamata. Pärast saagi koristamist on pinnas puhas ja valmis uute kultuurtaimede istutamiseks. (Pere, R. 28) Kanepivarre ehitus ja kasvutingimused Kanep kasvab kuni 4 m kõrguseks. Kasvuperioodil on kanepivarre ristlõige joonisel 2.1a, kus on näha, et taime kiu ja luu osa on veel kasvufaasis võrreldes joonisega 2.1b, kus taim on küps ja luu osa selgesti eristatav. Varre välispinnal on kutiikula ja rohkete karvakestega kaetud epiderm. Selle järel tuleb kollenhüüm ja siis põhikude kiukimpude ringidega. Järgnevad kambium ja puiduosa, mis on mitmesuguses suuruses soontega ja lõppeb säsiga. Viimase rakud lagunevad järk-järgult taime õitsemise ajaks ja varre tsentrisse tekib õõnsus. 14

15 a) b) Joonis 2.1. Tööstuskanepi varre läbilõike suurendus: a - kanepivars kasvuperiood; b - kanepivars lõikusvalmis (Perfectplant, 215, Allin, S. 25) Seest on vars tavaliselt kogu pikkuses õõnes, pinnalt kare ja karvadega kaetud. Varre pikkus 1 4 m, diameeter 3 3 mm. (Reinmets, E. 1976). Vars koosneb 37% tselluloosist, 16,5% hemitselluloosist, 21,8% ligniinist ning ülejäänud 24,7% moodustavad erinevad muud ühendid. (Allin, S. 25). Joonisel 2.2 on toodud tööstuskanepi komponendid kihtide kaupa. Joonis 2.2. Tööstuskanepi komponendid (Allin, S. 25) Tööstuskanepi kasvatamisel ei ole kuigi suuri nõudeid, sest nagu eelpool mainitud on ta vähenõudlik ja kohaneb kiiresti ümbritsevaga. Teda ei ründa kahjurid ja ta parandab pinnase omadusi, mistõttu on teda hea kasutada külvikordade vahel. Kanepi kasvatamiseks sobivad sellised põllud, mis on tasased ja hea mullaviljakusega, õhurikkad, suure veemahutavusega ning umbrohupuhtad. Kanepile ei meeldi happelised mullad, seega ph tase mullas peaks olema vahemikus 6 7,5. Taim ei kasva hästi toitainetevaesel, rasketel savi või muudel halvasti kuivendatud muldadel. Kanep annab parimad tulemused hästi aereeritud, keskmise 15

16 lõimisega muldadel, mis on kemikaalivabad ning kõrge loodusliku viljakusega, huumusrikkad ning kõrge bioloogilise aktiivsusega. (Loper, I. 21, Perfectplant. 215) Ideaalseteks kanepi külvamisele eelnevateks kultuurideks loetakse hiljuti söötis olnud põlde ning mitmeaastaste kultuuride alla olnud põlde. Väga headeks ringluskultuurideks on ka teraviljad, juurviljad. Nisu, raps, hernes ja ka päevalill võivad suurendada haiguste riski kanepi kasvatamisel. (Perfectplant. 215) Kanep külvatakse, kui muld on 1 cm sügavusel soojenenud temperatuurini 8 1. Kanepiseemne külvisügavuseks on 2 5 cm ja ta hakkab idanema aeglaselt juba 1 2 juures. Taim tärkab normaalselt temperatuuril 8 1. Talub kõikidel kasvustaadiumitel lühikest aega öökülma kuni -5, mis on Eesti kliimas väga tavaline suve alguses. Kõige soodsam temperatuur kasvuks on (Reimets, E. 1986) Euroopas kasvatatav kanepi saagikus sõltub suuresti juuni ja juuli sademete hulgast. Kanep on üks põuatolerantsemaid liike, eriti pärast 3 päeva möödumist idanemisest. Samas reageerib taim hästi kastmisele. Taime kiire kasvu tõttu peab mullas olema toitaineid piisavalt ja need peavad olema hästi kättesaadavad. Kanepi toitainete vajadus on eriti vegetatiivsel perioodil suhteliselt suur. (Reimets, E. 1986) 2.4. Kanepi kasvatamise ja tootmise tehnoloogia Kanepiseemet saab külvata teraviljakülvimasinaga. Külvamiseks peab kasutama seemet, mis pärineb sertifitseeritud seemnemüüjalt. Külvinorm sõltub sellest, milleks kanepit kasvatatakse seemnekanepi külvinorm on ligikaudu kaks korda väiksem kiukanepi omast, olles siis vastavalt 3 ja 6 kg/ha. (Pere, R. 28) Kanepitaimede koristuseks kasutatakse niidukeid, mis on traktoriga järel veetavad. Olenevalt taime pikkusest ja koristus mahust võib määrata niiduki töölaiuse ja lõikepeade asetuse. Kindlasti on oluline, et taim lõigatakse maha võimalikult maa lähedalt, eriti just siis, kui on oluline kiu ja luu kogus. Kolme lõikepeaga niiduk, mis on joonisel 2.3, võimaldab lõigata 4 meetri kõrguseid taimi ilma probleemideta ja vastavalt vajadusele. Erinevaid lõikepäid on võimalik kasutada ka eraldi, mis annab võimaluse säilitada taime pikka vart. 16

17 Madalaid taimi, näiteks õlikanep, mis on alla 2 meetri saab lõigata tavakombainiga. Kiukanepi lõikamisel, mis on üle kahe meetri, tekivad probleemid, kuna taim on kõrge ja ummistab tööseadme liikuvaid osasid. Sellepärast ei kasutata kombaine tööstuskanepi lõikamisel, mis on kasvatatud kiu ja luu saamise eesmärgil. Joonis 2.3. Kolme lõikepea võimalusega kanepilõikamise masin (Some hemp harvesting facts, 21) Kiukanep lõigatakse vahetult pärast õitsemist, aga kindlasti enne seemnete valmimist. Lõigatud kanep jäetakse maha vaaludesse kasteleoprotsessi, et teda oleks hiljem lihtsam töödelda. Pärast tuleb kiud paremini lahti ja kui võimalik, siis kaarutatakse kanep läbi, et kuivamine oleks ühtlasem. Hiljem pannakse kanep rullidesse (pallitakse) ja ladustatakse varju alla. (Perfectplant. 215) Kanepikiudu saab koorest eemaldada käsitsi nagu seda tehti vanasti. Tänaseks on vastavad tehnoloogiad selle teostamiseks. Tehastes eemaldatakse kiud kraasides või siis haamerdamise teel. Kuna kanepil on kõige pikem ja tugevam kiud taimeriigis, siis on see protsess keeruline, sest seadmed, mis seda teha suudavad töötavad pöörlevate süsteemidena ja kiud jääb tihti seadme ümber kinni ning rikub tehnikat. (Allin, S. 25) Eesti erialakirjandusest võib lugeda vaid traditsioonilisest kanepikasvatusest, kus kõik toimus käsitööna. Lõikus toimus vikatiga niites, kiud eemaldati leotuse teel ja käsitsi, luud saadi purustades. Eestis on kindlasti üks tuntumaid tööstuskanepi arendamise ja kasvatussaaduste töötlemiseks vajalike eelduste loomisega tegelev ettevõte Perfect Plant OÜ. Nad pakuvad 17

18 looduslikke ehitustooteid ja kasvatamiseks vajaminevaid seemneid. Ettevõte eesmärgiks oleks tuua Eesti turule vajaminev koristustehnoloogia ja arendada tööstuskanepi töötlemisvõimalusi. Väikeettevõtjad saaksid kasutada kanepi töötlemiseks masinat TCI D8-B Decorticator (joonis 2.4), mis on mõeldud loodusliku kiu ja luu eemaldamiseks taime vartest. Decorticator on kasulik kanepi töötlemise masin, sest ta eemaldab kanepikiu ilma seda leotamata ja kiudu kahjustamata. Toodetud kiud on kvaliteetne ja võib kasutada tekstiilitööstuses. Kiud sobib ka ehituses kasutatavatesse materjalidesse. Masinast tulev kanepiluu on ideaalseks kasutamiseks ehitustoodetes või puistematerjalina vahelagedel. (Hemp Technologies, 213) Joonis 2.4. D8-B Decorticator kanepivarte töötlemiseks (Hemp Technologies, 213) Kvaliteetseks kanepikiuks loetakse seda, kui selles sisaldub kanepiluud alla 3%, muul juhul saab teda kasutada ehitusmaterjalides. Tööstuskanepi põhiliseks saaduseks ehitusvaldkonnas on varre keskmine puitunud osa, mis on puidu taoline ja mida nimetatakse kanepiluuks. Kõige tugevamat kanepiluud saab siis, kui kanepi taim on küps. Luu suurus ja osakeste proportsioon määratakse kindlaks masinate abil. Mida pikem on luu, seda suurema tugevuse ta annab vastaval ehitusmaterjalil ja väiksemaid osasid võib kasutada erinevates krohvides või puistena. (Allin, S. 25) 18

19 2.5. Kanepist saadavad toormaterjalid Tööstuskanep kasvab tihedalt koos, umbes 15 taime ruutmeetri kohta ja ta kasvab kiiresti. Üks hektar kanepit toodab aastas neli korda rohkem puitmassi kui hektar puid. Kasvuperioodil vähendavad taimed CO2 sisaldust välisõhus. Kanepitaime töötlemisel on võimalik saada kolme sorti tooteid seemned, kuid, luud. Kanepiseemnetest saab valmistada õli, lisada neid toiduainetele, jahvatada jahuks jpm.. Pikki ja tugevaid kiudusid saab kasutada erinevates ehitusmaterjalides (krohv, vill, ehitusplaat). Kanepikiu töötlemisel üle jäänud kanepiluu on suurepärane materjal soojustusena. Tööstuskanepi kasvatamisel saadav saagikus jaguneb protsentuaalselt järgmiselt: tehnilinekiud - 21%; lühike kiud - 4%; väga lühike kiud - 3%; tolm - 11%; luud - 55%; kuivamine - 2%; praakmalts - 2%; nöör -,1%; ülejääk - 2%. (Tael, T. 215) Eestis kasvatatakse tänavu kanepit põhiliselt vaid seemnete saamise eesmärgil ja kiukanepit ei kasvatatagi või siis väga vähesel määral, mille kohta andmed puuduvad. Tuginedes PRIA ühtse pindalatoetuse taotluste andmetele kasvatati Eestis kanepit (THC alla,2; EL sordilehe sordid) 214. a 25,7 ha. PRIA andmed on seoses toetuse taotluste menetlemisega, seega võib kasvupind olla suurem nende kasvatajate arvelt, kes toetust ei taotle a oli kanepi kasvupind ühtse pindalatoetuse andmetel 336,1 ha a aga ainult 1,6 ha ja 211. a 25 ha. Siin tuleb silmas pidada seda, et Eestis sai seemnekanep Finola toetusõiguslikuks alates 213. a ja sellest ka selline hüpe toetuse taotluste andmetes Kanepikiud Kanepikiudu kasutatakse mööbli ja tekstiilitööstuses, tänapäeval ka ehituses, põhiliselt soojusisolatsiooni materjalides. Kanepikiud on kasutusel ka luksusautode sisustuse 19

20 valmistamisel, sest ta on väga vastupidav materjal, kui teda õigesti hooldada. Võrreldes linakiuga on kanepikiud jämedam, pikem ja tugevam. Kanepikiud on kasutuses olevatest looduslikest kiududest koos džuudiga ühed kõige pikemad. Tööstuskanepi pealmised kiud ehk niinekiud moodustavad varrest kuni 25%. Kiudude tähtsamate komponentide sisaldus täiskasvanud taime varres on tabelis 2.2. Kanepikiu töötlemisel saadakse keskmisest puitunud osast kõrval produktina kanepiluud. (Miljan, A. 1947; Kiik, H. 1989) Tabel 2.2. Kanepi niinekiudude tähtsamate komponentide sisaldus (Perfectplant, 215. Allin, S. 25) Nimetus Kiu pikkus Kiu läbimõõt Tselluloos Hemi - tselluloos Pektiin Ligniin Mineraalid Niiskus sisaldus mm μm % % % % % % Kiud Kanepikiust valmistatud kangad omavad väga häid termo-dünaamilisi omadusi hoiab sooja, kui on külm ja jahutab, kui on palav. Kanepikiud on suure niiskusimavusega, õhku läbilaskev ja antibakteriaalne, mis on omaduste poolest hea tundlikule nahale. Kiust valmistatud tooted on väga vastupidavad. Looduslikult orgaaniline kanepikiud on hingav ja biolagunev. Õige töötlemise korral on kiudu suhteliselt lihtne eemaldada (joonis 2.5). (Allin, S. 25) Joonis 2.5. Kiu eraldumine varrest (Hemp Technologies, 213) 2

21 Kanepiluu Kanepiluu sobib ehitusmaterjaliks. Sellest saab valmistada ka paberit, pappi jne. Kanepiluust valmistatakse ehitusplokke koos sideainega savi või lubi. Luud saab kasutada ka puistematerjalina vahelagedel või krohvisegudes. See annab materjalile juurde soojapidavust ja tugevust ning muudab krohvi pinna struktuuri omapärasemaks vastavalt kanepiluu kogusele. Kanepiluud koosnevad trahheedest, parenhüümirakkudest ning puitkiududest, mis transpordivad vett ja toitaineid, tagavad taimevarre püstise jäikuse. Tähtsamate komponentide sisaldus täiskasvanud kanepitaime luudes on toodud tabelis 2.3. Tabel 2.3. Kanepi luude tähtsamate komponentide sisaldus (Perfectplant, 215. Allin, S. 25) Nimetus Kiu pikkus Kiu läbimõõt Tselluloos Hemi - tselluloos Pektiin Ligniin Ekstraktiiv ained mm μm % % % % % % Luud, ,5 5 21,8 8,9 1,8 Muud ained Ühelt hektarilt on võimalik saada 8 1 tonni tööstuskanepit. Üks kanepitaim sisaldab kanepiluud 7-8% ja 1 m 3 kanepiluud kaalub 13kg.(Allin, S. 25). Kanepiluu ei ole oma väljanägemiselt alati ühesugune. Luu värvus, kuju ja suurus oleneb tööstuskanepi sordist, selle töötlemisest ja kasvutingimustest. Joonisel 2.6 on erinevevate kanepiluude variatsioon, mida saab kasutada ehitustoodetes või lahtise puistematerjalina. 21

