«Современный теплый дом». Обзор теплоизоляционных материалов.

С каждым годом погода преподносит нам всё больше сюрпризов. Показания градусника то поднимаются высоко в красную зону, то опускаются в самый низ синей. А человек — существо капризное и всё ему плохо. То жарко, то холодно, то мокро, то сухо. То одно, то другое. Хорошо, что голова у него умная. И начинает он придумывать...

Станет холодно — придумает печку. Топит дровами или углем. Станет еще холодней — придумает газовый или электрический конвектор. А по всем комнатам масляные радиаторы расставит. Но вот потеплело. Даже жарко как-то вдруг стало. Сначала человек придумал форточку открыть, потом вентилятор включил, а потом и кондиционер придумал. Вот какой умный! А потом опять холода. И все начинается с начала. Рубим дрова, сжигаем газ, уголь, мазут, тратим мегаватты электричества. Истребляем леса, полезные ископаемые, загрязняем атмосферу. Хорошо, что не все мы одинаковые. Были и такие, которые сказали: «Люди! Что же мы с Вами делаем? Зачем же мы современные цивилизованные люди поступаем как варвары? Давайте не будем дикарями и сохраним наш общий дом! Нашу планету».

И еще раз подумав, придумали отличную идею. Для того чтобы согреть своё жилище не надо с каждым разом придумывать все более мощные отопительные приборы и печи, просто надо научиться не терять накопленное тепло. Не надо ставить более мощные тены или делать большие топки, просто надо не выкидывать тепло в небо. Не надо тратить тепло труб, несущих отопление в наши батареи на обогрев земли. Не надо делать полы с подогревом, надо просто не пустить холод от промёрзшего грунта в дом. Надо изолировать дом от холода.

И придумали теплоизоляцию.

Теплоизоляционные материалы это такие покрытия, которые в силу своей низкой теплопроводности не дают теплу или холоду проходить через них в больших количествах. Основными показателями теплоизоляционных материалов являются теплопроводность, прочность на сжатие, отрыв и сдвиг; влажность и водопоглощение; паро- и воздухопроницаемость. Коэффициент теплопроводности — наиболее интересующий нас показатель. Он отображает величину теплового потока проходящего за 1 час через 1 м.кв. поверхности толщиной 1 метр при разности температур с разных сторон данной поверхности в 1градус Кельвин. Чем меньше величина этого показателя (чем ближе она стремится к нулю), тем лучше теплоизоляционные свойства утеплителя. Величина эта не постоянная и может меняться при различных режимах эксплуатации.

При применении в строительных конструкциях такие материалы препятствуют потере тепла из помещений, и в значительной степени позволяют сохранять природные ресурсы.

Как это происходит? Все начинается с мелочей и как снежный ком приобретает поражающий размах. Представьте, что вы теплоизолировали ваше жилище. Теперь смотрите, какие выгоды Вы от этого получите.

Во-первых, внутренние помещения здания приобретают стабильный микроклимат с устойчивой температурой и влажностью. Такие помещения не промерзают даже в самую суровую зиму и не перегреваются даже в самую знойную жару. И зимой и летом в помещении хорошо. Комфортно даже самому привередливому человеку. Вы не кутаетесь под дюжиной одеял в холода и не обливаетесь потом при резких потеплениях.

Во-вторых, располагая устойчивой атмосферой внутри помещения с минимальными теплопотерями, вы можете значительно сэкономить средства при покупке оборудования для отопления и кондиционирования. Мощности отопительных приборов могут быть значительно ниже, а сами приборы, как следствие — дешевле. От такой современной вещи, как кондиционер в большинстве случаев вообще можно отказаться. К тому же Вы почувствуете значительную экономию средств затрачиваемых на энергоносители (электричество, газ, уголь и т.д.). Убрав мощные электронагревательные приборы из помещения, вы в значительной степени снизите нагрузку на электропроводку и вероятность её возгорания. Согласитесь, обидно погубить в пожаре дорогое жилище по причине короткого замыкания в копеечном тепловентиляторе.

