Теплоізоляційні матеріали. Вибір теплоізоляційних матеріалів

Автор:
Suliko

Як вибрати теплоізоляційний матеріал, який Вам потрібен? Для цього треба розуміти як працює теплоізоляція, а для цього трохи зануримося в науку.

Зміст: (приховати)

Теплоізоляційні матеріали. ВведениеОсновные характеристики теплоізоляційних материаловНеорганические матеріали та вироби (волокнисті теплоізоляційні матеріали)Мінеральна ватаМаты і плити з базальтової ватыСтекловатаПеностекло (пористе скло)Теплоізоляційні матеріали та вироби з різного рослинного сырьяЦеллюлозная ватаДревесноволокнистые(ДВП) і деревостружкові плити (ДСП)Пробкова теплоизоляцияПолимерная теплоізоляція (Пінопласт)Полістирольні пенопластыПенополиуретанЭкструдированный пенополистиролВспененный каучукВспененный полиэтиленАнализ основних особливостей каучуку, поліетилену і мінеральної ватыВыводы

Теплоізоляційні матеріали. Введення

Теплоізоляційні матеріали – це будівельні матеріали і вироби, які мають малу теплопровідність, призначені для:

• Теплової захисту будинків;
• Для технічної ізоляції (для ізоляції різних інженерних систем, наприклад труб);
• Захист від нагрівання (теплоізоляція холодильних камер).

 

Існують три види теплопередачі:

Теплопровідність, конвекція і випромінювання.

Три види теплопередачі

Теплопровідність – це перенесення тепла за рахунок руху молекул. Теплоізоляційні матеріали уповільнюють рух молекул. Але зупинити цей рух зовсім неможливо. Найкращий коефіцієнт теплопровідності –це теплопровідність сухого повітря (нерухомого) становить 0,023 Вт/(м*С), іншими словами молекули рухаються повільніше всього в сухому повітрі. Тому, при виробництві будівельних матеріалів використовують основний принцип – утримання повітря в порах або комірках матеріалу. І отже, чим нижче коефіцієнт теплопровідності – тим краще теплоізоляція. Так що , як правило, теплоізоляційні матеріали — це правильно упакований повітря.

Ось так виглядають при збільшенні теплоізоляційні матеріали:

Пінопласт

 
Базальтова вата

Піноскло

Як видно на фотографіях, сам матеріал (стінки комірок або волокна) займає мінімум місця, головне їх завдання «затримати» повітря.

Матеріали, що мають дуже низький коефіцієнт теплопровідності, називають теплоізоляторами. Якщо теплоізоляція застосовується для утримання тепла всередині ізолюються об’єкта, такі матеріали можуть називатися утеплювачами. Але зараз вже ніхто не розмежовує ці два поняття. Теплоізоляцію називають утеплювачем і навпаки.

І також існує відбиваюча теплоізоляція, яка зберігає тепло за рахунок відбиття інфрачервоного «теплового» випромінювання. Про неї розповім окремо, після огляду основних матеріалів.

Основні характеристики теплоізоляційних матеріалів

Основною характеристикою є теплопровідність.

Коефіцієнт теплопровідності λ — характеризує теплопровідність матеріалу, він дорівнює кількості теплоти, що проходить через матеріал товщиною 1 м і площею 1 м2 за годину при різниці температур на двох протилежних поверхнях в 10°С. Вимірюється в Вт/(м*К) або Вт/(м*С). Теплопровідність залежить від вологості матеріалу (вода проводить тепло в 25 разів краще, ніж повітря, тобто матеріал не буде виконувати свою теплоізоляційну функцію, якщо він мокрий) і його температури., хімічного складу матеріалу, структури, пористості.

Пористість — частка обсягу пір в загальному обсязі матеріалу. Для теплоізоляції пористість починається від 50% до 90…98% (наприклад, у пористих пластмас). Вона визначає основні властивості теплоізоляції: щільність, теплопровідність, міцність, газопроникність та ін. Важливо рівномірний розподіл повітряних пор у матеріалі і характер пір. Пори бувають відкриті, закриті, великі, дрібні.

Крім цього, важливі та інші характеристики :

Щільність — відношення маси матеріалу до займаного ним об’єму, кг/м3 .

Паропроникність — величина, чисельно рівна кількості водяної пари в миллиграмах, яке проходить за 1 годину через шар матеріалу площею 1 кв м і товщиною 1 м за умови, що температура повітря в протилежних сторін шару однакова, а різниця парціального тиску водяної пари дорівнює 1 Па.

