Эффективные утеплители в ограждающих конструкциях зданий

Б. М. Шойхет, канд. техн. наук, зав.отделом,

Л. В. Ставрицкая, гл. специалист, АО “Теплопроект”

Новое строительство, реконструкция и капитальный ремонт зданий в Российской Федерации осуществляется в соответствии с новыми, повышенными требованиями к теплозащите ограждающих конструкций, определяемыми Изменением № 3 к СНиП II-3-79* “Строительная теплотехника”

Введение новых, более жестких, нормативов по энергосбережению вызвало необходимость радикального пересмотра принципов проектирования и строительства зданий, т. к. применение традиционных для России строительных материалов и технических решений не обеспечивает требуемого по современным нормам термического сопротивления наружных ограждающих конструкций зданий.

В новом строительстве все большее распространение получают трехслойные конструкции стен из кирпича, легкобетонных блоков и панелей или монолитного железобетона, в которых предусмотрено применение эффективных утеплителей в качестве среднего слоя между несущей или самонесущей стеной и защитно-декоративной облицовкой.

Рациональным и эффективным способом повышения теплозащиты эксплуатируемых зданий является дополнительное наружное утепление их ограждающих конструкций.

При новом строительстве используется как наружное утепление, так и применение эффективных утеплителей в качестве среднего слоя в трехслойных ограждающих конструкциях из кирпича и бетона.

Существующие варианты утепления зданий отличаются как конструктивными решениями, так и используемыми в конструкциях материалами.

Необходимый уровень теплозащиты наружных ограждений зданий определяется  требованиями СНиП II-3-79* в зависимости от продолжительности отопительного периода (ГСОП) для каждого региона.

В современной практике наибольшее применение получили следующие типы конструктивных решений по утеплению зданий:

- трехслойные стены с утеплителем в качестве среднего слоя и наружной облицовкой из кирпича. Различают конструкции с вентилируемым зазором и без него;

- наружное утепление зданий со штукатурным покрытием;

- наружное утепление стен с вентилируемым зазором и облегченной защитно-декоративной облицовкой изделиями типа “сайдинг”, “ранила”, “этернит” и др. 

Физико-технические свойства используемых теплоизоляционных материалов оказывают определяющее влияние на теплотехническую эффективность и эксплуатационную надежность конструкций, трудоемкость монтажа, возможность ремонта в процессе эксплуатации и в значительной степени определяют сравнительную технико-экономическую эффективность различных вариантов утепления зданий.

Теплоизоляционные материалы в конструкциях утепления зданий должны соответствовать требованиям пожарной безопасности по СНиП 21-01-97, иметь гигиенические сертификаты, не выделять токсичные вещества в процессе эксплуатации и при горении.

На долговечность и стабильность теплофизических и физико-механических свойств теплоизоляционных материалов в конструкциях утепления зданий влияют как конструктивные особенности, так и эксплуатационные факторы, включая:

• знакопеременный температурно-влажностный режим теплоизоляционных конструкций;

• возможность капиллярного и диффузионного увлажнения теплоизоляционного материала в конструкции;

• воздействие ветровых нагрузок и температурных деформаций элементов ограждающих конструкций;

• механические нагрузки от собственного веса материала в конструкциях стен и внешние нагрузки (люди, оборудование при монтаже и ремонте) в конструкциях крыш и перекрытий.

С учетом указанных факторов теплоизоляционные материалы для утепления зданий должны отвечать следующим общим требованиям:

• теплоизоляционный материал должен обеспечивать требуемое сопротивление теплопередаче при возможно минимальной толщине конструкции, что достигается применением материалов с расчетным коэффициентом теплопроводности 0,04–0,06 Вт/(м•К);

• паропроницаемость материала должна иметь значения, исключающие возможность накопления влаги в конструкции в процессе ее эксплуатации;

• плотность теплоизоляционных материалов для утепления зданий ограничивается допустимыми нагрузками на несущие конструкции и имеет значение не более 200–250 кг/м³;

• прочностные и деформативные характеристики материала, определяемые такими показателями, как сжимаемость, предел прочности на сжатие при 10% деформации, предел прочности на растяжение, прочность на отрыв слоев, должны обеспечивать формостабильность и эксплуатационную надежность материала в ограждающих конструкциях;

• морозостойкость;

• гидрофобность и водостойкость;

• биостойкость и отсутствие токсичных выделений при эксплуатации.

