ГлавнаяСтатьиОсновные виды теплоизоляционных материалов и их характеристики

Основные виды теплоизоляционных материалов и их характеристики

С постоянным удорожанием энергоресурсов, вопрос теплоизоляции становится все более актуальным. Немаловажным также остается экологический аспект, так как сжигание большого количества топлива приводит к парниковому эффекту и природным катаклизмам. Поэтому, для рационализации затрат на отопление и обеспечение комфортных условий проживания используются специальные теплоизоляционные материалы. Они представлены на современном рынке в очень широком ассортименте, поэтому в данном материале будет рассказано, как выбрать теплоизоляционные материалы, какими они обладают характеристиками и как их правильно применять.

Прежде, чем приступать к выбору и рассматривать классификацию, необходимо определиться с основными свойствами, которые характерны данным продуктам. К ним относятся:

коэффициенты теплопроводности. Данные показатели равны количеству теплоты, которая проходит через слой материала толщиной 1 м и площадью 1 м2 при разнице температур на двух противоположных поверхностях не более 10 С. Измеряются в Вт/(м*С). Они зависят от показателей влажности самого материала, его состава, структуры и пористости;
пористость – процент пор в общем объеме материала. Для теплоизоляционных материалов данные показатели начинаются с 60% и доходят до 99% (например, ячеистая пластмасса). Данный параметр характеризует и другие – плотность, прочность, теплопроводность и проницаемость газов. Очень важен характер и размер самих пор – они могут быть открытыми или закрытыми;
плотность – соотношение веса материала к объему;
газопроницаемость – параметр, который означает количество водяного пара (в мг), которое проходит в течении 60 минут через слой вещества толщиной 1 м и площадью 1м2;
влажность – содержание воды в материале (чем больше – тем хуже, так как вода в 30 раз лучше проводит тепло, чем воздух);
водопоглощение – означает способность материала к впитыванию и удержанию влаги в порах при прямом контакте с водой. Определяется количеством воды, которое материал поглощает;
биостойкость – защита от воздействия различных микроорганизмов – грибков, плесени, насекомых и прочих. Они распространяются там, где есть влага, поэтому материал должен быть максимально влагостойким;
огнезащита – способность на протяжении определенного времени выдерживать высокие температуры, не разрушаясь при этом. Характеризуется показателями горючести (Г), воспламеняемости (В), распространения огня по поверхности (РП), образованием дыма (Д) и токсичностью продуктов горения;
прочность – ее предел варьируется от 0,2 до 2,5 Мпа. Если она более 5 Мпа, то эти материалы уже относятся к теплоизоляционно-конструктивным и применяются для сооружения несущих конструкций. Параметр определяет удобство монтажа и условия транспортировки изделий;
термостойкость – показатели температуры, при которых материал начинает менять свою структуру и разрушается;
теплоемкость – количество тепла, аккумулируемое теплоизоляцией, которое измеряется в кДж/(кг °С);
морозостойкость – способность противостоять многоразовому снижению температурного режима эксплуатации и количество циклов возможной заморозки;

Классификация теплоизоляционных материалов может осуществляться на основании нескольких критериев. Так, они могут быть органического или неорганического происхождения. В зависимости от формы – штучными, рулонными или сыпучими, а от структуры – волокнистыми, зернистыми и ячеистыми.

Наиболее популярными на сегодняшний день теплоизоляционными материалами являются:

минеральная вата – изготавливается из расплава горных пород и шлаков с доменного производства;
пенополистирол (пенопласт) – относится к категории пластмассы, сырьем для его производства являются гранулы полистирола, которые в процессе производства вспениваются;
стекловата – изготавливается из отходов стекольной промышленности;
пенополиуретан – неплавкий термореактивный пластик с ярко выраженной ячеистой структурой;
пеностекло – изготавливается в результате пропекания порошка стекла с применением газообразователей (например, известняка);
целлюлозная вата – относится к категории древесноволокнистых материалов с мелкозернистой структурой (например, эковата). Состоит на 80% из древесных волокон, на 12% из антипиренов (борная кислота) и на 7% из антисептиков (бура);
пробковая теплоизоляция – изготавливается из коры пробкового дерева;
керамзит, получающийся в результате обжига легкоплавких сортов вспучивающейся глины.

