Глава VIII. ВИДЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Информация предоставлена Пресс- службой компании
ROCKWOOL Russia – ЗАО «Минеральная Вата».
Тел. (095) 360 22 35, 360 17 86

Наиболее действенным способом повышения энергоэффективности зданий и инженерных сооружений является применение современных конструкционных решений с использованием теплоизоляционных материалов. При относительно небольших материальных вложениях, применение теплоизоляционной продукции позволяет существенно повысить уровень комфортности, тепло- и звукоизоляцию жилых и производственных зданий. Кроме того, это позволяет сократить эксплуатационные расходы, то есть добиться весомой экономии топливных ресурсов.
Круг задач, для решения которых используются теплоизоляционные материалы, весьма широк. Это утепление фасадов, кровельных конструкций, полов и подвалов зданий, различных видов коммуникаций и трубопроводов.

Такие факторы эксплуатации строительных и инженерных конструкций, как температурный и влажностный режим, наличие нагрузок, деформационных воздействий, агрессивных химических агентов предъявляют разные требования к теплоизоляционным материалам. В соответствии с этими требованиями и осуществляется выбор типа материала.
По структуре твердой основы теплоизоляционные материалы можно четко разделить на ячеистые (по сути своей – твердые пены) и волокнистые (природным прототипом которых является дерево или хлопок). В современном строительстве используется широкий спектр теплоизоляционных материалов как на ячеистой, так и на волокнистой основе.
В ячеистых (вспененных) материалах могут использоваться как минеральные компоненты, так и органические полимеры. Здесь наибольшее распространение получили теплоизоляционные материалы на основе пенополистирола (вспененного или экструдированного), пенополиуретана и вспененных каучуков, пено-, газо- и ячеистых бетонов.

В волокнистых материалах, как правило, используется твердая основа минерального происхождения. Это могут быть базальтовые горные породы, доменные шлаки или стекло.
Рассмотрим важнейшие особенности и области применения наиболее распространенных и популярных теплоизоляционных материалов.

ВСПЕНЕННЫЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛ производится вспениванием полистирола (стиропора) и последующим спеканием вспененных частиц. Пенополистирол характеризуется низкой теплопроводностью (0,030-0,040 Вт/моС) и плотностью (15 - 40 кг/м³ ). При этом прочность пенополистирола позволяет применять его в качестве конструктивного элемента, способного нести значительные нагрузки в течение длительного времени. Прочность на сжатие при 10% линейной деформации составляет для различных марок 65-250 кПа.
Пенополистирол не гигроскопичен, диффузия водяного пара сквозь него пренебрежимо мала. Водопоглощение при погружении в воду на 7 дней составляет 0,5-1,5% от объема. Сорбционная влажность пенополистирола составляет 3-6% по массе.
Пенополистирол относится к горючим материалам, а потому его использование имеет ряд ограничений, связанных с требованиями пожарной безопасности. Разрешается использовать пенополистирольные плиты на фасадах с обрамлением оконных и дверных проемов и межэтажных рассечек из минераловатных плит. Но даже при смешанном варианте использование пенополистирольных плит со специальными добавками антипиренами, подавляющими самостоятельное горение, имеет жесткие ограничения.
В качестве утеплителя стен пенополистирол применяется:

- в системах наружного утепления «мокрого» типа,

- в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции,

- в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные панели с металлическими обшивками).

Вспененный пенополистирол представлен в России несколькими заводами группы КNАUF (Россия), а также продукцией заводов "Мосстройпластмасс" и "Мосстрой-31".

ЭКСТРУДИРОВАННЫЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛ получают путем смешивания гранул полистирола при повышенной температуре с последующим выдавливанием из экструдера и введением вспенивающего агента. В качестве вспенивающего агента ранее использовались различные фреоны, но в последнее время эти озоноразрушающие агенты уступают место безфреоновым системам на основе СО2.

Наряду с нулевой капиллярностью и пренебрежимо малым водопоглощением (менее 0,2 об.%), экструдированный пенополистирол благодаря своей структуре обладает необычайно высокой прочностью на сжатие, а также стабильными теплоизоляционными характеристиками, (теплопроводность - 0,038 - 0,041 Вт/м•К при (25+5)°С).
Экструдированный пенополистирол обладает достаточно высокой химической стойкостью, однако некоторые органические растворители (ацетон, этилацетат, нефтяной толуол, уайт-спирит, и т.д.), средства для защиты древесины, каменноугольная смола и ее производные (креозол, и т.д.) могут привести к размягчению, усадке и даже растворению плит.
Особенностью пенополистирола является его чрезвычайно низкая паропроницаемость (в зависимости от плотности, в 40-70 раз ниже, чем у минерального волокна). Таким образом, этот материал фактически является барьером на пути движения пара наружу. Поскольку в жилых помещениях достаточно высокая влажность, то при применении пенополистирола встает вопрос о необходимости внутреннего кондиционирования помещения во избежание прогрессирующего отсыревания стен.