22 Joonis 2.6. Erinevad kanepiluu variatsioonid (Allin, S. 25) Tabelis 2.4 on toodud kanepikiu ja luu olulisemad füüsikalised omadused, mis mõjutavad oluliselt materjali soojustehnilisi näitajaid. Võrdlusena on lisatud teiste põhiliselt kasutatavate looduslikke soojustusmaterjalide andmed. Mõõtmistulemused on teostatud Maaülikoolis, mille käigus on määratud uuritavate materjalide tihedus ρ ja veesisaldus w. Tabel 2.4. Erinevate materjalide füüsikalised omadused (Miljan. M-J., jt. 212) Materjal Tihedus ρ Veesisaldus w Soojuserijuhtivus λ kg/m 3 % W/mK EPS 17 -,38 Isover puistevill 5,6,39 Tselluvill 5 9,1,44 Tselluvill 3 7,6,45 Höövlilaast 69 8,7,47 Linaluu 19 8,4,5 Kanepiluu 94 8,2,53 Kanepihake 64 8,5,56 Saepuru 197 9,5,62 Isover puistevill 3,3,65 Pillirooplaat 118,6 5,4,7 Pilliroomultš 76 7,8,74 Kanepikiud 38 7,2,79 22

23 2.6. Kanepi kasutusvõimalused ehituses Erinevate kanepitoodete hulk küündib kümnete tuhandeteni, aga ehitussektoris toodetakse tööstuskanepist peamiselt plokke, ehitusplaati, erinevaid soojustusvillasid, kanepitsementi ja krohvi. Kanepi vartest saab teha plaate, mis on täpselt sama põhimõttega nagu pillirooplaat, mis sobib hästi krohvi alusplaadiks, kuid ta omab ka soojustusfunktsiooni. Tööstuskanepist ehitustooted on loodussõbralikud ning neid on lihtne paigaldada, mis muudab ehitustööd kiireks. Kõikidel looduslikel materjalidel on suhteliselt head soojusisolatsiooni omadused, mis on samaväärsed paljude sünteetiliste materjalide omadustega. Eestis puudub hetkel tööstus, mis toodaks kanepist ehitustooteid. Kasvatatakse küll tööstuskanepit, kuid põhiliselt seemnete pärast. Kiu ja luu saamise eesmärgil ei ole mõtet kasvatada, sest puuduvad kohalikud seadmed, mis suudaksid taime varrest eraldada vajalikud produktid. Praeguse seisuga ei oleks Eestis ka piisavat turgu neile toodetele, kuna kanepist valmistatud materjalid on veel suhteliselt uus teema ja kindlasti on ruumi areneda selles suunas Kanepiplokk Kanepiplokk on valmistatud kanepiluu ja lubja või savi segust (joonis 2.7), kuhu lisatakse vesi. Segu valatakse vormidesse ning tihendatakse. Selline plokk on mõeldud karkasshoonetes mittekandvate seinte ladumiseks (vaheseinad) või olemasolevate seinte soojustamiseks. Kanepiplokke ei saa kasutada kandekonstruktsioonides. Plokke kasutatakse ka helikindluse ja ruumi sisekliima parandamiseks. Kasutada võib teda nii uute hoonete ehitusel kui ka vanade renoveerimisel. Kanepiplokki luu lisamine avaldab positiivset mõju segu ehitusfüüsikalistele omadustele. Ploki soojapidavus paraneb, väheneb materjali mahukahanemine ja tihedus ning see vähendab omakorda materjalis tekkida võivaid mõrasid. Kanepiluu lisamisel on positiivne mõju ka segu survetugevusele. Luu kogusest olenevalt muutub kanepiploki mass, mis lihtsustab nende paigaldust. 23

24 a) b) Joonis 2.7. Kanepiluu plokk segatud loodusliku savi või lubajaga: a - Savi ja kanepiluu plokk; b - Lubja ja kanepiluu plokk Kanepiluu ehitusplaat Kanepiluudest valmistatakse ehitusplaate (joonis 2.8), mis paistavad silma eriti oma kerguse poolest. Plaadi mõned omadused on oluliselt paremad võrreldes näiteks puitlaastplaadiga. Kui puitlaastplaadi tihedus on kuni 7 kg/m 3, siis kanepiluudest plaadil on see vahemikus 3 34 kg/m 3, mis annab omakorda paremad isolatsiooni omadused. Plaadi kergus annab eelised ka selle kasutamisele, mis muudab ehitustööd kiiremaks. Plaatide paigaldamine käib sama moodi nagu puitplaatidelgi saega lõikamine ja kruvidega kinnitamine. (Alternative im Leichtbau, 27) Joonis 2.8. Tööstuskanepist ehitusplaadid (Kirei Canamo, 23) 24

25 Ameerikas tegutsev ettevõte Kirei toodab alates 23-dast aastast looduslikest materjalidest valmistatud erinevaid ehitustooteid. Nende peamine eesmärk on pakkuda arhitektidele ja sisekujundajatele võimalust luua inimestele tervislik elukeskkond, mis ei avalda loodusele negatiivset mõju ja on jätkusuutlik. Nende üks innovaatiline ehitustoode on kanepiplaat, mis on valmistaud kangatootjatel üle jäänud kanepiluu ja kiududest, millele ei ole lisatud sünteetilisi vaikliime. Sideaineks kasutatakse tärklisepõhiseid liime, mis on valmistatud orgaanilistest ainetest Kanepivill ja vilt Kanepivill sobib uute ja vanade majade põrandate, seinte ja katuslagede soojustamiseks. Võimalikud kasutuskohad on sarikatevahel ja peal, vahelagedes ning välis- ja siseseintes puitkarkassiga ehitistes. Samuti võib kasutada ka ventileeritud õhkvahega välistarindis. Kanepivill paistab silma oma funktsionaalsuse ja vastupidavuse poolest ning säilitab hästi kuju. Villa on võimalik hankida eri formaadis mattide ja rullidena. Kanepivill tagab hoone tervisliku sisekliima. Villal on head soojus ja heliisolatsiooni omadused. Materjalil on optimaalsed omadused niiskuse difusiooni osas ja kuna kanepis ei ole valkaineid, siis ei pea kartma ka kahjureid, hallituse teket ega mädanemist. (Raudsepp, A. 2) Soojustuskanep on sajaprotsendiliselt ökoloogiline toode, kuna selles pole loodust kahjustavaid lisandeid. Kiudude sideaineks on kartulitärklisepõhised liimid. Tervisehäired nii toote valmistamisel, monteerimisel kui edasisel kasutamisel ehitisetes on täiesti välistatud. Probleeme ei teki ka sellest, kui hiljem tuleb, näiteks hoone ümberehituse käigus, senine kanepist soojustus kõrvaldada: materjal on taaskasutatav ja utiliseeritav. (Raudsepp, A. 2) Saksmaal tegutsev ettevõte Thermo Natur, mis toodab kanepist valmistatud soojustusmaterjale (joonis 2.9). Nad on saanud tunnustust erinevates Euroopa riikides, kus nende toodang on tuntud just tänud oma ökoloogiliste kvaliteediomaduste poolest. Ettevõtte tooted on saanud endale vastava märgi Natureplus, mis on keskkonna ja tervisesõbralikele ehitustoodetele antav kvaliteedimärk. 25

26 Joonis 2.9. Kanepivill (Thermo Hanf) (Thermo Natur, 215) Villa tihedusest sõltub tema soojusjuhtivus, õhujuhtivus ja soojustuse kokku vajumine aja jooksul. Kanepivilla tihedus on kg/m 3 ja soojuserijuhtivus,4 W/m. Kanepivillamatte on saada erinevates mõõtudes paksusega 3 22 mm. Soojustusmaterjal talub maksimaalselt kasutustemperatuuri 12 ja omab tulekindlus klassi B2 (euroklass E). Kanepivilla koostiseks on 85 9 % kanepikiude, 8 1 % kahekomponentseid kiude ja 2 5 % soodat, mis suurendab materjali tulekindlust. (Thermo Natur, 215) Kanepivilt (joonis 2.1) mõjutab ruumi sisekliimat samamoodi nagu kanepivill. Materjali võime imada ümbritsevast keskkonnast niiskust ja kuiva õhu korral seda uuesti eraldada parandab eluruumis valitsevat kliimat ning kaitseb puitu niiskuse kõikumise eest. Kanepivildi ribasid kasutatakse veel eraldusribadena, kergete vaheseinaribadena ja teiste puidust katete vahel. (Pere, R. 28) Joonis 2.1. Kanepivilt (Thermo Nadelfilz) (Thermo Natur, 215) Kanepivilti on hea kasutada sammumüra vähendamiseks, paigaldades ta põrandamaterjali aluskihina. Sobib kasutamiseks nii puit kui ka laminaatparketi aluskatteks. Vilt on valmistatud kiududest, mis on nõeltöödeldud ja neid on olemas suuremate paanidena rullides või ribadena, mida on erinevate paksusega 3 1 mm. Ribasid saab kasutada näiteks vahelae 26

27 talade peal, et summutada sammumüra. Kanepivilti on kerge lõigata kääride või noaga. (Thermo Natur, 215) Kanepi-betoon Kanepi kergsegu (Lightweight hempcrete) sisaldab enamjaolt kanepiluud ja ainult 1% kustutatud lupja (Ca(OH)2) ja seetõttu on sellise segu soojusisolatsiooni omadused ka kõige paremad. Suur kanepiluu hulk muudab materjali kergemaks. Lubi on mõeldud eeskätt vaid massi koos hoidmiseks. Kergsegu (tabel 2.5) kasutatakse põhiliselt vahelagede ja katuste soojus- ja heliisolatsiooniks. Soojuserijuhtivus tegur λ=,13 W/m ja tihedus 285 kg/m 3. (Allin, S. 25) Kanepisegu seinale (Wall hempcrete) sisaldab kanepiluud, millest 25% moodustab kustutatud lubi, et tugevamalt siduda kanepiosakesed üksteise külge, samas et isolatsiooni omadused jääksid heaks. Kanepisegu, mis paigaldatakse seina (tabel 2.5) toimib hästi ka tuuletõkkena. Kanepisegu on piisavalt tugev, et anda puidule tugevust juurde, kui ta on paigaldatud karkassi vahele, aga temast ei saa tarindi kandvat osa (tabel 2.5). Segu soojuserijuhtivus λ =,17 W/m ja tihedus 445 kg/m 3. (Allin, S. 25) Kanepisegu põrandatele (Floor hempcrete) sisaldab 5 % kustutamata lupja ennetamaks materjali kokku surumist. Kasutatakse isolatsiooni materjaliks põranda all maapinnal. Selleks, et säilitada materjali hingamine, tuleb ta panna killustikalusele, mis peab olema kergelt ventileeritud. Põrandasegu (tabel 2.5) peab vastu pidama killustikule ja vastu võtma põranda taladelt tulevat koormust. Sellisel kanepisegul on võime salvestada soojust ja seega sobib ta hästi hoonetesse, kus on põrandaküte. Materjali soojuserijuhtivus tegur λ =,19 W/m ja tihedus 53 kg/m 3. (Allin, S. 25) Tabel 2.5. Kanepi-betooni segude koostised (Allin, S. 25) Nimetus Tihedus ρ kg/m 3 Soojuserijuhtivus λ W/m Kanepiluu Lubi Vesi koostised antud mahuosades Kergsegu 285, Seina segu 445,17 1 2,5 4 Põrandasegu 53, Krohv 99,

28 Kanepikrohv Kanepikrohvi (Hemp plaster) kasutatakse seinte viimistlemisel sise ja välitingimistes, kaitstuna otseste sademete eest. Kanepikrohvil on oluline lubja sisaldus, mis peab olema 85 9%, sest siis seisab krohv hästi koos (tabel 2.5), tugevuse suurendamiseks võib lisada ka liiva. Kanepikrohvi soojuserijuhtivus on λ=,34 W/m ja tihedus 99 kg/m 3. (Allin, S. 25) Lubja baasil valmistatud tooteid, millele on lisatud kanepiluud või kiude, võib kasutada nii uute hoonete ehitusel kui ka vana renoveerimisel. Looduslikud tooted on keskkonnasõbralikud ja omapärased oma struktuuri ning väljanägemise poolest. Joonisel 2.11 on ajalooline kanepist, pilliroost ja puidust maja, mis ehitati 1698-ndal aastal Jaapanis Naganos. Looduslikest ehitusmaterjalidest hoone kuulub Jaapani kultuuripärandite hulka. Selles hoones kasutatakse kanepimatte katusekatte pilliroo aluskihina, mis on seotud kanepinööriga sarikate külge. Ka hoone siseseintes on kasutatud kiust puhastatud kanepi vartest tehtud matte. Maja välis ja siseviimistluses on kasutatud kanepikrohvi, mis on valmistatud lubja baasil. Joonis Perekond Nakamura kanepi maja (hemp house) (Miasa village, 213) 28

29 Kanepiplaat Hoone soojustamiseks võib kasutada kanepiplaati. Joonisel 2.12a on kiududest puhastamata kanepivartest plaat, mida on käsitööna oluliselt halvem valmistada kui joonisel 2.12b olevat pillirooplaati, just sellepärast, et pikad kiud jäävad omavahel kokku ja takistavad varte lahti arutamist. Kui varred puhastada kiududest, siis on tulemus väga sarnane pillirooplaadile. Kanepivarred on seest õõnsad ja endas õhku hoidvad, mistõttu tagab see ka nende hea soojusisolatsiooni. Kanepiplaadi valmistamisel kasutatakse kokku pressitud kanepi varsi ja tsinkraati, millega materjal kokku punutakse. Sidumiseks saaks kasutada ka kanepinööri, et muuta materjal veelgi ökoloogilisemaks. a) b) Joonis Looduslikest vartest kanepi ja pillirooplaat: a - kanepiplaat; b - pillirooplaat Kanepiplaat on mõõtmetega 2x1mm, paksusega 5 mm. Sobib loodusliku krohvi aluseks plaadiks. Plaadi viimistlemine mittesüttiva krohviga tagab orgaanilise materjali tulekindluse. Plaati on suhteliselt lihtne töödelda ja teda saab kiiresti paigaldada lõigates vaja minevaid tükke. Eelkõige sobib ta kasutamiseks tarindi seest poolt soojustamiseks, kaitstuna liigniiskuse eest. Kanepiplaati saab kasutada puitmajades, kus on tähtsal kohal looduslikud ehitusmaterjalid. Paigaldatakse naelte või kruvide abil. 29

