Теплоизоляционные материалы, свойства, области применения. Основные современные теплоизоляционные материалы. Достоинства, недостатки.

Основные свойства теплоизоляционных материалов

Теплопроводность

В общем виде теплопроводность можно представить как функцию многих переменных.

У ряда материалов - особенно волокнистых - теплопроводность с увеличением средней плотности вначале резко уменьшается, а затем возрастает примерно пропорционально увеличению средней плотности материала. Это можно объяснить тем, что при очень малой средней плотности и большом количестве крупных пор теплопроводность с конвекцией растет. С ростом плотности увеличивается доля передачи тепла кондукцией.

Таким образом, можно констатировать, что теплопроводность является важнейшей технической характеристикой ТИМ. От нее зависит напрямую термическое сопротивление ограждения R(терм), кв.мК/Вт

Повышение эффективности теплоизоляции достигается применением высокопористых материалов и устройством многослойных конструкций с воздушными прослойками.

Пористость ТИМ колеблется от 70 % до 99,9 % по объему. Если поры материала заполнены воздухом, то при высокой пористости он имеет небольшую теплопроводность (теплопроводность воздуха равна 0,027 Вт/мК).

Температуростойкость является весьма важным свойством теплоизоляционных материалов, особенно при использовании их для изоляции промышленного оборудования, работающего при высоких температурах. Характеризуют температуростойкость материалов технической и экономической предельными температурами применения. Под технической температурой понимают ту температуру, при которой материал может эксплуатироваться без изменения технических свойств.

Паропроницаемость

ТИМ с сообщающимися открытыми порами пропускают значительное количество водяного пара, почти столько же, сколько воздуха. Благодаря малому сопротивлению паропроницаемости они почти всегда сухие; конденсация пара наблюдается в основном в следующем слое на более холодной стороне ограждения.

Во избежание конденсации водяного пара, теплая сторона должна обладать большей паронепроницаемостью, чем холодная сторона, а также воздухонепроницаемостью.

Воздухонепроницаемость

Теплоизолирующие свойства основываются на том, что предотвращается движение воздуха внутри изоляции.

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. Они могут применяться также в качестве ветрозащиты.

Ветрозащитные свойства.

При устройстве теплоизоляции наружных стен и других вертикальных конструкций, воспринимающих напор ветра, следует помнить, что при скорости ветра 1 м/с и выше необходимо поверхность ТИМ покрывать ветрозащитным слоем. (См. «Общие рекомендации по использованию ТИМ»).

Химическая стойкость

Минеральные ТИМ обладают хорошей стойкостью к действию органических веществ, таких как масла и растворители. Также слабые кислые или щелочные вещества не вызывают проблем.

В условиях нормальной влажности они не способствуют коррозии, хотя и не могут предотвратить ее. Поэтому все металлические элементы должны быть выполнены из антикоррозийного материала.

Область применения

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 и др.), сократить расход топлива на отопление зданий, уменьшить потери тепла в промышленных агрегатах. Теплоизоляционные материалы обеспечивают надлежащий комфорт в жилых помещениях, улучшают условия труда на производстве, снижают случаи травматизма.

Применение в строительстве, например, облегченных кирпичных стен вместо сплошной кирпичной кладки позволяет в 2-2,5 раза сократить потребность в кирпиче, цементе и извести, в 3 раза снизить массу конструкции, а также значительно уменьшить транспортные затраты.

Хороший эффект дает использование теплоизоляционных материалов для изоляции тепловых агрегатов, технологической аппаратуры и трубопроводов, что позволяет снизить расход топлива за счет уменьшения теплопотерь.

Очень важным считается использование теплоизоляционных материалов в различных холодильных установках для снижения потерь холода (стоимость получения единицы холода примерно в 20 раз выше получения единицы тепла).

• Пенополистирол

.

К достоинствам следует отнести более низкую, чем у минеральной ваты, теплопроводность, а также низкую стоимость материала.
Недостатками являются меньшая, чем у минеральной ваты, паропроницаемость, высокая трудоемкость работ (сложнее подогнать «в размер» при установке) и более высокая горючесть материала, что вызывает ограничения при его использовании. По этой же причине он не рекомендуется для вентилируемых фасадов каменных домов. Поэтому единственная область применения пенополистирола — в мокрых системах утепления фасадов с последующим оштукатуриванием. Низкая паропроницаемость делает невозможным использование пенополистирола для утепления деревянных фасадов.

• Минеральная вата на каменной основе

.

Волокна данного материала способны выдерживать, не плавясь, температуру свыше 1000°. Благодаря этому свойству минеральная вата не только препятствует распространению огня и высоких температур, но и защищает от возгорания конструкции из горючих материалов. Минеральная вата является гидрофобным материалом, практически не впитывающим в себя влагу (жидкость, попавшая на поверхность материала, не проникает в его толщу), поэтому теплозащитные свойства влажного материала не ухудшаются. Минеравльная вата имеет очень высокую сопротивляемость механическим воздействиям, т.к.. т.к. она состоит из тончайших волокон расположеных хаотично в горизонтальном и вертикальном направлении, под различными углами друг к другу. Благодаря такому расположению волокна сплетаются между собой, обеспечивая высокую жесткость изделий.

• Экструдированный пенополистирол пеноплекс

.

Процесс экструдирования придает пенополистиролу материалу однородную структуру, состоящую из мелких закрытых ячеек размером 0,1-0,2 мм. Именно благодаря ячеистой структуре изоляционные плиты из пеноплекса имеют целый ряд преимуществ: низкая теплопроводность; высокая механическая прочность; отсутствие капиллярности; практически нулевое водопоглощение; устойчивость к циклам замораживания-оттаивания; долговечность.
Основной недостаток при использовании для наружнего утепления стен - отсутствие паропроницаемости.

