ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ (ТИМ)
предназначены для защиты от проникновения тепла или холода. Это обычно очень пористые материалы, имеющие небольшую плотность и низкую теплопроводность.
Применением теплоизоляционных материалов в строительстве можно резко сократить потери теплоты в окружающую среду через ограждающие конструкции и тем самым уменьшить расход топлива, так как каждая тонна рационально использованного теплоизоляционного материала способна сохранить 30...200 т условного топлива в год. Поэтому экономическая эффективность тепловой изоляции весьма велика: обычно затраты на ее устройство окупаются стоимостью сбереженного тепла в течение 1 - 1,5 лет работы изолированного трубопровода или оборудования. Еще меньше срок окупаемости затрат на изоляцию трубопроводов и поверхностей холодильных установок.
Основной задачей в производстве теплоизоляционных материалов наряду с увеличением выпуска теплоизоляционных материалов и улучшением их качества является повышение индустриализации теплоизоляционных работ и увеличение удельного веса производства изоляции в виде изделий и конструкций.
Применение качественных теплоизоляционных материалов позволит снизить затраты на отопление жилых и производственных помещений, а также установить комфортный температурный режим и микроклимат в наших домах и квартирах.
Последние несколько десятков лет в пригородной зоне в основном строили дома из бруса или бревен, каркасные домики и коттеджи с кирпичными стенами толщиной максимум в два кирпича.
Довольно низкий уровень теплозащиты таких домов вынуждал владельцев тратить на отопление значительные средства или отказываться от проживания за городом зимой.
С началом 2000 года в силу вступили новые требования к теплозащите ограждающих конструкций. Устройство теплозащиты достаточного уровня позволяет экономить до 50% энергии, расходуемой на отопление. В связи с этим целесообразность единовременного вложения средств в утепление дома не вызывает сомнении, в противном случае владельцу придется отапливать не только свой дом, но также и улицу.
Эта книга посвящена удивительному теплоизоляционному материалу – пенополистиролу, известному также как пенопласт. Она создана, чтобы помочь производителям полистирола использовать оптимальную технологию и практику, улучшая, таким образом, качество продукции, снижая брак и производственное время, что в свою очередь отражается на снижении издержек производства.
Практикующему полистирольщику важно понимать технологию, используемые материалы и процессы, если он хочет добиться стабильного качества.
Цель данной книги - не только дать основы процесса, но и простыми терминами объяснить, почему они важны, и как они влияют на качество.
Вооруженный такими знаниями производитель должен быть способен лучше решать проблемы, которые неизбежно возникают в процессе производства.
Здесь описаны способы применения пенопласта, технология изготовления и производства. Для желающих заняться этим бизнесом помещен обзор оборудования для производства пенополистирола с описанием сильных и слабых сторон разных видов. Даны рекомендации по производству и применению и справочная информация.
Избежать проблем с потерями тепла в жилище возможно, используя при возведении дома или ремонте квартиры качественные теплоизоляционные материалы. Благо недостатка в подобных «утеплителях» на строительном рынке сегодня нет.
Главное – выбрать из существующего многообразия наиболее подходящий вам материал, а потом грамотно его применить.
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.
Теплоизоляционными материалами называют строительные изделия, предназначенные для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также трубопроводов, холодильников и транспортных средств. Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость и, следовательно, малая средняя плотность и низкая теплопроводность. Теплоизоляция позволяет снизить массу конструкций, уменьшить потребность в других строительных материалах (следовательно, уменьшить затраты на строительство), сократить расход топлива на отопление зданий, уменьшить потери тепла в промышленных агрегатах, но важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания.
Теплоизоляция является эффективным способом понижения потребности в отоплении, а также приводит к уменьшению уровня СО2 и так называемого парникового эффекта в атмосфере, что доказано исследованиями. Специалисты считают, что если бы во всех отапливаемых зданиях соблюдались требования по теплоизоляции, можно было бы уменьшить выбросы СО2 на 50%.
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.
С 2000 года нормативные требования по расчётному сопротивлению теплопередачи ограждающих конструкций в России увеличены в среднем в 3,5 раза и практически сравнялись с аналогичными нормативами в Финляндии, Швеции, Норвегии, Северной Канаде, других северных странах.
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.