В отечественной практике в строительных конструкциях наибольшее применение нашли теплоизоляционные изделия из минеральной ваты, стекловолокна и пенополистирола.

Минераловатные изделия для применения в строительных конструкциях представлены на отечественном рынке продукцией предприятий АО “Термостепс”, АКСИ (г. Челябинск), АО “Тизол”, Назаровского ЗТИ и завода “Комат” (плиты теплоизоляционные на синтетическом связующем по ГОСТ 9573-96 и ТУ 5762-010-04001485-96, гофрированные плиты по ТУ 5762-001-05299710-94, плиты повышенной жесткости по ГОСТ 22950-95), теплоизоляционными изделиями ЗАО “Минеральная Вата”; импортными материалами фирм “Роквул”, “Партек”, “Изомат” и др.

Наиболее крупными производителями теплоизоляционных изделий из стекловолокна на территории России являются ОАО “Флайдерер-Чудово” и ЗАО “Мостермостекло”. Инофирмы представлены фирмой “Изовер”.

Теплоизоляционный пенополистирол выпускается предприятиями NESTE “ПеноПласт”(Санкт-Петербург), АО “Стройпластмасс” (Моск. обл.), СП “ТИГИ-Кнауф” (Моск. обл.). В г. Реж (Свердловская обл.) освоено производство экструдированного пенополистирола ЭППС ТУ 2244-002-17953000-95, который может применяться для устройства инверсионных кровель.

Эффективным материалом для утепления покрытий зданий является пока еще мало применяемое в отечественном строительстве пеностекло “Фомглас”, выпускаемое фирмой “Питтсбург Корнинг” (“Pittsburgh Corning”) .

Преимуществом минераловатных материалов в строительных конструкциях  является их негорючесть.

Теплоизоляционные материалы из стекловолокна относятся к категории НГ или Г1 по ГОСТ 30244 в зависимости от их плотности и количества связующего. Теплоизоляционные изделия из стекловолокна имеют хорошие деформативные характеристики и отличаются виброустойчивостью.

Повышенная упругость позволяет транспортировать маты из стекловолокна в виде рулонов. В развернутом виде они возвращаются практически к исходной толщине.

Теплоизоляционные пенопласты относятся к горючим или трудногорючим материалам (группы Г1 – Г4) по ГОСТ 30244, что ограничивает область их применения и требует принятия специальных технических решений, обеспечивающих пожаробезопасность зданий.

В 1999–2000 гг. институтом “Теплопроект” разработаны “Рекомендации по применению теплоизоляционных материалов в конструкциях наружного утепления зданий первых массовых серий”, “Рекомендации по применению минераловатных цилиндров ЗАО “Минвата” в конструкциях промышленной тепловой изоляции”, “Рекомендации по применению материалов “URSA” в ограждающих конструкциях зданий”. Институтом разработана компьютерная программа для расчета температурно-влажностного режима ограждающих конструкций зданий и сооружений.

В таблице приводится ориентировочная классификация по назначению представленных на отечественном рынке волокнистых теплоизоляционных материалов для использования в ограждающих конструкциях зданий, разработанная на основе анализа физико-технических свойств и эксплуатационных характеристик материалов с учетом рекомендаций производителей и специфики условий эксплуатации. Физико-технические характеристики указанных материалов приводятся в соответствующих государственных стандартах, технических условиях или рекламных проспектах.

Для теплоизоляционных материалов из минерального и стеклянного волокна, применяемых в наружных ограждающих конструкциях зданий, особенно важным является показатель водостойкости. Учитывая возможность периодического увлажнения теплоизоляционных материалов в конструкции, показатель водостойкости в значительной степени определяет их долговечность.

Водостойкость стеклянных волокон существенно зависит от химического состава и диаметра волокна. Увеличение содержания щелочных окислов и уменьшение диаметра волокна приводит к снижению водостойкости материала.

Учитывая негативное влияние влаги на долговечность минеральных волокон и стеклянных волокон щелочного состава, при разработке конструкций с применением теплоизоляционных материалов из минерального и стекловолокна необходимо предусматривать технические решения, ограничивающие деструктивное воздействие влаги на материал в процессе эксплуатации. К таким решениям относятся гидрофобизация материалов в процессе производства и применение конструктивных решений, предотвращающих или ограничивающих возможность конденсации влаги в конструкции.

