Более 40% энергоресурсов в современном мире человечество тратит на обогрев и охлаждение, это доказывает, что сегодня рынок теплоизоляционных материалов высоко востребован. Немаловажное влияние на качество, стоимость, а самое главное на расходы по эксплуатации зданий и сооружений оказывают теплоизоляционные материалы и изделия. Их применение способствует созданию комфортных условий в помещениях, защищает части здания от температурных колебаний и продлевает срок службы строительных конструкций.

 

Идея выбора необходимого материала такова: лучше первоначально потратиться на возведение стены и кровли с повышенным тепловым комфортом и в холодные месяцы отопительного сезона тратить мало тепловой энергии на поддержание тепла внутри помещений, а значит и денег, чем построить стены с низким термическим сопротивлением и затем десятилетиями топить улицу. Анализ опыта различных стран в решении проблемы энергоснабжения показывает, что одним из наиболее эффективных путей ее решения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промышленного оборудования, тепловых сетей.

 

Стены, кровля и окна называются наружными ограждающими конструкциями здания потому, что они ограждают жилище от различных атмосферных воздействий - низких температур, влаги, ветра, солнечной радиации. При образовании разности температур между внутренней и наружной поверхностями ограждения, в материале ограждения возникает тепловой поток, направленный в сторону понижения температуры. При этом ограждение оказывает большее или меньшее сопротивление  тепловому потоку. Нормирование теплозащитных свойств наружных ограждений производится в соответствии со строительными нормами СНиП II-3-79 с учетом средней температуры и продолжительности отопительного периода в районе строительства.

 

Теплозащитные свойства стены зависят от ее толщины и коэффициента теплопроводности материала, из которого она построена. Если стена состоит из нескольких слоев (например, кирпич-утеплитель-кирпич), то ее термическое сопротивление будет зависеть от толщины и коэффициента теплопроводности материала каждого слоя. Теплозащитные свойства ограждающих конструкций сильно зависят от влажности материала. Подавляющее большинство строительных материалов содержит мельчайшие поры, которые в сухом состоянии заполнены воздухом.

 

При повышении влажности поры заполняются влагой, коэффициент теплопроводности которой в 20 раз больше, чем у воздуха, что приводит к резкому снижению теплоизоляционных характеристик материалов и конструкций. Поэтому в процессе проектирования и строительства необходимо предусмотреть мероприятия, препятствующие увлажнению конструкций атмосферными осадками, грунтовыми водами и влагой, образующейся в результате конденсации водяных паров, диффундирующих через толщу ограждения.

 

При эксплуатации домов, в результате воздействия внутренней и наружной среды на ограждающие конструкции, материалы находятся не в абсолютно сухом состоянии, а имеют несколько повышенную влажность. Это приводит к увеличению коэффициента теплопроводности материалов и снижению их теплоизолирующей способности. Поэтому при оценке теплозащитных характеристик конструкций необходимо использовать реальное значение коэффициента теплопроводности в условиях эксплуатации, а не в сухом состоянии. Как известно, влагосодержание теплого внутреннего воздуха выше, чем холодного наружного. Поэтому диффузия водяных паров через толщу ограждения всегда происходит из теплого помещения в холодное.

 

Если с наружной стороны ограждения расположен плотный материал, плохо пропускающий водяные пары, то часть влаги, не имея возможности выйти наружу, будет скапливаться в толще конструкции. Если у наружной поверхности расположен материал, не препятствующий диффузии водяных паров, то вся влага будет свободно удаляться из ограждения. При проектировании коттеджа необходимо учитывать тот факт, что однослойные стены толщиной 400 ...650 мм из кирпича, керамических камней, мелких блоков из ячеистого бетона или керамзитобетона обеспечивают сравнительно невысокий уровень теплозащиты (приблизительно в 3 раза меньше требуемой).