Отдельную категорию теплоизоляционных материалов занимают бетоны. Они имеют особую структуру и изготавливаются по специальной технологии, существенно снижающей теплопроводность. О каждом из них следует рассказать отдельно.

Теплопотери

Перед тем, как выбирать теплоизоляционные материалы, необходимо определиться, от каких потерь тепла следует их устанавливать. Главная их часть происходит не через стены, крышу или окна. Около 65% приходится именно на вентиляцию, при чем, бороться с этим очень трудно, так как данные коммуникации обеспечивают достаточный приток потоков свежего воздуха и удаление лишней влаги. Поэтому их можно не учитывать, однако остающиеся потери приходятся на:

тепловое излучение (80%). Большая часть материалов пропускает излучение из-за своей структуры. Фольга и материалы с ее применением (фольгоизолы, фольгопласты, изолоны и другие), отражают до 99% такого излучения. Поэтому их применение для теплоизоляции домов является обязательным;
теплообмен – самопроизвольный процесс переноса тепловой энергии от нагретых тел к холодным. Зависит от показателей теплопроводности, описанных выше.

Поэтому подбор материалов для изоляции от данных потерь должен осуществляться исключительно на основе характера и типа потерь тепловой энергии.

Минеральная вата

Минеральная вата на рынке представлена, как правило, в виде плит, рулонов разной плотности, войлока, гранулы или скорлупы. Используется в качестве теплоизоляционного или шумозащитного материала для фасадов зданий, кровли, чердака, стен и перегородок. Минеральная вата бывает:

каменной;
стеклянной;
шлаковой;
керамической.

Наиболее распространенными материалами являются первые два вида, и в их составе может содержаться стекловолокно или каменное волокно. Связующий материал в них – небольшие объемы фенолформальдегидных смол.

Минеральная вата является одной из наиболее распространенных, изделия из нее могут выдерживать воздействия температуры до +1000 С, поэтому очень часто используется для пожарной защиты и изоляции от воспламенения. Во время возгорания практически не выделяют дыма. Благодаря волокнистой структуре, минеральная вата обладает низкой проводимостью тепла, отличной звукоизоляцией и газопроницаемостью. Утепление стен и перекрытий при помощи минеральной ваты отличается устойчивостью к образованию грибка и плесени, негативным воздействиям насекомых и прямых солнечных лучей. Однако данный материал плохо защищен от механических нагрузок, и, при отсутствии обработки, очень хорошо впитывает влагу. Кроме того, если минеральная вата имеет небольшую плотность, она может осесть при вертикальном расположении и создавать «островки холода».

Наиболее распространенная форма выпуска – плиты разных размеров и толщиной 1-25 см, которые пропитаны специальными гидрофобизирующими составами или покрыты битумным слоем. Они могут иметь различную конструкцию и состав, будучи:

двухслойными, которые применяются для наружного утепления «мокрого» типа. Жесткие верхние слоя предотвращают деформацию при установке, обеспечивая ровное покрытие для армирования и штукатурки. Последующий слой является более упругим, благодаря чему обеспечивается теплоизоляция и хорошее примыкание к стенам;
ламельными – тут волокна укладываются перпендикулярно относительно поверхности. Теплоизоляционные свойства у них намного хуже, зато они отличаются эластичностью и большей прочностью, благодаря чему отлично подходят для утепления криволинейных поверхностей;
покрытыми стеклотканью или полимерной пленкой – они используются для быстрого «сухого» утепления и выполняют роль теплоизоляционного шара в трехслойных перекрытиях типа «сэндвич». Отлично защищают от ветров, влажности и выдувания единичных волокон, упрочняя конструкцию;
покрытыми алюминиевой фольгой. Они используются для утепления мансарды, фольга при этом выполняет роль пароизолятора и отражателя тепла, снижая при этом его потери.

Также встречается и гранулированная минеральная вата, используемая для изоляции методом задувки, подходит для труднодоступных мест.

