Теплоизоляция

Андрейчук Т. Болотских О. Теплоизоляция // Ватерпас. 2000 . №. C. 100-103

Данная статья продолжает начатый в предыдущих номерах журнала разговор о теплоизоляционных материалах. В последние годы зима нас ?радует? особенно низкими температурами, а централизованное отопление особенно прохладными радиаторами. Вопрос правильного подбора утеплителя для строящихся и реконструируемых зданий не вызывает сомнений. Нельзя сбрасывать со счетов, что высокие изоляционные свойства ограждения гарантируются тремя условиями: хорошим материалом, грамотной конструкцией и качественным выполнением монтажа. Поэтому при решении задачи утепления необходимо уделять большое внимание и правильному подбору утеплителя и применяемой теплоизоляционной конструкции.

Перечислим некоторые наиболее актуальные свойства теплоизоляционных материалов:

Водопоглощение ? способность материала поглощать капельно-жидкую влагу и удерживать ее в порах.

Гигроскопичность ? способность материала поглощать влагу в парообразном состоянии из воздуха.

Теплоизоляционные материалы как при хранении, так и при эксплуатации, должны быть защищены от увлажнения. Способность материала увлажняться вследствие его гигроскопичности называется сорбцией. Чем влажнее воздух и ниже его температура, тем выше сорбция. Увлажнение материала может происходить от монтажной влаги, в которой затворяется материал при монтаже изоляции, атмосферной влаги, попадающей в материал при атмосферных осадках, и грунтовой влаги, проникающей из грунта.

Паропроницаемость ? свойство материала пропускать пары воздуха. Последние проникают в материал под влиянием разности давлений атмосферного воздуха по обе стороны ограждения.

Пары воздуха, проходящие через материал с теплой стороны на холодную, при максимальном насыщении воздуха в порах материала конденсируются. Накопление влаги на холодной стороне при отсутствии паронепроницаемой прокладки с теплой стороны ухудшает теплоизоляционные свойства материала.

Воздухопроницаемость ? способность материала пропускать воздух и другие газы. Она зависит от размеров и количества пор материала. Вследствие разности парциального давления холодного и теплого воздуха происходит инфильтрация, перемещение холодного воздуха через стенки в сторону теплого. Инфильтрация холодного воздуха увеличивает тепловые потери. Необходимо устраивать ветроизоляцию. Увлажнение материала резко снижает коэффициент воздухопроницаемости.

Теплопроводность ? свойство материалов проводить тепло. Коэффициент теплопроводности (основной и главный показатель качества теплоизоляционных материалов) ? количество тепла, которое проходит (при установившемся тепловом состоянии) через 1м2 поверхности материала толщиной в 1м в течение часа при разности температур обеих поверхностей в 1?С при отсутствии боковой утечки теплоты. Коэффициент теплопроводности зависит от пористости материала; от температуры (он увеличивается с ее повышением); от влажности (при увлажнении воздух, заключенный в материале, имеющем низкий коэффициент теплопроводности, замещается влагой, имеющей значительно больший коэффициент).

Температуропроводность. При нестационарном тепловом потоке, когда температура тела изменяется с течением времени, количество тепла, проходящее через материал зависит от скорости изменения температуры в нем. Величина, характеризующая скорость распространения температуры в материале, определяется коэффициентом температуропроводности.

Влагопроводность. Влажностный режим ограждения тесно связан с теплотехническим и имеет большое санитарно-гигиеническое значение. Высокая влажность внутренней поверхности ограждения делает помещение антисанитарным и недолговечным. Одной из причин появления влаги в ограждениях является конденсация ее из атмосферного воздуха.

Влажностный режим ограждения определяется температурой точки росы. Теплоизоляция ограждения должна обеспечивать на внутренней его поверхности такую температуру, которая была бы выше точки росы при данной влажности воздуха. В зданиях зимой водяной пар диффундирует через стены от внутренней стороны к наружной, а в летнее время от наружной ? к внутренней. Возможна конденсация пара в стенах ограждения. Для защиты от конденсации влаги необходимо материалы с большим объемным весом, коэффициентом теплопроводности и меньшим коэффициентом паропроницаемости устанавливать на внутренней поверхности, а с меньшим объемным весом и коэффициентом теплопроводности и большим коэффициентом паронепроницаемое ? на наружной поверхности. Пароизоляционные слои необходимо устанавливать на внутренней, более теплой поверхности, так как установка их снаружи ухудшает влажностный режим.