В-третьих, потребляя меньше энергоносителей, человечество меньше растрачивает полезные ископаемые. Меньше выбрасывается вредных веществ в атмосферу, что делает среду нашего обитания более комфортной и экологически менее загрязненной. Наши действия в значительно меньшей степени нарушают и без того пошатнувшееся природное равновесие. В нашем лексиконе уже устойчиво ужились такие слова, как «смог», «сажа», «кислотные дожди», «парниковый эффект» и т.д. Это ли мечта человечества? Такого ли будущего вы желаете своим детям?

В-четвертых, значительно продлевается срок эксплуатации строительные конструкции. Находясь под защитой теплоизоляционного слоя и наружных покрытий, они гораздо проще переносят природные катаклизмы. Несущие элементы зданий не подвергаются прямому воздействию агрессивных природных факторов (дождь, град, ветер, солнечный ультрафиолет, знакопеременные температуры и т.д.). Сухие стены и кровельные перекрытия ровно «дышат» не накапливая влагу. Нет влаги — нет промерзаний и, как следствие, не появляются трещины, плесень и грибок.

В-пятых, у людей проживающих в сухих, проветриваемых помещениях (именно проветриваемых, а не кондиционируемых) без плесени, грибка и неприятного запаха от гниющих материалов значительно уменьшается количество респираторных заболеваний. Сухие ограждающие конструкции в значительной степени снижают уровень наружного шума, который приводит к дискомфорту, усталости, раздраженности и стрессам.
Итак, Вы убедились, что применение теплоизоляционных материалов положительно скажется на Вашей жизни? Да. Тогда давайте не будем спешить и разберемся, какие теплоизоляционные материалы бывают. Дело в том, что теплоизоляционные материалы бывают разные. С разными свойствами. И использовать их нужно строго в соответствии с их назначением.

Всю гамму утеплителей, предлагаемых сегодня на отечественном рынке, условно можно разделить на две группы: волокнистые и полимерные. Первые принято называть минеральной ватой, а ко вторым относить все синтетические материалы — пенополистирол, пенополиэтилен, пенополипропилен, пенополиуретан и ряд других.

Минеральная вата — это общее название для всех неорганических волокнистых материалов, получаемых из силикатных расплавов горных пород, металлургических шлаков и их смесей. Она совместила в себе прочностные качества натурального камня и теплоизоляционные свойства воздуха. Впервые минеральная вата была придумана на гавайских островах. Эта местность, помимо шикарных пляжей и курортов известна своими вулканами. Именно вулкан преподнес человеку идею создания волокнистого утеплителя. При взаимодействии с холодным атмосферным воздухом раскаленная лава образует тонкие базальтовые нити. Подсмотрев это, человек воссоздал вулкан в промышленных условиях. Расплавляя каменные породы и образуя чрезвычайно тонкие, прочные бесконечные нити человек научился хаотично переплетать их в специальные теплоизоляционные материалы с изначально заданными характеристиками. Фактически в волокнистых утеплителях находится больше статического воздуха, чем волокон.

По роду сырья минеральная вата делится на три разных типа:

Шлаковата — производится из расплавов шлаковых отходов металлургических предприятий. В современном строительстве применяется редко, вследствие более низких теплофизических характеристик. На рынке, в основном, представлена отечественными предприятиями, работающими на устаревшем оборудовании.

Стеклянная вата (или вата из кэшированного стекловолокна) получается вследствие расплавов кварцевого песка с добавлением стеклотарного боя. Данная продукция в основном применяется для легких каркасных конструкций и перегородок. Имеет ограничения по применению из-за низкой плотности материалов и неспособности выдерживать высокие нагрузки и температуры. На отечественном рынке представлена марками «ISOVER», « URSA» и д.р.