30 2.7. Kanep tarindites Erinevates konstruktsioonides on hakatud üha enam katsetama looduslikke materjalide kasutamist. Tänapäeval kulub suur osa energiast ehitusmaterjalide tootmisele ja transpordile. Selleks püütakse tuua ehitusvaldkonda juurde tooteid, mis on valmistatud taastuvast toorainest ja tootmise seisukohalt madala energiamahukusega. Sellega luuakse alternatiive tehislikele ehitustoodetele. Hetkel omavad suurt turuosa erinevad sünteetilised materjalid, kuid üha enam on tekkimas nõudlus ka looduslike toodete järele. Inimesed tahavad luua endale tervisliku keskkonna kasutades ökoloogilist toorainet, sest alternatiivsed materjalid omavad võrdväärseid füüsikalisi omadusi. Kanepitaimedest saadavast kiust valmistatakse kvaliteetseid soojusisolatsiooni tooteid, millel on lisaks soojustusele, ka suurepäraseid heli isoleerivaid omadused. Puitunud varsi, millest saab kanepiluud, võib kasutada lahtise soojustusena puistena erinevates tarindites. Lisades sideained, lubi või savi, saab valmistada soojapidavaid plokke ja krohve. Sideaine lisamine annab materjalile tugevust juurde ja aitab hoida tema struktuuri, mis võimaldab kasutada kanepisegu ka põrandate soojustuseks. Kasutades ära erinevad ökoloogilised lahendused, mis loodus meile pakub, saab ehitada põhimõtteliselt nii, et energiamahukus ja taastumatute loodusvarade kasutamine on viidud miinimumini. Järgnevalt on toodud mõned näited, kuidas saab kasutada kanepist valmistatud erinevaid tooteid piiretes. Kõik konstruktsiooni lahendused on koostatud lähtudes kirjandusest leitud andmetele, mis käsitlevad kanepist ehitustooteid. Valdavalt uuritakse väliskirjanduses ainult kanepi ja lubja segu. Kanepi ja savi segu omaduste kohta kirjandustaust puudub. Joonistel on püütud kasutada ära maksimaalselt loodulike materjale. Krohvideks siseruumides savi - või lubikrohvi. Välispiirdes, kus on otsene sademete oht, on soovitav siiski vaid lubikrohv. Tarindites kasutatavad kanepi segud ja nende koostised on välja toodud tabelis 2.5. aga võib kasutada tabelis

31 Kanepi kasutamine põrandates Kanepi ja lubja segust põrand hoiab soojust ja tagab selle niiskuskindluse. Viimistluskihiks sobivad näiteks puidust ehitustooted. Parim lahendus saadakse siis, kui jäetakse järgmise kihi ja segu vahele 1 mm tühja ruumi, kus õhk saaks liikuda ja kanepisegu saaks hingata. Põrandasegu saab kasutada ka otse killustikalusel (joonis 2.13), mille tera läbimõõt võib jääda vahemikku 2 1 mm, mis tagab põranda aluse õhu liikumise. Segu tuleb ühtlaselt kinni tampida, kuid pind ei pea jääma perfektne, sest viimane lubimördi tasanduskiht annab põrandale tasasuse. Põranda kattena on soovitatav kasutada ainult hingavaid plaate terrakota. Kõik torud ja juhtmed võib vedada soojustuskihi sees ja vajadusel võib paigaldada ka põrandaküttetorud, mis paiknevad segu sees. Joonis Põrand killustikalusel kanepi ja lubja segu (Allin, S. 25) Kõige sagedamini kasutatakse põrandatalade vahel kergekaalulist kanepi-lubja segu (joonis 2.14), mille paigaldamine on lihtne ja kiire. Sellisel juhul ei ole vaja jätta õhkvahet talade ja järgneva kihi vahel. Kanepisegu jäetakse kergelt üle põrandatalade ja plaadi või laudade kinnitamine talade külge tagab soojustuskihi kokku surumise. Põrandale on head soojustus ja akustilised omadused. 31

32 Joonis Põranda kanepi ja lubja kergsegu Kanepi kasutamine seintes Erinevate kanepisegude, villade ja plaatide kasutamiseks seintes on palju erinevaid võimalusi. Kõik oleneb inimese vajadustest ja hoone konstruktsioonist ning selle iseärasustest. Kanepist valmistatud soojustustooteid on võimalik kasutada sarnaselt mineraalvilladele puitkarkassi vahel. Kanepisegu, mille sideaineks on lubi või savi, saab kasutada isolatsioonina ideaalselt puitsõrestik hoonete välis ja sisetarindites (joonis 2.15). Segu paigaldamiseks konstruktsiooni vahele kasutatakse raketisi, mille võib pärast mõne tunni möödumist eemaldada. Seina võib krohvida otse kanepisegule käsitsi või pritsiga ja olenevalt soovist savi või lubikrohviga. Krohvi alusplaadiks võib kasutada kanepiplaati, mis lisab tarindile täiendavat soojapidavust. Põhiülesandeks kanepisegul seinas on soojusisolatsioon. Kanepi ja lubja kergsegu ei tõmba aja jooksul kokku ja tal on ka head tulekaitse ja akustilised omadused. 32

33 Joonis Kanepisegu kasutamine puitsõrestik seinas ja põrandas (Bevan, R.,Woolley, T. 28) Kanepi kasutamine vahelagedes ja katuslaes Vahelagede (joonis 2.16) ja katuslagede (joonis 2.18) soojustamiseks on lihtne kasutada kanepist valmistatud soojustust, mida saab paigaldada käsitsi ja puistena, mis oluliselt kiirendab ehitustöid. Vahelagedes võib kasutada soojustamiseks, heliisolatsiooniks ja krohvi aluskihiks kanepiplaati (joonis 2.17). Soojustust võib kasutada nii uue hoone ehitamisel kui ka vana renoveerimisel. Kõik kasutatavad segud tagavad ruumis ühtlase õhuniiskuse ja temperatuuri. Kanepist valmistatud soojustussegudel on omadus õhus olevat niiskust siduda ja seda ruumi tagasi loovutada. 33

34 Joonis Kanepisegu kasutamise võimalus vahelae konstruktsioonis Joonisel 2.18 oleva konstruktsiooni puhul on oluline, et paigaldatakse laelauad korrektselt, et vältida hilisemaid ehitusvigu. Kuna kanepiluu mahukaal on suhteliselt väike, siis ei ole vaja muuta kandekonstruktsiooni ristlõikeid võrreldes sünteetiliste materjalidega. Kanepiluu ja põrandalaudade vahele on mõistlik jätta õhkvahe, mis võiks olla minimaalselt 5mm. Sammumüra vähendamiseks võiks paigaldada vahelaetalade peale kanepivilt. Vahelae soojustamiseks ja heliisolatsiooniks võib kombineerida lahtist kanepiluud ja kanepiplaati (joonis 2.17). Viimane peaks olema paigaldatud korrektselt laudise külge enne luu paigaldamist. Kanepiplaat paigaldatakse laudise külge piki plaati asuva traadi lähedalt naela või kruviga ja kindlasti peaks kasutama seibe, mis tagavad selle, et kinnitusvahend on kindlalt traadi küljes. Sellega tagatakse piisavalt jäik aluspind krohvimiseks. Krohvi paksus peaks olema minimaalselt 2 mm ja krohvima vähemalt kolmes kihis, et vältida laes tekkida võivaid mõrasid. Joonis Kanepisegu ja kanepiplaadi kombineerimise võimalus vahelae konstruktsioonis 34

35 Joonis Kanepisegu kasutamise võimalus katuslae konstruktsioonis (Bevan, R.,Woolley, T. 28) Kanepi kergsegu kasutamine katuslaes tagab soojapidavuse ja tulepüsivuse, sest kanepiluu sideaineks on lubi või savi. Segu on lihtne ja kiire paigaldada pritsiga või käsitsi. Soojustus tagab õhutiheduse akende ümber, mis vähendab ohtu külmasildade tekkele. Segu paigaldatakse väljastpoolt, seega ei pea materjali viima hoonesse. Selleks kinnitatakse sarikate külge roov ja vineer, millele valatakse kanepisegu. Oluline on, et oleks korrektselt kinnitatud laud sarikate vahele, mis takistab soojustusel alla vajumast. Kui soojustus on paigaldatud, siis peaks mõneks ajaks tagama suurema õhu liikumise materjalis, avades kõik aknad ja avad, et viia materjalist välja liigne niiskus. Kuna katuse aluskattena kasutatakse hingavat materjali, mis laseb samuti õhul liikuda, siis ei pea kartma soojustuse liigniiskust. 35

36 3. KATSED EESTI MAAÜLIKOOLI EHITUSFÜÜSIKA LABORIS 3.1. Soojusvoo mõõtmine ehitusfüüsika laboris Katse eesmärk oli uurida looduslikust savist ja kustutatud lubjast valmistatud katsekehade soojustehnilisi omadusi, kus oli kasutatud ka kanepiluud. Prooviti anda ligilähedased andmed reaalsele olukorrale, mida saab kasutada ehituses, et oleksid täidetud Eesti Vabariigi Valitsuse määruses toodud energiatõhususe miinimumnõuded. Katsete käigus määrati erinevate täitematerjalide ja koostisosade vahekorrad savis ja lubjas. Katsekehade valmistamiseks tehti veekindlast vineerist vormid, mille kõik küljed oleksid avatavad, et katsekehad pärast valmimist vormist välja võttes saaksid minimaalselt kahjustada ja säilitaksid oma kuju. Erinevad segud valati vormidesse ja tihendati tampimise teel käsitsi. Võrdluseks kanepiluu lisamisele segudele, mõõdeti ka linaluu ja korgi soojustehnilisi omadusi parandavat toimet. Lisaks sellele määrati savi ja lubikrohvi soojust isoleerivad omadused. Saadud tulemustel on eriti hästi näha, kui palju parandab loodusliku materjali lisamine krohvi ja kergsegusse tema füüsikalisi näitajaid Katsekehade iseloomustus ja katsete eesmärk Katse eesmärgiks oli looduslike materjalide soojuserijuhtivuse määramine. Peamiseks ülesandeks oli kanepi omaduste uurimine ja selleks valmistati katsekehad. Kõik valmistatud segud olid erineva koostisega, et luua võimalikult palju võimalusi selle kasutamiseks vastavalt konstruktsiooni lahendusviisile. Uuriti kanepiluu kasutamist krohvis ja kergsegudes ning kanepiplaadi omadusi võrreldes varem tehtud uuringutega pillirooplaadi kohta. Ühele plokile lisati täitematerjaliks korki ja savikrohvile linaluud, et tekitada võrdlus teiste looduslike segudega. 36

37 Materjalide soojuserijuhtivuse uurimisel tehti järgmised katsed: kanepivartest tehtud plaadi omaduste uurimine; lahtise kanepiluu omaduste uurimine; erinevate krohvide omaduste uurimine; erinevate kergsegude omaduste uurimine. Esimese katsena viidi läbi kanepivartest (joonis 3.1) tehtud plaadi soojuserijuhtivuse määramine. Katsekehaks valmistati tööstuskanepi vartest käsitööna plaat Sepa Talus Tartumaal. Kanepivarred olid oma algsel kujul, see tähendab, et kuivanud looduslikult ja kiud eraldamata, mis muutis plaadi valmistamise võrreldes pillrooplaadiga aeganõudvamaks. Joonis Kanepivartest plaat 295x295x5mm. Kanepiplaadi valmistamiseks peab varred panema kihtidena kahe spetsiaalselt plaadi tegemiseks valmistatud puidust agregaadi vahele (joonis 3.2), mis võimaldab valmistada 5 mm paksust plaati. Taime varred fikseeritakse traadiga ja pingutatakse, et plaat saaks võimalikult tihe ja hoiaks oma kuju. Viimaseks viimistletakse plaadi otsad, lõigates materjal vastavasse mõõtu. Katseteks tehti kaks kanepiplaati mõõtmetega 2x1x5 mm. 37

38 Joonis 3.2. Kanepiplaadi valmistamine Katsetamiseks vaja minevate katsesekehade suurus peab olema 295x295x5 mm (joonis 3.1), selleks lõigati plaat etteantud osadeks ja seoti traadiga ning paigaldati katseseina elementi mõõtudega 3x3x1mm kahes kihis. Kliimakambri katseseina sise ja välivaade on joonisel 3.3. a) b) Joonis 3.3. Kliimaseade Feutron 37-5 ja materjalide soojusvoo mõõtmise katsesein: a) - kliimakambri sisevaade; b) - kliimakambri katseseina välivaade Teisena uuriti kanepiluu soojustehnilisi näitajaid. Selleks täideti kliimakambri katseseina (joonis 3.4) element 1 mm paksuse puistega ning mõõdeti soojavoogu statsionaarses olukorras. Loodusliku toormaterjalina kasutati Hemparad kanepiluud, mida müüb Hollandi ettevõte HempFlax, kes tegeleb kanepist valmistatud toodete müügiga. 38

39 Joonis 3.4. Katseseina vaade ruumi poolt ja katseseina lõige: 1 - Soojusvoo mõõtepiirkond 18x18 mm; 2 - soojavooplaat 25x25x1,5 mm; 3 - katsekeha avas 3x3x1 mm; 4 - katsekeha fikseeriv lahtikäiv plaat; 5 - vahtpolüstüreen 2x5 mm; 6 - katseseina puidust kinnitusraam; 7 - kinnitusraami fikseerimis polt ja mutter Järgmisena uuriti krohvide füüsikalisi omadusi ja selleks valmistati krohvisegud. Segud valati puidust 295x295x5 mm vormidesse (joonis 3.5) kihtide kaupa, et vältida mahu kahanemisel tekkida võivaid mõrasid materjalis, mis mõjutaksid soojavoo liikumist katsekehas. Krohvide valamine vormi toimus 2 3 kihis ja pärast kuivamist eemaldati vormi küljed. a) b) Joonis 3.5. Vorm katsekehade 295x295x5 mm valmistamiseks: 1 - metallnurgad, mis toetavad vormi põhja ja külgesid; 2 - keermelatt, vormi kõikide külgede fikseerimiseks a) vormi pealt vaade, b) vormi eest vaade 39