• Пеностекло

.

Новый материал на российском рынке. Вспененное стекло обладает присущими только ему уникальными теплофизическими и эксплуатационными свойствами - широкий температурный диапазон применения, непроницаемость для воды и водяного пара, абсолютная негорючесть, стабильность размеров (не дает усадки), высокие прочностные показатели, долговечность, экологическая безопасность, стойкость к агрессивным средам, удобство монтажа. Благодаря своим достоинствам теплоизоляция из вспененного стекла имеет самый широкий диапазон применения. Теплоизоляционные блоки из пеностекла являются - особопрочной, негорючей теплоизоляцией. Благодаря этому изоляция из пеностекла имеет неоспоримое преимущество при использовании в криогенной технике, на пожаро- и взрывоопасных производствах, на особенно важных капитальных объектах.
Недостаток - пеностекло хрупкий и абсолютно невпитывающий материал, поэтому возникают трудности при монтаже. Для монтажа на пожароопасных объектах рекомендуется использовать полимерцементные клеи с повышенной эластичностью и адгезией типа ЭМФИФЛЕКС.

• Теплоизоляционные штукатурки

.

Улучшить теплотехнические характеристики строящихся и эксплуатируемых зданий можно, применив теплые штукатурки. В нашей стране не заслуженно мало внимания уделяется этому эффективному материалу. Штукатурка может быть нанесена при выполнении работ как на наружную, так и на внутреннюю поверхность зданий. В состав входят теплоизоляционный наполнитель, связующее и добавки. Помимо перлита в качестве наполнителя могут быть использованы гранулы пенополистирола, пеностекла и т. д., но наиболее переспективными и экологичными являются неорганические наполнители типа Перлит. Связующее - цемент, гипс. При толщине слоя 4-6 см сопротивление теплопередаче кирпичных стен может быть увеличено в 1,5-2 раза. Хорошо сочетаются перлитовые штукатурки с ячеистым бетоном, пенобетоном и другими материалами, особенно в тех случаях, где необходимо обеспечить необходимую газопроницаемость.
Недостатков нет.

• Ячеистый бетон (пенобетон и газобетон)

.

Пенобетон предотвращает значительные потери тепла зимой, не боится сырости, позволяет избежать слишком высоких температур летом и регулировать влажность воздуха в комнате путём впитывания и отдачи влаги, тем самым способствуя созданию благоприятного микроклимата (Микроклимат деревянного дома). Пенобетон обладает относительно высокой способностью к поглощению звука. В зданиях из ячеистого бетона обеспечиваются действующие требования по звукоизоляции. Благодаря пористой структуре пенобетон является и конструкционным и теплоизоляционным материалом. Его теплоизолирующая способность в 3 – 3,5 раза выше, чем у кирпичной стены. Стандартный пеноблок размером 200х188х388 имеет массу всего 11 кг, что позволяет значительно снизить транспортные и монтажные расходы, снизить трудоемкость работ. При низкой объемной массе пенобетон имеет достаточно высокую прочность на сжатие (3,5-5,0 МПа). Максимальная этажность здания с несущими стенами из пенобетона Д-900 три этажа. Пенобетон относится к негорючим материалам, выдерживает одностороннее воздействие огня в течении не менее 5 - 7 часов. Пеноблоки не подвержены гниению и старению. Большое значение имеет такое свойство пенобетона, как легкая обрабатываемость простейшими инструментами. Пеноблоки легко пилятся, сверлятся, штрабятся, гвоздятся.

• Теплоизоляционные материалы из стекловолокна

.

Наряду с тем, что стекловолоконные материалы пожаробезопасны, экономичны при транспортировке, удобны в работе, они имеют очень низкие коэффициенты теплопроводности (в пределах от 0,035 до 0,044 Вт/мК). Низкая теплопроводность стекловолокна объясняется способностью волокон прочно удерживать воздух, который обладает отличными теплоизолирующими свойствами. Поэтому изоляция из стекловолокна надежно защищает от холода зимой и жары летом. Стекловолокно производится из неорганических веществ, а значит, само по себе не способствует появлению плесени и гнили. Нет опасности, что при попадании воды ухудшатся теплоизолирующие свойства стекловолокна. Оно по своей природе негигроскопично: как впитывает влагу, так и быстро отдает ее.
Недостаток. В строительной конструкции был предусмотрен вентиляционный зазор, который способствует выведению влаги из конструкции.
недостатком является старение связующего компонента, и, как следствие, разрушение структуры материала.

• Плиты и рулоны из прессованной пробки

.

Материал изготавливается из наружного слоя коры средиземноморского пробкового дуба. Изделия из прессованной пробки имеют привлекательный внешний вид, они экологически чисты и применяются для внутреннего утепления жилых помещений, в основном стен, одновременно выполняя функцию декоративной отделки. Пробка часто используется для утепления полов. Теплоизоляционные пробковые щиты могут быть использованы и для утепления фасадов и наружных стен.
Основной недостаток – высокая стоимость.

• Пенофольгированный утепляющий материал

.

Чрезвычайно интересным видом современных утеплителей является слой полиэтиленовой пены, зажатый с двух сторон алюминиевой фольгой. Характерные особенности этого материала — и малый вес и низкий коэффициент теплопроводности (почти в 1,5 раза меньше, чем у стеклянных и базальтовых утеплителей). Немаловажное достоинство — простота монтажа этого утеплителя: он крепится к стенам с помощью строительного степлера.
Как недостаток стоит отметить то, что этот утеплитель абсолютно паро– и газонепроницаем, т.е. помещение перестает «дышать» и, если его не вентилировать, можно столкнуться с эффектом термоса или парника.