 

Высокими теплоизоляционными характеристиками, соответствующими современным требованиям, обладают трехслойные ограждающие конструкции, состоящие из внутренней и наружной стенок из кирпича или блоков, между которыми размещен слой теплоизоляционного материала. Внутренняя и наружная стенки, соединенные гибкими связями в виде арматурных стержней или каркасов, уложенных в горизонтальные швы кладки, обеспечивают прочность конструкции,а внутренний (утепляющий) слой - требуемые теплозащитные параметры. Толщина утепляющего слоя выбирается в зависимости от климатических условий и вида утеплителя. Из-за неоднородной структуры трехслойной стены и применения материалов с различными теплозащитными и пароизоляционными характеристиками в толще конструкции может образовываться конденсат, наличие которого снижает теплоизоляционные свойства ограждения. Поэтому при возведении трехслойных стен следует предусмотреть их защиту от увлажнения.

 

Нельзя сбрасывать со счетов, что высокие изоляционные свойства ограждения гарантируются тремя условиями: хорошим материалом, грамотной конструкцией и качественным выполнением монтажа. Поэтому при решении задачи утепления необходимо уделять большое внимание и правильному подбору утеплителя и применяемой теплоизоляционной конструкции.

 

Перечислим некоторые наиболее актуальные свойства теплоизоляционных материалов:

 

Теплоизоляционные материалы как при хранении, так и при эксплуатации, должны быть защищены от увлажнения. Способность материала увлажняться вследствие его гигроскопичности называется сорбцией. Чем влажнее воздух и ниже его температура, тем выше сорбция. Увлажнение материала может происходить от монтажной влаги, в которой затворяется материал при монтаже изоляции, атмосферной влаги, попадающей в материал при атмосферных осадках, и грунтовой влаги, проникающей из грунта.

 

Паропроницаемость - свойство материала пропускать пары воздуха. Последние проникают в материал под влиянием разности давлений атмосферного воздуха по обе стороны ограждения. Пары воздуха, проходящие через материал с теплой стороны на холодную, при максимальном насыщении воздуха в порах материала конденсируются. Накопление влаги на холодной стороне при отсутствии паронепроницаемой прокладки с теплой стороны ухудшает теплоизоляционные свойства материала.

 

Воздухопроницаемость - способность материала пропускать воздух и другие газы. Она зависит от размеров и количества пор материала. Вследствие разности парциального давления холодного и теплого воздуха происходит инфильтрация, перемещение холодного воздуха через стенки в сторону теплого. Инфильтрация холодного воздуха увеличивает тепловые потери. Необходимо устраивать ветроизоляцию. Увлажнение материала резко снижает коэффициент воздухопроницаемости.

 

Теплопроводность - свойство материалов проводить тепло. Коэффициент теплопроводности (основной и главный показатель качества теплоизоляционных материалов) - количество тепла, которое проходит (при установившемся тепловом состоянии) через 1м2 поверхности материала толщиной в 1м в течение часа при разности температур обеих поверхностей в 1С при отсутствии боковой утечки теплоты. Коэффициент теплопроводности зависит от пористости материала; от температуры (он увеличивается с ее повышением); от влажности (при увлажнении воздух, заключенный в материале, имеющем низкий коэффициент теплопроводности, замещается влагой, имеющей значительно больший коэффициент).

 

Температуропроводность. При нестационарном тепловом потоке, когда температура тела изменяется с течением времени, количество тепла, проходящее через материал зависит от скорости изменения температуры в нем. Величина, характеризующая скорость распространения температуры в материале, определяется коэффициентом температуропроводности.

 

Влагопроводность. Влажностный режим ограждения тесно связан с теплотехническим и имеет большое санитарно-гигиеническое значение. Высокая влажность внутренней поверхности ограждения делает помещение антисанитарным и недолговечным. Одной из причин появления влаги в ограждениях является конденсация ее из атмосферного воздуха.