Вологість — вміст вологи в матеріалі. Дуже важливою характеристикою є сорбційна вологість (рівноважна гігроскопічна вологість матеріалу, при різній температурі і відносній вологості повітря).

Морозостійкість — це здатність матеріалу вбирати і утримувати в порах вологу при прямому контакті з водою. Визначається кількістю води, поглощаемым матеріалом з нормальною вологістю коли він перебувати у воді, до маси сухого матеріалу.

Значно знизити водопоглинання мінеральної вати допомагає гідрофобізація ( вводять спеціальні добавки, що відштовхують вологу)

Біостійкість — здатність матеріалу протистояти дії мікроорганізмів, грибків і деяких видів комах. Мікроорганізми живуть там, де є волога, тому для підвищення біостійкості теплоізоляція повинна бути водостійкою.

Вогнестійкість — здатність конструкцій протягом певного часу витримувати без руйнування вплив високих температур. Докладніше про це в документі ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ОБ’ЄКТІВ БУДІВНИЦТВА ДБН Ст. 1.1.7-2002.

Показники пожежної безпеки — горючість (М), займистість, поширення полум’я на поверхні (РП), дымообразующая здатність (Д) і токсичність продуктів горіння (Т). Детально це описано в статті Як вибрати і купити якісний утеплювач.

Міцність – межа міцності при стисненні коливається від 0,2 до 2,5 МПа. Якщо міцність при стиску вище 5 МПа, то матеріали називають теплоізоляційно-конструктивними і використовують для несучих огороджувальних конструкцій.

Межа міцності при вигині (показник для плит, шкаралуп, сегментів) і межа міцності при розтягуванні (для матів, повсті тощо) потрібні для того, щоб визначити чи достатня міцність для збереження матеріалу при транспортуванні, складуванні, монтажі.

Температуростійкість – це температура, вище якої матеріал змінює свою структуру, втрачає механічну міцність і руйнується, а органічні матеріали можуть загорятися.

Теплоємність – це кількість теплоти, акумульоване теплоізоляцією, кДж/(кг°С). Важлива характеристика в умовах частих теплозмін.

Морозостійкість – здатність витримувати багаторазове зміна температур від стадії заморожування до стадії відтавання поперемінно, без видимих ознак порушення структури.

Види теплоізоляційних матеріалів можна розділити на деякі групи.

Неорганічні матеріали та вироби (волокнисті теплоізоляційні матеріали)

Мінеральна вата

Будь волокнистий утеплювач, одержуваний з мінеральної сировини ( мергелів, доломітів, базальтів та ін) Мінеральна вата високопориста (до 95% обсягу займають повітряні порожнечі), тому у неї високі теплоізоляційні властивості. Ось цю схемка допоможе Вам розібратися в назвах матеріалів:

Волокно, яке отримують з розплаву, скріплюється у виріб з допомогою сполучного, (найчастіше це фенолформальдегидная смола). Є вироби, які називаються прошивні мати – у них матеріал зашивається в склотканина і прошивається нитками.

Таблиця 1. Види теплоізоляційних виробів і їх характеристики

Мінеральна вата займає одне з перших місць серед теплоізоляції, це пов’язано з доступністю сировини для її виробництва, нескладною технологією отримання, і як наслідок — доступною ціною. Про її теплопровідності сказано вище, відзначу наступні її переваги:

• Не горить;
• Мало гігроскопічна ( при попаданні вологи тут же її віддає, головне — забезпечити вентиляцію);
• Гасить шум;
• Морозостійка;
• Стабільність фізичних і хімічних характеристик;
• Тривалий термін експлуатації.

Недоліки:

• При попаданні вологи втрачає теплоізолюючі властивості.
• Вимагає пароізоляційної і гідроізоляційної плівки при монтажі.
• Поступається по міцності (наприклад, піноскла).

Мати і плити з базальтової вати

• Високі теплоізоляційні властивості;

• Витримує високі температури, не втрачаючи теплоізолюючі властивості;

Базальтова вата

Таблиця 2. Застосування базальтової вати і ціноутворення

За основу бралися середні ціни на вату європейського виробництва.

Скловата

Виробляють її з волокна, яке отримують з тієї ж сировини, що і скло (кварцовий пісок, вапно, сода).

 
Скловата

Випускають у вигляді рулонних матеріалів, плит і шкаралуп (для трубної ізоляції). В цілому її переваги такі ж (див. мінеральна вата). Вона міцніше базальтової вати, краще гасить шум.

