Рассмотрим два вида эффективных теплоизоляционных материалов: минераловатные и типа пенополистирола.
Требования к минеральной вате:
Необходимая паропроницаемость должна быть как минимум 0,3 мг/(м-ч-Па), влагопоглощение — не больше 1,5% по объему.
Утеплитель должен обязательно сохранять свои первоначальные геометрические размеры (то есть не давать "усадки" и не расслаиваться) на протяжении всего периода эксплуатации. В наибольшей степени этому требованию соответствуют теплоизоляционные материалы, которые были произведены таким образом, чтобы волокна располагались не в одном направлении, а произвольно.
Материал должен быть негорючим и экологически безопасным — первый фактор особенно актуален для деревянных домов.
Для каждой из рассматриваемых выше схем теплоизоляционный материал выбирается в зависимости от условий его эксплуатации, которые определяют требования к плотности (как раз она и влияет на прочность материала на сжатие), паропроницаемости и прочности на отрыв слоев (усилие, которое следует приложить к внешнему слою, чтобы оторвать его от всей остальной массы).
Этот материал также имеет свои достоинства и свои недостатки. К достоинствам можно отнести более низкую, чем у минераловатных утеплителей, теплопроводность (это позволяет уменьшить толщину слоя утеплителя), а также низкую стоимость. Из недостатков стоит отметить меньшую, чем у минераловатных утеплителей, паропроницаемость, более высокую трудоемкость работ (в процессе установки сложнее подогнать "в размер") и более высокую горючесть (пенополистирол относится к самозатухающим материалам). Именно высокая горючесть материала и вызывает дополнительные сложности при монтаже:
И все-таки этот материал для утепления фасадов используется достаточно широко, так как обходится он в 3-4 раза дешевле минеральной ваты.
Требования к пенополистиролу:
* Плиты утеплителя должны характеризоваться высокими прочностными свойствами и повышенной жесткостью, поскольку испытывают нагрузки, как при монтаже, так и в процессе эксплуатации (нагрузки, создаваемые весом штукатурки, случайные нагрузки). Для того чтобы реализовать этот вариант утепления, могут использоваться как материалы с однородной по толщине плотностью, так и материалы с повышенной плотностью внешнего слоя (до 180 кг/м3) и пониженной плотностью внутреннего (к примеру, Fasade Slab от Rockwool).
** Если для защиты утеплителя со стороны вентилируемого зазора применяются ветрозащитные мембраны, можно использовать те же утеплители, что и для деревянной конструкции. Но следует учитывать, что чем мягче утеплитель, тем сложнее сохранить его геометрические размеры (очень легко можно продавить дюбелями и т. д.). Помимо этого, дешевизна менее плотного утеплителя полностью компенсируется дороговизной ветрозащитного слоя. Так что при данной схеме монтажа лучше всего использовать более плотный утеплитель, который не нуждается в дополнительной защите. Требования, предъявляемые к таким утеплителям, заметно ниже, чем в схеме утепления с оштукатуриванием, поскольку отсутствуют нагрузки, действующие на него. Необходимая жесткость такого утеплителя позволит избежать выдувания волокон в вентилируемом зазоре, да и монтировать жесткий материал гораздо проще. Теплоизоляционные материалы, соответствующие всем этим требованиям, вполне можно использовать в качестве утеплителя для деревянных фасадов. Стоимость такого "слоеного пирога" получится несколько дороже, зато и монтировать, и затем эксплуатировать конструкцию будет спокойнее.
*** Значение указывается для утеплителей из стекловолокна IZOVER.
**** Значение указывается для утеплителей из стекловолокна — оштукатуривание с применением металлической сетки, превышающие 2 мм, недопустимы, перепад по толщине не должен превышать 1 мм, неплоскостность плит более 0,5%. Чем точнее размеры, тем меньше времени потратится на подгонку стыков плит. Допустимая линейная усадка — не превышает 0,2% . Плиты необходимо выдержать без упаковки как минимум 2 недели.
