Старший преподаватель Рывкина Н.В.

Евразийский Национальный университет им. Л.Н.Гумилева

Республика Казахстан

Современные теплоизоляционные материалы

- эффективное решение на пути энергосбережения в Казахстане.

Энергосбережение – сегодня главное направление политики Казахстана и всех развитых стран в промышленности и строительстве.

Энергоэффективность – вот основное, на сегодняшний день,  требование ко всем строящимся, ремонтируемым и реставрируемым объектам. Такими объектами являются жилые дома, административные здания, промышленные комплексы.

Что такое энергоэффективность? Это – максимально возможное снижение расхода потребляемой объектами энергии. [1] Повышение энергоэффективности осуществляется посредством оптимизации существующих систем: таких как системы энерго -  и топливоснабжения. Отчасти ситуацию можно поправить, установив новые радиаторы отопления и пластиковые окна, однако, такие меры сделают дом ненамного комфортнее, а затраты на отопление (летом – охлаждение) не сократятся настолько, насколько бы хотелось. Расход энергии значительно сокращается за счет различных методов теплоизоляции зданий.  При помощи хорошего утеплителя можно значительно уменьшить теплопроводность стен, потолка и полов. Это улучшит  микроклимат в любом доме. Проживание в нем станет намного комфортнее, а расходы на отопление значительно сократятся. Жители своих собственных домов давно уже оценили теплоизоляцию. Ведь каким бы плотным не был дом, бывают времена, когда в доме становится холодно. Однако выбрать материалы для теплоизоляции бывает нелегко.

Актуальность и потребность в высокоэффективной теплоизоляции для любых зданий и сооружений приобрела особую значимость в связи с возрастающей стоимостью энергоносителей. Кроме того, постоянное повышение требований к условиям комфортного проживания людей требует все большей энергии, все больших затрат на ее пополнение. Ассортимент теплоизоляции постоянно растет, разобраться в видах теплоизоляционных материалов с каждым днем становится все сложнее.

В данной статье мы подробно рассмотрим новейшие разработки в области теплоизоляционных материалов и проведем сравнительный анализ с уже просуществовавшей столь длительное время «традиционной» изоляцией.

Теплоизоляционными называют материалы, применяемые в строительстве жилых и промышленных зданий, тепловых агрегатов и трубопроводов с целью уменьшить тепловые потери в окружающую среду. Теплоизоляционные материалы характеризуются пористым строением.

Использование теплоизоляционных материалов позволяет уменьшить толщину и массу стен и других ограждающих конструкций, снизить расход основных конструктивных материалов, уменьшить транспортные расходы и соответственно снизить стоимость строительства. Наряду с этим при сокращении потерь тепла отапливаемыми зданиями уменьшается расход топлива. Многие теплоизоляционные материалы вследствие высокой пористости обладают способностью поглощать звуки, что позволяет употреблять их также в качестве акустических материалов для борьбы с шумом. [2]

Теплоизоляционные материалы классифицируют по виду основного сырья, форме и внешнему виду, структуре, плотности, жесткости и теплопроводности.

Одними из самых распространенных материалов для теплоизоляции считаются материалы на органической основе. Они популярны благодаря тому, что утепляют фасады зданий простым способом. Это обеспечивает недорогую цену на теплоизоляцию таким методом. Чтобы сэкономить на теплоизоляции вашего дома, можно купить полиспен или как его еще называют экструдированный полистирол.

К подобным материалам можно отнести пенополистирольные блоки и плиты, а также различные изделия из вспененного пенополиэтилена, вспененной карбамидно-формальдегидной смолы, сшитого и не сшитого пенополипропилена. Самым популярным является вспененный полистирол, который также называется пенопластом. Вспененный полистирол отличается такими качествами, как недорогая цена по сравнению с другими материалами для теплоизоляции помещений.

Также данный материал очень прочный и способен выдерживать высокую нагрузку. Вспененный полистирол легко монтируется и поддается обработке. Это позволяет хорошо следить за его состоянием. Полистирол обладает низкой плотностью, благодаря чему не меняет нагрузку на несущие конструкции. Данный материал имеет высокие экологические показатели. Это позволяет использовать его во всех типах зданий, начиная промышленными и заканчивая жилыми помещениями. Ведь полистирол не токсичен и не выделяет пыль и вредные химические соединения. Для того чтобы воспользоваться этим материалом, не требуется специальной одежды и средств индивидуальной защиты человека.