За счет гидрофобизации волокнистых материалов снижается их смачиваемость, т. е. уменьшается поверхность взаимодействия волокон с капельной влагой, что приводит к повышению водостойкости и, соответственно, долговечности материала.

Предотвращение конденсации паров воды в конструкции достигается конструктивными решениями, а именно – соответствующим расположением слоев материалов с различной паропроницаемостью и введением при необходимости дополнительных паровых барьеров, снижающих диффузионный поток влаги и предотвращающих или ограничивающих конденсацию. 

Для обеспечения долговременной стабильности свойств теплоизоляционные материалы из стекловолокна и минеральной ваты, применяемые в наружных ограждающих конструкциях зданий, должны быть гидрофобизированы в процессе производства.

При выборе марки утеплителя для конкретной конструкции следует учитывать, что гидрофобизированные материалы большей плотности характеризуются более высокой долговечностью (т. е. сроком эксплуатации без разрушения) при одновременно более высокой стоимости, обусловленной повышенными затратами при производстве. Поэтому при проектировании руководствуются как ценовыми показателями материалов, так и расчетным сроком службы здания.

Значения теплотехнических характеристик строительных, в том числе теплоизоляционных, материалов в конструкциях под воздействием эксплуатационных факторов изменяются во времени и могут существенно отличаться от значений, получаемых при лабораторных испытаниях и указанных в технических условиях.

Поэтому при проектировании используют расчетные значения коэффициента теплопроводности материалов, учитывающие изменение этого показателя при увлажнении в конструкции в эксплуатационных условиях.

Значения расчетного коэффициента теплопроводности волокнистых теплоизоляционных материалов, включенных в приложение 3 СНиП II-3-79*, для условий эксплуатации А превышает его значение в сухом состоянии в 1,1–1,15 раза, а для условий эксплуатации Б в 1,2–1,25 раза. 

Для новых в российской практике теплоизоляционных материалов значение расчетных коэффициентов теплопроводности при расчетной массовой влажности определяется при сертификационных испытаниях методом стационарного теплового потока по ГОСТ 7076-87 “Материалы и изделия строительные. Методы определения теплопроводности”.

Следует отметить, что использование этого метода для испытания влажных теплоизоляционных материалов является некорректным, т. к. при измерениях возникают значительные погрешности, обусловленные протеканием нестационарных процессов фазовых превращений и влагопереноса в испытуемых образцах.

Кроме того, для материалов плотностью менее 50 кг/м³ различие между теплопроводностью в сухом и увлажненном состоянии при расчетном массовом отношении влаги в условиях эксплуатации А и Б, соответственно, 2% и 5% часто не превышает погрешность измерений по ГОСТ 7076, составляющую 7%, что также исключает возможность применения этого метода для влажных теплоизоляционных материалов.

В зарубежной практике значения этого показателя принимаются методом экспертной оценки для групп материалов, близких по структурным и физическим характеристикам. Так, например, в Германии для волокнистых теплоизоляционных материалов расчетное значение коэффициента теплопроводности принимается с учетом его увеличения на 2% при увеличении влажности по массе на 1%. Аналогичный подход, учитывающий условия применения, принят и в Дании, являющейся крупнейшим производителем минераловатных теплоизоляционных материалов.

Представляется целесообразным в отечественной практике при определении расчетных коэффициентов теплопроводности теплоизоляционных материалов ввести аналогичный подход, что исключит необходимость проведения большого количества ненужных испытаний и повысит достоверность рекомендуемых для использования при проектировании данных. Практически этот подход может быть реализован при пересмотре в 2000 г. СНиП II-3-79* “Строительная теплотехника”.

Реализация новой для России концепции строительства с использованием эффективных утеплителей должна осуществляться на основе детального анализа как свойств, рекомендуемых к применению материалов, включая их долговечность и эксплуатационную надежность, так и применяемых конструктивных решений с учетом эксплуатационных особенностей конструкций, протекающих в них физических и химических процессов и требований экологической и пожарной безопасности.

тел. (095) 471-3226