Из-за низкой паропроницаемости становится невозможным использование пенополистирола для утепления деревянных фасадов. В связи с более низкими пожарными свойствами, нельзя рекомендовать его и для вентилируемых фасадов каменных домов. Поэтому единственное, где его можно использовать — утепление каменных фасадов с последующим оштукатуриванием.
Выбор материалов, применяемых для устройства защитно-декоративных экранов вентилируемых фасадов, огромен. Можно использовать и классическую деревянную обшивку (вагонку, "американку" либо блок-хаус), металл (стальной или алюминиевый саидинг, кассетные панели, листы профнастила), пластик (сайдинг). Листовые композиционные материалы (к. примеру, цементно-стружечные и фиброцемектные плиты без покрытия и с декоративным покрытием). Натуральный камень (мрамор, базальт, ракушечник, туф, гранит) и, керамогранит. Все эти материалы имеет как свои преимущества, так и недостатки. Все они различаются по своей долговечности, технологичности монтажа, весу облицовки, стоимости (как самой облицовки, так и каркаса под нее), и каждый из этих параметров при выборе нужно учитывать.
Помимо перечисленных, ставших уже традиционными вариантов обшивки, современный рынок строительных материалов предлагает и более оригинальные, а порой и неожиданные решения. К примеру, использовать для обшивки плитку ARDOGRES (Италия).
Первый вопрос, который нужно задать себе, перед тем как идти в магазин за утеплителем: Каким образом определить необходимую толщину слоя эффективного утеплителя?
В общем случае схема такого расчета будет выглядеть следующим образом. Любую стену нужно представить в виде трехслойной конструкции, в которой есть несущая внутренняя часть, слой утеплителя и внешний слой, который закрывает утеплитель. Формула для расчета термического сопротивления трехслойной конструкции такова:
R общ = R внутр + R утеплителя + R внешн'
где R о6щ=3,2 м2 • С/Вт.
Термическое сопротивление каждого слоя рассчитывается по формуле R=5/A,, где к — коэффициент теплопроводности, Вт/(м- °С); 5 — толщина слоя материала, м.
Для того чтобы можно было легко рассчитать термическое сопротивление внутреннего (R внутр.) и внешнего (R внеш.) слоев, необходимо знать материал существующей несущей стены (кирпич, деревянный брус, блоки ячеистого бетона и т. д.) и ее толщину. А также материал и толщину отделочного слоя (штукатурка и т. д.) и выяснить X обоих материалов. Затем потребуется выбрать утеплитель и вычислить коэффициент его теплопроводности к. Подставив полученные ранее результаты и X утеплителя в формулу для подсчета Я о6щ довольно просто выяснить, какой именно толщины должен быть слой выбранного утеплителя.
R утеплителя = общ. – R внешн. – R внутр.
= (3,2 - R - R )Д
откуда 8 утеплителя = (3,2 – R внешн.- R внутр) 8 утеплителя
При проведении расчетов утепления дома специалисты-теплотехники учитывают не только сопротивление теплопередаче самой стены, но и теплопотери через окна, двери, перекрытия и т. д., а значит, формулы, используемые ими, сложнее приведенной выше. Приведенный здесь метод расчета довольно приблизителен и может использоваться для предварительного расчета необходимой толщины слоя выбранного утеплителя или для выбора самого утеплителя.
Мало кто задумывается, но качество и стоимость жилья, проблемы энергосбережения и экологической чистоты часто напрямую связаны с используемыми в строительстве изоляционными материалами.
В условиях, при которых воздух будет, замкнут в плохо проводящую тепло герметичную оболочку, он превратится в замечательный и чрезвычайно экономичный теплоизолятор. Правда, в этом случае основным проводником тепла окажется материал, в котором воздух находится. Уже давно в строительстве для этих целей используют неметаллические материалы с воздушными пустотами внутри: полые бетонные и кирпичные блоки, стеклопакеты, щитовые конструкции из дерева. Но все-таки керамика, бетон и даже дерево недостаточно эффективно препятствуют утечкам тепла, и им вовсе не помешает дополнительная теплоизоляция. Плюс к этому с повышением влажности их теплопроводность повышается. Сырой воздух проводит тепло в 20 раз лучше, нежели сухой. Именно поэтому качественный изоляционный материал с замкнутыми воздушными пустотами должен обладать определенными водоотталкивающими свойствами.
