Инновационные теплоизоляционные материалы

Дата публикации: 
01.02.2015

теплоизоляционные материалы

"Впереди планеты всей" мы не только в балете, но и по расходу энергии на все виды хозяйственной деятельности, особенно на отопление жилищ. Установлено, что расходы тепла на эти цели в России в два-три раза выше, чем в странах с аналогичными климатическими условиями.

Одна из главных причин сложившейся ситуации - то, что большая часть функционирующего жилищного фонда построена в 50 - 70-е гг. прошлого века, когда топливо стоило копейки (литр бензина - 5 коп.), а строительные материалы были относительно дорогими. Поэтому и строили жилые дома, экономя на толщине стен, на теплоизоляционных материалах в расчете на то, что тепло обеспечат горячие батареи.

Однако цены на теплоносители выросли в сотни раз, да и производство тепла, получаемого в основном за счет сжигания органического топлива, загрязняет биосферу вредными продуктами сгорания.

Поэтому Государственная Дума приняла Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". В частности, в рамках Закона ставится задача повышать энергетическую эффективность зданий различного назначения, в первую очередь жилых. А основной способ решения такой задачи - дополнительно утеплять уже построенные здания и теплоизолировать до нужных кондиций строящиеся.

Поэтому сегодня теплоизоляционные материалы (ТИМ) стали одним из основных видов строительных материалов, они в больших объемах производятся в России и закупаются за рубежом. Ассортимент видов ТИМ насчитывает не менее 100 конкретных наименований, производимых в промышленных объемах. В соответствии с ГОСТ 16381-77 это множество материалов разделено на классы в зависимости от ряда сходных признаков.

 

Классификация ТИМ

 

В первую очередь ТИМ разделяют на классы по основному свойству - теплопроводности. Чем ниже коэффициент теплопроводности, тем лучшими теплоизоляционными свойствами обладает ТИМ.

По теплопроводности ТИМ разделяют на классы:

  • А, включающий материалы,  коэффициент  теплопроводности которых  ниже 0,06 Вт/м К;
  • Б, включающий материалы, коэффициент теплопроводности которых лежит в интервале от 0,06 до 0,115;
  • В, включающий материалы, коэффициент теплопроводности которых больше 0,115.

 

По величине средней плотности (единица измерения этого показателя - кг/куб. м) ТИМ разделяют на марки: 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500. Марка представляет собой верхний предел его средней плотности. Например, изделия марки 100 могут иметь среднюю плотность, лежащую в интервале 75 - 100 кг/куб. м.

По жесткости ТИМ разделяют на мягкие, полужесткие, жесткие, повышенной жесткости.

По форме и внешнему виду ТИМ разделяют на штучные изделия (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры, скорлупы, сегменты, маты), рулонные изделия, шнуры.

Автор, учитывая веление времени, разделил ТИМ на инновационные и традиционные. Предметом данной статьи будут инновационные ТИМ, а также те из традиционных ТИМ, которые заслуживают большего внимания.

 

Отражающая изоляция

 

К числу инновационных ТИМ, называемых еще теплоизоляцией третьего тысячелетия, специалисты относят так называемую отражающую изоляцию.

Чтобы было понятно, в чем ее инновационность, необходимо заглянуть в физику процесса. Теплота переносится за счет теплопроводности, конвекции и излучения.

Теплопроводность имеет природу теплового движения атомов и молекул вещества. Эти частицы движутся тем с большей скоростью, чем выше температура. Механизм передачи в этом случае таков: более быстрые частицы, сталкиваясь с более медленными, передают им часть кинетической энергии. При этом быстрые остывают, медленные нагреваются.

Конвекция (от латинского convectio - принесение, доставка) - явление переноса теплоты за счет механического передвижения жидкости, газа или сыпучих твердых тел от более горячих участков к более холодным.

Излучение, или лучистый теплообмен, - это один из видов электромагнитного излучения, которое возникает при наличии в системе разности температур. Этим оно отличается от радиочастотного, ультрафиолетового, гамма-излучения, которое возникает и в отсутствие разности температур.

Лучистый теплообмен обеспечивается в основном невидимой инфракрасной частью солнечного спектра.

Интенсивность теплопередачи путем теплопроводности и конвекции пропорциональна температуре, а лучистый поток пропорционален четвертой степени температуры. Это очень важно знать вот почему: при повышении температуры в два раза количество теплоты, переносимое теплопередачей или конвекцией, возрастает также в два раза, а вот количество излучаемой теплоты - в 16 раз!