Огнеупорность ? свойство материала противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупорность не определяет предельной температуры применения материала, так как на материал в эксплуатации могут воздействовать давление вышележащих материалов, напряжения от усадки или расширения, коррозия, истирание шлаками, летучей золой и газами.

Огнестойкость материала характеризуется способностью выдерживать сравнительно непродолжительное время температуру до 1100 ?С без нарушения структуры, прочности и других свойств.

Пластичность ? способность под давлением принимать новую форму без образования трещин и разрывов и сохранять ее после действия внешней силы.

Химическая стойкость ? способность противостоять разрушающему действию химических реагентов: кислот, щелочей, солей, газов. Она зависит от плотности материала и его структуры. Теплоизоляционные материалы и огнеупоры при химическом взаимодействии с жидкими или газообразными веществами при высоких температурах разрушаются.

Биостойкость. Теплоизоляционные материалы, содержащие такие органические вещества, как крахмал и целлюлозу, во влажной среде с температурой 30-40 ?С подвержены воздействию бактерий, грибков и других микроорганизмов. Органические материалы с низким водопоглощением менее подвержены воздействию микроорганизмов, чем материалы с высоким водопоглощением. Разрушению микроорганизмами подвержены и неорганические материалы, если они соприкасаются с органическими.

В зависимости от коэффициента теплопроводности их разделяют на три класса:

? высокоэффективные (теплопроводность X < 0,06 Вт/мК);

? среднеэффективные (теплопроводность X = 0,06-0,115 Вт/мК);

? низкоэффективные (теплопроводность К = 0,1-0,175 Вт/мК);

Естественно, что у каждого вида материала есть свои положительные и отрицательные стороны. Но, создавая рациональную изоляционную конструкцию, можно избежать многих неприятных вопросов, предохранив изоляцию от увлажнения, от проникновения грызунов, увеличив ее механическую прочность и огнестойкость.

По форме и внешнему виду теплоизоляционные материалы бывают: штучные (плиты, цилиндры, полуцилиндры, скорлупы, блоки, кирпич), рулонные и шнуровые (маты и шнуры).

По жесткости: мягкие, полужесткие, жесткие (сверхжесткие).

По способу порообразования:

? с волокнистым каркасом ( минеральная вата, стеклянная вата, каолиновая вата, асбест; древесноволокн истые и древесностружечные материалы, фибролит, камышит, соломит);

? вспененные (пенобетон, пеносиликат, пенодиатомит, пенотрепел, пеноасбест, мипора, пенопаласт, пенополиэтилен);

? вспученные (перлит, вермикулит, шунгизит, газобетон, газосиликат, ячеистое пеностекло, пенополивинлхлорид, пенополиуретан, пенополиэстер, керамзит);

? с пористым заполнителем (перлитовые, вермикулитовые, шунгизитовые, пробковые материалы, пенополистирол, легкий бетон);

? с выгорающими добавками (диатомитовые и трепельные материалы);

? с пространственным каркасом (сотопласты). По происхождению: неорганические и органические.

1.1 Материалы с волокнистым каркасом (минеральные)

Минеральная вата. Теплоизоляционный материал, состоящий из тончайших стекловидных волокон, получаемых путем распыления жидкого расплава шихты из металлургических шлаков, горных пород или иных силикатных материалов. В зависимости от исходящего сырья вата разделяется: 1) на минеральную (каменную) вату ? изготавливают из минеральных горных пород (осадочные горные породы: глины, известняки, доломиты, мергели и низверженные: граниты, синиты, пегматиты, пемза, туф; 2) шлаковую вату ? изготавливают из металлургических шлаков ? доменные, ваграночные и мартеновские шлаки, а также шлаки цветной металлургии; 3) стеклянную вату ? изготавливается из стекла.