К недостаткам полистирола можно отнести плохую паропроницаемость. Этот момент надо учитывать при проектировании фасада здания, чтобы в будущем не возникало проблем. Ведь при плохой паропроницаемости в помещении становится душно и дискомфортно. Пенополистирол отлично поглощает воду. Также вода в полистироле образовывается в процессе его производства. Это может приводить к тому, что во вспененном полистироле может присутствовать до шести процентов воды. В холодное время года вода замерзает и образуется лед. Он разрывает стенки ячеек вспененного полистирола. Это отрицательно сказывается на состоянии полистирола.

Вспененный полистирол имеет очень низкую теплопроводностью. Данный показатель может ухудшаться со временем. Необходимо помнить, что полистирол может разрушиться под воздействием ультрафиолетового излучения. Именно поэтому его необходимо защищать от прямых солнечных лучей. Также вспененный полистирол очень быстро загорается и горит с образованием горящих падающих капель. К счастью, горение капель вне пламени продолжается всего несколько секунд.

Полистирол может служить долгое время. Специалисты утверждают, что в идеальных условиях эксплуатации срок службы этого утеплителя может составить около тридцати лет. Таким образом, можно сказать, что вспененный полистирол – отличный материал для теплоизоляции здания.

Еще один из самых распространенных утеплителей, служащий для защиты от холода и перепадов температур – всем известная минеральная вата. Минеральная вата - это крупноволокнистый утеплитель, изготовляемый из углеродистых сплавов минералов и отходов металлов.

Она широко применяется во всех областях строительства, в том числе и при защите коммуникаций. Трубопроводы изолируют минераловатными матами с последующим покрытием алюминиевой фольгой или бумагой. Эффективность такого утепления во многом зависит от аккуратности исполнителей. Маты незаменимы для теплоизоляции труб большого диаметра.

Неоспоримыми преимуществами теплоизоляционных материалов из минеральной ваты является широкий температурный диапазон применения (до +1000 ºС), то, что они, как правило, относятся к группе негорючих строительных материалов и их относительно низкая стоимость. Нет им равных по способности противостоять огню. Именно их применяют в системах с повышенными противопожарными требованиями.

Основным приоритетом для использования минеральной ваты перед прочими утеплителями оказывается ее особая термостабильность, завидная теплоизоляция, мгновенные сроки монтажа, экологическая ценность. Внушительными преимуществами минеральной ваты являются весьма малая просадка, а также качество сохранения геометрии в течение весьма длительного срока эксплуатации.

А вот способность быстро впитывать воду – недостаток. Ведь попадание даже небольшого количества влаги делает теплоизоляцию малоэффективной. Поэтому применяемые в системах кондиционирования минераловолокнистые материалы снаряжают специальным водоотталкивающим слоем (например, кашируют алюминиевой фольгой). Но поскольку абсолютной герметичности добиться трудно, с течением времени происходит диффузия водяного пара из атмосферы внутрь изоляционного слоя, эксплуатационные качества изоляции ухудшаются, ей требуется замена. Для уменьшения влагопоглощения минеральную вату обрабатывают особенным водоотталкивающим веществом или специальными масляными средствами.

Область применения минеральной ваты очень широка. Вата минеральная используется для изготовления теплоизоляционных изделий, а также в качестве теплоизоляционного материала в строительстве и промышленности для изоляции поверхностей с температурой до +700 °C. Сфера использования материала определяется его техническими характеристиками.

Применение изделий из минеральной ваты по праву считается одним из наиболее эффективных и рассчитанных на долговременную перспективу решений в области промышленной теплоизоляции. Минераловатные элементы отличаются высокой степенью пожарной безопасности, оптимальными теплоизоляционными характеристиками и долговечностью.

По-прежнему широко применяются материалы на основе минеральных волокон. Их изготавливают в виде матов или теплоизоляционных цилиндров. Последние, обычно, имеют метровую длину, толщину – 20–80 мм и внутренний диаметр – 18–300 мм.

Один из более современных материалов – жесткий пенополиуретан (ППУ). Что надо знать о нем строителю?

