АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАРУБЕЖНЫХ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКТИВНОМ РЕШЕНИИ СТЕН ЗДАНИЙ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 624.01

Е.А. Чумикова

АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАРУБЕЖНЫХ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКТИВНОМ РЕШЕНИИ СТЕН ЗДАНИЙ

В статье рассмотрены энергоэффективные материалы и системы, применяемые в наружных ограждающих конструкциях в США и странах Западной Европы.

Ключевые слова: энергоэффективность, ограждающие конструкции, энергоэффективные технологии и материалы.

Сегодня во всем мире наблюдается спрос на энергосберегающие материалы, обусловленный ростом цен на энергоносители. Используются различные материалы для утепления стен, кровли и перекрытий. Энергосберегающие технологии позволяют решить сразу несколько задач: сэкономить существенную часть энергоресурсов, решить проблемы ЖКХ, повысить эффективность производства и уменьшить нагрузку на окружающую среду. Поэтому изучению вопроса использования энергоэффективных систем в конструктивном решении стен зданий уделяется большое внимание.

В данной статье рассмотрим энергоэффективные материалы, применяющиеся за рубежом.

Одним из высокотехнологичных материалов, широко распространенных в США и странах Западной Европы, является РГЯ- плита.

Полиизоцианурат или РГЯ-плита - это сложный полимер, по составу схожий с полиуретаном, но более стабильный и отличающийся высокой стойкостью к химическим, термическим и механическим воздействиям.

Для производства обоих материалов используются одинаковые химические реакции, только РГЯ образуется при более высокой температуре и взаимодействует с другими катализаторами и сопутствующими веществами [1]. Внешне полимерный утеплитель напоминает экструдированный пенополистирол - твердое вещество белого либо желтоватого цвета.

Полиизоциануратная изоляция является одним из видов пластиковых материалов сделанных с закрытыми порами. Внутри ее элементов находится газ с низкой проводимостью тепла [2].

Полиизоциануратная изоляция поставляется в нескольких формах: жидкая, распыляемая пена и жесткие плиты пены. Она также может быть сделана в виде ламинированных панелей с изоляцией и множеством различных вариантов облицовки.

РГЯ-плита имеет широкое применение, поэтому для облицовки утеплителя используются такие материалы:

• Крафт-бумага подходит в качестве основания для дальнейшей внутренней отделки, если плиты используются внутри здания;

• Стеклохолст удобен как для внутренней отделки, так и для наружного оштукатуривания (системы типа «мокрый фасад»);

• Стекловолокно с битумной пропиткой позволяет наплавлять гидроизоляционные материалы прямо на утеплитель;

• Алюмоламинат - покрытие из нескольких слоев алюминиевой фольги. Используется в различных системах утепления, вплоть до изоляции фундаментов;

• Противопожарное графитное покрытие, способное защищать полимер от прямого воздействия открытого огня в течение длительного времени.

Другая разновидность изделий из полиизоцианурата — сэндвич-панели с обкладками из стальных профилированных листов, применяющиеся для строительства быстровозводимых зданий и являющиеся самостоятельной ограждающей конструкцией.

Сравнение РГЯ-плиты с другими современными полимерными утеплителями приведем в таблице 1.

© Чумикова Е.А., 2016.

Научный руководитель: Савченко Федор Миронович - кандидат технических наук, профессор, Воронежский государственный технический университет, Россия.

Таблица 1

Утеплитель Плотность, кг/м3 Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/м°С Паропроницаемость, мг/м*ч*Па Группа горючести

Минеральная вата От 50 до 200 0,041 0,5—0,53 НГ

Пенопласт От 15 до 35 0,037 0,05 Г3 — Г4

Пенополистирол экструзионный От 20 до 50 0,035 0,02 Г3

Полиизоцианурат (РЖ плита) От 30 до 50 0,024 0,038 Г1 — Г3

Современные перспективы улучшения качества теплоизоляции связывают с использованием ваку-умированных материалов. Теплопроводность различных материалов может быть значительно снижена при помещении их в вакуум [3].

Основную роль в процессе передачи тепла в пористых порошковых структурах играет газ, находящийся в порах. Чем меньше размеры пор или пустот материала и разветвленнее его структура, тем лучше его теплофизические свойства [4].

Одним из материалов, в котором учтены такие требования является вакуумная теплоизоляционная панель. Она состоит из пористого материала - наполнителя, помещенного в непроницаемую оболочку. Воздух в панели откачивается до давления от 0,1 до 100 Па, после чего оболочка герметизируется.

Перспективным направлением является создание вакуумных изоляционных панелей с наполнителем из пористых материалов - мелких порошков или аэрогелей.

Аэрогели - класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью заменена газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, при этом обладая рядом других качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью, отсутствием водопоглощения и чрезвычайно низкую теплопроводность [5].