Теплоизоляционные свойства минеральной ваты определяются воздушными порами, заключенными между волокнами.

Минеральная вата изготавливается дутьевыми (паро-, воздухо-, газодутьевыми) и центробежным способами.

Технологический процесс состоит: 1) из подготовки исходного сырья и топлива, 2) составления шихты, 3) получения силикатного расплава, 4) получения минерального волокна, 5) производства изделий из минерального волокна.

Не будем рассказывать все подробности производства минеральной ваты, остановимся лишь на том, что в основу дутьевых способов положено использование кинетической энергии пара, сжатого воздуха или газа, выходящего из сопла и встречающего на своем пути струю силикатного расплава, в результате чего последний разбивается на капли, вытягивающиеся сначала в цилиндрик, который затем суживается и образует два грушевидных тела, связанных нитью. Грушевидные тела уменьшаются и превращаются в волокна. Центробежный способ основан на использовании центробежной силы вращающегося диска, на который падает струя силикатного расплава. Существует также самый ?навороченный? способ получения минеральной ваты ? центробежно фильерно-дутьевой. Он обеспечивает полное отсутствие неволокнистых включений (так называемых ?корольков?), а также небольшой диаметр волокон ваты. Свойства минеральной ваты: с повышением содержания кремнезема в минеральной вате повышается температура ее размягчения и температуроустойчивость. Глинозем повышает химическую и биологическую стойкость ваты, окись железа снижает температуроустойчивость, увеличивает коррозийность ваты. Коэффициент теплопроводности зависит от средней толщины волокон, объемного веса и пористости. Оптимальной является пористость 90%. Толщина волокна может колебаться от 2 до 40 мкм.

Существует целая сеть заводов по производству минераловатных изделий как в странах ближнего зарубежья, так и за границей. Из российских предприятий можно назвать: Изотек (Колпино, Ленинградская область), Мостермостекло, Промстройконтракт; Гомельстройматериалы (Белоруссия); из зарубежных Rockwool (Дания), Раrос (Финляндия), Izolacja S. А. (Польша).

Стеклянная вата. Теплоизоляционный материал, состоящий из беспорядочно расположенных гибких стеклянных волокон, полученных способом вытягивания из расплавленного стекла.

Сырьем для получения стеклянной ваты служит стекло или отходы стекольной промышленности.

Историческая справка: Стеклянная вата, или волокно, применялась еще в начале XX века под различными наименованиями: ветрофлекс, эризоль, вераэризоль, стеклянный шелк.

Изготавливается стеклянная вата двумя способами ? дутьевым и способом непрерывного вытягивания (фильерно-дутьевой). Технологический процесс получения стеклянного волокна по дутьевому способу аналогичен дутьевому способу получения минеральной ваты. Стеклянное волокно имеет толщину от 4 до 30 мкм, длину волокна 120-200 мм. Способ непрерывного вытягивания выглядит так. Стеклянная шихта загружается в ванную печь (t=1500?C), под воздействием температуры расплавляется по поверхности и стекает тонким слоем в зону гомогенизации, где становится более однородной. Расплав вытекает через специальную пластину, которая имеет отверстия (фильеры) диаметром 0,1 мм. Из вытекающей струйки расплава вытягивается нить при помощи быстро вращающегося барабана. Способ непрерывного вытягивания дает волокно без ?корольков?, равномерной толщины и высокого качества. Прочность стекловолокна зависит от его толщины. Чем волокно толще, тем оно более хрупкое. Хрупкость волокна вызывает его быстрое разрушение при вибрации. Выпускаемое в СССР стеклянное волокно имело разные толщины: так, волокно толщиной 20-25 мкм сильно колется, 18 мкм ? слабо, 15 мкм ? не колется. То есть оптимальная толщина волокна должна быть 15 мкм и меньше.

Более прогрессивные технологии производства стекловолокна позволяют получать среднюю тол щи ну 6 мкм (то есть волокно практически не раздражает кожные п