 

Влажностный режим ограждения определяется температурой точки росы. Теплоизоляция ограждения должна обеспечивать на внутренней его поверхности такую температуру, которая была бы выше точки росы при данной влажности воздуха. В зданиях зимой водяной пар диффундирует через стены от внутренней стороны к наружной, а в летнее время от наружной - к внутренней. Возможна конденсация пара в стенах ограждения. Для защиты от конденсации влаги необходимо материалы с большим объемным весом, коэффициентом теплопроводности и меньшим коэффициентом паропроницаемости устанавливать на внутренней поверхности, а с меньшим объемным весом и коэффициентом теплопроводности и большим коэффициентом паронепроницаемое - на наружной поверхности. Пароизоляционные слои необходимо устанавливать на внутренней, более теплой поверхности, так как установка их снаружи ухудшает влажностный режим.

 

Огнеупорность - свойство материала противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупорность не определяет предельной температуры применения материала, так как на материал в эксплуатации могут воздействовать давление вышележащих материалов, напряжения от усадки или расширения, коррозия, истирание шлаками, летучей золой и газами.

 

Огнестойкость материала характеризуется способностью выдерживать сравнительно непродолжительное время температуру до 1100 С без нарушения структуры, прочности и других свойств.

 

Пластичность - способность под давлением принимать новую форму без образования трещин и разрывов и сохранять ее после действия внешней силы.

 

Химическая стойкость - способность противостоять разрушающему действию химических реагентов: кислот, щелочей, солей, газов. Она зависит от плотности материала и его структуры. Теплоизоляционные материалы и огнеупоры при химическом взаимодействии с жидкими или газообразными веществами при высоких температурах разрушаются.

 

Биостойкость. Теплоизоляционные материалы, содержащие такие органические вещества, как крахмал и целлюлозу, во влажной среде с температурой 30-40 С подвержены воздействию бактерий, грибков и других микроорганизмов. Органические материалы с низким водопоглощением менее подвержены воздействию микроорганизмов, чем материалы с высоким водопоглощением. Разрушению микроорганизмами подвержены и неорганические материалы, если они соприкасаются с органическими.

 

Естественно, что у каждого вида материала есть свои положительные и отрицательные стороны. Но, создавая рациональную изоляционную конструкцию, можно избежать многих неприятных вопросов, предохранив изоляцию от увлажнения, от проникновения грызунов, увеличив ее механическую прочность и огнестойкость.

 

 

Сегодня на нашем рынке представлено огромное количество различных утеплителей. Однако не все они способны выдержать суровые климатические условия и надежно защитить от потерь тепла здания, коммуникации. Статистические данные исследований строительного комплекса России показали, что основным видом применяемых в России утеплителей являются минераловатные изделия, доля которых составляет немногим более 65%, остальные 35% это различные пенопласты.

 

Минеральная вата это теплоизоляционный материал, состоящий из тончайших стекловидных волокон, получаемых путем распыления жидкого расплава шихты из металлургических шлаков, горных пород или иных силикатных материалов.

 

В зависимости от исходящего сырья вата разделяется: на минеральную (каменную) вату, которую изготавливают из минеральных горных пород (осадочные горные породы: глины, известняки, доломиты, мергели и низверженные: граниты, синиты, пегматиты, пемза, туф. Шлаковую вату, изготовленную из металлургических шлаков - доменные, ваграночные и мартеновские шлаки, а также шлаки цветной металлургии и  стеклянную вату, которая изготовляется из стекла.

 

Теплоизоляционные свойства минеральной ваты определяются воздушными порами, заключенными между волокнами. Минеральная вата изготавливается дутьевыми (паро-, воздухо-, газодутьевыми) и центробежным способами.

 

В основу дутьевых способов положено использование кинетической энергии пара, сжатого воздуха или газа, выходящего из сопла и встречающего на своем пути струю силикатного расплава, в результате чего последний разбивается на капли, вытягивающиеся сначала в цилиндрик, который затем суживается и образует два грушевидных тела, связанных нитью. Грушевидные тела уменьшаются и превращаются в волокна. Центробежный способ основан на использовании центробежной силы вращающегося диска, на который падает струя силикатного расплава.