Недолік температуростійкість скловати 450°С, нижче, ніж у базальтової (мова йде про ваті, без сполучного). Ця характеристика важлива для технічної ізоляції.

Таблиця 3. Характеристика скловати та її ціноутворення

За основу бралися середні ціни на скловату європейського виробництва.

Піноскло (пористе скло)

Виробляють його шляхом спікання скляного порошку з газообразователями ( наприклад вапняком). Пористість матеріалу 80-95%. Це обумовлює високі теплоізоляційні властивості піноскла.

Піноскло

Переваги піноскла:

• Дуже міцний матеріал;
• Водостійкий;
• Вогнетривкий;
• Морозостійкий;
• Легкий при механічній обробці, у нього навіть можна забивати цвяхи;
• Термін його служби практично неограниче;
• Його «не люблять» гризуни
• Воно біологічно стійке і хімічно нейтральний.

Паронепроникність піноскла — так як воно не «дихає» , це потрібно враховувати при облаштуванні вентиляції. Також його «мінус» це ціна, воно дороге. Тому воно застосовується в основному на промислових об’єктах для плоских покрівель (там де потрібна міцність, і де виправдовуються грошові витрати на таку теплоізоляцію). Випускають у вигляді блоків і плит.

Таблиця 4. Характеристика піноскла

Крім перерахованих матеріалів, є ще цілий ряд матеріалів, які також відносять до цієї групи матеріалів неорганічних теплоізоляційних матеріалів.

Теплоізоляційні бетони бувають: газонаповнені (пінобетон, ніздрюватий бетон, газобетон) і на основі легких заповнювачів (керамзитобетон, перлітобетон, полістиролбетон тощо).

Засипна теплоізоляція (керамзит, перліт, вермикуліт ). Відрізняється високим водопоглинанням, нестійка до вібрації, може дати усадку з часом, що призводить до утворення пустот, вимагає високих витрат при монтажі. У неї є і плюси, наприклад: керамзит володіє високим рівнем морозостійкості і міцності. Вартість керамзиту — 350 грн/м3.

Теплоізоляційні матеріали та вироби з різної рослинної сировини

Целюлозна вата

Целюлозна вата

Целюлозна вата— це деревоволокнистий матеріал, дрібнозернистої структури (наприклад, Ековата). На 80% складається з деревного волокна і на 12% антипірену (борної кислоти) і на 7% з антисептика (бури). Методи укладання матеріалу: мокрий і сухий. При мокрому способі вату видувають, що вимагає спец. установки. Видувають її у вологому стані . В її волокнах знаходиться речовина пектин, який володіє клейкість при зволоженні. За рахунок цього вата і утворює покриття.

Сухий спосіб: можна використовувати установку або просто ручна укладка. Просто засипається вата і трамбується до необхідної щільності.

Таблиця 5. Характераристика целюлозної вати та її ціноутворення

Переваги:

• Низька ціна;
• Монолітність (суцільний) теплоізоляційного шару, і як наслідок, немає «містків холоду»;
• Безпечна при виробництві і монтажі;
• Хороша теплоізолююча здатність;
• Наноситься методом напилення» це дозволяє ізолювати самі поглиблення і зазори, можливо утеплювати нерівні поверхні;
• Не потребує пароізоляції (вона вбирає вологу і віддає, без погіршення теплоізолюючих властивостей, і волога не потрапляє на інші частини конструкцій).

Примітка: щодо «не потребує пароізоляції»,- це не зовсім так. Так заявляє виробник, але в житті все залежить від конструкції утеплення. Наприклад, стіни каркасного будинку пароізоляція обов’язкове. Так що, краще задавайте питання по конкретній конструкції, і потрібно буде вирішувати, які верстви там потрібні.

Недоліки:

• Все-таки це матеріал переважно з деревини, горючий матеріал;
• Більш трудомістка в укладанні;
• Низька міцність на стиск (не підходить для «плаваючих» підлог).

Деревноволокнисті(ДВП) і деревостружкові плити (ДСП)

Листи ДСП і ДВП

При їх виробництві в основному використовують деревні відходи, які просочують синтетичними смолами або маслами, після чого їх термічно обробляють.

Існують наступні види ДВП: тверді, напівтверді, надтверді, ізоляційні, ізоляційно-оздоблювальні та м’які.