Те материалы, которые традиционно применялись в строительстве в качестве утеплителя, — минеральная вата, стекловата, торф, целлюлозная изоляция, отходы керамического производства — относительно хорошо впитывают воду. Если они оказываются на стыке холодной и теплой сред, где конденсируется влага, теплозащитные свойства изоляции значительно ухудшаются. В результате начинают появляться и активно развиваются грибки, плесень, постепенно, но неизбежно разрушающие всю конструкцию в целом. Для того чтобы защитить традиционную теплоизоляцию от воздействия пара и влаги, которые поступают как изнутри дома, так и снаружи, необходимо продумать гидро- и пароизоляцию.
Попросту говоря, получается, что теплозащитный элемент здания должен быть многослойным. При этом эксплуатационные качества утепляющего "слоеного пирога" будут зависеть и от параметров, и от размещения теплоизолятора. Просто последний необходимо грамотно выбрать и правильно использовать.
В первую очередь в доме следует утеплять окна. В основном именно через них и уходит на улицу драгоценное тепло. Так что неудивительно, что современные окна по своей конструкции так сложны. Их двойные, а то и тройные стеклопакеты заполнены сухим воздухом либо инертным газом, а рамы выполняются из двух- или трехкамерных профилей (деревянных, из ПВХ или алюминиевых) с уплотнителями из плохо проводящих тепло полимеров. После окон по степени утечки тепла идет крыша и перекрытие верхнего этажа. Затем следует фундамент цокольного этажа. Ну и наконец — стены, имеющие обыкновение промерзать. Стены могут изолироваться либо изнутри помещения, либо снаружи, и у каждого из этих способов есть свои преимущества и недостатки. Не владея информацией о теплофизических особенностях изолирующих материалов, можно не оправдать свои затраты на теплоизоляцию жилища.
Для достижения комфортного температурно-влажностного режима в доме утепление снаружи будет более эффективно. Правда, оно требует сплошного покрытия фасада и защиты слоя теплоизоляции от атмосферных воздействий. Такое утепление будет предпочтительней при новом строительстве. Слои материалов, призванных защитить ограждающую конструкцию (стену, потолок, пол), в этом варианте располагают в порядке убывания их термического сопротивления и паропроницаемости. В противном случае влага может конденсироваться внутри несущей части здания и со временем разрушить ее. Чтобы избежать этого, необходимо решать проблему вентилирования фасада.
У стен теплозащита изнутри может быть выборочной, причем выбор материалов, которые могут быть использованы, будет здесь достаточно большой. И все-таки придется позаботиться о специальном увлажнении конструкций, да и расходы на обеспечение экологической чистоты помещения возрастут. При этом надо следить, чтобы сопротивление теплопередаче утеплителя было в 4-5 раз меньше этого показателя для всей остальной части стены. Как ни странно, очень теплая защита также может быть вредна, Все дело в том, что под толстым утепляющим слоем температура поверхности стены понижается. В случае, если температура преодолеет отметку точки росы для водяных паров в комнате, пар начнет конденсироваться на холодной поверхности стены. Как результат — стена будет промерзать, а утеплитель намокнет и станет менее эффективным. Именно поэтому зачастую приходится располагать слой пароизолирующего материала поверх утепляющего, а уже затем наносить отделочные покрытия.
Существует множество классификаций теплоизоляционных материалов: по форме, по внешнему виду, структуре, исходному сырью, средней плотности, жесткости, теплопроводности и горючести. По форме и внешнему виду выделяют материалы с. волокнистым каркасом, вспененные, вспученные, с пористым заполнителем, с пространственным каркасом, с выгорающими добавками. По виду исходного сырья они подразделяются на минеральные и органические. Пожалуй, самыми перспективными в современном строительстве являются органические газонаполненные материалы. Поставляются они на рынок в виде разного размера плит, в виде пены и, конечно же, в рулонах.
Выполнить современные требования по теплосбережению можно разными способами. Традиционный путь подразумевает увеличение толщины ограждающей конструкции, но при этом возникают серьезные, а иногда и вовсе непреодолимые трудности. Например, толщина кирпичной стены должна быть как минимум 2,3 м.