Каменная вата из базитных пород (базальт, доломит) характеризуется способностью выдерживать значительные температуры не возгораясь и не поддерживая горение, широким выбором материалов по назначению и техническим параметрам, низкой теплопроводностью и высокой паропроницаемостью. К этой группе относятся минераловатные утеплители импортных концернов «PAROC», «ROCKWOOL», «NOBASIL», «GERAKLIT» и др. В последний год появились неплохие материалы белорусского производства «ТЕРМОШУБА»; и российского «IZOVOL», «ТЕХНО».

Ведущие мировые производители минераловатной продукции в качестве сырья используют исключительно горные породы, что позволяет получать утеплители высокого качества с длительным сроком эксплуатации. Именно такой материал рекомендуется применять для ответственных конструкций, в случае, когда требуется многолетняя и надежная тепло-, звукоизоляция, пожарная безопасность данных строений.

Основными свойствами минеральной ваты, отличающими ее от других теплоизоляционных материалов, являются негорючесть в сочетании с высокой тепло- и звукоизолирующей способностью. Устойчивость к температурным деформациям, экологическая безопасность, простота выполнения монтажных операций, химическая и биологическая стойкость. Ни масла, ни растворители, ни умеренно кислые среды не оказывают на нее отрицательного воздействия. По требованиям пожарной безопасности изделия из минеральной ваты относятся к классу негорючих материалов (НГ). Более того, они эффективно препятствуют распространению пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты, ведь волокна выдерживают до 1000- 1100°С.

Минеральная вата негигроскопична, содержание влаги в изделиях из нее при нормальных условиях эксплуатации составляет 0,5-1,5 % по объему. При этом материалы обладают высокой паропроницаемостью, что позволяет им под действием избыточного давления направленного наружу строительной конструкции выводить влагу из ограждающей конструкции.

Применение минеральной ваты позволяет обеспечить не только тепло-, но и звукоизоляцию стен. Этому способствует волокнистая структура материала. Минеральная вата значительно снижает риск возникновения стоячих звуковых волн внутри ограждающей конструкции, тем самым, увеличивая изоляцию от воздушного шума. Звукопоглощающие свойства материала увеличивают затухание акустических волн и значительно снижают звуковой уровень помещения.

Достоинства минераловатных материалов дополняют легкость выполнения монтажных работ и простота обучения персонала навыкам работы. Все минераловатные изделия на основе базальтовых горных пород — экологически безопасны, не причиняют вред здоровью человека и не поедаются грызунами.

Минераловатные утеплители применяются в следующих многослойных теплоизоляционных системах:

  • в системах наружного утепления фасадов зданий штукатурными методами;
  • в качестве теплоизоляционного слоя в навесных вентилируемых фасадах;
  • в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные «сэндвич-панели» с металлическими обшивками).
  • в системах утепления плоских кровель, как неэксплуатируемых, так и несущих значительные нагрузки;
  • в системах утепления скатных кровель во взаимодействии с любым современным кровельным материалом (металлочерепица, битумная черепица, керамическая или полимер-песчаная черепица, фальцованная или медная кровля);
  • При утеплении цоколей, фундаментов и подвалов зданий;
  • в гипсокартонных системах в качестве тепло- и звукоизоляционного слоя при внутренних ремонтных работах и планировании помещений.
  • При реконструкции зданий имеющих историческую ценность, как утеплитель с внутренней стороны ограждающей конструкции (такая схема применения утеплителя менее верна в теплотехническом плане, зато позволяет сохранить исторические элементы декора в первозданном виде);
  • Для изоляции технологического оборудования (печей, котлов, турбин и т.д.).
  • Для изоляции теплотрасс, трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, вентиляционных каналов и энергосетей.