Как уже говорилось, использование пенополистирола имеет ряд ограничений, связанных с требованиями пожарной безопасности. Разрешается использовать полистирольные плиты на фасадах с обрамлением оконных и дверных проемов и межэтажных рассечек из минеральноватных плит.

Высокие теплотехнические характеристики экструдированного пенополистирола позволяют использовать его для теплоизоляции подземных частей здания (фундаментные стены), стен подвалов и подземных сооружений; в качестве наружной теплоизоляции без дополнительной гидроизоляции, теплоизоляции стен, перекрытий зданий, инверсионных и эксплуатируемых кровель (стоянки на крышах, сады на крышах, террасные крыши); в качестве вибрационных, стабилизационных прокладок при строительстве автомобильных и железных дорог. Возможно также применение экструдированного пенополистирола при монолитном домостроении.

В России наиболее известен экструдированный пенополистирол концернов Тhе Dow Chemical Co (США) - торговая марка STYROFOAMтм и ВАSF АG (Германия) - торговая марка Styrodur. Сравнительно недавно в России появился экструдированный пенополистирол фирмы AUSTROTHERM XPS (Австрия).
Существуют также российские производства, работающие как на импортных, так и на оригинальных отечественных технологиях и оборудовании. Наиболее известная среди них компания – «КИНЭКС» (г. Кириши Ленинградской области), выпускающая продукцию под торговой маркой ПЕНОПЛЭКС.

ПЕНОПОЛИУРЕТАН – это неплавкая термореактивная пластмасса с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% от объема утеплителя занимает твердая основа, образующая жесткий каркас. Такая кристаллическая структура придает вспененному полимеру значительную механическую прочность. Поры заполнены газом фторхлорметаном с низкой теплопроводностью, причем доля замкнутых пор достигает 90-95%.
Существует два подхода к применению пенополиуретана. С одной стороны, в ряде случаев предпочтительнее панели из жесткого пенополиуретана, которые создаются на стационарных установках предприятием-изготовителем. Но часто наиболее удобны готовые к переработке жидкие смеси, поставляемые в виде двух- или многокомпонентных систем, из которых непосредственно на строительной площадке изготавливаются покрытия с широким спектром точно прогнозируемых свойств. Данная технология позволяет при помощи мобильной установки, пеногенератора, смешивающего и дозирующего исходные компоненты, напылять материал на любые сложные поверхности и создавать теплоизоляционный контур в несколько слоев различной толщины.
Пенополиуретановые системы, созданные по такой технологии, имеют широкий диапазон плотности. Материалы с плотностью от 30 до 200 кг/м³ имеют теплопроводность 0,030 - 0,040 Вт/моС, выдерживают температуры от -200 0С до +100 0С и высокие механические нагрузки.
Поскольку само напыление происходит в жидком состоянии, создается сильная и долговечная адгезия с любым материалом - будь то металл, бетон, кирпич или стекло. В результате возникает бесшовная и не требующая никакого крепежа теплоизоляция, способная нести нагрузку даже от последующей отделки.
Срок службы пенополиуретановых покрытий составляет 25-30 лет. Однако, покрытия нуждаются в защите от воздействия прямых солнечных лучей и атмосферной влаги. Для этого используют атмосферостойкие кремнийорганические эмали, перхлорвиниловую фасадную краску, и т.д.

Покрытие инертно к кислотным и щелочным средам, обладает высокой химической и биологической стойкостью, а потому может использоваться в сложных условиях эксплуатации, например, в грунте.
Материал можно использовать в качестве утеплителя для изготовления трехслойных панелей, а также в качестве заливки для полостей предварительно возведенных конструкций, состоящих из несущего каркаса и облицовочного слоя (колодцевая кладка).
Пенополиуретановые скорлупы с защитными покрытиями из фольгоизола или рубероида успешно используются для теплоизоляции трубопроводов.
На российском рынке представлены пенополиуретаны Elastopor фирмы BASF Gruppe (Германия) и некоторых других зарубежных и отечественных производителей.
Из новейших разработок в области вспененных полимерных теплоизоляционных материалов стоит называть пенополиэтилен и вспененные каучуки, нашедшие применение в теплоизоляции труб холодного и горячего водоснабжения. Другой перспективный материал - пеноизол (пенопласт карбамидный теплоизоляционный). Этот материал характеризует низкая теплопроводность (менее 0,04 Вт/м К, низкая плотность (10-15 кг/м3), простота обработки, пожаробезопасность и стойкость к большинству органических растворителей.

МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА - это волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов горных пород с добавлением органического связующего компонента. Химический состав твердой основы определяет ценные свойства минеральной ваты – высокая химическая стойкость и негорючесть. Более того, изделия из минеральной ваты эффективно препятствуют распространению пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты. Также изделия из минеральной ваты могут быть использованы в условиях очень высоких температур в том случае, если они не будут подвергаться деформациям, после того как разрушится связующий компонент. Дело в том, что минеральные волокна способны выдерживать температуру выше 1000 0С, в то время как органический связующий компонент начинает разрушаться уже при температуре 250 0С. При более высоких температурах даже после разрушения связующего волокна минеральные волокна остаются неповрежденными и связанными между собой, сохраняя свою прочность и создавая защиту от огня.

Теплопроводность разных типов минеральных ват составляет 0,038 - 0,045 Вт/(м К) и во многом зависит от геометрии и ориентации волокон в пространстве. Наиболее эффективным теплоизолятором является минеральная вата с беспорядочно ориентированными волокнами. К примеру, минераловатная плита толщиной 5 см сопоставима по термосопротивлению с кирпичной кладкой толщиной 89 см или со стенкой из бруса толщиной 18 см.

Ориентация волокон влияет не только на теплопроводность, но и на прочностные характеристики минераловатных изделий. Прочность на сжатие возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон. Волокнистая структура также обеспечивает другое важное свойство минеральной ваты - пренебрежимо малую усадку и сохранение геометрических размеров в течение всего периода эксплуатации здания. Декларированный срок службы минераловатных материалов составляет не менее 50 лет.
Как известно, увеличение влажности теплоизоляционного материала значительно ухудшает его теплоизоляционные свойства. Благодаря гидрофобизирующей пропитке, минеральная вата обладает эффективными водоотталкивающими свойствами, характеризуясь исключительно низким водопоглощением (не более 1,5% по объему) Хорошая паропроницаемость материала позволяет избыточным водяным парам беспрепятственно проходить через конструкцию, не скапливаясь в толще утеплителя и не снижая его теплозащитных свойств.

Также минеральная вата исключительно долговечна, стойка к биодеградации и воздействию различных химических реагентов и растворителей, нетоксична, практически неаллергенна и сочетаема с любыми конструкционными материалами.
Минераловатные теплоизоляционные изделия могут применяться в следующих многослойных теплоизоляционных системах:

- в системах наружного утепления «мокрого» типа,

- в качестве теплоизоляционного слоя в навесных вентилируемых фасадах,

-в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;

- в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (таких как слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные панели с металлическими обшивками).
- для теплоизоляции труб. Здесь находят широкое применение минераловатные цилиндры.
На российском рынке широкое распространение получили минераловатные изделия фирм ROCKWOOL, Izomat а.s., Paroc, Gullfiber.

СТЕКЛОВАТА (стеклянное штапельное волокно) по технологии получения и свойствам имеет много общего с минеральной ватой, но для получения стеклянного волокна используют отходы стекольной промышленности. Стекловолокно обладают высокой химической стойкостью, не содержит коррозионных агентов, негигроскопично. Однако из-за большой доли связующего компонента (например, в стекловате высокой плотности), такой материал относится к слабогорючим веществам.
С течением времени наблюдается значительная усадка стекловатных изделий. Также довольно велико водопоглощение этого материала, достигающее у некоторых производителей 20-30% по объему. Эти факторы приводят к прогрессирующему ухудшению теплоизолирующих свойств изделий из стекловаты уже через несколько лет службы.
Теплоизоляционные изделия из стекловолокна применяются:

- для изоляции перекрытий, легких стен и скатных крыш,

- в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции,

- для изоляции трубопроводов различного назначения.
На российском рынке стекловатные теплоизоляционные материалы представляют компании Флайдерер-Чудово (Новгородская область) и ISOVER - "ИЗОВЕР" (Финляндия) и др.

Обобщая сказанное, приведем таблицу с основными свойствами наиболее распространенных теплоизоляционных материалов:

Свойства и области применения теплоизоляционных материалов.