 

Существует также самый "навороченный" способ получения минеральной ваты - центробежно фильерно-дутьевой. Он обеспечивает полное отсутствие неволокнистых включений (так называемых "корольков"), а также небольшой диаметр волокон ваты. Свойства минеральной ваты: с повышением содержания кремнезема в минеральной вате повышается температура ее размягчения и температуроустойчивость. Глинозем повышает химическую и биологическую стойкость ваты, окись железа снижает температуроустойчивость, увеличивает коррозийность ваты. Коэффициент теплопроводности зависит от средней толщины волокон, объемного веса и пористости. Оптимальной является пористость 90%. Толщина волокна может колебаться от 2 до 40 мкм.

 

Стеклянная вата это теплоизоляционный материал, состоящий из беспорядочно расположенных гибких стеклянных волокон, полученных способом вытягивания из расплавленного стекла. Сырьем для получения стеклянной ваты служит стекло или отходы стекольной промышленности.

 

Изготавливается стеклянная вата двумя способами - дутьевым и способом непрерывного вытягивания (фильерно-дутьевой). Технологический процесс получения стеклянного волокна по дутьевому способу аналогичен дутьевому способу получения минеральной ваты. Стеклянное волокно имеет толщину от 4 до 30 мкм, длину волокна 120-200 мм. Способ непрерывного вытягивания выглядит так. Стеклянная шихта загружается в ванную печь (t=1500C), под воздействием температуры расплавляется по поверхности и стекает тонким слоем в зону гомогенизации, где становится более однородной.

 

Расплав вытекает через специальную пластину, которая имеет отверстия (фильеры) диаметром 0,1 мм. Из вытекающей струйки расплава вытягивается нить при помощи быстро вращающегося барабана. Способ непрерывного вытягивания дает волокно без "корольков", равномерной толщины и высокого качества. Прочность стекловолокна зависит от его толщины. Чем волокно толще, тем оно более хрупкое. Хрупкость волокна вызывает его быстрое разрушение при вибрации. То есть оптимальная толщина волокна должна быть 15 мкм и меньше.

 

Более прогрессивные технологии производства стекловолокна позволяют получать среднюю толщину - 6 мкм (то есть волокно практически не раздражает кожные покровы и слизистые оболочки дыхательных путей). Технологический процесс получения стеклянной ваты ISOVER состоит из следующих этапов. Сырье (вторично используемое стекло, песок, сода, известняк) расплавляется в печи (t=1400C и выше}; после чего расплавленная масса течет в волокнообразователь, который представляет собой прядильную центрифугу, где происходит разбивание стекла на волокна.

 

Между собой волокна связываются при помощи связующего вещества (оно в виде аэрозоли смешивается со стекловолокном во время процесса волокнообразования). Изделия, пропитанные смолой, попадают на термическую обработку (t=250C), которая дает готовому изоляционному материалу требуемую жесткость.

 

Коэффициент теплопроводности стекловолокна колеблется (0,029-0,040 Вт/мК), температуроустойчивость +450С, морозоустойчивость (стократное замораживание и оттаивание) -25С. Стекловата кислотоустойчива.

 

            Производят также каолиновую, кварцевую, графитовую ваты. Они обладают повышенной температуростойкостью.

            По своим свойствам стекловатные изделия отличаются от минераловатных. У последних меньшая средняя плотность, меньшая температуростойкость.

            Применяют её для теплоизоляции строительных конструкций, а также в технической изоляции (трубопроводы, промышленное оборудование), а также холодильников, транспортных средств. 