Теплоизоляционный материал ППУ является закрытопористым, жестким синтетическим материалом. Сырьевой основой ППУ является нефть. В качестве вспенивателей используются преимущественно низкокипящие жидкости. Непосредственно после смешивания компонентов начинается химическая реакция. Возникающая во время реакции теплоотдача переводит жидкость в газообразное состояние, смесь вспенивается и превращается в синтетический материал - ППУ. Жесткий ППУ является сильно сшитым реактопластичным синтетическим материалом, вспененным до пористой структуры. Реактопластичный характер проявляется в том, что ППУ не склонен к расплавлению (как, например, полистирол), имеет высокую точку размягчения и хорошую устойчивость к химикатам и растворителям.

Жесткий ППУ обладает самым низким на сегодняшний день значением теплопроводности среды всех известных теплоизоляционных материалов. Поэтому теплоизолирующая способность жесткого ППУ очень велика при малой толщине изоляционного слоя. Благодаря таким свойствам жесткий ППУ пригоден для решения всех профессиональных теплоизоляционных задач, которые по техническим и экономическим причинам требуют оптимальной экономии энергии. Жесткий ППУ обладает широким температурным диапазоном применения. Долгосрочная температуроустойчивость составляет от -60°С до +120°С, а краткосрочная температурная нагрузка (устойчивость к горячим битумам) - до +250°С. Некоторые марки жесткого ППУ имеют температуроустойчивость от -250°С до +180°С.

Правда, есть и недостатки у некоторых ППУ. Напыляемый пенополиуретан должен иметь закрытые ячейки, соответственно иметь плотность не ниже 35 кг/куб.м. Если плотность меньше, то это ППУ с открытыми ячейками, напоминающий губку или поролон. Теплопроводность такого "легкого" ППУ - выше, а срок службы - намного ниже из-за повышенной гигроскопичности и нестойкости структуры.

Одно из последних достижений научно-технического прогресса – жидкая сверхтонкая теплоизоляция. На сегодняшний день материалы этого типа являются, пожалуй, наилучшим решением множества вопросов, связанных с теплоизоляцией зданий и сооружений. Более того, с их помощью можно разрешать проблемы, которые невозможно было разрешить, используя традиционные теплоизоляционные материалы.

Жидкая теплоизоляция, которая известна среди специалистов также как керамическая или сверхтонкая теплоизоляция, используется для того, чтобы создать покрытие поверхности практически любой формы. Этот вид изоляции отличается высокими теплоизоляционными свойствами, а также достаточно высокой степенью шумоизоляции, гидроизоляции и устойчивостью к образованию коррозии. В настоящее время жидкая изоляция активно применяется в различных областях, и особенно широкое применение она приобрела в строительстве. Она активно используется в качестве теплоизоляционного материала для покрытия крыш, стен и потолков различных зданий.

Сегодня жидкая изоляция применяется в качестве эффективной защиты для различных конструкций из металла, элементов мостов и путепроводов, труб отопительных систем, элементов вентиляционных систем. Доказано, что теплоизоляционное покрытие при эксплуатации средней степени интенсивности способно прослужить в течение 25 лет, что является достаточно существенным сроком службы изоляционного материала.

Принцип работы системы жидкой теплоизоляции строится на основе таких принципов физики, как теплоотдача, теплопроводность, отражение и тепловосприятие. Жидкое теплоизоляционное покрытие представляет собой состав, который изготавливается на водной основе. Состав покрытия – это керамические сферы, наполненные составом из акриловых полимеров, а также воздухом. Такой состав делает утеплитель более легким, а также повышает его гибкость и повышает уровень адгезии к поверхностям, на которые наносится слой теплоизоляции. Иными словами, уникальный эффект жидкой теплоизоляции – это ни что иное, как результат воздействия между собой молекул воздуха.