40 Katsekehad paigaldati koos 5 mm paksuse tselluvilla kihiga katseseinaelementi. Tselluvilla lisati katseseina soojemale poolele, et täita katseseina ava 3x3x1 mm. Villa lisamine ei mõjuta uuritavate krohvide soojustehniliste näitajate tulemusi, sest arvutused on tehtud võttes arvesse ainult katsekehade füüsikalisi karakteristikuid. Isolatsiooni materjali lisatakse igal juhul, kui on tegemist katsekeha ebatasase pinnaga, et vältida soojavoo plaadi ja uuritava materjali vahel tekkida võivat konvektsiooni. Kliimakambri ukseava katseelementi on joonisel 3.6. Joonis 3.6. Katseseina vaade ruumi poolt ja katseseina lõige: 1 - soojusvoo mõõtepiirkond 18x18 mm; 2 - soojavooplaat 25x25x1,5 mm; 3 - katsekeha avas 3x3x1 mm; 4 - katsekeha fikseeriv lahtikäiv plaat; 5 - vahtpolüstüreen 2x5 mm; 6 - katseseina puidust kinnitusraam; 7 - kinnitusraami fikseerimis polt ja mutter; 8 - Tselluvill 5 mm; 9 - Katsekeha 295x295x5 mm Sama katse tehti ka tavalise savi ja lubikrohviga (joonis 3.7), et saada aru, kui palju muudab kanepiluu või mõne teise loodusliku materjali lisamine krohvi kvaliteeti ja sellest tulenevalt tema soojustusvõimet. Mõlemad krohvisegud on tehtud Saviukumaja OÜ toodetest. 4

41 Joonis 3.7. Erinevate koostisosadega katsekehad (vaata koos tabeliga 3.1): 1 lubikrohv; 2 - lubi ja kanepiluu (KK2); 3 savikrohv; 4 - savi ja kanepiluu (KK5) Neljandaks analüüsiti kergsegude füüsikalisi omadusi. Selleks tehti erinevad katsekehad kasutades sideainena savi ja lupja, millele lisati tiheduse ja soojustehniliste näitajate parandamiseks kanepiluud. Taimse kiu lisamine vähendab materjali tihedust ning parandab soojustus omadusi. Katsekehade valmistamiseks valati kergsegud vormidesse 295x295x1 mm (joonis 3.8) ja tihendati õrnalt tampides. Savi ja lubi kleebivad taimsed kiud omavahel kokku ja sellega tagatakse materjali tugevus, mistõttu võib ka pärast mõne tunni möödumist vormi küljed lahti võtta, et toimuks kiirem kuivamine. a) b) Joonis 3.8. Vorm katsekehade 295x295x1 mm valmistamiseks: 1 - metallnurgad, mis fikseerivad vormi põhja ja küljed; 2 - keermelatt, vormi kõikide külgede fikseerimiseks. a) vormi pealt vaade, b) vormi eest vaade 41

42 Kõikide krohvisegude ja kergsegude koostised on toodud tabelis 3.1. Tabelis olevad segude koostised on suunava iseloomuga ja seal olevad koostisosade suhted on toodud välja mahuosana. Vee kogus mõjutab materjali töödeldavust ja seda võib vajadusel muuta. Linaluu ja korgi kasutamine segudes on võrdleval eesmärgil. Tabel 3.1. Katsekehade koostised on antud tabelis mahuna, mitte kaaluga. Katsekehad 1 mm Katsekehad 5 mm Katsekeha number Kanepiplaat Kanepiluu Koostised on antud mahuosana Kanepiluu (Ka) Linaluu (Lin) Kork (Ko) Savi (Sa) Lubi (Lu) R1 Liiv (Li) Vesi (Ve) Lühendid kanepiplaat kanepiluu Katsekeha nr KK3: Ka3, Lu1, Ve1. Katsekeha nr KK6: Ka4, Sa1, Ve1. Katsekeha nr KK7: Ko4, Sa1, Ve1. Katsekeha nr KK1: Ka1, Lu1, Li2, Ve1. Katsekeha nr KK2: Ka2, Lu1, R1, Ve1. Katsekeha nr KK4: Ka1, Sa1, Li2, Ve1. Katsekeha nr KK5: Ka2, Sa1, Li1, Ve1. Katsekeha nr KK8: Ka3, Sa1, Li1, Ve1. Katsekeha nr ,5 1 KK9: Lin1, Sa1, Li2,5, Ve1. Savikrohv savikrohv Lubikrohv lubikrohv Märkus. Vee koguseid võib muuta vastavalt segu töödeldavusele. KK katsekeha. Krohvi ja kergsegude valmistamise materjal on saadud Saviukumaja OÜ-lt. Valmistamiseks kasutati Joosu punast savi (Lõuna Eestist), fraktsiooniga,4 mm. Kasutatud on sõelutud kuivliiva, fraktsiooniga,8 mm. Kanepiluu Hemparade on Hollandi toodang. Sideaineks kasutati kustutatud lupja Nordkalk SL, mis vastab EVS-EN 459-1:21 standardile. Lubjasegudes kasutatakse liiva asemel, tugevuse tõstmiseks, purustatud lubjakiviliiva R1, tera suurusega,1,3 mm. 42

43 Savikrohvi koostis antud mahuosadena (Saviukumaja, 215): Joosu punane savi kuivliiv frakts.,8 mm hekseldatud põhk - 1 osa; - 3,5 osa; -,5 osa. Lubikrohvi koostis antud mahuosadena (Saviukumaja, 215): kustutatud lubi Kuivliiv farkts.,8 mm purustatud lubjakiviliiv (R3) frakts. 1,4 mm - 1 osa; - 2 osa; - 1 osa. Katsekehade valmistamise eesmärk ja mõõdetavad suurused: määrati katsekehade ruumala kõik katsekehad kaaluti,1 grammi täpsusega; leiti materjali näivtihedus; määrati katsekehade veesisaldus %-des; uuriti katsekeha temperatuurirežiimi ja soojusvoogu kliimakambri ja laboriruumi vahelises statsionaarses olukorras; võrreldi erinevate segude soojustehnilisi näitajaid Kasutatavad seadmed ja nende tööpõhimõtted Ruumala määramiseks mõõdeti kõik katsekehad digitaalse nihkkaliiberiga, täpsusega,1 mm. Katsekehad kaaluti ja enne katsetamist kuivatati kuivatuskapis (joonis 3.9) temperatuuril 15±5. Määrati materjalide niiskussisaldus vastavalt EVS järgi. Pärast seisid katsekehad vähemalt 24 tundi ruumi temperatuuril 22±3 suhtelise õhuniiskuse käes, et materjal saavutaks tavapärase oleku. 43

44 Joonis 3.9. Katsekehade niiskussisalduse määramiseks kuivatuskapp Memmert. Materjali soojuserijuhtivuse määramiseks kasutati kliimaseadet Feutron 37-5 ja andmesalvestajat Almemo koos soojavoogu mõõtva plaadiga. Lisaks mõõdeti termopaaridega erinevate pindade temperatuure. Kliimakambris Feutron 37-5 (joonis 3.4) oleva temperatuuri vahemikku on võimalik muuta -32 ºC kuni +3 ºC-ni. Kambri suhteline niiskus on vahemikus 1% 98%. Kamber on valmistatud roostevabast terasest ja väga heade soojust isoleerivate omadustega. Kliimakambris olev ventilaator tekitab õhu sundringluse selliselt, et kambris olev temperatuur ja õhuniiskus on ühtlane kogu katse perioodil. Automaatika abil pannakse paika kliimaseadmele vajalikud väliskeskkonna tingimused. (Miljan, M-J. 27) Digitaalne andmesalvestaja Almemo (joonis 3.1) fikseerib erinevate pindade temperatuurid ja soojusvoo andmed vajaliku sagedusega. Tehtud katse korral oli see iga 1 minuti tagant. Andmesalvestaja külge ühendatakse temperatuuriandurid ja soojusvooplaat. Andme salvestajaga salvestati järgmised näitajad soojuserijuhtivuse määramiseks: katsekeha külmema pinna temperatuur [ C]; katsekeha soojema pinna temperatuur [ C]; soojusvoogu q läbi termiliselt homogeense katsekeha [W/m 2 ]. 44

45 a) b) Joonis 3.1. Andmesalvestajad: a) - Almemo 289-9; b) - Almemo Temperatuurianduritena kasutati mõõtmistel NiCr-Ni termopaare (joonis3.11). Termopaariga mõõdetav temperatuurivahemik on -2. C +137 C. See koosneb kahest erinevast sulamist kokku joodetud traadist, mille diameeter,2 mm. Temperatuuri mõõtmiseks kasutatakse termoelektrilist efekti. Viimane põhjustab suhteliselt väikese termoelektrilise pinge, mille suurus sõltub temperatuuri erinevustest mõõtmispunkti ja ühendusseadme vahel. Mõõteviga jääb alla 2,5% mõõteväärtusest (Product Catalog, 213). Termopaaride asetus katseseinas on joonistel 3.12 ja Joonis Termopaar koos pistikuga Soojusvooplaat koosneb paljudest plaadi vastaskülgedel olevatest termopaaridest, mis on kinnitatud plaadi külge. Plaadi asetamisel mõõtmiskohale, käitub see soojustakistina, mis mõõdab soojusvoogu. Termopaarid on asetatud loogeldes plaadi pinnale ja saadud soojusvoog on selle keskmine soojusvoog läbi selle plaadi. Soojusvooplaat on mõõtmetega 25x25x1,5 mm, mille mõõtepiirkond on 18x18 mm. Plaadi mõõtmisviga on 5%, kui temperatuur on 25 ºC. Soojusvooplaat talub kuumust kuni 8 ºC. (Miljan, M-J. 27) 45

46 θ e θ se θ 1 θ 3 q θ si θ i - kliimakambri temperatuuri andur T e [ C]; - katteplaadi kliimakambri poolne temperatuuriandur [ C]; - uuritava materjali külmema pinna temperatuuriandur T 2 [ C]; - uuritava materjali soojema pinna temperatuuriandur T 1 [ C]; - soojusvoog läbi katseseina elemendi [W/m 2 ]; - katteplaadi ruumi poolne temperatuuriandur [ C]; - ruumi temperatuuriandur T i [ C]. Joonis Termopaaride asetus seina soojuserijuhtivuse mõõtmiseks 1 mm katse korral: 1 katsekeha 295x295x1 mm θ e - kliimakambri temperatuur andur T e [ C]; θ se - katteplaadi kliimakambri poolne temperatuuri andur [ C]; θ 1 θ 2 θ 3 q θ si θ i - uuritava materjali külmema pinna temperatuuri andur T 2 [ C]; - uuritava materjali soojema pinna temperatuuri andur T 1 [ C]; - soojusvooplaadi katsekeha poole temperatuuri andur [ C]; - soojusvoog läbi katseseina elemendi [W/m2]; - katteplaadi ruumi poolne andur [ C]; - ruumi temperatuuri andur T i [ C]. Joonis Termopaaride asetus seina soojuserijuhtivuse mõõtmiseks 5 mm katse korral: 1 katsekeha 295x295x5 mm; 2 tselluvill 46

47 3.4. Mõõdetavad suurused ja arvutusvalemid Materjali näivtihedus ρ ( kg m 3) leiti valemiga 1. (EVS-EN 162:213) ρ = m n V, (1) kus mn materjali mass [kg] ; V materjali ruumala [m 3 ]. Soojusisolatsiooni materjalidel on enamasti tihedus alla 5 kg/m 3. Materjali veesisaldus w määratakse valemiga 2. (Reinupuu, R. 26) w k = m N m K m K 1%, (2) kus mn niiske materjali mass [kg] ; mk kuiva materjali mass [kg]. Soojuserijuhtivus λ (W/m ) arvutatakse valemiga 3. (EVS EN ISO 7345:26) λ = q d (T 1 T 2 ), (3) kus q soojusvoog läbi katseseina elemendi [W/m 2 ] ; d piirde paksus [m] ; T1 uuritava materjali soojema pinna temperatuur [ ] ; T2 uuritava materjali külmema pinna temperatuur [ ]. Materjalidel on omadus suuremal või vähemal määral soojust juhtida ja salvestada ning seda iseloomustabki materjali soojuserijuhtivus. Soojuserijuhtivus on materjali omadus, mis väljendab soojushulka vattides, mis läbib 1 meetri paksuse ja 1 m 2 pinnaga materjalikihi ühekraadise temperatuurivahe puhul. Soojaisolatsioonimaterjalidel peab soojuserijuhtivuse väärtus olema väiksem kui,2 W/m. (Pärnamägi, H. 25) 47

48 Soojuserijuhtivust mõjutavad: materjali tihedus. Mida väiksem on materjali tihedus, seda halvemini juhib ta soojust; materjali struktuur. Mida rohkem on materjalis poore ja mida väiksemad need on, seda soojapidavam on materjal; materjali niiskus. Materjali niiskumisel soojuserijuhtivus suureneb, sest vesi surub õhu pooridest osaliselt või täielikult välja ja vesi (λ =,59 W/m ) materjali poorides juhib soojust paremini kui õhk (λ =,25 W/m ); materjali temperatuur. Temperatuuri tõusuga suureneb materjali soojuserijuhtivus (Masso, T. 212). Soojuserijuhtivuse keskmise väärtuse leidmiseks võetakse stabiilses vahemikus minimaalselt 1 lugemit ja leitakse staatiline keskmine. Soojusvool Q (W/m 2 h) läbi materjalikihi soojusjuhtivuse teel leitakse valemiga 4. (Reinupuu, R. 26) Q = λ (T d 1 T 2 ), (4) kus λ materjali soojuserijuhtivus [W/m ] ; d materjali paksus [m] ; T1 uuritava materjali soojema pinna temperatuur [ ] ; T2 uuritava materjali külmema pinna temperatuur [ ]. Soojuserijuhtivuse viimine esmastelt tingimustelt teistele arvutatakse EVS-EN ISO 1456:28 välja toodud arvutuskäigust. Kliimakambris mõõdetud katsekehade sisemise ja välimise pinna temperatuuride keskmised väärtused jäid kõikide krohvisegude katsete tulemusel alla +1. Seega peab kasutama deklareeritavate soojusväärtuste määramist. Deklareeritav soojusväärtus tuleb esitada referentstemperatuuridel +1 ja +23. Alljärgnev arvutus selgitab soojuserijuhtivuse leidmist eelnimetatud temperatuuridele lähtudes EVS-EN ISO 1456:28. Arvutuste käigus võib väärtusi ümardada maksimaalselt kuni kolme tüvenumbrini. 48