Сегодня для решения конкретных технических задач в строительстве применяются изоляционные материалы узкофункционального назначения. Для обеспечения гидроизоляции жилища — рулонные битумные, битумно-полимерные в сочетании с разного рода герметиками; для пароизоляции — пергамин, холст из полимерных волокон, полиэтиленовая пленка; для тепло- и звукоизоляции — слой минеральной ваты, стекловаты, керамзита, картона, торфа и т. п. — поверх стен, перекрытий и межкомнатных перегородок из дерева и кирпича со штукатурным покрытием.
Любой из перечисленных материалов достаточно недорог, но все они имеют свои особенности и требуют при монтаже соблюдения определенной технологии и последовательности. В связи с этим фактор их дешевизны становится мене значимым при общем удорожании строительства. Плюс к этому срок службы различных материалов не одинаков, и замена некоторых из них вынуждает проводить недешевый ремонт, зачастую разрушающий еще вполне работоспособные элементы конструкций.
Ситуация начала меняться после появления изоляции нового поколения из газонаполненных пластмасс. Появилась возможность использования для комплексного решения строительных задач однотипных или вообще одних и тех же материалов. При этом их долговечность почти приравнивается к сроку службы здания.
Производятся современные материалы путем экструзии и вспенивания пластмасс на основе стирола, полиуретана, полиэфиров, синтетического каучука, фенола и некоторых других полимеров. Особенной популярностью пользуются пенопласты — жесткие и полужесткие материалы, получаемые методом вспенивания. Наиболее распространенный из них — пенополистирол. В России он производится либо традиционным беспрессовым способом, либо более передовым способом экструзии.
Как уже отмечалось в предыдущих главах, вспененный пенополистирол относительно гигроскопичен, из-за того что между гранулами, из которых состоит плита, имеются многочисленные капилляры. В этом смысле ему присущи недостатки изоляции из стекловаты и минеральной ваты. Что же касается пенополистирола экструзионный (ЭППС) — это уже материал более высокого класса. Образован он из мелких, не сообщающихся друг с другом газонаполненных ячеек, которые характеризуются нулевой капиллярностью и не пропускают воду и водяные пары.
Водопоглощение ЭППС составляет всего 0,3%, он обладает удовлетворительной прочностью на сжатие — до 0,3 МПа, но при этом, к сожалению, горюч. Экструзионный пенополистирол можно использовать для решения достаточно разнообразных задач, и прежде всего — для наружной тепло- и звукоизоляции зданий. Этот материал незаменим в конструкциях инверсионной кровли, где гидроизоляционный слой находится не снаружи, а под "крышным слоеным пирогом". Отлично подходит для наружного и внутреннего утепления, причем, и наземных, и подземных частей построек: фундаментов, стен подвалов, цокольных этажей, где применение других видов изоляции требуемого эффекта не дает (из-за капиллярного подсоса грунтовых вод). На горизонтальные поверхности плиты пенополистирола укладывают либо "посуху", либо на клей. На плоскости стены материал крепится при помощи гвоздей-дюбелей со шляпкой диаметром 40 мм либо штырями. Рекомендуемая плотность плит: для фундаментов — 33 кг/м3, для стен — 30 кг/м3, для крыш — 25 кг/м3.
Пожалуй, самым высококачественным продуктом рассматриваемой группы является пенопласт Styrodur толщиной до 200 мм компании BASF (Германия). Также на нашем рынке представлены различные виды жесткого пенопласта на основе стирола от фирмы AUSTROTHERM (Австрия), концерна DOW CHEMICAL (торговая марка STYROFOAM, США), НПП "ЭКСПОЛ" (Россия), производства стран СНГ. Экструдированный пенополистирол зарубежного производства более дорог: от 165 у. е. (плотность 30 кг/м3) до 250 у. е. (плотность 38 кг/м3) за 1 м3.
Также достаточно активно в строительстве используется и другой полимерный материал, получаемый методом вспенивания, — пенополиуретан. Характеризуется он прежде всего тем, что не впитывает влагу, не плесневеет и не подвержен гниению.