Чтобы выполнить теплоизоляцию с наибольшей эффективностью, необходимо выявить, посредством какого из трех перечисленных механизмов происходит основная потеря теплоты. Как правило, это обусловлено лучистым теплообменом. Установлено, что при комнатной температуре на долю теплопроводности и конвекции приходится по 30% от общего теплового потока, а на долю лучистого теплообмена - 40%.

При повышении температуры доля теплоты, приходящаяся на лучистый теплообмен, как уже отмечено, резко возрастает. Соответственно, падает значимость первых двух механизмов.

Отсюда следует: нужен ТИМ, который подавлял бы возможность нагретого тела излучать теплоту.

И такие ТИМ были изобретены. Они получили общее название "отражающая теплоизоляция", то есть ТИМ, способные отражать электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне.

С недавних пор их начали изготавливать в промышленных масштабах, в том числе и в нашей стране.

                                       

    Первым в России  появился  "Пенофол  "  (завод  "ЛИТ",  г. Переяславль-

Залесский). Он представляет собой рулонный  материал  шириной  до  1,5 м  и

толщиной от 3 до 20 мм из вспененного полиэтилена, на одну или обе  стороны

которого  наклеена  алюминиевая  фольга.   Именно  она,  отполированная  до

зеркального блеска, и является отражающим элементом этого материала.

"Завод "ЛИТ" производит пенофол трех типов:

  • A - фольгирован с одной стороны;
  • B - фольгирован с двух сторон;
  • C - фольгирован с одной  стороны,  с  другой  нанесен  клеевой  слой, закрытый антиадгезионной бумагой;

 

Следует добавить, что пенофол не только теплоизолирует объект, но и является гидроизоляцией, а также пароизоляцией. И, кроме того, защищает помещение от проникновения радиоактивного газа радона - основной ныне в жилых помещениях причины радиоактивного заражения.

"МагнофлексR" (ООО "Завод полимерных материалов", г. Люберцы) - материал, подобный пенофолу. К сожалению, клей для приклеивания алюминиевой фольги используется американский, зато он позволяет приклеивать изоляцию при температуре ниже 0 град. Цельсия. Поскольку между пенополиэтиленом и клеевым слоем вставлена специальная мембрана, не позволяющая клеевому слою мигрировать в поры пены, возрастает срок хранения материала без потери клеящих свойств.

Производится магнофлекс четырех типов:

  • A - дублирован алюминиевой фольгой с одной стороны;
  • B - дублирован алюминиевой фольгой с двух сторон;
  • C - дублирован алюминиевой фольгой с одной стороны и клеящимся  слоем с антиадгезионной пленкой - с другой;
  • L - дублирован металлизированной полиэтилентерефталатной (лавсановой) пленкой с одной стороны.

 

Кроме того, изготавливают отражающую изоляцию и предприятия ПКП "Ресурс" (алюфон), "Стройтермоизоляция" (фольгопласт), "УралПластик" (экофол, пенотерм).

Используют в России и импортные материалы, аналогичные пенофолу. Один из них - "Полифом", производимый японской корпорацией "Фурукава" (кстати, именно она первой начала изготавливать ТИМ этого вида). В настоящее время "Фурукава" строит в России завод по производству полифома.

 

Насыпная теплоизоляция

 

Теплоизоляция насыпная (ТН) - это частицы твердых тел, внутри которых есть пустоты, благодаря которым эти частицы обладают низкой теплопроводностью. Если такими частицами засыпать полость в стене здания (например, так называемый колодец в кирпичной кладке), то стена будет теплой.

Давними примерами ТН являются древесные опилки, которыми утепляют нижние венцы бревенчатых домов, верховой торф. (К использованию торфа как ТИМ следовало бы в некоторых случаях вернуться. Автору известны примеры "службы" торфа как ТИМ в течение многих десятков лет. Во многих случаях по соотношению "цена - качество" он будет самым приемлемым.)

В настоящее время в качестве ТН используют дробленый керамзит, пеностекло, пенополистирол в виде вспененных гранул.

Вспученный вермикулит используется в нашей стране в объемах значительно меньших, чем того заслуживает, в то время как в Канаде и США является едва ли не основным видом ТН. На российских предприятиях этот материал производится в небольших количествах. Исходное сырье - вермикулит - представляет собой чешуйчатый минерал, содержащий большое количество связанной воды. При нагревании до 800 град. Цельсия вода вспучивает эти чешуйки, а упругость их обеспечивает сохранение рыхлости слоя вспученного вермикулита даже при сильном сжатии и, следовательно, хорошие теплоизоляционные свойства. Сыпучесть вспученного вермикулита обеспечивает возможность его засыпки в полости сложной формы как при новом строительстве, так и при реконструкции, ремонте. В сыпучем состоянии его рекомендуют использовать для теплоизолирования полов, межэтажных перекрытий, чердаков, в колодцевой кирпичной кладке.