49 Katsekeha keskmine sise ja välitemperatuuride vahe leitakse valemiga 5 (vaadata koos joonis 3.12 ja 3.13) T 1 = θ 2 θ 1 2 [ ] või T 1 = θ 3 θ 1 2, (5) kus θ2 - uuritava materjali soojema pinna temperatuur [ ] ; θ1 - uuritava materjali külmema pinna temperatuur [ ]. θ3 - uuritava materjali soojema pinna temperatuur [ ]. Temperatuuripõhine teisendustegur FT ( 1 ) määratakse valemiga 6. K F T = e f T (T 2 T 1 ), (6) kus ft temperatuuripõhine teisenduskoefitsent [1/K] ; T1 temperatuur esmastes piirtingimustes [ ] ; T2 temperatuur teisestes piirtingimustes [ ]. Soojustehniliste arvutusväärtuste määramisel tuleks lähtuda ehituselementi paigaldatud materjali eeldatavast keskmisest temperatuurist antud keskkonnatingimustes. Katsekehade temperatuuripõhiste teisenduskoefitsentide väärtused on lisas 1 tabel L1.4b. Soojuserijuhtivuse väärtuse teisendamiseks teatud esmastelt tingimustelt λ1 teistele tingimustele λ2 (W/m )kasutatakse valemit 7. λ 2 = λ 1 F T, (7) kus λ 1 algselt leitud materjali soojuserijuhtivus [W/m ] ; FT temperatuuripõhine teisendustegur [ 1 K ] Mõõtmistulemuste analüüs Kõik katsete käigus kogutud andmed sisestati arvutisse ja nende põhjal koostati erinevad joonised ja tabelid. Ehitusfüüsika laboris läbi viidud katsete kõik tulemused on toodud lisas 1. Graafiliselt temperatuuride muutused kogu katseperioodi jooksul on lisas 2 ja 3. Alustades kliimakambri temperatuurist kuni labori ruumi õhuni välja. Joonistel on näha kuna 49

50 Soojuserijuhtivus λ [W/mºC ] on soojusvoo stabiilsed vahemikud, mille järgi on arvutatud materjalide soojuserijuhtivused. Katsete käigus mõõdetud temperatuuride keskmised väärtused stabiilses vahemikus on lisas 1 tabel L1.2. Arvutustulemuste põhjal koostatud kergsegude ja soojusisolatsiooni materjalide soojuserijuhtivuse väärtused stabiilses vahemikus on joonisel 3.14.,12,11,1,9,8,7 Kanepi kõrred Kanepi luu KK3 KK6 KK7,6,5,4 Joonis Soojusisolatsiooni materjalide soojuserijuhtivuse väärtused 1 mm katseseinas.(vaata koos tabel 3.1) Joonisel 3.14 on kõige paremad soojusisolatsiooni materjalid kanepiluu ja kanepi varred. Suurima soojusjuhtivusega oli katsekeha nr. 7 (vt. koos tabel 3.1), mis oli valmistatud korgipuru ja savi segust. Parema tulemuse annab katsekeha nr. 6, mis on segatud kanepiluu ja lubjaga, võrreldes katsekehaga nr. 3, mis on segatud saviga. Katsete graafikud 1 mm katseseina mõõtmiste kohta, milles on temperatuuri muutused ajas, soojusvoog ja soojuserijuhtivus on lisas 2. Piirdekonstruktsioonide soojusjuhtivuse arvutustel peab arvesse võtma, et antud keskmisi näitajaid mõjutas ümbritsev keskkond. Mõõdetavaid soojuserijuhtivuse väärtusi muutis see, et soojusvoo plaat, mis mõõdab soojusvoogu, oli katseseina ruumipoolsel küljel ning see registreeris igasuguse tuule liikumise ja temperatuuri muutuse seina pinnal. Samas peab arvestama seda, et sellised muutused pigem mõjutavad saadud tulemusi negatiivses suunas, 5

51 Soojuserijuhtivus λ [W/mºC ] mis tähendab seda, et uuritavate materjalide soojustehnilised näitajad on tegelikkuses isegi paremad. Arvutustulemuste põhjal koostatud krohvide soojuserijuhtivuse väärtused katsete stabiilses vahemikus on graafikul ,2 1,1 1,,9,8,7,6,5,4,3,2,1, KK1 KK2 KK4 KK5 KK8 KK9 Lubikrohv Savikrohv Joonis Krohvide soojuserijuhtivuse väärtused 5 mm katseseina stabiilses vahemikus(vaata koos tabel 3.1) Graafikult on näha kui palju parandab kanepiluu lisamine materjali soojuserijuhtivust. Uuritud materjalidest kõige väiksema soojuserijuhtivuse annavad katsekeha nr. 2 ja 5 ning suurima tulemuse savikrohv, millest natukene parem on lubikrohv. Katsete graafikud 5mm mõõtmiste kohta, kus on välja toodud temperatuuri muutused ajas, soojusvoog ja soojuserijuhtivus on lisas 3. Katseseeria kõigi materjalide uuringute stabiilse lõigu kohta arvutati kõikide mõõdetud suuruste (temperatuurid, suhtelised niiskused ja soojusvoog) keskmised näitajad, mis on lisas 1 tabelites L1.1 ja L1.2. Materjalide soojuserijuhtivused on arvutatud valemi 3 järgi. Deklareeritavad soojuserijuhtivuse väärtused on esitatud referentstemperatuuridel 1 ja 23 joonistel 3.16 ja Temperatuuripõhised teisendustegurid on (valemid nr. 5;6;7) lisas 1 tabel L

52 Standardhälve on leitud soojuserijuhtivuse stabiilses vahemikus ja ei kajastu arvutustes. Vajadusel lisatakse soojuserijuhtivusele kahekordne standardhälve ning saadakse halvim võimalik soojuserijuhtivuse väärtus uuritavale materjalile, mis arvutatakse valemiga 8. λ D = λ 1 + (2 σ), (8) kus λ 1 algselt leitud materjali soojuserijuhtivus [W/m ] ; σ standardhälve [W/m ]. Uuritud materjalide soojuserijuhtivuse tulpdiagramm on lisas 1 joonisel L1.5. KK7 [ρ=58,4 kg/m3],1141,116,111 KK6 [ρ=452,6 kg/m3],874,848,851 KK3 [ρ=37,5 kg/m3] Kanepi luu [ρ=121,7 kg/m3],636,619,622,478,466,469 λ23 λ1 λ Kanepi kõrred [ρ=162,1 kg/m3],485,473,475,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,11,12,13 Soojuserijuhtivus [W/mºC ] Joonis Soojusisolatsiooni materjalide soojuserijuhtivuse väärtused λ, λ1, λ23 1 mm katseseinas (vaata koos tabel 3.1) 52

53 Savikrohv [ρ=1757,6 kg/m3],9512,8955,886 Lubikrohv [ρ=1918,2 kg/m3],5456,5386,5326 KK9 [ρ=173,8 kg/m3],3122,366,315 KK8 [ρ=13, kg/m3],1741,1698,1655 KK5 [ρ=1343,6 kg/m3] KK4 [ρ=1597,9 kg/m3],1823,1778,1735,2296,2245,2197 λ23 λ1 λ KK2 [ρ=917,2 kg/m3],1449,1411,1369 KK1 [ρ=1385,1 kg/m3],1858,1813,177,,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1, 1,1 Soojuserijuhtivus [W/mºC ] Joonis Soojusisolatsiooni materjalide soojuserijuhtivuse väärtused λ, λ 1, λ 23 5 mm katseseinas (vaata koos tabel 3.1) Uuritud materjalide tihedus on toodud joonisel Tihedused on leitud kasutades valemit 1. Arvutusteks vaja minevate katsekehade massid ja ruumalad on lisas 1 tabelites L1.1 ja L

54 Kanepi luu Kanepi kõrred KK3: Ka4, Lu1, Ve1. KK6: Ka4, Sa1, Ve1. KK7: Ko4, Sa1, Ve1. KK2: Ka2, Lu1, R1, Ve1. KK8: Ka3, Sa1, Li1, Ve1. KK5: Ka2, Sa1, Li1, Ve1. KK1: Ka1, Lu1, Li2, Ve1. KK4: Ka1, Sa1, Li2, Ve1. KK9: Lin1, Sa1, Li2,5, Ve1. Savikrohv Lubikrohv 121,7 162,2 37,5 452,6 58,4 917,2 Tihedus [kg/m 3 ] 13, 1343,6 1388, 1597,9 173,8 1757,6 1918, Joonis 3.18 Materjalide näivtihedus (vaata koos tabeliga 3.1) Kõige väiksema tihedusega on kanepiluu ρ = 121,7 kg/m 3, mis andis ka kõige parema soojuserijuhtivuse λ =,478 W/m. Kõige halvema tulemuse andis savikrohv, mille tihedus on ρ = 179,8 kg/m 3 ja tema soojuserijuhtivus on λ =,9512 W/m. 54

55 4. TULETUNDLIKKUSE KATSED Materjalide omadus muuta konstruktsioon tulepüsivaks on sama oluline kui tema soojapidavus ja muud füüsikalised karakteristikud. Nõuded tarindite tulepüsivuse kohta on kehtestatud Eesti Vabariigi Valitsuse määrusega Ehitisele ja selle osale esitatavad tuleohutusnõuded, mis jõustus 1. jaanuaril 25. Sellest tulenevalt on igal hoonel määratud tulepüsivusklass vastavalt kasutusviisile ja konstruktsioonile, mis esitatakse ehitusnormides. Kõik orgaanilised materjalid süttivad ja on põlevad, kui nad ei ole töödeldud tulekindlate vahenditega. Tulekindluse tõstmiseks looduslike vahenditega on kõige lihtsam moodus töödelda materjale savi või lubjaga, mis tõstavad tema tulekindlust ja lisavad tootele looduslikku väärtust. 4.1 Katse eesmärk Tööstuskanepi vartest valmistatud plaadi süttivustundlikkuse uurimise eesmärgiks oli saada aimu tema käitumisest kokkupuutel otsese leegiga, mis annaks informatsiooni materjali süttivuse kohta. Katseks valmistati kanepiplaat, mis kaeti tulekindluse tõstmiseks tavalise savi ja lubikrohviga. Kanepiplaat on hästi põlev materjal ja avaldab tulepüsivuse aspektist konstruktsioonile pigem negatiivset mõju, kui ta ei ole kaetud mõne mittesüttiva krohvikihiga. Savi ja lubikrohv on enim kasutatud looduslikud krohvid ning sellepärast teostati ka nende võrdlus samades katsetingimustes. Katsete käigus hinnati pinnakihi süttivustundlikkust ja tule levikut. Vaadeldi visuaalselt krohvis tekkivaid muutusi mõrad, tükkide eraldumine, suitsu tekkimine. Mõõdeti katsekehade kuumutamisest tulenevat temperatuuri mõju läbi piirde külmemale poolele. 55

56 Katsed viidi läbi Eesti Maaülikoolis ja need ei ole teostatud vastavalt kehtivatele standarditele vaid on ülevaatliku sisuga, mille alusel saab hinnata materjali tulepüsivus võimet. Selleks, et võrrelda saadud andmeid labori andmetega, valmistati erinevad katsekehad, mis kaeti savi ja lubikrohviga. Need katsed viis läbi Tallinna Tehnikaülikooli üliõpilane Johanna Liblik, kes kirjutab magistritööd teemal Savikrohvi tuletehnilised omadused puitkonstruktsioonide tulepüsivuse arvutamiseks. Töös uuritakse puidu käitumist krohvi all, kus on oluline puidu söestumine ja selle algus ning sügavus. 4.2 Tuletundlikkuse katsed Eesti Maaülikoolis Eesti Maaülikoolis läbiviidud katseks valmistati kanepi vartest plaat mõõtmetega 2x1x5 mm ja krohviti. Plaat jagati kaheks pooleks, mis kaeti vastavalt savi ja lubikrohviga kolmes kihis ning mõlemalt küljelt: täitekiht, mis tagab plaadi ja segu vahel maksimaalse nakkumise; tasanduskiht, et muuta töödeldav pind siledaks; viimistlus kiht, mis annab materjalile sileda pinna. Selline krohvimisviis on kõige tavalisem, kui eesmärgiks ei ole materjali soojapidavuse tõstmine. Kogu krohvi kihi paksus oli olenevalt plaadi reljeefist kohati natukene erinev, jäädes vahemikku 1 2 mm. Krohvida tuleb õhukeste kihtide kaupa ja ühe kihi paksus võiks jääda alla 1 mm, seda parem on lõpptulemus. Käesolevas katses võib nimetada krohvikihi paksust suhteliselt õhukeseks, sest krohvikihtide kogupaksus võiks olla minimaalselt 2 mm. Kanepivarred asetsesid katse käigus horisontaalselt. Kanepiplaadi mõlemad küljed krohviti, et takistada õhu juurdepääs plaadi tagant, mis mõjutaks katse tulemusi. Selliselt viimistletud plaat on ligilähedane reaalsele olukorrale. Kaks eraldi olevat plaadi poolt jagati kokku 8. sektoriks, vastavalt neli lubi ja neli savikrohviga. Kahelt poolt krohvitud kanepiplaat on joonisel