М’які і використовують як теплоізоляцію. Застосовують для облицювання каркасних перегородок, стін і стель всередині будівель, як підкладковий матеріал під паркет. Вони застосовується для тимчасових споруд.

• Щільність 250 кг/м3;
• Межа міцності при згині МПа – не менше 1,2;
• Водопоглинання за 2 години, % — не більше 30;
• Теплопровідність — Вт/м°с — не більше 0,07;
• Деревостружкові плити(ДСП);
• Щільність 250 кг/м3;
• Межа міцності при згині МПа – не менше 5;
• Водопоглинання за 2 години, % не більше 80;
• Теплопровідність — Вт/м°с — не більше 0,058;
• Ціни близько 50 грн за м. кв.

Переваги: застосування плит прискорює і здешевлює будівництво. Дешеві.

Недоліки: Їх потрібно захищати від зволоження і гризунів, комах, мікроорганізмів. Горять.

Пробкова теплоізоляція

Теплоізоляція з пробки

Виготовляють з кори коркового дуба. Відмінні риси – матеріал екологічний, легкий, міцний на стиск і вигин, не піддається усадці і гниття. Матеріал легко ріжеться (зручно працювати з ним). Пробка хімічно інертна і довговічна (до 50 років і більше). Існують: чорний (чистий) і агломерат (агломерат — спечені гранули) — виробляються з пробкових гранул, скріплених між собою суберіном (натуральної смолою, що також входить до складу пробки) . При виробництві агломерату не застосовують синтетичних речовин і матеріалів.

Білий агломерат агломерат виготовляється з подрібненої пробкової кори, яку пресують при високій температурі. В якості сполучного речовини тут може виступати органічний клей, смоли або желатин.

Матеріали із пробки не горять, а тліють тільки (при наявності джерела відкритого вогню). Тому їх обробляють складами, щоб вони були негорючими. При тлінні пробка не виділяє шкідливих речовин.

В якості теплоізоляції в основному застосовують плити товщиною 25-50 мм Температура застосування не вище 120°С.

Таблиця 6. Характеристика коркового теплоізоляційного матеріалу

Ціна — чорний агломерат товщина 30 мм – 140 грн м2;

Ціна — білий агломерат товщина 30 мм – 70 грн м2.

Полімерна теплоізоляція (Пінопласт)

Так називають не один матеріал, а ціле сімейство теплоізоляції. Коротко хочу сказати, що вони бувають жорсткими, напівжорсткими і еластичними , також вони поділяються на:

Термопластичні, размягчающиеся при повторних нагреваниях:

• пінополістироли (ПС);
• пенополивинилхлориды (ПВХ).

Термонепластичные, тверднуть при першому циклі нагрівання і не размягчающиеся при повторних нагреваниях:

• поліуретани (ПУ);
• матеріали на основі фенольно-формальдегідні (ФФ);
• епоксидних (Е) і кремнійорганічних (До) смол.

Полістирольні пінопласти

Полістирольний пінопласт

Існує два методи виробництва – безпресовим і пресовий. Зовні практично нічим не відрізняються. Структура матеріалу – це маленькі, скріплені між собою кульки. Матеріал, вироблений пресовим способом більш поширений. Позначається він як ПС. Безпресовим позначається як ПСБ.

Переваги:

• Міцний;
• Високі теплоізоляційні властивості;
• Низьке водопоглинання;
• Недорогий;
• Зручний в роботі;
• Практично не має нижньої тепературной межі застосування (тому підходить для холодильників).

Недоліки:

• Все таки волога проникає в матеріал , при заморожуванні, вода руйнує його структуру;
• Горючий;
• Піддаються деструкції від сонця (жовтіють і розпадаються);
• Не «дихає».

Пінополіуретан

Пінополіуретан отримують при реакції двох рідких компонентів (изоционатів і поліолів), – в результаті якої утворюються мікрокапсули, заповнені повітрям. Якщо інгредієнти (ізоціонат і полиол) змішуються повітрям, то утворюється дрібнодисперсний аерозоль, яка наноситься на поверхню. Цей процес називається напилення пінополіуретану.

Переваги:

• Можливість утеплювати нерівні поверхні;
• Немає стиків (суцільна ізоляція);
• Економить час монтажу;
• Широкий діапазоні температур застосування (від -250°С до +180°С);
• Матеріал біологічно нейтральний, стійкий до мікроорганізмів, цвілі, гниття;
• Високоеластичний матеріал.