Пенополистиролы (пенопласты) и другие полимерные утеплители

Данные материалы также очень часто используются в качестве теплоизоляционных материалов. Они выпускаются в двух видах – экспандированный пенополистирол (ПСБ или пенопласт), а также в виде более современного материала – экструдированного пенополистирола (ЭППС). Изготавливаются они полистирольных гранул, и соответственно обладают похожими физическими, химическими и эксплуатационными характеристиками: влагостойкостью, легкостью при обработке, относительной жесткостью, малым весом. По классу пожарной безопасности они относятся к группе Г1, что означает высокую горючесть, но плохую поддержку горения.

Экспандированный пенополистирол состоит из 98% из воздуха, благодаря чему обладает небольшими теплопроводностью, водопоглощением и паропроницаемостью. Отличается легкостью и механической стойкостью. Чаще всего используется в качестве утеплителя стыков панельных зданий, теплоизоляции ограждающих элементов, а также звукоизоляции. Устанавливаются при помощи специальных клеевых составов, битумной мастики и дюбелей. Могут выпускаться в виде плит:

с профилированными поверхностями, которые позволяют вентилировать пространство между стеной и изоляцией, что препятствует образованию конденсата;
оклеенные рубероидом, которые необходимы для теплоизоляции кровли и фундамента. Они обладают поперечными насечками, благодаря которым их можно сворачивать и перевозить.
с фольгированным покрытием – они используются, как правило, для обустройства теплых полов, так как фольга отражает тепло и увеличивает показатели прочности самой плиты;
сендвич-плиты – представляют собой трехслойные конструкции из двух жестких листов слоя утеплителя между ними. Они используются при создании перегородок и дверей.

Кроме того, формой выпуска данного материала является гранулят, который необходим для теплоизоляции труднодоступных мест методом задувки. Также большое распространение получил пеноизол – это пористый полимерный утеплитель, который отличается высокой текучестью, благодаря которой отлично подходит для утепления полов и кровли. Он дешевый и также может заливаться в труднодоступные места.

Что касается экструдированного пенополистирола, то он, благодаря особой технологии производства, обладает более прочными, по сравнению с пенопластом, межмолекулярными химическими связями и цельной микроструктурой, которая состоит из мелких закрытых ячеек. Благодаря этому этот материал характеризуется низкой теплопроводностью. Экструдированный пенополистрирол более прочен, совершенно паронепроницаемый и не впитывает влагу, что дает возможность его применения без дополнительной гидроизоляции. Поэтому он рекомендован в качестве утеплителя стен, кровли и других конструкций, которые эксплуатируются в условиях высокой влажности и частого контакта с водой – это фундаменты, подвалы и цокольные этажи.

Особого внимания на рынке полимерных теплоизоляционных материалов заслуживают вспененный полиэтилен и пенополиуретан. Вспененный полиэтилен обладает мелкопористой структурой, эластичностью и гладкой поверхностью, отличается долговечностью, биологической и химической стойкостью. Используется, как правило, для тепловой изоляции:

под напольным покрытием;
межэтажных перекрытий;
межпанельных швов;
монтажных объектов;
трубопроводов.

Изолон, изготавливаемый из него, обладает структурой с закрытыми порами, низким коэффициентом теплопроводности и нулевым поглощением влаги. Благодаря этому он считается одним из лучших и эффективных на сегодняшний день изоляторов. Он позволяет существенно уменьшать нагрузку на конструкции, экономить полезное пространство и защищать от посторонних звуков. Также может быть покрыт фольгой, которая отражает тепло.

Что касается пенополиуретана, то он изготавливается из полиэфирных смол и специальных добавок, вступающих в реакцию с полимерами, и вспучивающими сырьевую смесь. Он бывает двух видов:

эластичным (выпускается в виде полотна или ленты);
твердым ( выпускается в форме плит и блоков).

Благодаря особому составу, он не разрушается под воздействием высокой температуры и отличается пожарной безопасностью , однако при его горении выделяются токсичные газы. Материал стоек к механическим повреждениям, прочен и обладает устойчивостью к износу. Используется в качестве единичных изделий в конструкциях стен и крыш, для утепления трубопроводов и прочих конструкций.