57 Joonis 4.1. Kanepiplaat krohvitud lubi ja savikrohviga Katse teostati välitingimustes, kusjuures tuule mõju oli takistatud ja mõjutas tulemusi minimaalselt. Õhutemperatuur oli keskmiselt +1 C. Katsekeha soojema ja külmema pinna temperatuuri mõõdeti anduritega, et näha uuritava konstruktsiooni kuumutamisel tekkiva soojuse mõju külmemale poole. Fikseeriti iga katse kõige kõrgem ehk viimane temperatuuri näit külmal poolel. Leegi keskpunktis oli temperatuur kahel esimesel katsel keskmiselt u. 5 C. Pärast muudeti leegi intensiivsust ja järgmistel katsetel oli temperatuur, vahemõõtmiste ajal, keskmiselt umbes 9 C. Kuumutamiseks kasutati Sievert gaasipõletit, kasutatav gaas sisaldas tootaja andmete järgi propaani 8% ja butaani 2%. Gaasipõletiga sai tekitada ühtlase leegi, mis ei mõjuta katsekeha n.ö. punktina vaid laialivalguvalt sarnaselt reaalsele tulekahjule. Põleti ventiil reguleeriti katseseeriate alguses, kuni saavutati stabiilne leek ning seda ei muudetud vaheaegadel. Muudeti vaid leegi alguspunkti kaugust katsekehast. Katseskeem on joonisel 4.2, millel on näidatud kanepiplaadi krohvimine, katsekehade nimetused sektorite kaupa, katsekeha lõige ja mõõdetavad suurused. 57

58 a) b) Joonis 4.2. Katseskeem, katsekeha lõige ja mõõdetavad suurused: a - kanepiplaadi katseskeem sektoritena; b - katsekeha lõige ja mõõdetavad suurused (kõrred horisontaalselt) Kõik 4 katseseeriat tehti erinevad, et saada maksimaalselt erinevaid tulemusi. Muudeti katse kestvust ja süüteallika kaugust katsekeha pinnast. Tabelis 4.1 on toodud kõikide tuletundlikkuse katsete andmed ja põlemisest tekkinud vigastused. Söestunud ala läbimõõdul ja paksusel on arvesse võetud vaid kanepiplaadi osa, sest krohvi pind sai kahjustada katsekehade lahti lõikamisel leegi rakenduspunkti tsentrist. Mõõtmed on antud ±3 mm täpsusega. Põlemispildid on näha lisas 4. 58

59 Tabel 4.1. Katsekehade tulepüsivuse andmed Katse nr. Katse nimetus Leegi algkaugus Katse kestvus Krohvikihi paksus Söestunud ala diameeter Söestunud ala suurus Külmema pinna maks. temp. mm min mm mm mm C 1. S , L ,5 3. S , L ,3 5. S , L ,5 7. S , L , Märkused: katse nimetuse lühendi täht S savikrohv ja täht L lubikrohv; katsenimetuse lühendi number näitab katsekeha numbrit 1-4. Savikrohvil tekkis kõigil neljal katsel esimese paari minuti jooksul 1 mõra, mis algas katsekeha servast ja lõppes leegi rakenduspunktis, mis on toodud lisas 4 joonistel L4.3 ja L4.5. Lubikrohvil mõrasid ei tekkinud. Viimasel 8-ndal katsel pääses õhk kanepiplaadi äärest konstruktsiooni sisse ja oli näha suitsu eraldumist ja seega võis arvata, et kanepivarred hõõguvad. Hoidmaks ära teiste katsetulemuste võimalikku hävimist lõigati plaat pooleks, mille tulemusel süttisid kanepivarred katses L1. Seega võib järeldada, et kui kanepiplaadi ühte külge ei oleks krohvitud ja õhu juurdepääs oleks võimalik, siis süttiks materjal sellise katse puhul hiljemalt 15 minuti möödudes. Kõikide teiste katsete puhul kontrolliti termokaameraga katsekehasid, et välistada kanepikõrte hõõguma jäämine ja süttimine materjalis. Joonisel 4.3 on katsekehade soojema pinna temperatuuri tõus vaadelduna ajas, millelt on näha, et lubikrohv laseb kuuma pisut kiiremini läbi. 59

60 :: :5: :1: :15: :2: :25: :3: :35: :4: :45: :5: :55: 1:: Temperatuur [ C] K 1 : S3 K 2 : L4 K 3 : S4 K 4 : L3 K 5 : S2 K 6 : L2 K 7 : S1 K 8 : L1 Joonis 4.3. Katse soojema pinna temperatuurid vaadelduna ajas 6, 3 ja 15 minutit (vaata koos tabel 4.1. Aeg [min] 4.3 Koonkalorimeetri katsed Rootsis Katsed viidi läbi Rootsis Stockholmis SP Tehnika Uurimise Instituudis (SP Technical Research Institute), mille üheks tegevusharuks on puidutehnoloogia ja säästev keskkonnapoliitika. Instituut on üks juhtivaid rahvusvahelisi teadusasutusi. Katsetamiseks kasutati koonkalorimeetrit (cone calorimeeter), mis töötab soojusvoo põhimõttel ja seda kasutatakse puidu tehnoloogias. See seade võimaldab mõõta ehitusmaterjalist vabaneva soojuse hulka, süttimise aega ja suitsu eraldumist. Antud katsete puhul uuriti vaid puiduga toimuvat krohvi kihi all. Katseks kasutatavad seadmed on toodud lisas 5. Katsetamiseks valmistati kanepi ja pilliroo vartest katsekehad mõõtmetega 1x1x5 mm, mis kinnitati puitklotsile 1x1x1 mm ja kaeti 2 mm savikrohviga. Temperatuuri mõõtmiseks paigaldati termopaarid puidu ja kanepi vahele ning kanepi ja krohvi vahele. Joonisel 4.4 on näha 2 mm savikrohviga kaetud kanepi - ja pillirooplaadi katsekehad. 6

61 a) b) Joonis 4.4. Savikrohviga krohvitud kanepi ja pillirooplaat: a kanepiplaat; b - pillirooplaat Katseseadmena kasutatud koonkalorimeeter tekitab soojavoogu vahemikus 1 kw/m 2. See on koonuse kujuline, mille ülemine diameeter on 177 mm ja alumine 8 mm. Küttekeha on katsekeha suhtes horisontaalne, olles uuritava materjali pinnast 25 mm võrra üleval pool (Tiso, M. 214). Soojusvoo kalibreerimine toimub iga päev enne katsete algust. See on vajalik, sest küttekeha vananemisest tulenevalt võivad tekkida erinevused soojusvoo ja temperatuuride vahel. Kalibreerimine seisneb elektrilise võimsuse mõõtmisel ja selle seosest kiirgusvooga. Katset alustati konstantse soojusvooga 5 kw/m 2 esimese 2 minuti jooksul. Pärast 2 minutit tõsteti soojusvoo väärtust vastavalt ISO 834 standardile. Soojusvoo väärtust tõsteti kolmel võrdsel astmel 1 minutilise intervalliga. Pärast 3 minuti möödumist oli soojusvoog tõstetud 75 kw/m 2 ja see oli ühtlane kuni katseperioodi lõpuni. Katsete käigus vaadeldi puidu temperatuuri tõusu. Joonisel 4.5 on näidatud katse käigus katsekeha mõjutanud soojusvoo muutust ajas. Uuringud on tõestanud, et SP katseahju soojusvoog vastab ISO 834 temperatuurikõverale. Eelnevad katsed on näidanud, et koonkalorimeetriga saadud tulemused on võrdväärsed suurte ahjude katsetega.(liblik, J. 215) 61

62 Joonis 4.5. ISO 834 graafik ja sellele vastavad soojavoo graafikud (Liblik, J. 215) Tulepüsivus katseid viidi läbi nelja erineva katsekehaga : 1. puit 1 mm + kanepiplaat 5 mm + savikrohv 2 mm (joonis 4.4a) ; 2. puit 1 mm + pillirooplaat 5 mm + savikrohv 2 mm (joonis 4.4b) ; 3. puit 1 mm + savikrohv 2 mm (joonis 4.6a); 4. puit 1 mm + lubikrohv 2 mm (joonis 4.6b). Kaks viimast katsekeha (joonis 4.6), kus ei ole kasutatud krohvi alusplaati, on tehtud eesmärgil, et saaks võrrelda savi ja lubikrohvi, kui loodusliku materjali positiivseid omadusi tulekahju korral puitkonstruktsioonides. Eurokoodeks 5 annab ühemõõtmelise söestumise korral okaspuidu söestumis kiiruseks,65 mm/min (EVS-EN :25). Termopaarid paigaldati puidu ja krohvi vahele, mis mõõdavad puidu pinna temperatuuri ja mille järgi saab hinnata puidus tekkivaid muutusi. Katsekehad on krohvitud kahes kihis kogu paksusega 2 mm. 62

63 Temperatuur [ ] a) b) Joonis 4.6. Savi ja lubikrohvi katsekehad (Liblik. J. 215) ; a - puit kaetud savikrohviga; b - puit kaetud lubikrohviga Kõikide katsete korral oli õhu juurdepääs materjali külgedelt ja tagant piiratud. Katsekehad paigaldati metallvormi (lisa 5 joonis L5.1a) ja kuumutati soojusvooga 6 minuti jooksul. Joonisel 4.7 on toodud kõikide katsete puidu pinna ja katsekeha vaheliste temperatuuride graafikud, mis on väljendatud muutusena ajas. Katsete käigus mõõdeti temperatuuri muutusi 5 sekundise intervalliga Kanep+savi Roog+savi 3 Puit+savi 2 1 Puit+lubi Aeg t [min] Joonis 4.7 Puitklotsi ja katseelemendi vahelised temperatuurid. 63

64 Joonisel 4.7 põhjal võib järeldada, et lubi ja savikrohv andsid katsete käigus sarnase tulemuse. Katsetel, millel ei kasutatud krohvi alusplaati on näha, et puidu pinna temperatuur kasvab lineaarselt ajaga, jõudes katse lõpuks 635 C ni. Katsed, millel on kasutataud alusplaate on näha kuidas plaadi ja puidu vaheline temperatuur alguses kasvab umbes 1 C ni ning pärast seda on stabiilne ja hakkab uuesti tõusma alles pärast 4 minuti möödumist. See on tingitud sellest, et puidus olev vabavesi hakkab aurustuma 1 C juures. Puidu pinna temperatuuri kasv peatub seniks kuni kogu vesi on aurustunud. Pärast seda hakkab temperatuur uuesti tõusma. Katse 6 ndal minutil ei ole temperatuurid jõudnud tõusta üle 225 C, seega ei saa olla ka puidu söestumist, kuna selleks on vaja vähemalt pinnatemperatuuri 3 C. Tuletundlikkuse nõue on tagatud, kui süttimisohtlik aluspind on kaetud 2 25 mm paksuse lubikrohviga või 25 3 mm paksuse savikrohviga. Selleks on joonisel 4.8 näha puidu käitumist tules, kaetuna 2 mm paksuse krohvi kihiga. Söestumissügavuse määramiseks lõigati puitklots pooleks ja eemaldati süsi ning mõõdeti alles jäänud ristlõike kõrgus. Söestumissügavus antud katsete puhul oli umbes 2 mm. a) b) Joonis 4.8. Savi ja lubikrohvi põlemisjärgsed pildid (Liblik. J. 215): a - Puit kaetud savikrohviga; b - puit kaetud lubikrohviga Konstruktsioonile lisades loodusliku plaadi, mis on kaetud mittesüttiva krohvikihiga (joonis 4.9.), siis sellisel katsel mõjutab tuli puitu minimaalselt. Söestumissügavus on praktiliselt olematu, sest ainult puidu küljed on saanud natukene kuumakahjustusi. Sellest tulevalt võib 64

65 järeldada, et looduslikust materjalist valmistatud alusplaat vähendab oluliselt temperatuuri kasvu konstruktsiooni pinnal võrreldes ilma plaadita katsete korral. a) b) Joonis 4.9 Savikrohviga kaetud kanepi ja pillirooplaadi põlemisjärgsed pildid (Liblik. J. 215): a - savikrohv ja kanepiplaat; b - savikrohv ja pillirooplaat Looduslikud varred ei olnud tuhastunud ja säilitasid oma algse kuju pärast katse lõppu. Krohvikiht ei eraldunud alusplaadist ühelgi katsel ega ei olnud mõranenud. Eesti Maaülikoolis ja Rootsis läbi viidud katsetulemused kinnitavad, et juba 1 2 mm savi või lubikrohv kaitsevad konstruktsiooni tule eest ja aeglustavad materjali söestumist. Üheselt ei saa väita, et üks krohv on teisest parem, pigem annavad nad tehtud katsete korral sarnase tulemuse. Kasutades krohvi aluskihina kanepi või pillirooplaati, saadakse veel parem tulemus. 65

66 KOKKUVÕTE Tänapäeval pööratakse suurt tähelepanu ümbritsevale keskkonnale. Seega mõeldakse välja üha uusi lahendusi, et viia taastumatute ressursside kasutamine miinimumini. Selline areng toimub ka ehitusel, kus katsetatakse üha rohkem tooteid, mis on valmistatud ökoloogilistest materjalidest. Magistritöö eesmärgiks oli uurida erinevate looduslike materjalide füüsikalisi omadusi. Põhiliseks ülesandeks oli saada andmeid tööstusliku kanepi kohta kui ehitustoote, sest varasemad uuringud selle kohta Eestis puuduvad. Kanepi taimest on võimalik saada seemneid, kiudu ja luud. Seemneid kasutatakse põhiliselt toiduainetetööstuses. Kiududest ja luust on võimalik valmistada erinevaid ehitusmaterjale. Kiud on kasutusel näiteks soojustusvillades, mis on valmistatud 1% ökoloogilistest lisanditest. Kanepiluud kasutatakse täitematerjalina savi või lubjasegus. Luu lisamisel paraneb materjali soojapidavus, väheneb tihedus ja mahukahanemine. Kanepist valmistatud materjale võib kasutada ehitusel põrandates, seintes, vahelagedes ja katuslaes. Kanepiluu sobib kasutamiseks erinevates krohvides ja ka lahtise puistena vahelael või soojustamata pööningul. Kanepi vartest on võimalik valmistada plaati (sarnane pilliroo plaadiga), mis sobib hästi krohvi alusplaadiks ja on heade soojustus omadustega. Selleks, et saada informatsiooni kanepi soojustehniliste näitajate kohta valmistati katsekehad. Katsetamiseks tehti 11 katsekeha, millest 9 sisaldavad kanepit. Soojuseri juhtivuse määramiseks kasutati kliimakambrit, temperatuuri andureid ja soojusvoo plaati. Kõiki katseid tehti vaid üks kord, selleks, et saada maksimaalselt erinevaid tulemusi. Võrdluseks uuriti tavalise savi ja lubikrohvi omadusi. Katsete käigus määrati ka lahtise kanepiluu ja plaadi soojuserijuhtivus. Tulemustest võib järeldada, et juba vähene kogus kanepiluud parandab segude füüsikalisi omadusi. Saadud tulemused ei ole küll standardi kohased ja vajavad veel uurimist, kuid erinevate katsekehade soojuserijuhtivused on võrreldavad teiste looduslike kiudude omadega, võttes arvesse ka materjalide tihedust. Lisaks soojuserijuhtivuse määramisele, uuriti ka kanepi vartest tehtud plaadi käitumist otsese gaasi leegiga ja koonkalorimeetriga (cone calorimeter). Kuna on teada, et kõik 66

