Теплоизоляционные материалы. Выбор теплоизоляционных материалов
Теплоизоляционные материалы – это строительные материалы и изделия, которые обладают малой теплопроводностью, предназначены для:
• Тепловой защиты зданий
• Для технической изоляции ( для изоляции различных инженерных систем, например труб)
• Защита от нагревания ( теплоизоляция холодильных камер)
Как выбрать теплоизоляционный материал, который Вам нужен? Для этого надо понимать как работает теплоизоляция, а для этого немного погрузимся в науку.
Существуют три вида теплопередачи:
Теплопроводность, конвекция и излучение
Теплопроводность – это перенос тепла за счет движения молекул. Теплоизоляционные материалы замедляют движение молекул. Но остановить это движение совсем невозможно. Наилучший коэффициент теплопроводности –это теплопроводность сухого воздуха (неподвижного) составляет 0,023 Вт/(м*С), другими словами молекулы медленнее всего движутся в сухом воздухе. Поэтому, при производстве строительных материалов используют основной принцип – удержание воздуха в порах или ячейках материала. И следовательно, чем ниже коэффициент теплопроводности – тем лучше теплоизоляция. Так что , как правило, теплоизоляционные материалы - это правильно упакованный воздух :-)
Вот так выглядят при увеличении:
1) Пенопласт 2) Базальтовая вата 3) Пеностекло
Как видно на фотографиях, сам материал (стенки ячеек или волокна) занимает минимум места, главная их задача «задержать» воздух.
Материалы, имеющие очень низкий коэффициент теплопроводности, называют теплоизоляторами. Если теплоизоляция применяется для удержания тепла внутри изолируемого объекта, такие материалы могут называться утеплителями. Но сейчас уже никто не разграничивает эти два понятия. Теплоизоляцию называют утеплителем и наоборот.
И также существует отражающая теплоизоляция, которая сохраняет тепло за счёт отражения инфракрасного "теплового" излучения. О ней отдельно, после обзора основных материалов.
Основные характеристики теплоизоляционных материалов
Основной характеристикой является теплопроводность.
Коэффициент теплопроводности λ - характеризует теплопроводность материала, он равен количеству теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 кв.м за час при разности температур на двух противоположных поверхностях в 10C. Измеряется в Вт/(м*К) или Вт/(м*С). Теплопроводность зависит от влажности материала (вода проводит тепло в 25 раз лучше, чем воздух, то есть материал не будет выполнять свою теплоизолирующую функцию, если он мокрый) и его температуры., химического состава материала, структуры, пористости.
Пористость - доля объема пор в общем объеме материала. Для теплоизоляции пористость начинается от 50 % и до 90...98 % (например, у ячеистых пластмасс).
Она определяет основные свойства теплоизоляции: плотность, теплопроводность, прочность, газопроницаемость и др. Важно равномерное распределение воздушных пор в материале и характер пор. Поры бывают открытые, закрытые, крупные, мелкие.
Кроме этого, важны и другие характеристики :
Плотность - отношение массы материала к занимаемому ним объему, кг/м3 .
Паропроницаемость - величина, численно равная количеству водяного пара в миллиграмах, которое проходит за 1 час через слой материала площадью 1 кв м и толщиной 1 м при условии, что температура воздуха у противоположных сторон слоя одинакова, а разность парциального давления водяного пара равняется 1 Па.
Влажность - содержание влаги в материале.
Очень важной характеристикой является сорбционная влажность (равновесная гигроскопическая влажность материала, при различной температуре и относительной влажности воздуха)
Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в порах влагу при прямом контакте с водой. Определяется количеством воды, поглощаемым материалом с нормальной влажностью когда он находиться в воде, к массе сухого материала.
Значительно снизить водопоглощение минеральной ваты помогает гидрофобизация ( вводят специальные добавки, отталкивающие влагу)
Биостойкость - способность материала противостоять действию микроорганизмов, грибков и некоторых видов насекомых. Микроорганизмы живут там, где есть влага, поэтому для повышения биостойкости теплоизоляция должна быть водостойкой.
Огнестойкость - способность конструкций в течение определенного времени выдерживать без разрушения воздействие высоких температур. Подробнее об этом в документе ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ОБ’ЄКТІВ БУДІВНИЦТВА ДБН В.1.1.7–2002
Показатели пожарной безопасности - горючесть (Г), воспламеняемость (В), распространение пламени на поверхности (РП), дымообразующая способность (Д) и токсичность продуктов горения (Т).
Прочность – предел прочности при сжатии колеблется от 0,2 до 2,5 МПа. Если прочность при сжатии выше 5 МПа, то материалы называют теплоизоляционно-конструктивными и используют для несущих ограждающих конструкций.