Итак, современные теплоизоляционные материалы, используемые в жилищном строительстве, можно условно разделить на несколько видов:
· минеральная (базальтовая, «горная») вата;
· стекловолокно (стекловата);
· пенопласты: вспененный пенополистирол,
экструдированный (экструзионный) пенополистирол,
пенополиуретан,
пеноизол;
· вспененный полиэтилен;
· вспененный каучук
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Свойства теплоизоляционных материалов применительно к строительству характеризуются следующими основными параметрами.
Важнейшей технической характеристикой ТИМ является теплопроводность - способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу, так как именно от нее напрямую зависит термическое сопротивление ограждающей конструкции. Количественно определяется коэффициентом теплопроводности λ, выражающим количество тепла, проходящее через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м2 при разности температур на противолежащих поверхностях 1°С за 1 ч. Коэффициент теплопроводности в справочной и нормативной документации имеет размерность Вт/(м·°С).
На величину теплопроводности теплоизоляционных материалов оказывают влияние плотность материала, вид, размеры и расположение пор (пустот) и т.д. Сильное влияние на теплопроводность оказывает также температура материала и, особенно, его влажность.
Методики измерения теплопроводности в различных странах значительно отличаются друг от друга, поэтому при сравнении теплопроводностей различных материалов необходимо указывать, при каких условиях проводились измерения.
Плотность- отношение массы сухого материала к его объему, определенному при заданной нагрузке (кг/м3).
Прочность на сжатие - это величина нагрузки (КПа), вызывающей изменение толщины изделия на 10%.
Сжимаемость - способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала под действием нагрузки.
Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое впитывает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе или объему сухого материала. Для снижения водопоглощения ведущие производители теплоизоляционных материалов вводят в них гидрофобизирующие добавки.
Сорбционная влажность - равновесная гигроскопическая влажность материала при определенных условиях в течение заданного времени. С повышением влажности теплоизоляционных материалов повышается их теплопроводность.
Морозостойкость - способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения. От этого показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, однако, данные по морозостойкости не приводятся в ГОСТ или ТУ.
Паропроницаемость - способность материала обеспечивать диффузионный перенос водяного пара. Диффузия пара характеризуется сопротивлением паропроницаемости (кг/м2·ч· Па). Паропроницаемость ТИМ во многом определяет влагоперенос через ограждающую конструкцию в целом. В свою очередь последний является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на термическое сопротивление ограждающей конструкции. Во избежание накопления влаги в многослойной ограждающей конструкции и связанного с этим падения термического сопротивления паропроницаемость слоёв должна расти в направлении от тёплой стороны ограждения к холодной.
Воздухопроницаемость. Теплоизолирующие свойства тем выше, чем ниже воздухопроницаемость ТИМ. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения специальной ветрозащиты. Жесткие изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах. Они сами могут применяться в качестве ветрозащиты. При устройстве теплоизоляции наружных стен и других вертикальных конструкций, подвергающихся напору ветра, следует помнить, что при скорости ветра 1 м/с и выше целесообразно оценить необходимость ветрозащиты.
Огнестойкость - способность материала выдерживать воздействие высоких температур без воспламенения, нарушения структуры, прочности и других его свойств.
По группе горючести теплоизоляционные материалы подразделяют на горючие и негорючие. Это является одним из важнейших критериев выбора теплоизоляционного материала.
При выборе теплоизоляции здания учитываются следующие параметры:
· теплостойкость;
· теплоемкость;
· морозостойкость;
· водопоглощение;
· паропроницаемость;
· акустические свойства;
· прочность;
· огнестойкость;
· химическая стойкость.
По структуре материалы делятся на:
· волокнистые;
· ячеистые;
· зернистые.
ГОСТ 16381-77 классифицирует теплоизоляционные материалы по:
· плотности;
· жесткости;
· теплопроводности.
Плотность материалов (кг/м3):
· особо низкой плотности (ОНП) 15, 25, 35, 50, 75
· низкой плотности (НП) 100, 125, 150, 175
· средней плотности (СП) 200, 225, 250, 300, 350
· плотные ПЛ 400, 450, 500, 600
Относительного сжатия:
· мягкие материалы (М) 30
· полужесткие (ПЖ) 6 … 30
· повышенной жесткости (ПЖ) 10 (под давлением 40 Н/кв м)
· твердые 10 (под давлением 100 Н/кв)
Теплопроводность при 25°С (Вт/(м·°С)):
· низкая - 0,06;
· средняя - 0,06 … 0,115;
· повышенная - 0,115 … 0,175.