67 orgaanilised materjalid on tuletundlikud, siis kaeti esimese katse puhul plaadi mõlemad pooled mittesüttiva krohvikihiga, et takistada õhu liikumine ka plaadi taga. Kanepiplaat jagati kaheks pooleks ja viimistleti vastavalt savi ja lubikrohviga. Katsekehasid kuumutati 6, 3 ja 15 minuti jooksul, muutes leegi algkaugust katsekeha pinnast. Nende katsete tulemustest võib järeldada, et kui kanepiplaat on kaetud mittesüttiva krohvi kihiga paksusega vähemalt 1 mm ja õhu juurdepääs on takistatud, siis materjal ei lähe põlema, aga kui õhk pääseb konstruktsiooni, siis süttib materjal juba 15 minuti jooksul. Teine katse seeria viidi läbi Rootsis, mille eesmärgiks oli uurida puitklotsi (1x1x1 mm) kuumutamise järgselt tekkinud muutusi. Katses kasutati koonkalorimeetrit (cone calorimeter), mis mõjutas katsekeha pinda soojusvooga 6 minuti jooksul. Selleks valmistati kaks puitklotsi, mis kaeti 2 mm savi ja lubikrohviga. Lisaks sellel tehti kaks katsekeha, millele lisati 2 mm savikrohvi alusplaadiks 5 mm paksune kanepi ja pillirooplaat. Katsetel oli õhu juurdepääs takistatud konstruktsiooni tagant ja külgedelt, sarnaselt esimese katsega. Katse tulemused näitasid, et kui lisada puitklotsile looduslik alusplaat, siis see vähendab oluliselt puidu söestumist 6 minuti jooksul. 67

68 KASUTATUD KIRJANDUS 1. Allin, S. 25. Building with hemp. Published by SEED PRESS. Co. Kerry, Ireland. Lk. 28; ; 187; 2. Bevan, R.,Woolley, T. 28. Hemp lime construction. Published by IHS BRE Press. Lk. 4 14; Danner, H. 21. Ökologische Wärmedämmstoffe im Vergleich 2.. München. 4. Ehitaja Käsiraamat. 27. Soojustusmaterjalid. Tallinn. Lk Esperk. T. 24. Keskkonnasõbralik ehitus ja ehitusmaterjalide primaar - energiasisalduse ning tootmisel tekkiva CO2 võrdlus kahe välisseina - konstruktsiooni näitel. Lk EVS 724:1996. Ehitusmaterjalide ja toodete soojuserijuhtivuse määramine, kontroll, katsemeetodid ja seadmed. Tallinn: Eesti Standardikeskus. 7. EVS 839:23. Sisekliima. Tallinn: Eesti Standardikeskus. 8. EVS 872:23. Soojusisolatisoon. Terminid ja määratlused. Tallinn: Eesti Standardikeskus. 9. EVS-EN 1521:27. Sisekeskkonna algandmed hoonete energiatõhususe projekteerimiseks ja hindamiseks, lähtudes siseõhu kvaliteedist, soojuslikust mugavusest, valgustusest ja akustikast. Tallinn: Eesti Standardikeskus. 1. EVS-EN 162:213. Thermal insulating products for building applications Determination of the apparent density. Tallinn: Eesti Standardikeskus. 11. EVS-EN :25. Eurokoodeks 5. Puitkonstruktsioonide projekteerimine. Osa 1-1: Üldist. Üldreeglid ja reeglid hoonete projekteerimiseks. Tallinn: Eesti Standardikeskus. 68

69 12. EVS-EN ISO 7345:26. Soojusisolatsioon. Füüsikalised suurused ja määratlused. Tallinn: Eesti Standardikeskus. 13. EVS-EN ISO 1456:28. Ehitusmaterjalid ja tooted. Soojus ja niiskustehnilised omadused. Tabuleeritud arvväärtused ja deklareeritavate ning arvutusväärtuste määramise meetodid. Tallinn: Eesti Standardikeskus. 14. Kalamees, T. 22. Ehitaja. Nr Lk Kiik, H Maailma viljad. Tallinn: Valgus lk. 16. Kiisler, E. 28. Ehitaja käsiraamat. Soojuskanep nüüd ka Eestis. Lk Liblik, J. Magistritöö. Tallinna Tehnikaülikool, 215. Savikrohvi kaitsva mõju arvestamine puitkonstruktsioonide tulepüsivuse projekteerimisel. 18. Loper, I. 21. Riiklike majanduskatsete metoodika. Õli ja kiukanep. 19. Masso, T Väikemajad. Tallinn: Valgus. Lk. 55; Masso, T Ehitusfüüsika ABC. Ehitame 212. Lk Mattia T Charring behavior of cross-laminated timber with respect to the fire protection; comparison of different method in small, model and large scale with simulations. 22. Miljan, A Kanepikasvatus. Tartu: Teaduslik kirjandus. 23. Miljan, M-J., Miljan, J Soojustusmaterjalide omaduste määramine maaehituse osakonna ehitusfüüsika laboris, Kogumik: Kohalikud ja looduslikud ehitusmaterjalid ja nende kasutamine. 24. Miljan, M-J. Magistritöö. Eesti Maaülikool, 27. Kohalike soojusisolatsiooni materjalide kasutamine piirdekonstruktsioonides. 25. Pere, R. 28. Looduslikud ehitusmaterjalid. Tööstuskanep. Tallinn: Ajakirjade kirjastus. 69

70 26. Product Catalog. 27. Almemo. Measuring instruments and sensors. 27. Pärnamägi, H. 25. Ehitusmaterjalid, Tallinn: Tallinna Tehnikakõrgkool. Lk Rannak, E Kiudained, nende pleegitamine ja värvimine. Tartu: Teaduslik kirjandus. Lk Raudsepp, A. November 2. Ehitaja. Ehitusmaterjal, mis kasvab põllul. Lk Reimets, E Põllukultuurid ja nende hindamine. Tallinn: Valgus. Lk Reimets, E Taimekasvatus. Tallinn: Valgus. Lk Reinupuu, R. 26. Ehitusfüüsika. Tallinn. Tallinna Tehnikakõrgkool. Lk RT I 2, 66, 427. Eluruumidele esitatavate nõuete ja üüri arvestamise korra kinnitamine Punktid: 6 ja RT I 27, 72, 445. Energiatõhususe miinimumnõuded nr Üldised nõuded välispiiretele. 35. RTL 21, 15, Nõuded ühtse pindalatoetuse saamise kohta. 2. peatükk 36. Sepp, A. 27. Ehitaja käsiraamat. Ökoloogiline pilliroog peab vastu sajandeid. Lk Sillasoo, Ü. Kukk, T. Oktoober 1/23. Eesti Loodus. Populaarteaduslik ajakiri. Lk Silm, S. Märts 26. Kanepi võib kujuneda Eesti kuldvillakuks. Roheline Värav, Soots, Ü. November 21. Kanep tahab jälle areenile astuda. Maamajandus. Lk Tael, T Perfect Plant OÜ. Juhatuseliige. Kasutatud interneti allikad 41. Grätz, M. Indriksone, D. 211 Balti keskkonnafoorum [ 7

71 42. Alternative im Leichtbau - Flachs- und Hanfschäben [ 43. Hemp Technologies [ 44. Some Hemp Harvesting Facts, [ 45. Miasa village, Nakamura Family Residence [ 46. Laanep, M. Telegramm. Tööstuslik kanep võib päästa maailma [ 47. Villak, H Ärileht [ 48. Perfect Plant. Kasvutingimused. Tööstuskanepist. Ajaloost ja füsioloogia [ 49. Kirei Canamo. Natural industrial [ 5. Leichter & leiser. Hanf-Leichtbau-Platte. Technisches Datenblatt [ 51. Thermo Natur GmbH & Co. KG. Thermo Natur Dämmstoffe. Thermo Hemp [ 71

72 SUMMARY STUDYING THE PROPERTIES OF INDUSTRIAL HEMP AND ITS USABILITY IN CONSTRUCTION Nowadays, a lot of attention is paid to the sustainable usage of natural resources, in order to decrease the usage of non-renewable resources. The same principles are observed in construction, where new products made from ecological materials are being used more and more. The objective of this Master s thesis is to study the thermophysical properties of different thermal insulation materials. The main research was focused on studying the suitability of industrial hemp as a construction material. This topic has not been studied yet in Estonia. Seeds, hemp fibres and shives are received from hemp cultivation. The seeds are mostly used in the food industry and cosmetics. It is possible to make suitable materials for construction from fibres and shives also. Hemp fibres are used as an additive in 1% natural insulation materials. Hemp shives are used as filling material in clay and lime plasters and in light weight blocks. Adding shives improves the insulation properties of the material, it decreases the density. In construction, materials made from hemp can be used in floors, walls, ceiling frames and roofs. Shives are suitable to be used in different renderings and also as loose applied insulation on ceiling frames and in the attic. It is possible to make plates from hemp stalks (similar to reed plates), which can be well used as the baseplate for rendering and has good insulation properties. In order to study the thermal properties of hemp, 11 test pieces were made, nine of which contained industrial hemp. A climate chamber, temperature sensors and heat flux plates were used to measure thermal conductivity of the hemp. All test pieces were tested once. Results were received on different materials. As a comparison, the properties of plain clay and lime renderings were studied. In the course of the tests, the thermal conductivity of a plate made from loose hemp shives and stalks was determined. It can be concluded from the results that already a small amount of hemp shives improves the thermal properties of the plasters. The 72

73 test was carried out according to the methods described in this thesis and the discovered values of thermal conductivity are comparable with each other, providing, therefore, an overview of the insulation properties or the materials. In addition the measuring of thermal conductance was done to determine the resistance of plastered hemp plate to fire in direct gasflame heating by using a cone calorimeter. Knowing that all organic materials are sensitive to fire, both sides of the plate were covered with a non-combustible layer of rendering for the first test, in order to prevent the air moving on the back side of the plate. The hemp plate was divided into two parts; one half was finished with clay rendering and the other with lime rendering. The test pieces were heated during 6, 3 and 15 minutes, whereas the distance between the flame and the surface of the test piece was changed. It can be concluded from the results of these tests that, if the hemp plate is covered with a layer of non-combustible rendering with the thickness of at least 1 mm and the access of air is obstructed, will not catch fire, however, if air penetrates the structure, then the material catches fire already within 15 minutes. The second set of tests which were carried out in Sweden with the objective of studying wooden blocks (1 x 1 x 1 mm) after heating. A cone calorimeter was used in the test to measure heating, which affects the surface of the test piece with heat flux within 6 minutes. Two wooden blocks were made and were covered with clay and lime renderings of 2 mm. In addition, two test pieces were made with a 5 mm baseplate from hemp and reed and a 2 mm layer of clay rendering. In the tests, the access of air was prevented from the back and the sides of the construction, similarly to the first test done by us. The results showed that, when a natural plate of 5 mm is added to the wooden block, then it significantly reduces the charring of the wood during 6 minutes. The wooden block behind the plate had practically no signs of charring. 73

74 LISAD 74

75 LISA 1 Katsekehade füüsikalised omadused ja soojusvoo mõõtmine 75

76 Lisa 1 järg Tabel L1.1 Aeg, kaal, veesisaldus (vaata koos tabeliga 3.1 ja valemiga 2) Katse nr. Katsekeha nimetus Kliimakambri mõõtmine Kliimakamber Kuivatuskapp Vee - sisaldus mn mk wk algus lõpp t (C ) [%] 1. Kanepi kõrred : : 1396 g 1336,1 g 14 4,48 2. Kanepi luu : :3 195 g 167,7 g 14 2,56 SOOJUSTUS KROHVID 3. KK1 Ka1, Lu1, Li2, Ve : :3 5452,2 g 5379 g 14 1,36 4. KK2 Ka2, Lu1, R1, Ve : :2 417,1 g 499,7 g 14 1,72 5. KK4 Ka1, Sa1, Li2, Ve : :3 6834,1 g 6791,2 g 14,63 6. KK5 Ka2, Sa1, Li1, Ve : :3 5114,3 g 562,5 g 14 1,2 7. KK8 Ka3, Sa1, Li1, Ve : :2 417,2 g 4137,5 g 14,79 8. KK9 Lin1, Sa1, Li2,5, Ve : :4 735,6 g 7277 g 14,39 KERGSEGUD 9. KK3 Ka4, Lu1, Ve : :4 2628,5 g 256,9 g 14 4,85 1. KK6 Ka4, Sa1, Ve : : 3929 g 3827,7 g 14 2, KK7 Ko4, Sa1, Ve : :25 45,3 g 3946,5 g 14 1,49 KROHVID 12. Lubikrohv : :47 833,3 g 8259,6 g 14, Savikrohv : :8 743,4 g 7328,3 g 14 1,2 76

