Материалы

Теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционными называют строительные материалы и изделия, предназначенные для изоляции тепловых потоков, конструкций зданий и сооружений.

Основными характеристиками теплоизоляционных материалов (ТИМ) являются их высокая пористость, малая средняя плотность и низкая теплопроводность.

Эти материалы подразделяют на теплоизоляционно-конструкционные, гидроизоляционные, отделочные, акустические (звукоизоляционные).

Применение теплоизоляционных материалов в строительстве позволяет повысить степень индустриализации работ, поскольку они обеспечивают возможность изготовления крупноразмерных сборных конструкций и деталей, снизить массу конструкций, уменьшить потребность в других строительных материалах (бетон, кирпич, древесина), повысить энергосбережение, сократить расход топлива на отопление зданий, уменьшить потери тепла в помещениях.

Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания. Теплоизоляция приводит к уменьшению содержания углекислого газа (СO₂) в атмосфере и снижению так называемого парникового эффекта.

Теплоизоляционные материалы являются продукцией в основном местных строительных предприятий. Их невыгодно перевозить на дальние расстояния, так как вследствие малой средней плотности теплоизоляции грузоподъемность транспортных средств не используется полностью. Например, в вагоне грузоподъемностью 60 т можно перевезти не более 10 т минераловатных плит. Номенклатура теплоизоляционных материалов весьма обширна.

По ГОСТ 16381-77 ТИМ классифицируются по следующим основным признакам:

• форма и внешний вид;

• структура;

• вид исходного сырья;

• средняя плотность;

• жесткость;

• теплопроводность;

• горючесть.

По форме и внешнему виду ТИМ подразделяются на:

• штучные изделия (плиты, блоки, кирпич, цилиндры, полуцилиндры, скорлупы, сегменты);

• рыхлые и сыпучие (вата, перлит, песок);

• рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты).

В отличие от многих других строительных материалов марка теплоизоляционного материала отражает величину не прочности, а средней плотности, которая выражается в кг/м³. Согласно этому показателю, ТИМ имеют следующие марки:

• особо низкой плотности (ОНП) – 15, 25, 35, 50, 75;

• низкой плотности (НП) – 100, 125, 150, 175;

• средней плотности (СП) – 200, 250, 300, 350;

• плотные (ПЛ) – 400, 450, 500.

Марка теплоизоляционного материала обозначает верхний предел его средней плотности. Например, изделия марки 100 могут иметь плотность 75—100 кг/м³.

По структуре материалы бывают:

• волокнистые;

• зернистые;

• ячеистые.

Волокнистые материалы изготавливают из минеральной и стеклянной ваты, волокон асбеста, штапеля и растительных волокон (камыш, костра, солома); зернистые – из перлита, вермикулита, совелита, известняка и керамзита; ячеистые – из пеностекла, пенопласта и ячеистых бетонов.

По виду исходного сырья материалы относятся к двум группам: неорганические и органические.

По жесткости ТИМ подразделяются на следующие виды:

• мягкие (М) – сжимаемость > 30 % (при удельной нагрузке 0,002 МПа);

• полужесткие (П) – сжимаемость < 30 % (при удельной нагрузке 0,002 МПа);

• жесткие (Ж) – сжимаемость до 6 % (при удельной нагрузке 0,002 МПа);

• повышенной жесткости (ПЖ) – сжимаемость до 10 % (при удельной нагрузке 0,04 МПа);

• повышенной твердости (Т) – сжимаемость до 10 % (при удельной нагрузке около 0,1 МПа), хорошо сопротивляющиеся нагрузкам.

По возгораемости теплоизоляционные материалы бывают:

• несгораемые;

• трудносгораемые;

• сгораемые;

• трудновоспламеняющиеся.

По способу порообразования все ТИМ классифицируются как материалы:

• с волокнистым каркасом;

• вспученные;

• вспененные;

• с пористым заполнителем;

• с выгорающими добавками;

• с пространственным каркасом.

В последнее время отмечается резкое ужесточение требований к теплотехническим характеристикам строений. В России это сделано не случайно, из-за погодных условий. По теплопроводности материалы и изделия относят к следующим классам: А – низкой теплопроводности 1 < 0,06 Вт/(мК); Б – средней теплопроводности 1 = 0,06-0,115 Вт/(мК); В – повышенной теплопроводности 1 = 0,1–0,175 Вт/(мК).

Теплоизоляционные материалы должны отвечать следующим требованиям.

Температуростойкость. Это весьма ценное свойство ТИМ, особенно при использовании их для изоляции промышленного оборудования, работающего при высоких температурах. Температуростойкость материалов характеризуют техническая и экономическая предельные температуры применения. Под технической температурой понимают ту, при которой материал может эксплуатироваться без изменения его технических свойств.

Экономическая предельная температура применения определяется не только температуростойкостью материала, но и другими его показателями – теплопроводностью, стоимостью, условиями монтажа.

Практика показывает, что некоторые материалы, имеющие повышенную теплопроводность, нерационально использовать для высокотемпературной изоляции, несмотря на их высокую техническую предельную температуру применения.