Применяется практически во всех строительных конструкциях — из него изготавливаются плиты (стандартный размер 1200 на 600 мм), блоки, панели, а также изоляционные покрытия, которые получаются путем заливки и напыления непосредственно на месте. Также из него делают изоляционные оболочки теплопроводов, популярные сейчас слоистые сэндвич-панели. Двухкомпонентная монтажная пена, которая наносится способом напыления, используется одновременно для теплоизоляции (изнутри и снаружи) и отделки фасадов зданий. По своим температурным характеристикам пенополиуретан превосходит другие пенопласты: диапазон его применения колеблется от -180 до +250 °С. Все это делает материал оптимальным не только для изоляции магистральных теплопроводов и печных коллекторов, но и для защиты от теплопотерь морозильных камер. Рекомендуемая плотность пенополиуретана: для напыления — 28 кг/м3, для изоляции стен, крыш, труб — 10-12 кг/м3.
Наиболее крупные производители и поставщики в Россию изоляционных материалов из вспененного полиуретана — компании ELASTOGRAN (Германия) и UREPOL (Финляндия). Последняя изготавливает из него и теплоизолирующие герметики под популярной маркой Makroflex (быстро твердеющая на воздухе пена, поставляемая в баллонах). Применяются они как для заполнения пустот, уплотнения и теплоизоляции стыков строительных конструкций, так и для склейки пенополиуретановых плит. Также довольно неплохую продукцию — скорлупы трубопроводов, плиты, пенополиуретан для напыления — производит компания АО "ТЕРМОСТРОЙ" (Россия), фирмы "ИЗОТЕК", "РИТМ-М", "КОРТ-И". 1 м2 ламинированной бумагой плиты отечественного производства толщиной 20 мм обойдется в 0,33 у. е.; толщиной 50 мм — 0,55 у. е.; 1 м2 напыляемой изоляции толщиной 30 мм — 7,5 у. е. (вместе с работой). Еще стоит упомянуть компанию METALPLAST OBORNIKI (Польша), которая поставляет на российский рынок стеновые панели Metalplast Isotherm толщиной от 40 до 100 мм, облицованные стальными лакированными листами, с высокими теплозащитными и звукоизолирующими свойствами. Из отечественных аналогов стоит отметить полиалпан. Фирма RUTON S.A. (Бельгия) предлагает жесткие теплоизоляционные плиты из вспененного стекла и углерода.
При большом разнообразии газонаполненных материалов все более популярными становятся вспененные полиолефины (полипропилен, полиэтилен), жесткий экструзионный пенополистирол, а также жесткий пенополиуретан. Из них выделяют материалы, предназначенные для комплексной защиты ограждающих конструкций изнутри (полотна пенополиэтилена) и снаружи (плиты из пенополистирола или пенополиуретана).
Все самые новые технологии были разработаны и освоены ведущими производителями изоляционных материалов в Западной Европе, США и Японии, не без успеха осваиваются они и в России. Благодаря швейцарской фирме ALVEO, первой в Европе освоившей передовую технологию японского концерна SEKISUICEMICAL, пущена в действие производственная линия по выпуску экструзионного пенополиэтилена на заводе пластмасс в городе Ижевске (продукция под торговой маркой "Изолон"). Пенофол также по оригинальной технологии производится заводом в городе Обнинске Калужской области. По различным технологиям выпускается изоляция из вспененного полиэтилена во Владимире на заводе "ТЕПЛОЙ" и в Тверской области (Нелидовский завод пластмасс). Непрерывно растущий спрос на материалы этой группы покрывается за счет импорта. Крупнейшими поставщиками на российский рынок являются фирмы ARMSTRONG, THERMAFLEX, ALVEO.