77 Lisa 1 järg Tabel L1.2 Ruumala, tihedus, temperatuur (vaata koos joonistega 3.9 ja 3.1 ja valemitega 1 ja 5) Katse nr. Katsekeha nimetus Ruumala Tihedus Stabiilse lõigu keskmised temperatuurid *Temp. vahe V ρ θe θse θ1 θ2 θ3 θsi θi T 1 m 3 kg/m 3 C C C C C C C C 1. Kanepi kõrred, ,1-15,7-15,8-15,3 16,7 18,5 21,1 16, 2. Kanepi luu,9 121,7-15,7-15,7-15,3 17,4 19, 21,9 16,4 SOOJUSTUS KROHVID 3. KK1 Ka1, Lu1, Li2, Ve1., ,1-15,7-15,4-14,9-9,3 18,1 2, 22,7-2,8 4. KK2 Ka2, Lu1, R1, Ve1., ,2-15,8-15,7-14,9-5,4 18,3 19,8 23,2-4,7 5. KK4 Ka1, Sa1, Li2, Ve1., ,9-16, -15,7-15, -9,9 15,5 17,7 21,2-2,6 6. KK5 Ka2, Sa1, Li1, Ve1., ,6-15,9-15,5-15, -9,3 16,9 18,9 21,8-2,8 7. KK8 Ka3, Sa1, Li1, Ve1.,416 13, -15,9-15,5-15, -8,6 18,5 2, 23,2-3,2 8. KK9 Lin1, Sa1, Li2,5, Ve1., ,8-15,8-15,4-14,8-1,9 18,6 2,2 23,7-2, KERGSEGUD 9. KK3 Ka4, Lu1, Ve1.,855 37,5-15,6-15,3-14,9 16,5 18,4 21,3 15,7 1. KK6 Ka4, Sa1, Ve1., ,6-15,9-15,6-15, 13,1 16,7 2,7 14, 11. KK7 Ko4, Sa1, Ve1.,788 58,4-15,7-15,1-14,6 12,8 16,2 2,5 13,7 KROHVID 12. Lubikrohv, ,2-16,4-16,2-12,8-1,5 14,8 15,5 2,2-1,2 13. Savikrohv, ,6-15,7-15,5-12,9-11,6 15, 15,7 2, -,7 * T1 - Katsekeha sise ja välitemperatuuride vahe, valem 5. 77

78 Lisa 1 järg Tabel L1.3 Soojusvoog, soojuserijutivus, soojuserijuhtivus referentstemperatuuridel 1 ja 23 (vaata koos valemitega 6 ja 7) Katse nr. Katsekeha nimetus Soojus - voog Soojuserijuhtivus Temperatuuripõhine teisendustegur q λ λ1 λ23 FT-1 FT-23 W/m 2 W/mºC W/mºC W/mºC 1/K 1/K 1. Kanepi kõrred 15,22,48,47,49,994 1,21,1 2. Kanepi luu 15,31,47,47,48,994 1,2,1 SOOJUSTUS KROHVID 3. KK1 Ka1, Lu1, Li2, Ve1. 21,35,177,179,182 1,13 1,26, KK2 Ka2, Lu1, R1, Ve1. 21,1,137,139,141 1,15 1,28,98 5. KK4 Ka1, Sa1, Li2, Ve1. 22,9,22,223,225 1,13 1,26,36 6. KK5 Ka2, Sa1, Li1, Ve1. 21,93,174,176,178 1,13 1,26, KK8 Ka3, Sa1, Li1, Ve1. 21,59,165,168,17 1,13 1,27,28 8. KK9 Lin1, Sa1, Li2,5, Ve1. 24,1,31,35,39 1,12 1,25,567 KERGSEGUD 9. KK3 Ka4, Lu1, Ve1. 19,84,62,62,64,994 1,22,2 1. KK6 Ka4, Sa1, Ve1. 23,94,85,85,87,996 1,27,3 11. KK7 Ko4, Sa1, Ve1. 31,7,111,111,114,996 1,28,3 KROHVID 12. Lubikrohv 24,62,533,539,546 1,11 1,24, Savikrohv 23,57,886,896,951 1,11 1,74,974 *Standardhälve leitakse MS Exceli funktsiooniga STDEV soojuserijuhtivuse stabiilses vahemikus. *Standardhälve 78

79 Lisa 1 järg Tabel L1.4a Teisenduskoefitsent, tabel A.11 Betoon, keraamika ja mört (EVS-EN ISO 1456:28) Toote tüüp Soojuserijuhtivus λ [W/(mºK)] Kergbetoon,1,15,4 Raskebetoon, keraamika ja mört Teisenduskoefitsent ft [1/K],3,2,1 kõik,1 Tabel L1.4b Katsekehade temperatuuripõhiste teisenduskoefitsentide väärtused. Katse nr. Katsekeha nimetus Soojuserijuhtivus Teisenduskonefitsent λ ft W/(mºK) 1/K 3. KK1,177, KK2,1369,25 5. KK4,2197, KK5,1735, KK8,1655, KK9,315, Lubikrohv,5326,1 13. Savikrohv,886,1 79

80 Lisa 1 järg Joonis L1.5 Soojuserijuhtivused (vaata koos tabeliga 3.1) a) λ [W/mºC ] Savikrohv [ρ=1757,6 kg/m3] Lubikrohv [ρ=1918,2 kg/m3] KK7 [ρ=58,4 kg/m3] KK6 [ρ=452,6 kg/m3] KK3 [ρ=37,5 kg/m3] KK9 [ρ=173,8 kg/m3] KK8 [ρ=13, kg/m3] KK5 [ρ=1343,6 kg/m3] KK4 [ρ=1597,9 kg/m3] KK2 [ρ=917,2 kg/m3] KK1 [ρ=1385,1 kg/m3] Kanepi luu [ρ=121,7 kg/m3] Kanepi kõrred [ρ=162,1 kg/m3] b) λ1 [W/mºC ] Savikrohv [ρ=1757,6 kg/m3] Lubikrohv [ρ=1918,2 kg/m3] KK7 [ρ=58,4 kg/m3] KK6 [ρ=452,6 kg/m3] KK3 [ρ=37,5 kg/m3] KK9 [ρ=173,8 kg/m3] KK8 [ρ=13, kg/m3] KK5 [ρ=1343,6 kg/m3] KK4 [ρ=1597,9 kg/m3] KK2 [ρ=917,2 kg/m3] KK1 [ρ=1385,1 kg/m3] Kanepi luu [ρ=121,7 kg/m3] Kanepi kõrred [ρ=162,1 kg/m3] c) λ23 [W/mºC ] Savikrohv [ρ=1757,6 kg/m3] Lubikrohv [ρ=1918,2 kg/m3] KK7 [ρ=58,4 kg/m3] KK6 [ρ=452,6 kg/m3] KK3 [ρ=37,5 kg/m3] KK9 [ρ=173,8 kg/m3] KK8 [ρ=13, kg/m3] KK5 [ρ=1343,6 kg/m3] KK4 [ρ=1597,9 kg/m3] KK2 [ρ=917,2 kg/m3] KK1 [ρ=1385,1 kg/m3] Kanepi luu [ρ=121,7 kg/m3] Kanepi kõrred [ρ=162,1 Soojuserijuhtivus λ [W/mºC ],111,851,622,315,1655,1735,2197,1369,177,469,475,5326,886,,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1, 1,1 Soojuserijuhtivus λ 1 [W/mºC ],116,848,619,366,1698,1778,2245,1411,1813,466,473,5386,8955,,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1, 1,1 Soojuserijuhtivus λ 23 [W/mºC ],1141,874,636,3122,1741,1823,2296,1449,1858,478,485,5456,,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1, 1,1,9512 8

81 LISA 2 Katsete joonised 1 mm katseseina soojusvoo mõõtmiste kohta (Temperatuur, soojusvoog, soojuserijuhtivus) 81

82 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 2 järg Termopaaride asetus seina soojuserijuhtivuse mõõtmiseks 1 mm katse korral on joonisel 3.9. a) Kamber θse θ1 θ3 θsi Ruum b) Aeg t [min] Aeg t [min] c),6,5,4,3,2,1, Aeg t [min] Joonis L2.1. Kanepikõrred 1mm: a) temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 82

83 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 2 järg a) Kamber θse θ1 θ3 θsi Ruum b) Aeg t [min] c) Aeg t [min],6,5,4,3,2,1, Joonis L2.1. Kanepiluu 1mm: a) temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas Aeg t [min] 83

84 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 2 järg a) Kamber θse θ1 θ3 θsi Ruum b) Aeg t [min] c),8,7,6,5,4,3,2,1, Aeg t [min] Aeg t [min] Joonis L2.3. Katsekeha nr. 3. Koostis: 4 osa kanepiluud, 1 osa lupja, 1 osa vett: a) temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 84

85 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 2 järg a) Kamber θse θ1 θ3 θsi Ruum b) Aeg t [min] c) Aeg t [min],14,12,1,8,6,4,2, Aeg t [min] Joonis L2.4. Katsekeha nr. 6. Koostis: 4 osa kanepiluud, 1 osa savi, 1 osa vett: a) temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 85

86 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 2 järg a) Kamber θse θ1 θ3 θsi Ruum -2 b) Aeg t [min] c) Aeg t [min],14,12,1,8,6,4,2, Aeg t [min] Joonis L2.5. Katsekeha nr. 7. Koostis: 4 osa korki, 1 osa savi, 1 osa vett: a) temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 86

87 LISA 3 Katsete joonised 5 mm katseseina soojusvoo mõõtmiste kohta (Temperatuur, soojusvoog, soojuserijuhtivus) 87

88 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 3 järg Termopaaride asetus seina soojuserijuhtivuse mõõtmiseks 5 mm katse korral on joonisel 3.9. a) Kamber θse θ1 θ2 θ3 θsi Ruum b) Aeg t [min] c) Aeg t [min],25,2,15,1,5, Aeg t [min] Joonis L3.1 Katsekeha nr. 1. Koostis: 1 osa kanepiluud, 1 osa lupja, 2 osa liiva, 1 osa vett: a)temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 88

89 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 3 järg a) Kamber θse θ1 θ2 θ3 θsi Ruum b) 25 Aeg t [min] c) Aeg t [min],25,2,15,1,5, Aeg t [min] Joonis L3.2 Katsekeha nr. 2. Koostis: 2 osa kanepiluud, 1 osa lupja, 1 osa lubjakiviliiv, 1 osa vett: a)temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 89

90 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 3 järg a) Kamber θse θ1 θ2 θ3 θsi Ruum b) Aeg t [min] c) Aeg t [min],35,3,25,2,15,1,5, Aeg t [min] Joonis L3.3 Katsekeha nr. 4. Koostis: 1 osa kanepiluud, 1 osa savi, 2 osa liiv, 1 osa vett: a)temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 9

91 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 3 järg a) Kamber θse θ1 θ2 θ3 θsi Ruum b) Aeg t [min] 5 c) Aeg t [min],25,2,15,1,5, Aeg t [min] Joonis L3.4 Katsekeha nr. 5. Koostis: 2 osa kanepiluud, 1 osa savi, 1 osa liiv, 1 osa vett: a)temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 91

92 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 3 järg a) Kamber θse θ1 θ2 θ3 θsi Ruum b) Aeg t [min] c) Aeg t [min],25,2,15,1,5, Aeg t [min] Joonis L3.5 Katsekeha nr. 8. Koostis: 3 osa kanepiluud, 1 osa savi, 1 osa liiv, 1 osa vett: a)temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 92

93 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 3 järg a) Kamber θse θ1 θ2 θ3 θsi Ruum Aeg t [min] b) c) Aeg t [min],5,45,4,35,3,25,2,15,1,5, Aeg t [min] Joonis L3.6 Katsekeha nr. 9. Koostis: 1 osa lina, 1 osa savi, 2,5 osa liiv, 1 osa vett: a)temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 93

94 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 3 järg a) Kamber θe θ1 θ2 θ3 θ4 θsi Ruum b) 3 Aeg t [min] c),8 Aeg t [min],7,6,5,4,3,2,1 Aeg t [min] Joonis L3.7 Lubikrohv 5mm: a)temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus ajas 94

95 Soojuserijuhtivus λ, [W/(m )] Soojusvoog q [W/m 2 ] Temperatuur [ ] Lisa 3 järg a) Kamber θse θ1 θ2 θ3 θ4 θsi Ruum b) 3 Aeg t [min] c) 1,2 Aeg t [min] 1,8,6,4,2 Aeg t [min] Joonis L3.8 Savikrohv 5mm: a)temperatuuri muutus ajas; b) soojusvoo muutus ajas; c) soojuserijuhtivuse muutus aja 95

96 LISA 4 Tuletundlikkuse katsed Eesti Maaülikoolis 96

97 Lisa 4 järg Kõiki jooniseid vaadata koos tabeliga 4.1 Joonis L4.1 Katse nr. 1. Savikrohv S3 Joonis L4.2 Katse nr. 2. Lubikrohv L4 Joonis L4.3. Katse nr. 3. Savikrohv S4 (vaata koos tabeliga 4.1) 97

98 Lisa 4 järg Joonis L4.4. Katse nr. 4. Lubikrohv L3 Joonis L4.5 Katse nr. 5. Savikrohv S2 98

99 Lisa 4 järg Joonis L4.6 Katse nr. 6. Lubikrohv L2 Joonis L4.7 Katse nr. 7. Savikrohv S1 99

100 Lisa 4 järg Joonis L4.8 Katse nr. 8. Lubikrohv L1 1

101 LISA 5 Koonkalorimeetri katsed Rootsis (SP Technical Research Institute of Sweden) 11

102 Lisa 5 järg Märkus: Katsekeha konstruktsiooni ei pääse õhk ligi külgedelt ega alt. Metallist korpusel on ülemised ääred keeratud katsekeha peale, et katsekeha oleks kindlalt fikseeritud (vaata koos joonisega L5.3 ja L5.4). Joonis L5.1a Koonkalorimeeter ja katsekeha konstruktsioon 12

103 Lisa 5 järg Joonis L5.1b Koonkalorimeeter (Liblik, J. 215) Joonis L5.1c Koonus kalorimeeter. Soojusvooga kuumutamine uuritava materjali pinnast 25 mm kauguselt (Liblik, J. 215) 13

104 Lisa 5 järg Joonis L5.3 Katsekeha metallist vorm ja savikrohv pärast katset (vaata koos joonisega L5.1a) (Liblik, J. 215) Joonis L5.4 Katsekeha metallist vorm ja lubikrohv pärast katset (vaata koos joonisega L5.1a) (Liblik, J. 215) 14