 

Каолиновая вата и изделия на ее основе относятся к огнеупорным (высокотемпературная изоляция, температура применения t= 1100-1250C). Сырьем для ее производства служат технический глинозем, содержащий 99% оксида алюминия, и чистый кварцевый песок. Расплав получают в пятиэлектродной руднотермической печи (температура плавления 1750°С). Рабочее пространство печи состоит из зон плавления и выработки. Зона плавления оборудована тремя графитированными электродами, зона выработки - двумя. Струя расплава раздувается паром под давлением 0,6-0,8 МПа при помощи эжекционного сопла.

 

В качестве связующих применяют жидкое стекло, глиноземистый цемент, огнеупорные глины, кремнеорганическое связующее. Средняя плотность каолиновой ваты 80 кг/м3. Она устойчива к вибрации, инертна к воде, водяному пару, маслам и кислотам, обладает высокими электроизоляционными свойствами, которые практически не меняются с повышением температуры до 700-800С, не смачивается жидкими металлами. Каолиновая вата выпускается в рулонах и в виде изделий различной формы (плиты, скорлупы, сегменты и т. д.).Каолиновая вата изготавливается в виде комовой ваты и различных изделий. Область применения - различные отрасли промышленности.

 

Фибролит. Теплоизоляционный материал в виде плит, получаемых путем прессования древесных стружек с вяжущими веществами, а затем сушки. В зависимости от вяжущих веществ он разделяется на магнезиальный, доломитовый, цементный, известковотрепельный, гипсовый и битуминозный. Сырьем для изготовления фибролита является древесная стружка (т. н. "древесная шерсть") и вяжущие. Стружка изготавливается из древесины осины, сосны или ели в виде лент длиной не менее 400 мм, шириной 5-7 мм, толщиной 0,5-1 мм. Технологический процесс. Готовится затворитель, смешивается с заполнителем, прессуются фибролитовые плиты, затем их термически обрабатывают и сушат. Фибролит не горит, способен тлеть, биостоек, воздухопроницаем. Коэффициент теплопроводности в зависимости от связующего колеблется в пределах 0,11-0,25 Вт/мК.

 

Фибролит бывает термоизоляционный и конструктивный. Первый применяют для утепления стен и покрытий, второй - для перегородок каркасных стен в сухих условиях. Фибролит считается местным материалом. ДВП (древесноволокнистые плиты) и ДСП (древесностружечные плиты). ДВП - теплоизоляционный материал, изготовляемый издревесноволокнистой массы, пропитанной эмульсией. Сырьем служит неделовая древесина, отходы лесопильной и деревообрабатывающей промышленности, бумажная макулатура, а также стебли соломы, кукурузы, хлопчатника. Для повышения прочности и долговечности применяют специальные добавки: канифольную, парафиновую, битумную эмульсии; составы для антисептирования волокнистой массы, для водостойкости, биостойкости и огнестойкости; глинозем, гипс и другое.

 

Сырье измельчают в специальных агрегатах с большим количеством воды. Вода помогает размалывать древесину на отдельные волокна. Затем их смешивают со специльными добавками. Далее жидкотекучую волокнистую массу отливают в длинносеточной отливной машине. Здесь масса обезвоживается и уплотняется, а затем разрезается на плиты. Уже готовые плиты поступают в сушилку, а после нее прессуются. Средняя плотность ДВП - 150-350 кг/м3, теплопроводность - 0,046-0,093 Вт/мК, предел прочности при изгибе менее 0,4-2,0 МПа.

 

            Древесноволокнистые плиты выпускаются трех типов:

            1. Изоляционные. Их используют для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок и перекрытий. Размеры: 2700x1200x12,25 мм.

            2. Ветрозащитные изоплиты. Применяются для уплотнения и упрочнения внешних стен, потолков и крыш зданий. Размеры: 2700x1200x12,25 мм.

            3. Изоляционные плиты для пола. Применяются для "плавающей" подложки под паркет и ламинированные полы. Плита выравнивает неровную поверхность под паркетом, утепляет пол и обеспечивает хорошую звукоизоляцию.