Среди тех преимуществ жидких теплоизоляционных материалов, которые заслуживают особого внимания – прежде всего, возможность использования материала в таких помещениях, где не предусмотрена система дополнительной вентиляции воздуха. К примеру, жидкая теплоизоляция для труб идеальна для использования в помещениях полуподвального типа. Также жидкий теплоизолятор существенным образом экономит используемую площадь помещения по той причине, что слой теплоизоляции очень тонкий. Кроме того, применение жидкой теплоизоляции снижает общий вес конструкции и позволяет сэкономить на использовании строительных материалов, а также на установке отопительных систем и систем кондиционирования воздуха. Для отделки фасадов зданий жидкая теплоизоляция применяется тем же способом и с теми же целями, что и в работах по внутренней отделке помещений. На казахстанском рынке в настоящее время представлены жидкие керамические теплоизоляционные материалы, которые находят своего потребителя, благодаря широкой области применения и простоте использования при небольших затратах труда.

Разумеется, высокими технологиями сейчас никого не удивишь, но если внимательно ознакомиться с сертификатами соответствия на сверхтонкую теплоизоляцию, можно заметить, что все пункты технических характеристик соответствуют ТУ. Все, кроме теплопроводности.

Резюмируя, можно отметить главный недостаток сверхтонкой изоляции. Он заключается в том, что в отличие от давно проверенных временем материалов, этот вид теплоизоляции не обладает методикой анализа его теплофизических параметров, а значит, нет никаких доказательств того, что его свойства, заявленные рекламой, соответствуют действительности.

В таблице 1 приведены основные характеристики всех вышеперечисленных теплоизоляционных материалов, заявленные их производителями.

Таблица 1

Утеплители	Плотность, кг/м^3	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)	Паропроницаемость, мг/(м·ч·Па)	Диапазон рабочих температур, оС	Срок эксплуатации, лет
Пенополистирол	20–150	0,043-0,064	0,05	50 до +75^оС.	5-10
Минеральная вата и плита	50–225	0,052–0,064	0,38–0,60	-40…+300	2-5
Жесткий ППУ	35-200	0,019-0,035	0,01	-80…+180	Более 30
Жидкая теплоизоляция	350±20%	0,002-0,007 Вт/мºС.	0,02	-60…+260	До 15 лет

Итак, при всем многообразии теплоизоляционных материалов на рынке Казахстана и других стран, необходимо все-таки отметить, что все эти виды теплоизоляции существуют бок о бок в сфере строительства зданий и сооружений. Необходимо лишь разграничить их применение. При выборе системы утепления здания "мокрым методом" важную роль играет обеспечение пожарной безопасности. В случае утепления домов повышенной этажности (выше 25 м), зданий повышенной категории опасности для людей (например, больницы, школы, зрительные залы и т.п., объекты общего пользования), а также складов горючих материалов, лучше использовать систему на основе минераловатных плит. Высокая паропроницаемость минплиты обеспечивает быстрый отвод влаги, например, просыхание основания при повышенной влажности. Минераловатные плиты эффективны для зданий, расположенных в местах с высоким уровнем шумов.[3]

Система на основе пенополистирола чаще всего используется для утепления жилых домов и в частных домовладениях. Это является следствием экономичности, так как минераловатная плита в 2-2.5 раза дороже пенополистирола, в несколько раз более лёгких пенополистирол выгоднее для транспортировки, ППС значительно технологичнее, при шлифовке не вызывает раздражения кожи и слизистых оболочек. В случае выбора пенополистирола не возникает угрозы того, что конструкция стен может быть перегружена.

Жидкая теплоизоляция наносится снаружи и изнутри кровли для снижения тепловых потерь в зимний период и уменьшения затрат на кондиционирование летом, применяется для обработки швов панельных домов, что позволяет совместить процесс гидроизоляции и теплоизоляции, применяется для покрытия оконных откосов для снижения теплопотерь.

И в заключении необходимо сказать, что грамотно выбранная теплоизоляция и качественно произведенный монтаж позволяют обеспечить сохранение свойств теплоизоляционного материала на протяжении всего срока службы конструкции и повысить энергоэффективность здания.

Литература:

1. Ю. А. Табунщиков, М. М. Бродач, Н. В. Шилкин. Энергоэффективные здания - М. 2003- С. 200.

2. Горлов Ю. "Технология теплоизоляционных материалов", 1980
Ю. Л. Бобров, Е. Г. Овчаренко, Б. М. Шойхет, Е. Ю. Петухова "Теплоизоляционные материалы и конструкции", учебное пособие.

3. Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Основы энергосбережения: учебник. Екатеринбург.: УЛГТУ, 2006.