Паропроницаемость. ТИМ с сообщающимися открытыми порами пропускают значительное количество водяного пара – почти столько же, сколько воздуха.

Благодаря малому сопротивлению паропроницаемости они почти всегда остаются сухими: в основном пар конденсируется в следующем слое, на более холодной стороне. Во избежание конденсации водяного пара теплая сторона должна обладать большей паронепроницаемостью, чем холодная, а также воздухонепроницаемостью.

Воздухонепроницаемость. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения отдельной ветрозащиты. Жесткие изделия в свою очередь обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах защиты. Они могут применяться также в качестве ветрозащиты.

В горизонтальных конструкциях с потоком воздуха менее 1 м/с влияние ветра настолько незначительно, что его не требуется учитывать.

Химическая стойкость. Минеральные ТИМ обладают хорошей стойкостью к действию органических веществ, таких как масла и растворители.

Слабые кислые или щелочные вещества также не вызывают проблем. В условиях нормальной влажности они не способствуют появлению коррозии, хотя и не могут предотвратить ее.

При проектировании строительных конструкций и установке теплоизоляции необходимо руководствоваться нижеследующими правилами:

• изоляция должна сохранять заложенные в конструкцию при проектировании свойства в течение всего ее жизненного цикла. В проекте должны быть описаны способы укладки теплоизоляционных материалов для обеспечения запроектированной защиты. Проектные решения устройства теплоизоляции должны предусматривать для уменьшения трудоемкости процесса укладки возможно более прямолинейные места соединений изоляционного материала. Если это невозможно, прикладывается описание способов заполнения стыковочных швов;

• теплоизоляционный материал с подветренной стороны здания нужно специально защищать от ветра. Защитный слой должен покрывать всю изоляцию и быть настолько плотным, чтобы препятствовать проникновению в строительные конструкции или сквозь них существенно понижающих изоляционные свойства материала воздушных потоков, например сквозь щели или воздухопроницаемую изоляцию. При устройстве теплоизоляции особое внимание следует обратить на места соединения наружных стен и фундамента, наружных стен и чердачных перекрытий, на углы наружных стен и коробки проемов;

• если изоляционный материал со стороны, соприкасающейся с холодом, имеет плотный слой с большей, чем у ТИМ, водонепроницаемостью, нужно следить за тем, чтобы воздух не проникал с более теплой стороны и чтобы на холодной стороне конструкции влага не скапливалась в опасных количествах. В таких частях здания на теплой стороне нужно устанавливать пароизоляцию или выбирать такую конструкцию стены, которая будет препятствовать скоплению влаги, т. е. стена будет «дышать», а влага – удаляться проветриванием. Швы и соединения пароизоляции нужно при этом тщательно заделать;

• изоляционные материалы нужно складировать и хранить в таких условиях, чтобы они не насыщались влагой и не подвергались механическим повреждениям;

• ТИМ должны плотно прилегать к изолируемой поверхности и друг к другу и заполнять весь предусмотренный для этого объем.

Ошибки, допущенные в ходе установки изоляции, нужно исправлять тем же (или близким по своим свойствам) теплоизоляционным материалом.

Детали изоляционного материала должны быть большими, целиковыми и иметь точные размеры, чтобы в местах примыкания не оставалось зазоров и воздушных полостей.

При многослойной изоляции, как правило, каждый последующий слой должен внахлестку перекрывать швы предыдущего.

Далее будут даны общие рекомендации по использованию эффективных теплоизоляционных материалов как при строительстве нового здания, так и при ремонте.

Ошибки, допущенные в ходе установки изоляции, нужно исправлять тем же [или близким по своим свойствам] теплоизоляционным материалом. Установленную изоляцию нельзя нагружать так, чтобы она повреждалась, уменьшалась в объеме или давала просадку.

Раньше, когда здания строили из одного материала, технических проблем, связанных с сыростью, не возникало, они стали появляться при переходе к комбинированным многослойным ограждениям. Исследования показали, что возникающие в конструкциях пагубные явления – плесень, гниль, формальдегид и радон всегда связаны с сыростью.

Чтобы избежать этого, конструкции должны отвечать тепло- и гидротехническим требованиям. Чтобы теплоизоляция давала требуемый эффект в течение всего срока службы конструкции дома или другого помещения, в последних необходимо правильно применять подходящие утеплители.

Даже небольшие упущения при изоляционных работах приводят к превышающей все допустимые параметры утечке тепла сквозь конструкцию (хотя с помощью тепловизора можно оценить и это).

Правильно выбранные материалы и аккуратно произведенные изоляционные работы приводят к следующему:

• сокращаются эксплуатационные расходы по зданию за счет уменьшения потребности в отоплении и благодаря тому, что внутреннюю температуру воздуха можно повысить путем теплоизоляции поверхностей и уменьшения сквозняков;

• благодаря равномерности распределения температуры по гладкой стене создается более здоровый внутренний климат;

• отпадает надобность в кропотливых и дорогостоящих ремонтных работах, вызванных дефектами в изоляции.