 

У ДВП высокое водопоглощение - до 18% в сутки, значительная гигроскопичность - до 15% в нормальных условиях, в них могут развиваться грибки, при изменении влажности окружающей среды они изменяют свои размеры. ДСП представляют собой изделия, получаемые прессованием древесной стружки с добавкой синтетических смол. Как и древесноволокнистые поиты, они обладают различной плотностью. Для тепловой изоляции используют легкие плиты, для конструктивно-отделочных работ - полутяжелые и тяжелые. Сырье для всех видов плит является одинаковым, технология производства также.

 

Отличие состоит в том, что при производстве легких плит используется меньше полимера (на 6-8%), и ниже давление при прессовании (на 0,2-0,7 МПа). ДСП получают горячим прессованием массы, содержащей около 90% органического волокнистого сырья (тонкой древесной стружки) и 8-12% синтетических смол. ДСП бывают одно- и многослойными. Область применения и свойства ДСП те же, что и у ДВП, за исключением легких плит. Их размеры: 2500-3600 х 1200-1800 х 13-25 мм. Средняя плотность 250-400 кг/м3, предел прочности при изгибе до 12,0 МПа, коэффициент теплопроводности 0,045-0,09 Вт/мК.

 

Мировая практика строительства в странах, владеющих новейшими технологиями показывает, что самым эффективным теплоизоляционным материалом является пенополистирол, который производится беспрессовым способом, или способом экструзии.

 

Известно, что коэффициент теплопроводности, являющийся основным показателем теплоизоляционных свойств материалов, в сильной степени зависит от содержания в нем влаги. Каждый процент влаги снижает основной показатель - коэффициент теплопроводности - на 4%. В соответствии с ГОСТ 15588-86 "Плиты пенополистирольные. Технические условия" отечественным производителям марок ПСБ и ПСБ-С разрешается отгружать потребителям плиты с влажностью до 12%. Таким образом, реальный коэффициент теплопроводности плит может оказаться на 40% хуже показателя по ГОСТу, определенного в сухом состоянии.

 

Присутствие влаги в материале обладает еще одним коварным свойством. Зимой вода в межгранульном пространстве, превращаясь в лед, постепенно разрушает пенопласт на отдельные гранулы, за счет чего долговечность плит из беспрессового пенополистирола существенно снижается. Всех этих недостатков практически лишен экструзионный пенополистирол с гомогенной замкнутой структурой ячеек. Крайне низкое водопоглощение (менее 0,3% по обьему) и высокая механическая прочность делают этот материал уникальным и позволяют использовать его в качестве наружной изоляции зданий и сооружений различного назначения.

 

Экструзионный пенополистирол (ЭППС) становится незаменимым материалом для утепления подземных частей зданий, фундаментов, стен подвалов, цокольных этажей, а также в конструкции так называемой "инверсионной" (перевернутой) кровли. В последнем случае отсутствуют вредные воздействия на гидроизоляционную мембрану - важнейший элемент кровли, так как, утеплитель (пенополистирол) укладывается выше гидроизоляционной системы защищая ее от воздействия ультрафиолетового излучения, резких перепадов температуры, механических повреждений, позволяя проводить монтаж кровли в любое время года. Кроме того, такая конструкция кровли позволяет отказаться от отдельного пароизоляционного слоя, и значительно увеличивает срок службы гидроизоляционной мембраны.

 

Уникальные свойства экструзионного пенополистирола позволяют проводить утепление оснований автомобильных и железных дорог, аэродромов. Применение утепления в данном случае позволяет уменьшить глубину промерзания грунта и, следовательно, устранить пучение грунта при оттаивании.

 

Применение экструзионного пенополистирола в качестве утеплителя снаружи зданий позволяет существенно повысить теплоизоляционные характеристики стен не уменьшая полезной площади внутри зданий. Это практически единственный вид утеплителя, позволяющий решить задачи утепления подземной части зданий в условиях разрушающего воздействия грунтовых вод и подвижек.