Недоліки:

• Горючий, при горінні виділяє токсичні речовини;
• Потребує спеціальної установки для задувки;
• Не «дихає».

Екструдований пінополістирол

ЕППС

Свою назву отримав за методу, яким його виробляють (екструзія). Має міцну, цільну мікроструктуру, що представляє собою закриті осередки, заповнених газом (повітрям). Клітинки непроникні, тому що, на відміну від пінопласту, не мають мікропор, отже, проникнення газу і води з однієї комірки в іншу неможливо.

Переваги:

• Міцніше пінопласту;
• Найнижчий показник водопоглинання;
• Довговічність, не руйнується під дією сонця, атмосферних опадів;
• Низька теплопровідність;
• Інертність (не вступає в реакцію з більшістю речовин);
• Нетоксичний.

Недоліки:

• Горючий;
• Не «дихає».

Таблиця 7. Характеристика екструдованого пінополістиролу різної товщини

Спінений каучук

Таблиця 8. Характеристика спіненого каучуку

Технічна ізоляція на основі каучуку (еластомеру), простіше гуми. Виробляють у вигляді трубок і листів.

Спінений поліетилен

Спінений поліетилен

Технічна ізоляція на основі поліетилену. Виготовляють також у вигляді трубок і листів. Також як технічна ізоляція застосовується базальтова вата.

Аналіз основних особливостей каучуку, поліетилену і мінеральної вати

Таблиця 9. Порівняльна таблиця характеристик теплоізоляційних матеріалів

Відбиваюча теплоізоляція

Відбиваюча теплоізоляція

Виготовляється зі спіненого поліетилену і алюмінієвої фольги.

Застосовується для:

• житлових, промислових будівель;
• лазень і саун;
• холодильних камер;
• ізоляція технологічного обладнання в промисловості;
• ізоляція трубопроводів системи опалення, водопостачання, вентиляції і кондиціонування;
• для транспорту (автомобілі, та ін);
• додаток до основного утеплення.

Таблиця 10. Технічні характеристики відбиває теплоізоляції

Відзеркалюючий ефект випромінюючої енергії, %

до 97

Робоча температура, ° С
-60..+100

Опір теплопередачі, м2·С/Вт
1,2

Водопоглинання, %
0,6 — 3,5

Питома теплоємність, кДж/кг·ºС
1,95 — 2

Масове відношення вологи в матеріалі, %
2

Динамічний модуль пружності (під навантаженням 2-5 кПа), МПа

0,26 — 0,77

Відносне стиснення (під навантаженням 2-5 кПа)
0,09 — 0,2

Коефіцієнт теплопровідності, Вт/м2·ºС
0,037-0,039

Звукопоглащение, дБ(А)
32

Межа міцності при стиску, МПа
0,035

Питома вага, кг/м3
44±10

Коефіцієнт паропроникності, мг/мчПа

0,0011

Коефіцієнт теплозасвоєння (при періоді 24 год), Вт/м·С

0,44 — 0,48

Переваги:

• Відмінні теплоізоляційні властивості, за рахунок відображення сонячної енергії підвищує тепловий опір конструкції, без збільшення її обсягу.
• Відмінна пароізоляція.
• Зниження структурного шуму.
• Стійкість до корозії, впливу УФ-випромінювання, масло — бензо — стійок, не схильний до гниття.
• Довговічність матеріалу до 100 років при збереженні своїх властивостей.
• Зручність монтажу.

Недоліки:

• Працює тільки при наявності повітряного прошарку, важливий правильний монтаж.
• Краще теплоизолируют в жарку погоду, ніж в холодну (тому широко поширена в жарких країнах).
• Не завжди є потрібна товщина ізоляції, складати товщину з 2х шарів економічно не ефективно, вигідніше скомбінувати з ватою.
• Вартість 10-20 грн м2.

Висновки

У цій стаття я перерахувала найпопулярніші матеріали на сьогоднішній день. Є багато матеріалів, які вже застаріли. Постійно з’являються нові технології і матеріали. Як видно, вибір їх великий, і це не випадково. Немає поганих або хороших матеріалів. Кожен матеріал хороший по своєму, і вибір його залежить від:

• доступності матеріалу;
• умов, при яких буде здійснюватися монтаж;
• ціни (скільки Ви готові витратити на утеплення);
• швидкості монтажу (наскільки Вам терміново потрібно зробити роботи);
• чи є у Вас бригада, яка може зробити якісно роботи і т. п.

Увага: Ціни актуальні для України на 2009 рік.