Высокоэффективная экономичная изоляция на основе вспененных полимеров. 

На фоне истощения природных топливных запасов во всем мире все больше и больше внимания уделяется экономии энергоресурсов. Нормативные требования в строительной отрасли регулярно пересматриваются и также регулярно растут. Требования по теплоизоляции строительных конструкций в течение двух последних десятилетий повысились в несколько раз.

Какими же способами удовлетворяются новые требования. Кажущееся самым простым решение – увеличить толщину теплоизоляции. Обоснование таково: тепловой поток, направленный из теплого помещения, возрастает при повышении разности температур на границах теплоизоляции и уменьшается при увеличении ее толщины. Проложили утеплителя в три раза больше, уменьшили во столько же раз мощность системы отопления. Казалось бы, сэкономили.

Но простое решение не означает лучшее. К чему приведет увеличение толщины теплоизоляции? Во-первых, что касается стоимости самого утеплителя. По действующим в данное время нормативам, жилое здание в центральном регионе России с кирпичными стенами толщиной 40см должно иметь толщину изоляции, например минеральной ваты, - примерно 150мм. В том же здании под кровлей слой теплоизоляции эквивалентен толщине минеральной ваты - около 250мм. Если учитывать возросшие санитарно-гигиенические требования, себестоимость теплоизоляции резко вздорожает. Доставка, монтаж, дополнительные материалы, необходимые для крепления увеличившегося объема изоляции, еще больше поднимут цену за утепеление. Во-вторых, что касается тепловой инерции. Чем толще слой изоляции, тем больше тепловой энергии требуется на ее нагрев и, следовательно, понадобится значительно больше времени для смены теплового режима. Представьте, что вы приехали в хорошо утепленный загородный коттедж на выходные зимой, а пока прогреется внутреннее пространство, массив теплоизоляции, стенового материала, и температурный режим войдет в норму, пройдет 2-3 дня. Серийное и индивидуальное строительство не может идти по традиционному пути простого увеличения толщины теплоизоляции. Пришло время пересматривать традиции. Сейчас существует множество теплоизоляционных материалов. Стеновые с теплоизолирующими свойствами - пенобетон, газобетон - не являются утеплителями и все равно требуют дополнительного утепления и установки пароизоляции. Засыпка между кладкой керамзита или подобных материалов вследствие их низких теплоизоляционных свойств крайне нерентабельна. Стекловата не подходит для жилых построек по экологическим параметрам. Минеральная вата и минераловатные плиты имеют средние характеристики по свойствам теплоизоляции, некоторые виды неплохи в плане экологии, но все требуют определенных мер безопасности в процессе монтажа и установки обязательной качественной дополнительной пароизоляции. Понятно, что утеплив такими материалами деревянный дом, жить в нем можно, но мы все стремимся к максимальной экологичности жилья, а эти изоляторы не позволяют этого сделать. Пенопласт ПСБ при увеличении влажности сильно меняет свои теплоизоляционные свойства, требует установки пароизоляции (при этом не являясь звукоизолятором), недолговечен и выдерживает небольшое количество циклов по перепаду температуры и как все плитные материалы дорог в транспортировке. Полиэтиленовые пены закрытопористой структуры имеют хорошие теплоизоляционные свойства: в два-три раза эффективней ватных материалов, не впитывают влагу и работают еще и как паро- и гидроизоляторы, поглощают удары и шум. Превосходны в плане экологии. Вследствие упаковки в рулоны удобны в транспортировке и хранении. Но несмотря на то, что пенополиэтилен удачно сочетает в себе много разносторонних свойств, он не применяется повсеместно из-за сравнительно высокой цены. В последнее время в России появилось много предприятий, производящих пенополиэтилены ( экструзионного и газовспененного пенополиэтилена).