Предел прочности при изгибе (показатель для плит, скорлуп, сегментов) и предел прочности при растяжении (для матов, войлока и т. п.) нужны для того, чтобы определить достаточна ли прочность для сохранности материала при транспортировании, складировании, монтаже.
Температуростойкость – это температура, выше которой материал изменяет свою структуру, теряет механическую прочность и разрушается, а органические материалы могут загораться.
Теплоемкость – это количество теплоты, аккумулированное теплоизоляцией, кДж/(кг°С). Важная характеристика в условиях частых теплосмен.
Морозостойкость – способность выдерживать многоразовое изменение температур от стадии замораживания до стадии оттаивания попеременно, без видимых признаков нарушения структуры.
Виды теплоизоляционных материалов
Неорганические материалы и изделия
Волокнистые теплоизоляционные материалы
Минеральная вата
Любой волокнистый утеплитель, получаемый из минерального сырья ( мергелей, доломитов, базальтов и др.) Минеральная вата высокопористая (до 95% объема занимают воздушные пустоты), поэтому у нее высокие теплоизоляционные свойства. Вот эту схемка поможет Вам разобраться в названиях материалов:
Волокно, которое получают из расплава, скрепляется в изделие с помощью связующего, (чаще всего это фенолформальдегидная смола). Есть изделия, которые называются прошивные маты – в них материал зашивается в стеклоткань и прошивается нитками. Перечень изделий и их характеристики указаны в таблице:
Минеральная вата занимает одно из первых мест среди теплоизоляции, связано это с доступностью сырья для ее производства, несложной технологией получения, и как следствие - доступной ценой. О ее теплопроводности сказано выше, отмечтим следующие ее достоинства:
• Не горит
• Мало гигроскопична ( при попадании влаги тут же ее отдает, главное - обеспечить вентиляцию)
• Гасит шум
• Морозостойкая
• Стабильность физических и химических характеристик
• Длительный срок эксплуатации
Недостатки:при попадании влаги теряет теплоизолирующие свойства. Требует пароизоляционной и гидроизоляционной пленки при монтаже. Уступает по прочности (например, пеностеклу)
Наиболее популярная теплоизоляция : маты и плиты из базальтовой ваты
• Высокие теплоизолирующие свойства
• Выдерживает высокие температуры, не теряя теплоизолирующие свойства
Стекловата
Производят ее из волокна, которое получают из того же сырья, что и стекло (кварцевый песок, известь, сода).
Выпускают в виде рулонных материалов, плит и скорлуп (для трубной изоляции).
В целом ее достоинства такие же (см. минеральная вата). Она прочнее
базальтовой ваты, лучше гасит шум.
Недостаток температуростойкость стекловаты 450°С, ниже, чем у базальтовой (речь идет о самой вате, без связующего). Эта характеристика важна для технической изоляции.
Пеностекло
(ячеистое стекло)
Производят его путем спекания стеклянного порошка с газообразователями ( например известняком). Пористость материала 80-95 %. Это обуславливает высокие теплоизоляционные свойства пеностекла.
Пеностекло очень прочный материал. Также его плюсы: водостойкость,
несгораемость, морозостойкость, легкость при механической обработке, в него даже можно вбивать гвозди. Срок его службы практически неограничен. Его «не любят» грызуны. Оно биологически стойкое и химически нейтральное.
Паронепроницаемость пеностекла - так как оно не «дышит» , это нужно учитывать, при обустройстве вентиляции. Также его «минус» это цена, оно дорогое. Поэтому оно и применяется в основном на промышленных объектах для плоских кровель (там где нужна прочность, и где оправдываются денежные затраты на такую теплоизоляцию)
Выпускают в виде блоков и плит.
Кроме перечисленных материалов, есть еще целый ряд материалов, которые также относят к данной группе материалов неорганических теплоизоляционных материалов. Это:
Теплоизоляционные бетоны бывают :
Газонаполненные (пенобетон, ячеистый бетон, газобетон)
На основе легких заполнителей (керамзитобетон, перлитобетон, полистиролбетон и т.п.).
Засыпная теплоизоляция (керамзит, перлит, вермикулит ) отличается высоким водопоглощением, неустойчива к вибрации, может дать усадку со временем, что приводит к образованию пустот, требует высоких затрат при монтаже. У нее есть и плюсы, например: керамзит обладает высоким уровнем морозоустойчивости и прочности.
Стоимость керамзита - 350 грн/м3
Теплоизоляционные материалы и изделия из различного растительного сырья
Целлюлозная вата
Целлюлозная вата- это древесноволокнистый материал, мелкозернистой структуры (например, Эковата). Состоит на 80% из древесного волокна и на 12% антипирена (борной кислоты) и на 7 % из антисептика (буры). Методы укладки материала: мокрый и сухой. При мокром способе вату выдувают, что требует спец. установки. Выдувают ее во влажном состоянии . В ее волокнах находится вещество пектин, который обладает клейкостью при увлажнении. За счет этого вата и образует покрытие.