Теплоизоляционные и механические свойства изделий из минеральной ваты сохраняются на первоначальном уровне в течение десятков лет. Но, на теплопроводность минераловатных утеплителей в значительной степени влияет влажность материала. При её повышении теплоизоляционный материал будет резко терять свои изоляционные свойства, т.е. коэффициент теплопроводности будет увеличиваться. Это происходит потому, что вода обладает теплопроводностью в 25 раз больше чем воздух. Кроме того частички воды увеличивают площадь соприкосновения между волокнами ваты. Поэтому, для обеспечения защиты минераловатных утеплителей от намокания, процессов сорбции, капиллярного увлажнения и конденсации влаги, были разработаны специальные паро- гидробарьерные пленки и супердиффузионные мембраны. О правилах их применения в теплоизоляционных системах мы расскажем в наших следующих статьях.

Синтетичекие теплоизоляционные материалы тоже получили значительное распространение. Гамма утеплителей из полимерных материалов постоянно расширяется, т.к. химическая промышленность не стоит на месте.

Самым первым и самым распространенным синтетическим теплоизолятором стал вспененный пенополистирол. Всем нам он более известен под названием — пенопласт. Он состоит из множества вспененных шариков склеившихся между собой. Самые существенные его достоинства это низкая стоимость и простота обработки. Однако стоит отметить, что у разных производителей качество продукции значительно разнится, что напрямую сказывается на долговечности материала. Со временем пенопласт, под воздействием влаги, может начать крошиться и распадаться на отдельные шарики, приводя в негодность теплоизоляционный слой здания. При пожаре пенопласт выделяет значительное количество отравляющих газов и образует клубы черного, токсичного дыма. А вредное воздействие стирола (основного компонента пенопласта) на организм человека до сих пор не изучено.

Следующей ступенью развития полистирола стало производство экструдированного пенополистирола. Этот утеплитель характеризуется однородностью и замкнутой ячеистой структурой материала. Такой теплоизоляционный материал совсем не впитывает воду и не пропускает пар. Он значительно прочнее пенопласта, но и более дорогой. Его применение целесообразно во всех влагонагруженных элементах здания. Например цоколи, фундаменты, полы на грунте, выступающие части перекрытий, балконы, ванные комнаты, кухни, подсобные помещения, бассейны, инверсионные кровли и т.д. Посредственные звукоизоляционные характеристики и неспособность выдерживать высокие температуры значительно сужают область применения этого достаточно интересного материала. Также отмечается возможность применения экструдированных плит в декоративных целях. На отечественном рынке теплоизоляционные материалы из экструдированного пенополистирола достаточно распространены. К ним относятся материалы известных импортных марок «Styrodur», «Avstrotherm», «DOW», «Izocam», «Fibran Eko» и др.

Вспененный полиэтилен применяется для производства тонких рулонных теплоизоляционных покрытий. Чаще всего он востребован в качестве отражающей изоляции (когда с одной из сторон материала нанесена фольга), подложки под ламинированные напольные покрытия, как терморазрывной прокладочный материал в металлических быстровозводимых зданиях и сендвич-панелях. Очень популярна из такого материала теплоизоляция для труб внутреннего и наружного водопровода. Купить такие материалы можно практически в каждом строительном магазине или на рынке.

Пенополилиуретан применяется в основном как теплоизоляционный сердечник в трехслойных сендвич-панелях с наружными обкладками из оцинкованного стального листа с полимерным покрытием. Такие панели используют, как правило, для производства морозильных камер, быстровозводимых зданий, складов, холодильников и т.д.

В наших следующих статьях мы подробно остановимся на том, как необходимо правильно утеплять различные строительные конструкции. Где, какие утеплители целесообразней применять и почему. Какие использовать сопутствующие материалы и крепеж. За основу возьмем частный дом. Начнем с цоколей, подвалов и полов, продолжим стенами, фасадами и перегородками, а закончим обустройством мансарды и утеплением скатной кровли. Думаем, что каждый найдет в этих материалах почву для размышлений или руководство к действию.
Будьте людьми и берегите Землю!

 Хохленков Михаил специально для журнала «МАСТЕР». Февраль 2007 год