Все рассматриваемые выше материалы относятся к так называемой массивной изоляции. Рассмотрим принцип работы массивной теплоизоляции и разберемся все-таки, как и каким образом уходит тепло из нашего дома. Если мы замерзли и хотим согреться, то дотрагиваемся до горячего радиатора и чувствуем тепло. Такой способ теплопередачи называется кондукцией, или проводимостью. С тем же эффектом можно воспользоваться рефлектором, только до него дотрагиваться не нужно. Мы чувствуем инфракрасное(тепловое) излучение рефлектора на расстоянии. Этот способ теплопередачи так и называется - излучение, или лучистый теплоперенос. Если же на рефлектор установлен вентилятор, то поток теплого воздуха нагреет вас гораздо быстрее. Такой способ теплопереноса называется конвекцией. Теперь мы знаем три основных способа теплопередачи: проводимость, излучение и конвекция. Разные материалы по разному влияют на эти составляющие теплового потока. Для проводимости самый лучший утеплитель - воздух. Коэффициент его теплопроводности приблизительно равен 0,024 Вт/м2*К, но воздух подвержен конвекции - холодные и теплые слои постоянно перемешиваются.

Существуют разного рода слоистые и пористые материалы - массивные утеплители, содержание воздуха в которых достаточно велико, а его перемешивание затруднено. Лучшие утеплители этого класса - полимерные пены ( пенополипропилены, пенополиэтилены, вспененные каучуки, пенополистиролы) - имеют коэффициент теплопроводности, близкий к воздуху, примерно 0,003-004 Вт/м2*К. Для конвекции достаточной преградой будет установка утеплителей с закрытопористой структурой, не пропускающих воздушные массы и не допускающих конвекции внутри теплоизоляции, или установка пароизоляционных материалов, а в облегченных конструкциях так называемой ветроизоляции. А что же по поводу излучения? Чтобы защититься от теплопотерь посредством излучения, достаточно установить на его пути лист полированного металла. Металл может быть любой, но чем меньше у него эмиссия (поглощение излучения), тем выше коэффициент отражения и больше эффективность как отражателя для теплового потока. Чаще всего используется полированный алюминий, обладающий очень высокими отражающими свойствами(выше только у серебра, золота и платины). Кроме того, другие металлы с течением времени окисляются и снижают коэффициент отражения, а полированный алюминий изначально покрыт слоем окисла, который защищает его от любых воздействий, кроме щелочи и кислоты. Алюминий относительно дешев в производстве, легок и удобен в обработке. Таким образом, массивная изоляция влияет на проникающую компоненту теплового потока, и некоторые ее виды сокращают конвективные теплопотери. Но независимо от вида массивная изоляция не оказывает существенного влияния на инфракрасное излучение.

Можно возразить: какое излучение? У нас нет раскаленных докрасна обогревателей, батареи отопления дают температуру 80-90 C. Но, оказывается, эффект лучистого теплопереноса существует и при низких температурах. Покрытие стенок термоса отражающим слоем почти прекращает охлаждение налитого в него горячего чая. Температурный режим близок к системе отопления. Но ведь в термос можно налить ледяную воду, и она будет нагреваться значительно медленнее, чем в бутылке, стоящей рядом. В случае с ледяной водой меняется только направления теплового потока - он направлен не из термоса, а внутрь его. На самом деле лучистый теплоперенос существует при любых температурах. Проиллюстрировать можно на примере сосуда Дьюара, который еще во второй половине XIX века применил колбу наподобие термоса с посеребренными стенками для хранения жидкого азота. Температура испарения азота - примерно 200 C. Дело в том, что при расчете физических процессов теплопереноса во внимание принимается не температура относительно 0 C, а разница температур, так что теплопотери за счет излучения есть и при самых низких температурах на улице. Причем, чем больше разница температур снаружи и внутри здания, тем больше тепловой поток, тем больше лучистая составляющая теплопотерь.

Теоретические расчеты показывают, что доля излучения в общем тепловом потоке, направленном из здания, достаточно велика. Для обычных жилых домов лучистые теплопотери могут составлять от 20% до 70%(в зависимости от частных условий, времени года и т.д.) от общей величины теплопотерь. Не устанавливая отражающую изоляцию, мы заведомо соглашаемся, что от 20 до 70% тепла будет уходить на улицу.