Сухой способ: можно использовать установку или просто ручная укладка. Просто засыпается вата и трамбуется до необходимой плотности.
Преимущества:
• Низкая цена
• Монолитность (сплошной) теплоизоляционного слоя, и как следствие нет «мостиков холода»
• Безопасна при производстве и монтаже
• Хорошая теплоизолирующая способность
• Наносится методом «напыления» это позволяет заизолировать самые углубления и зазоры, возможно утеплять неровные поверхности
• Не нуждается в пароизоляции (она впитывает влагу и отдает, без ухудшения теплоизолирующих свойств, и влага не попадает на другие части конструкций)
Примечание от редакции: насчет "не нуждается в пароизоляции",- это не совсем так. Так заявляет производитель, но в жизни всё зависит от конструкции утепления. Например, в стене каркасного дома пароизоляция обязательна. Так что, лучше задавайте вопросы по конкретной конструкции, и нужно будет решать, какие слои там нужны.
Недостатки:
• Все-таки это материал в основном из древисины, горючий материал
• Более трудоемкая в укладке
• Низкая прочность на сжатие (не подходит для «плавающих» полов)
Древесноволокнистые(ДВП) и древесностружечные плиты(ДСП)
При их производстве в основном используют древесные отходы, которые пропитывают синтетическими смолами или маслами, после чего их термически обрабатывают.
Существуют следующие виды ДВП: твердые, полутвердые, сверхтвердые, изоляционные, изоляционно-отделочные и мягкие.
Мягкие и используют как теплоизоляцию. Применяют для облицовки каркасных перегородок, стен и потолков зданий, как подкладочный материал под паркет. Они применяется для временных сооружений.
Плотность - 250 кг/м3
Предел прочности при изгибе МПа – не менее 1,2
Водопоглощение за 2 часа, % - не более 30
Теплопроводность - Вт/м°C - не более 0,07
Древесностружечные плиты(ДСП)
Плотность - 250 кг/м3
Предел прочности при изгибе МПа – не менее 5
Водопоглощение за 2 часа, % - не более 80
Теплопроводность - Вт/м°C - не более 0,058
Цены около 50 грн за м.кв.
Достоинства : применение плит ускоряет и удешевляет строительство. Дешевые.
Недостатки: Их нужно защищать от увлажнения и грызунов, насекомых, микроорганизмов. Горят.
Пробковая теплоизоляция
Производят из коры пробкового дуба. Отличительные черты – материал экологичный, легкий, прочный на сжатие и изгиб, не поддается усадке и гниению. Материал легко режется (удобно работать с ним). Пробка химически инертна и долговечна (до 50 лет и более). Существуют:
Черный (чистый) агломерат (агломерат - спекшиеся гранулы) - производится из пробковых гранул, скрепленных между собой суберином (натуральной смолой, также входящей в состав пробки) . При производстве агломерата не применяют синтетических веществ и материалов
Белый агломерат агломерат производится из измельченной пробковой коры, которую прессуют при высокой температуре. В качестве связующего вещества здесь может выступать органический клей, смолы или желатин.
Материалы из пробки не горят, а только тлеют (при наличии источника открытого огня). Поэтому их обрабатывают составами, чтобы они были негорючими. При тлении пробка не выделяет вредных веществ.
В качестве теплоизоляции в основном применяют плиты толщиной 25 - 50 мм. Температура применения не выше 120°С.
Полимерная теплоизоляция
Пенопласт
Так называют не один материал, а целое семейство теплоизоляции. Они бывают жесткими, полужесткими и эластичными , также деляться они на:
Термопластичные, размягчающиеся при повторных нагреваниях:
• пенополистиролы (ПС)
• пенополивинилхлориды (ПВХ)
Термонепластичные, отвердевающие при первом цикле нагревания и не размягчающиеся при повторных нагреваниях :
• пенополиуретаны (ПУ)
• материалы на основе фенольно-формальдегидных (ФФ)
• эпоксидных (Э) и кремнийорганических (К) смол
Самые распространенные
полистирольные пенопласты
Существует два метода производства – беспрессовый и прессовый. Внешне практически ничем не отличаются. Структура материала – это маленькие, скрепленные между собой шарики. Материал, произведенный прессовым способом более распространен. Обозначается он как ПС. Беспрессовый обозначается как ПСБ.