Разновидности теплоизоляционных материалов:
· минеральные и неминеральные ваты (на стеклянной, каменной, целлюлозной основах);
· блоки теплоизоляционные (пенопласты, газобетон и другие теплоизоляционные плиты);
· тонколистовые теплоизоляторы;
· трубная теплоизоляция;
· ленты, шнуры, профили уплотнительные;
· вспенивающиеся герметики;
· засыпки;
· асбестовые материалы.
Огнезащитные материалы для теплоизоляции:
· Антипирены и огнезащитные краски
· Огнезащитные пасты и штукатурки
· Огнезащитная изоляция из сборных элементов
Применение строительных конструкции с высокой степенью огнестойкости, а строительных материалов с минимальной пожарной опасностью является первостепенным моментом при проектировании здания.
Согласно СНиП 21-01-97* "Пожарная безопасность зданий и сооружений" (дата введения 01.01.1998 г., взамен СНиП от 01.02.1985 г. "Противопожарные нормы"), строительные материалы характеризуются только пожарной опасностью.
Пожарную опасность строительных материалов определяют следующие пожарно-технические характеристики:
· Горючесть.
· Воспламеняемость.
· Распространение пламени по поверхности.
· Дымообразующая способность.
· Токсичность.
Строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г).
Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:
· Г1 – слабогорючие;
· Г2 - умеренногорючие (органоминеральные материалы);
· ГЗ – нормальногорючие;
· Г4 - сильногорючие (органические материалы).
Горючесть и группы строительных материалов по горючести устанавливаются по ГОСТ 30244-94. Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируются. К негорючим, как правило, относятся так называемые минеральные материалы: природные камни, бетоны и растворы на минеральных связующих, керамические и стеклянные материалы, металлы. Материалы на основе органических, растительных компонентов являются нормально и сильно горючими.
Это материалы из древесных волокон (ДСП, ДВП), большинство синтетических пластмассовых материалов.
Слабогорючими и умеренногорючими являются некоторые органоминеральные материалы, которые не поддерживают горение.
При действии открытого огня они тлеют, не дают открытого огня или обугливаются.
После устранения источника огня тление прекращается. К таким материалам относят фибролит, арболит, некоторые органические (органо-силикатные композиции, например, древесина, пропитанная антипиренами).
Горючие строительные материалы по воспламеняемости устанавливаются по ГОСТ 30402-96.
Горючие строительные материалы по распространению пламени по поверхности подразделяются на четыре группы:
· РП1 - не распространяющие пламя;
· РП2 - слабораспространяющие пламя;
· РПЗ - умереннораспространяющие пламя;
· РП4 - сильнораспространяющие пламя.
Группы строительных материалов, не распространяющих пламени, устанавливаются для поверхностных слоев кровли и полов, в том числе ковровых покрытий по ГОСТ 30444-97 (ГОСТ Р 51032-97).
Для других строительных материалов группы распространения пламени по поверхности не определяются и не нормируются.
Горючие строительные материалы по дымообразующей способности подразделяются на три группы:
· Д-1 - с малой дымообразующей способностью;
· Д-2 - с умеренной дымообразующей способностью;
· Д-3 - с высокой дымообразующей способностью.
Группы строительных материалов по дымообразующей способности устанавливаются по ГОСТ 12.1.044-89.
Горючие строительные материалы по токсичности продуктов горения подразделяются на четыре группы:
· Т1 – малоопасные;
· Т2 - умеренной опасности;
· ТЗ – высоко опасные;
· Т4 – чрезвычайно опасные.
Группы строительных материалов по токсичности продуктов горения устанавливаются по ГОСТ 12.1.044-89.
Есть органические материалы, которые при действии огня не дают открытого пламени (не горят), но спекаются, оплавляются и выделяют при этом целый ряд вредных для здоровья человека газов.
Если древесина и пенополистирол при горении выделяют только два вида газов (СО - угарный газ, СO2 - углекислый газ), то другие пластмассы выделяют фенол, оксид алюминия, серы и иные вредные вещества.
Заключение о пожарной опасности материалов можно сделать после стандартных испытаний методом калориметрии в сертифицированных испытательных центрах Всероссийского Научно - Исследовательского Института Противопожарной Обороны (ВНИИПО).
Образец помещают в герметически закрываемую огневую камеру, в которую подают воздух и из которой отсасывают газообразные вещества, образующиеся при разложении материала, фиксируется время и характер возгорания.