Что такое отражающая изоляция? Как правило, это тонкий рулонный материал, состоящий из основы и отражающего слоя. Идеальные в этом плане изоляторы – это пенополиэтилены покрытые с одной или двух сторон алюминиевой фольгой или металлизированной плёнкой.

Идея применения инфракрасного зеркала в качестве теплоизоляции довольна стара. Впервые об отражающей изоляции в строительстве заговорили в 30-е годы XX века. Было много публикаций в прессе США, Германии и СССР. Но широкого распространения эта изоляция не получила - алюминий имел слишком высокую себестоимость. Во время Второй мировой войны отражающая изоляция хоть и не повсеместно, но применялась в армиях СССР и США. В 70-х годах произошло резкое снижение себестоимости алюминия, и он вышел на бытовой уровень. Началось серийное производство отражающей изоляции. Бум пришелся на 90-е годы. Сегодня в мире производится и применяется довольно много ее видов.

Где можно применить высокие теплоизоляционные свойства отражающей изоляции ? Согласно рассмотренной выше теории теплопереноса можно с уверенностью сказать: практически везде, где есть разность температур, нужно устанавливать отражающую изоляцию. Не применив ее, вы не сможете сказать, что предприняли все возможные меры по теплоизоляции. А как насчет тех случаев, где полная изоляция, удовлетворяющая нормативным требованиям, не нужна? Это может быть легкая каркасная постройка, дача, не эксплуатируемая в зимний период. Или застекленный балкон, или лоджия, где нужна не комнатная температура, а чуть ниже. Если не учитывать конвективные потери(установлена так называемая ветроизоляция), то в такой конструкции при определенных обстоятельствах(разности температур и т.д.) суммарный тепловой поток будет разделяться на проводимость и излучение в соотношении примерно 50 на 50%. Значит, с одинаковым успехом можно установить толстый слой массивной изоляции или достаточно тонкую отражающую изоляцию. И в варианте с отражающей изоляцией, мы сокращаем тепловой поток максимум в два раза. Для облегченной каркасной постройки установка сравнительно толстой традиционной изоляции вряд ли нужна, достаточно будет только отрающего изолятора. А вот для полной теплозащиты лучше ставить и отражающую, и массивную изоляцию.

До сих пор мы рассматривали отражающию изоляцию, только как теплоизолятор, а какие полезные функции она может выполнять еще? Пенополиэтилен, входящий в состав материала, практически не впитывает и не поглощает влагу. Следовательно, является идеальной пароизоляцией. То есть, установив эти изоляторы в строительную конструкцию в дополнение к массивной изоляции, в случае утепления изнутри здания, мы можем не тратить средства на пароизоляционные материалы. Надо всего лишь герметизировать швы, для этого в качестве аксессуара используется специальная алюминиевая или металлизированая самоклеящаяся лента. На самом деле водопоглощение пенополиэтиленов настолько мало, что они с успехом служат как гидроизоляция, например, при утеплении здания снаружи. Прекрасные свойства пенополиэтиленов по изоляции от шума реализовываются в проектах по звукоизоляции. В отличие от плитной шумоизоляции, устанавливаемой между каркасом, лагами, стропилами, и т.д. пенополиэтилен, монтируемый поверх каркаса, весьма эффективен для защиты от структурного или ударного шума. Получается, что материал соединяет в себе сразу несколько разносторонних свойств, поэтому он не просто утеплитель, это комплексная изоляция, которая применяется как самостоятельно, так и вместе с другими изоляционными материалами для усиления их свойств. Что относится к плюсам Отражающей изоляции кроме всего вышеуказанного? Для его производства используется пенополиэтилен, вырабатываемый из того же сырья, что и полиэтиленовые бутылки для минеральной воды. Полностью экологически абсолютно безопасен, не имеет ограничений в применении по гигиеническим параметрам. Удовлетворяет требованиям пожарной безопасности, т.к. относится к трудногорючим и трудновоспламеняемым материалам. Мыши, вечный враг утеплителей, в нем не селятся - слишком тонкий. Чрезвычайно удобен при транспортировке и хранении. Вследствие малой толщины упаковывается в компактные рулоны и занимает минимум места. Так, необходимое для изоляции коттеджа количество отражающей изоляции можно привезти на легковой машине, тогда как для традиционной изоляции нужен КамАЗ, а то и два.