Одновременно сочетая в себе тепло-, звуко-, гидро- и электроизоляционные свойства, экструзионные пеиополиолефины отличаются, помимо всего прочего, высоким сопротивлением теплопередаче (теплопроводность 0,033-0,039 Вт/м-К), высокой стойкостью к неблагоприятным атмосферным явлениям (к примеру, ультрафиолетовому излучению), а также к разного рода химическим воздействиям. Область рабочих температур находится в диапазоне от -80 до +110 °С. Помимо всего прочего эти материалы безопасны с экологической точки зрения, не имеют запаха, некоторые обладают свойством самозатухания и не поддерживают горение. Предлагаются также огнестойкие марки классов Г1 и Г2. Относящиеся к ним материалы (коих более 800 марок) поставляются в виде пластин и рулонов шириной 1-1,5 м и толщиной от 0,5 до 12 мм либо в блоках толщиной до 170 мм различной прочности (от 0,015 до 0,3 МПа при сжатии 10%) и плотности (от 22 до 170 кг/м3).
Надо сказать, что пеиополиолефины используются почти во всех сферах строительства: для гидроизоляции тоннелей и фундаментов, для борьбы с кровельным конденсатом, тепло- и звукоизоляции воздуховодов и трубопроводов, уплотнения оконных рам и стыков строительных конструкций; в качестве тепло-, гидро-, звукоизолирующего слоя в бетонных стяжках, в том числе и в бассейнах, в виде амортизирующего слоя под паркетом, лестничными ступенями, плавающим полом и т. д.
Укладывают полотна пенополиэтилена сухим способом на горизонтальные поверхности. Между собой их соединяют с помощью клеящей ленты внахлест либо встык и фиксируются на полу в нескольких точках монтажной пеной (например, Makroflex). На вертикальных плоскостях (перегородках, стенах) полотна крепятся либо клеем, либо гвоздями-дюбелями с широкой шляпкой (диаметр 40 мм). Лучше всего подойдут акриловый, нитриловый или полихлоропреновый клеи. Помимо этого на рынке имеются и самоклеящиеся марки полиэтиленовой изоляции.
Рекомендуются следующие плотности изоляции из экструзионных пенополиолефинов (кг/м3): для термо- и звукоизоляции стен — 25-33, для кровли — 50, для гидроизоляции различных частей здания — 29-67, для изоляции трубопроводов — 28-30.
Срок службы конструкций из газонаполненных пластмасс почти соответствует номинальному сроку службы самого здания. Как раз по этой причине в современном строительстве и приобрела популярность технология неснимаемой опалубки из жесткого пенополистирола, (распространение получили такие системы, как "Изодом-200", "Термомур"). С этой целью ЭППС поставляется в виде плит толщиной от 2 до 10 см и более, формат— 120 на 600 (650) см. Плиты характеризуются следующими параметрами: теплопроводность при средней температуре 20 °С — 0,028-0,032 Вт/(м-°С), допустимый диапазон температур при влажности 100% — от -50 до +80 "С, плотность — от 20 до 70 кг/м3, прочность при сжатии 10% — не менее 0,2-0,7 МПа.
В холодную погоду тепло не только покидает дом, но и свободно проникает в помещения в жару. Для энергии солнца воздух, керамика, кирпич и дерево преградой не являются. Для защиты здания от солнечного перегрева используют отражающую изоляцию, которая представляет собой тонкую металлическую пленку, нанесенную снаружи поверх обычного теплоизолятора. Обычно это алюминиевая или жидкая фольга. На заводе "ЛИТ-ИЗОЛЯЦИЯ" (Переславль-Залесский) вспененный полиэтилен ижевского производства фольгируют и покрывают самоклеящимся слоем (марка "Пенофол"). Слой этой фольги, нанесенный на теплоизоляцию изнутри дома, отражает лучистое тепло нагревательных приборов в пространство помещений. Двусторонняя фольгированная изоляция действует по принципу термоса.
Подводя итог, можно сказать, что выбор изоляционных материалов на рынке весьма обширен. Причем одну и ту же проблему можно решить с помощью различных материалов. Правда, под воздействием времени и окружающей среды вести они себя будут по-разному, да и сроки их службы разнятся. Так что для того чтобы построить дом, в котором несколько поколений хозяев смогут прожить без особых хлопот, экономить на изоляционных материалах не стоит. Необходимо выбирать их с учетом конкретной ситуации и специфики строительства — возможности для этого есть.