Достоинства:
• Прочный
• Высокие теплоизолирующие свойства
• Низкое водопоглощение
• Недорогой
• Удобен в работе
• Практически не имеет нижней тепературной границы применения (поэтому подходит для холодильников)
Недостатки:
• Все таки влага проникает в материал , при замораживании, вода разрушает его структуру
• Горючий
• Подвержены деструкции от солнца (Желтеют и распадаются)
• Не «дышит»
Пенополиуретан
получают при реакции двух жидких компонентов (изоционата и полиола), – в результате которой образуются микрокапсулы, заполненные воздухом.
Если ингредиенты (изоционат и полиол) смешиваются воздухом, то образуется мелкодисперсная аэрозоль, которая наносится на поверхность. Этот процесс называется напыление пенополиуретана.
Достоинства:
• Возможность утеплять неровные поверхности
• Нет стыков (сплошная изоляция)
• Экономит время монтажа
• Широкий диапазоне температур применения (от -250°С до +180°С).
• Материал биологически нейтрален, устойчив к микроорганизмам, плесени, гниению.
• Высокоэластичный материал
Недостатки:
• Горючий, при горении выделяет токсичные вещества
• Требует специальной установки для задувки
•Не «дышит»
Экструдированный пенополистирол
Свое название получил из за метода, которым его производят (экструзия) Имеет прочную, цельную микроструктуру, представляющую собой закрытые ячейки, заполненных газом (воздухом). Ячейки непроницаемы, потому что, в отличие от пенопласта, не имеют микропор, следовательно, проникновение газа и воды из одной ячейки в другую невозможно.
Достоинства:
• Прочнее пенопласта
• Самый низкий показатель водопоглощения
• Долговечность, не разрушается под действием солнца, атмосферных осадков
• Низкая теплопроводность
• Инертность (не вступает в реакцию с большинством веществ)
• Нетоксичный
Недостатки:
• Горючий
• Не «дышит»
Вспененный каучук
Техническая изоляция на основе каучука (эластомера), проще резины. Производят в виде трубок и листов.
Вспененный полиэтилен
Техническая изоляция на основе полиэтилена. Производят также в виде трубок и листов.
Также как техническая изолчяция применяется базальтовая вата.
Анализ основных особенностей
Отражающая теплоизоляция
Изготавливается из вспененного полиэтилена и алюминиевой фольги.
Применяется для:
• жилых , промышленных зданий;
• бань и сауны;
• холодильных камер
• изоляция технологического оборудования в промышленности
• изоляция трубопроводов системы отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования.
• для транспорта (автомобили, и др)
• дополнение к основному утеплению.
| Отражающий эффект излучающей энергии, % |
до 97 |
| Рабочая температура, ºС | -60..+100 |
| Сопротивление теплопередаче, м2·ºС/Вт | 1,2 |
| Водопоглащение, % | 0,6 - 3,5 |
| Удельная теплоемкость, кДж/кг·ºС | 1,95 - 2 |
| Массовое отношение влаги в материале, % | 2 |
|
Динамический модуль упругости (под нагрузкой 2-5 кПа), МПа |
0,26 - 0,77 |
| Относительное сжатие (под нагрузкой 2-5 кПа) | 0,09 - 0,2 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/м2·ºС | 0,037-0,039 |
| Звукопоглащение, дБ(А) | 32 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | 0,035 |
| Удельный вес, кг/м3 | 44±10 |
|
Коэффициент паропроницаемости, мг/мчПа |
0,0011 |
|
Коэффициент теплоусвоения (при периоде 24ч) Вт/м·ºС |
0,44 - 0,48 |
Достоинства:
• Отличные теплоизоляционные свойства, за счет отражения лучистой энергии повышает тепловое сопротивление конструкции, без увеличения ее объёма.
• Отличная пароизоляция
• Снижение структурного шума
• Стойкость к корозии, воздействию УФ-излучения, масло- бензо- стоек, не подвержен гниению.
• Долговечность материала до 100 лет при сохранении своих свойств.
• Удобство монтажа
Недостатки:
• Работает только при наличии воздушной прослойки, важен правильный монтаж
• Лучше теплоизолирует в жаркую погоду, чем в холодную (поэтому широко распространена в жарких странах)
• Не всегда есть нужная толщина изоляции, складывать толщину из 2х слоев экономически не эффективно, выгоднее скомбинировать с ватой
Подведём итоги:
В этой статья перечислены самые популярные материалы на сегодняшний день. Есть много материалов, которые уже устарели. Постоянно появляются новые технологии и материалы. Как видно, выбор их большой, и это не случайно. Нет плохих или хороших материалов. Каждый материал хорош по своему, и выбор его зависит от:
• доступности материала
• условий, при которых будет осуществляться монтаж
• цены (сколько Вы готовы потратить на утепление)
• скорости монтажа (насколько Вам срочно нужно сделать работы),
• есть ли у Вас бригада, которая может произвести качественно работы
и т.п.