Согласно СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений" строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Под огнестойкостью понимают способность строительной конструкции сопротивляться воздействию огня и воды при пожаре.
Предел огнестойкости- это время в минутах с момента начала пожара до выхода конструкции из строя (до потери несущей способности, обрушения, появления необратимых деформаций или образования сквозных трещин), или прогрева до повышения температуры на противоположной от огня поверхности порядка 220°С, выше которой возможно самовоспламенение органических материалов. Например, предел огнестойкости не пропитанных антипиренами конструкций дома - 15-20 мин, стального каркаса ~ 30 мин.
Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует класс её пожарной опасности.
Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний:
· Потеря несущей способности (R);
· Потеря целостности (Е);
· Потеря теплоизолирующей способности (1).
Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливаются по ГОСТ 30247.2-97. При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления признаков Е.
По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса:
· КО – не пожароопасные;
· К1- мало пожароопасные;
· К2 – умеренно пожароопасные;
· КЗ - пожароопасные.
Класс пожарной опасности строительных конструкций устанавливается по ГОСТ 30403-96.
Здание и пожарные отсеки (части) зданий, выделенные противопожарными стенами (брандмауэрами) подразделяются по степеням огнестойкости согласно таблице. Пожарная опасность заполнения проёмов, ограждающих конструкций зданий, дверей, ворот, окон и люков не нормируется, за исключением специально оговоренных случаев. Существует несколько приёмов повышения огнестойкости строительных конструкций.
1. Конструктивные мероприятия:
· удаление горючих элементов (дерево, пластмассы) от источников нагревания (от печей, каминов и других отопительных приборов) на 30-40 см;
· устройство несгораемых стен - брандмауэров в зданиях складов, пакгаузов, других протяжённых сооружениях (более 30 м) из негорючих стен (чаще всего из керамического кирпича);
· устройство огнезащитных дверей (например, при входе на чердак, мансарду), огнезащитных перегородок и другие.
2. Огнезащита строительных конструкций:
· Пропитка материалов антипиренами;
· Покрытие поверхности огнезащитными красками (толщиной до 200 мкм);
· Обмазка огнезащитными пастами (огнестойкой мастикой) толщиной до 2 см;
· покрытие поверхности огнезащитными штукатурными растворами (толщиной > 2 см);
· Покрытие огнестойкими стеклообоями;
· Защита конструкции жёсткими экранами - огнестойкими листами, плитами, панелями;
Полезно сравнить строительные нормы, определяющие теплопотребление в зданиях действовавшие у нас в стране и за рубежом в 90 годы:
Из таблицы видно, что теплоизоляция нашего жилья в России была не только в четыре раза ниже, чем в более теплой Швеции, но и намного ниже, чем в Германии и в такой весьма теплой стране как США. Именно это определяет особую актуальность для нее с одной стороны иметь эффективную систему теплоснабжения, с другой – необходимость максимально эффективного и экономного расходования тепловой энергии.
Львиная доля вырабатываемой тепловой энергии страны расходуется на отопление зданий различного, в первую очередь - жилого назначения.
Так, по отдельным источникам только на отопление жилых и общественных зданий расходуется более 400 млн. тонн условного топлива в год, что составляет 44% от общего их потребления в стране.
Наши здания являются неэффективными с точки зрения энергоиспользования. Примерно 80% процентов жилого фонда составляют дома из сборного железобетона с термическим сопротивлением наружных стен менее 1 м2°С/Вт. В связи с переходом России ко второму этапу программы по теплосбережению (Согласно Постановлению №18-81 Министерства строительства РФ от 11.08.95., начиная с 1.09.95г. - проектирование, а с 1.07.96 - новое строительство и капитальный ремонт зданий должны вестись в соответствии с изменением №3 СНиП II -3-79 "Строительная техника") изменено приведенное сопротивление теплопередаче, например для Москвы и московского региона термическое сопротивление стен с 1 января 2000 года должно быть повышено и составлять не менее; м2°С/Вт:
· 3,5 - жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы;
· 3,0 - общественные, кроме указанных выше, административные;
· 2,2 - производственные здания.
Отечественный и зарубежный опыт показал, что увеличение термического сопротивления наружных стен путем увеличения их толщины экономически не целесообразно. Для нового строительства и реконструкции существующих зданий целесообразно применение многослойных конструкций с применением утеплителей.