В отличие от таких сыпучих ТИМ, как, например, керамзит, вспученный вермикулит после уплотнения на 20 - 25% переходит в упругосжатое состояние, при котором силы трения о стенки конструкции и друг о друга начинают превосходить дополнительные уплотняющие воздействия сжатия, и материал становится несжимаемым.

Вспученный вермикулит не дает усадки, биологически стоек, не горит. Срок его эксплуатации не ограничен.

Наряду с использованием индивидуального вспученного вермикулита применяют его смеси с цементом для выполнения теплоизоляционных штукатурок. Наиболее известной из таких смесей является VERMIX ("Слюдяная фабрика", г. Санкт-Петербург). Предназначена она для утепления с одновременным выравниванием внутренних и внешних стен из кирпича, бетона. После высыхания поверхность штукатурки из этой смеси защищают шпатлевкой на основе цемента и окрашивают.

Выпускают VERMIX и с большой долей цемента. Такая смесь предназначена для выравнивания и утепления бетонных оснований под укладку напольной керамической плитки, паркета, линолеума, ковровых покрытий.

 

Несгораемый "минпласт" и другие материалы

 

Отметим также, что сравнительно недавно из вспученного вермикулита в смеси с неорганическим связующим (жидкое стекло с отвердителем - мелом) способом горячего прессования ООО "Научно-производственная фирма "Техснаб" (г. Петрозаводск) начало изготавливать вермикулито-силикатные плиты "МИНПЛАСТ А", используемые в качестве конструкционно-огнезащитно-отделочно-теплоизоляционного материала.

Плиты выпускают марок "МИНПЛАСТ А-700" и "МИНПЛАСТ А-800" плотностью 700 и 800 кг/куб. м соответственно.

Плиты изготавливают длиной от 500 до 2440 мм с интервалом 100 мм, шириной от 500 до 1220 мм, с таким же интервалом и толщиной от 20 до 30 мм с интервалом 5 мм и от 10 до 20 мм с интервалом 2 мм.

Внешний вид - жесткие прямоугольные плиты с ровной поверхностью от белого до светло-серого цвета с просматриваемой мелкодисперсной структурой.

Теплопроводность плит при 25 град. Цельсия равна 0,14 - 0,16 Вт/м К, разрушающее напряжение при сжатии не менее 2 МПа, при изгибе не менее 4,5 МПа.

Плиты не только не горят, но и способны спасать от пожара. Так, если плиту толщиной 50 мм нагревать с одной стороны в течение 2,5 ч до 1100 град. Цельсия (предельная температура, до которой можно нагревать эти плиты), с другой стороны температура будет не выше 100 град. Цельсия. Вследствие такого уникального противостояния огню плиты "МИНПЛАСТ А" в основном используют для огнезащиты помещений, которые не должны сгореть ни в коем случае, - банковских хранилищ, серверных центров, котельных, электрощитовых и т.п. К насыпной изоляции относят гранулы вспененного стекла. Материал хороший, теплый, прочный, но, по нашему мнению, бесперспективный, так как его изготавливают из стеклобоя. А этого отхода становится все меньше, поскольку стеклянная посуда вытесняется пластиковой. Кроме того, стеклобой выгоднее использовать в виде рециклинга для производства изделий из стекла.

А вот ТН, изготавливаемая в виде гранул из различных композиций на основе жидкого стекла, имеет право на жизнь. Особенно перспективны гранулы, получаемые из композиций, составленных из жидкого стекла и глины (с некоторыми добавками, вводимыми в небольших количествах). Глина в таких композициях вспенивается при температуре значительно более низкой, чем индивидуальная глина, когда ее используют, например, для получения керамзита. По совокупности свойств такие гранулы близки к керамзиту.

Их разработка и подготовка промышленного производства проводятся с участием автора.

Еще один вид ТН - микросфера силикатная. Материал представляет собой полые толстостенные сферы из алюмосиликатов. Эти сферы никто специально не изготавливает - они образуются при сгорании каменного угля некоторых месторождений и извлекаются из золы.

Насыпная масса микросфер - 100 - 450 кг/куб. м, коэффициент теплопроводности - 0,08 Вт/м К, диаметр шариков - 20 - 600 мкм.

Это очень сыпучий материал, поэтому он компактно укладывается в полостях, предназначенных для засыпки.

Наряду с использованием в качестве ТН микросферы применяют и как заполнитель в легких бетонах, сухих строительных смесях, в композициях на основе полиуретанов, эпоксидов.