Бетоны с низкой теплопроводностью и специальные заполнители

Особую группу материалов для тепловой изоляции составляют бетонные смеси. Особая структура позволяет добиваться необходимых свойств. Например, легкие бетоны на основе пористых заполнителей обладают плотностью 600-1900 кг/м3 и большим количеством пор, от типа и характера которых зависят параметры изоляции. Передача тепла в таких составах происходит путем конвекции через поры, которые заполнены воздухом – чем они меньше, тем меньше будет подвижность в них газов, и тем меньшее количество тепла они будут передавать.

Также для заливки таких бетонов используются специальные пористые заполнители. К ним относятся:

керамзит;
шлаковая пемза;
гранулированный шлак;
вспененный перлит;
вспененный вермикулит;
топливные шлаки;
аглопорит и другие.

Сегодня наиболее часто встречающимся в строительстве материалом является керамзит. Это пористый материал, отличающийся высокой прочностью и низкой массой. Его показатели плотности составляют от 260 до 800 кг/м3. Керамзитовый гравий получается в результате обжига легкосплавких вспенивающихся сортов глины при температурном воздействии около 1200 С . В результате данного процесса образуются гранулы с фракцией 5-50 мм, а спекшаяся поверхностная оболочка обеспечивает дополнительную прочность. Керамзитовый песок имеет фракцию до 5 мм. Применяется керамзит , как правило, для утепления полов – заливается в стяжках или укладывается в качестве самостоятельного слоя. Толщина такого слоя должна быть не менее 50 см, иначе необходимых свойств можно и не получить.

Шлаковая пемза относится к категории искусственных пористых заполнителей с ячеистой структурой. Она получается из отходов металлургической промышленности – расплавленных доменных шлаков. Во время быстрого остывания с помощью воздушных потоков, воды или пара происходит их вспенивание. Полученные куски шлаковой пемзы дробятся и рассеиваются до состояния щебня или песка.

Гранулированный шлак – пористый материал в виде песка с крупной фракцией 5 – 8 мм.

Вспученный перлит является сыпучим теплоизоляционным материалом, изготавливаемым в форме небольших пористых включений белого цвета, которые получаются при кратковременном обжигании гранул из вулканических влагосодержащих стеклообразных материалов. Он производится в виде зерен фракцией 5 мм или песка, и может использоваться для изготовления легких бетонов, теплоизолирующих изделий и огнезащитной штукатурки. Для приготовления бетонных смесей, плотность материала должна составлять 170 – 450 кг/м3, для теплоизолирующих засыпок – 70-120 кг/м3. Добавление вспученного перлита в минеральные вяжущие вещества дает возможность получения изделий, которые обладают высокими теплофизическими характеристиками.

Что касается вспученного вермикулита, то он представляет собой сыпучее теплоизоляционное вещество, изготавливаемое в форме чешуйчатых пластин серебристого цвета, получаемых после измельчения и обжига водосодержащей слюды. Насыпная плотность материала составляет порядка 75-210 кг/м3, благодаря чему он может быть применен

для утепления облегченных стеновых конструкций и легких бетонных составов в качестве теплоизоляционного заполнителя. Топливные шлаки – пористый кусковый материал, который образуется в топке в качестве побочных продуктов при сгорании антрацитного угля, а также других видов твердого топлива. Также часто используются аглопориты – они получаются при спекании гранул глинистых материалов с углем.

Что касается бетонных составов, использующихся в качестве теплоизоляционного материала, то наиболее распространенным из них являются:

ячеистые бетоны, которые относятся к категории легких смесей. Они получаются в результате автоклавного затвердевания предварительно вспученных смесей вяжущих материалов, воды и кремнезолистых компонентов. Содержат до 90% пор от общего объема бетонной смеси;
пенобетоны – они изготавливаются из смеси цементного раствора с пеной, и имеют устойчивую структуру. После затвердевания ячейки пены образуют пузырьки воздуха. Из данного материала производят широкий ассортимент изделий, например, теплоизоляционные блоки, которые обладают размером 0,5х0,5х1 м и более. После затвердевания они разрезаются на плиты нужных габаритов. Используются такие плиты для теплоизоляции железобетонных конструкций и перегородок, а также
для стеновых панелей «сэндвич»-систем;
газобетон, который изготавливается из портландцемента, кремнеземистых компонентов и газообразователей (чаще всего это алюминиевая пудра). Часто в этот состав может быть добавлена воздушная известь или едкий натрий. Полученная смесь заливается в формы, а для улучшения структуры подвергается вибропрессованию и обработке в автоклавах. Изделия из него формуются больших размеров, после чего разрезаются на небольшие элементы;
газосиликат получается на основе известково-кремнеземистых вяжущих элементов с применением местных компонентов. Это может быть воздушная известь, песок, зола, металлургические шлаки. На сегодняшний день здания, стены которых изготовлены из газосиликата, получили большую популярность для сельских построек . Газосиликатные дома возводятся из блоков различного размера толщиной 0,3 м. По сравнению со зданиями из кирпича, трудоемкость сооружения газосиликатных конструкций существенно ниже. Более того, при плотности материала в 570 – 600 кг/м3, он обладает коэффициентом теплопроводности 0,16 Вт/(м оС), что в 4 раза ниже, чем у кирпича;
беспесчаные бетонные составы, состоящие из портландцемента марки 300 – 400, гравия или щебня фракцией 15-20 мм. Песок в них не добавляется. Полученные в бетоне пустоты, которые заполнены воздухом, значительно повышают теплозащитные характеристики стен;
опилкобетон также используют в качестве материала для возведения зданий. В его состав входит известково-цементная смесь, которая смешивается с опилками и песком. Получаемый состав имеет пропорции вяжущих: песка: опилок 1:1,1:3,2 – 1:1,3:3,3 (по объему) и является эффективным теплоизоляционным материалом.

Такие бетонные составы являются неприхотливыми в эксплуатации и весьма экономными. Толщина бетона значительно ниже, чем у кирпичной стены при одинаковых показателях теплоизоляции:

Другие теплоизоляционные материалы

На современном рынке также представлено множество других продуктов, использующихся для предотвращения теплопотерь. Коротко рассмотрим их:

ДВП – изготавливается из волокон древесины и могут иметь разную плотность (250-950 кг/м3). Они используются для обустройства перегородок, настила пола и закрытия потолка. Коэффициент теплопроводности – 0,07 Вт/(мС);
оргалит, также представляющий собой плиты из древесного волокна и имеющий плотность 150 кг/м3 и коэффициенты теплопроводности 0,055 Вт/(мС);
торфяная плита, плотность которой колеблется от 180 до 250 кг/м3 с коэффициентами теплопроводности в сухом состоянии 0,06 Вт/(м С). Она используется для изоляции ограждающих конструкций сооружений;
асбестовый картон, изготавливаемый из асбеста и имеющий коэффициент теплопроводности 0,157 Вт/(м оС);
древесные опилки, которые могут применяться для обустройства утепляющих засыпок, изготовления арболита, опилкобетона и других;
пакля – коротковолокнистый материал с коэффициентами
теплопроводности 0,047 Вт/(м oС) и используемый для конопатки стен и зазоров окон;
гипсовые плиты для перегородок, которые отличаются огнестойкостью, обладают высокими теплоизоляционными свойствами и просты в обработке. Используются для перегородок в зданиях с относительной влажностью не выше 75%;
гипсокартонные листы, представляющие собой отделочные материалы, изготовленные из гипса, усиленного растительными волокнами;
гипсобетонные камни, применяемые для наружных стен малоэтажных домов в районах, где отсутствуют другие эффективные стеновые материалы;
гипсобетон, производимый на основе цементнопуццоланового вяжущего. Панели перегородок из него обладают плотностью 1300-1400 кг/м3, и обеспечивают хорошую звукоизоляцию соседних помещений. Их использование разрешено в зданиях с относительной влажностью не более 70%.

Технологии энергосбережения постоянно развиваются и становятся более совершенными. Появляются новые материалы, отличающиеся лучшими свойствами и обладающие меньшей стоимостью. Ниже приведена таблица сравнения основных теплоизоляционных материалов, применяемых на сегодняшний день с указанием основных преимуществ и недостатков.

Перейти ко всемстатьям