Удачное сочетание полезных свойств дает нам чрезвычайно широкий круг применения. Фольгированная отражающая изоляция устанавливают на стены. Его можно использовать и при утеплении снаружи, так и изнутри здания. Устанавливается в любые типы зданий. Например, для каркасных домов, не эксплуатируемых круглогодично, достаточно установить материал как самостоятельную изоляцию. Для тех же построек, но используемых и в зимнее время, в дополнение к отражающей изоляции можно установить слой минеральной ваты. Данные системы устанавливается под кровлю. Здесь он так же может быть либо самостоятельной изоляцией, либо дополняется традиционным утеплителем - в зависимости от требуемого уровня теплоизоляции. Он также применяется для изоляции межэтажных перекрытий, внутренних перегородок. Используется для изоляции цоколей и фундаментов. Пенополиэтилен, покрытый слоем алюминиевой фольги просто незаменим для изоляции бань и саун - ведь никто не станет утеплять парную пенопластом. Для труб, расширительных баков, трубопроводов приеняется Фольгоизолон с липким слоем. Отличные результаты приносит тепло- и шумоизоляция этим материалом автомобилей и фургонов. Монтаж этого материала в холодильных камерах позволяет резко снизить общую толщину изоляции и, как следствие, ее стоимость. Простая установка отражающей изоляции за батарею отопления позволит увеличить ее эффективность на 20%.

При проведении финансового анализа применения отражающей изоляции можно утверждать, что этот материал позволяет снизить теплопотери зданий и, следовательно, расходы на их отопление. Но, кроме этого, оказывается, что и затраты на утепление строений при применении фольгированных изоляторов, значительно уменьшаются. Подсчитано, что если в проекте для изоляции кровли заложена установка, скажем, пенопласта, то после установки отражающей изоляции , общая стоимость изоляции будет снижена в два-три раза. Некоторые особенности существуют у отражающей изоляции при устройство систем "Теплый пол" .Данная система предусматривает наличие отражающей изоляции и последующую ее заливку слоем портланд-цемента, во влажной стяжке которого все компоненты являются агрессивной средой. Поэтому если использовать просто алюминиевую фольгу, то ее необходимо защитить хотя бы полиэтиленовой пленкой. Но ведь полиэтилен в этом случае не составляет однородного слоя с фольгой, и если между ними проникнет жидкая фракция из раствора цемента, создающего кислотно-щелочную среду, то слой фольги будет полностью уничтожен за короткий срок. Отражающий слой в данной системе (в нашем варианте -фольга) необходим для равномерного распределения тепла от кабеля обогрева по всей площади, закрываемой "Теплым полом", и его химическое разрушение сведет на "нет" все ваши усилия и затраты. Лавсановое металлизированное покрытие не подвергается коррозии (в отличие от алюминиевой фольги) и составляет с пенополиэтиленом однородный единый слой. Также при устройстве электрической системы "Теплый пол" необходимо помнить, что алюминиевая фольга является хорошим проводником тока, а лавсановое покрытие - нет. Немаловажным фактором является и то, что лавсан значительно повышает механические свойства изоляции, увеличивая сопротивление разрыву и порезу. Также необходимо иметь в виду, что после дублирования фольгой теплопроводность утеплителя ухудшается, так как фольга - это металл, имеющий высокий коэффициент теплопроводности, а лавсановое покрытие в некоторых случаях улучшает теплоизоляционные свойства материала, практически не снижая его теплоотражающих свойств.

Заглядывая в обозримое будущее, можно с уверенностью сказать: через несколько лет большая часть зданий будет проектироваться с применением отражающей изоляции.

Материал подготовил Ксенофонтов Олег,
компания Теплострой.