В настоящее время рядом организаций проводятся исследования, направленные на модификацию микросфер. В частности, гидрофобизирование и металлизация придают им теплоотражающие свойства. Один из таких материалов, разработанный во ВНИИ экспериментальной физики (г. Саров), получил название полигран.

 

Дары природы

 

К насыпной теплоизоляции, опять-таки подаренной нам природой, можно отнести и диатомит - природный минерал, представляющий собой скелеты древних диатомитовых водорослей.

Насыпная плотность диатомита не более 400 кг/куб. м, коэффициент теплопроводности не более 0,11 Вт/м x К, диаметр частиц не более 0,2 мм.

Диатомит (другие названия этого минерала - трепел, инфузорная земля), так же как и алюмосиликатные микросферы, сыпучий материал, поэтому может быть использован в качестве насыпной теплоизоляции. Но пока диатомит используется в первую очередь для получения сухих строительных смесей, теплоизоляционных кирпичей, называемых пенодиатомитовыми.

Еще одним природным материалом, из которого изготавливают ТН, является перлит - горная порода вулканического происхождения. По химическому составу это алюмосиликат, содержащий воду. При нагревании до 900 - 1000 град. Цельсия вода отщепляется от основного вещества, вспучивает его. Так, перлит переходит во вспученный перлит - тот материал, который пригоден для применения в качестве насыпной теплоизоляции. Используют его преимущественно в виде измельченной массы с размером частиц от 0,1 до 5 мм, называемой вспученным перлитовым песком.

Насыпная масса этого песка - 50 - 250 кг/куб. м, коэффициент теплопроводности - 0,04 - 0,09 Вт/м К, температурный интервал возможного применения - от -200 до +900 град. Цельсия.

Слой этого материала практически любой толщины высокопаропроницаем.

Вспученный перлит биостоек, химически инертен, разумеется, не горит. Более того, он используется в производстве сухих смесей, предназначенных для выполнения огнезащитных штукатурок на стальных и бетонных строительных конструкциях.

Одна из таких наиболее широко употребляемых в нашей стране смесей называется "Огнезащитный состав СОШ-1". Под него разработана очень важная для строителей Методика для определения необходимой толщины слоя огнезащитного состава СОШ-1 в зависимости от приведенной толщины и требуемой огнестойкости защищаемых стальных конструкций, позволяющая по номограммам рассчитывать при проектировании огнезащиты требуемую толщину защитного слоя применительно к каждому конкретному случаю.

Важной особенностью вспученного перлитового песка является то, что его с помощью специальных установок можно задувать в любые закрытые полости, куда не удается поместить другие теплоизоляционные материалы. За это свойство его называют еще задувным теплоизоляционным материалом. При задувке перлитового песка в конструкциях выявляются щели, не видимые при визуальном осмотре.

Применяют вспученный перлитовый песок и для изготовления теплой штукатурки. Слой такой штукатурки толщиной в 3 см эквивалентен по теплоизоляционным свойствам кирпичной стене толщиной около 15 см.

Еще более эффективным теплоизоляционным материалом вспученный перлитовый песок становится после гидрофобизирования. Автором проводятся исследования по выбору наиболее пригодного для этой цели гидрофобизатора и технологии его применения.

Несмотря на то что вспученный перлит является столь эффективным ТИМ, объемы его производства в нашей стране невелики. Мощности нескольких заводов недогружены. Одна из причин такой ситуации - малая осведомленность об этом замечательном строительном материале.

 

Этот долговечный ISOBEL

 

И в заключение - еще об одном виде инновационной теплоизоляции, которую недавно начал изготавливать Белгородский комбинат теплоизоляционных материалов. Название этого теплоизоляционного материала ISOBEL - аббревиатура от слов "изоляция Белгородская". Изготавливают его в виде плит из базальтового волокна, само волокно - по оригинальной технологии, без использования доменного шлака и кокса.

Плиты эти при равной плотности с другими плитами российского производства прочнее, долговечнее. Особенно хороши они для изготовления сэндвич-панелей - весьма востребованного ныне строительного материала. Сэндвич-панель по строению подобна бутерброду: между двумя стальными листами помещается минераловатная плита, приклеиваемая к металлу. Так вот, плиты далеко не каждого изготовителя пригодны для изготовления сэндвич-панелей.

Плиты ISOBEL для сэндвич-панелей изготавливаются двух марок: СС-105 и СС-110. Аббревиатура "СС" раскрывается как "сэндвич стеновой", а числа выражают плотность плит в кг/куб. м.

Категория: 

теплоизоляция