Наиболее перспективными представляются кремнегели и перлит с высокой степенью пористости до 95%. Коэффициент теплопроводности этих материалов не превышает 0,003 Вт/м°С до значений давления газа 100 Па для кремнегеля и 10 Па для перлита, что на порядок ниже чем у традиционно используемых теплоизоляционных материалов.

Применение вакуумных теплоизоляционных панелей позволяет уменьшить толщину утеплителя с 15 см до 2 см. При этом изделие будет защищено с двух сторон от механических повреждений слоями бетона. Также возможно использование вакуумных панелей между слоями кирпичной кладки [6].

Эта технология сегодня успешно продвигается на рынках Западной Европы и употребляется как в новом строительстве, так и при выполнении работ по тепловой модернизации зданий. По сравнению с традиционными, преимущества нового теплоизоляционного материала неоспоримы. Он позволяет уменьшить толщину слоя утеплителя при увеличении сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции.

Еще одной сравнительно молодой технологией утепления стен зданий является пенная теплоизоляция.

На сегодняшний день такая теплоизоляция жилых зданий выполняется двумя основными видами жидких утеплителей - пенополиуретановой пеной и жидким пеноизолом [7]. Данные материалы позволяют в кратчайшие сроки утеплить большие поверхности, что невозможно сделать обычными блочными, либо рулонными утеплителями, монтаж которых требует много времени.

Пенный пеноизол изготавливается из карбамидного полимера путем химической реакции, во время которой сырье вспенивается и увеличивается в объемах в 25-30 раз. Структура полностью застывшего пеноизола похожа на структуру обычного пенопласта. Коэффициент теплопроводности пеноизола составляет 0,040 Вт/м°С [7].

Из-за небольшой плотности, пеноизол редко используется для утепления поверхностей, которые в процессе эксплуатации могут испытывать механические нагрузки. Поэтому, его применяют для утепления стен зданий, теплоизоляции кровли.

Сильной стороной пеноизола считается полная монолитность материала после отвердевания. Такая теплоизоляция снаружи здания полностью защитит кирпичные стены не только от промерзания, но и от ветра и воды. Отсутствие микротрещин в застывшем пеноизоле гарантирует, что со временем между поверхностями стен не будут образовываться мостики холода, которые свойственны большинству рулонных и плитных утеплителей.

Исходным сырьем для изготовления пенополиуретановой пены является уретановый полимер, который вследствие протекания кратковременной химической реакции вспенивается, и многократно увеличивается (40-кратное увеличение) в размерах. По структуре ППУ близка к обычной монтажной пене, однако ей свойственна закрытая мелко ячеечная структура [8].

Коэффициент теплопроводности застывшей ППУ пены составляет 0,019 Вт/м°С. Пенополиурета-новая пена обладает высокой прочностью при затвердевании. Также она имеет хорошую адгезию со всеми используемыми при возведении зданий материалами.

В США и странах Западной Европы большую популярность набирают органические утеплители. В их составе могут быть такие природные материалы, как овечья шерсть, древесные и льняные волокна, кора пробкового дуба и др.

Широкое распространение получила целлюлозная теплоизоляция - рыхлый и легкий волокнистый изоляционный материал. Она состоит из продуктов вторичной переработки бумаги и древесного волокна, а также природных минералов - нелетучих антисептиков и антипиренов [9].

Материал имеет капиллярную структуру, поэтому теплопередача через слой утеплителя сведена к минимуму. Целлюлозная изоляция - экологична, так как в ней используются только древесная целлюлоза и природные минералы. Она способна аккумулировать и отдавать естественную влагу без потери изолирующих свойств. Это происходит благодаря полому строению целлюлозных волокон, способных впитывать влагу внутрь, оставляя окружающее пространство сухим. Нет необходимости в использовании пароизоляции. Пожарная безопасность и противопожарные свойства достигнуты благодаря наличию в материале антипирена и естественной влаги.

Другим органическим утеплителем является натуральный теплоизоляционный материал, который состоит частично из новой и частично из вторично переработанной овечьей шерсти, добавок для отпугивания насекомых и огнезащитных веществ.

Выпускается теплоизолятор в виде шерстяного полотна разной плотности толщиной 20-120 мм. Дополнительную прочность ему придает войлочная подкладка. Шерсть в условиях повышенной влажности может впитывать воду до 30% своего сухого веса и затем высвобождать ее. Это обеспечивает комфортный микроклимат в помещении, а также позволяет обойтись без паронепроницаемой пленки. За счет своей эластичности материалы на основе овечьей шерсти удобны в применении даже в местах со сложной геометрией [10].

Довольно экзотичный для России материал производится из коры средиземноморского пробкового дуба. Сырье измельчается в порошок и обрабатывается горячим паром под высоким давлением. Связующий компонент - натуральная пробковая смола, поэтому, материал остается экологически чистым [11]. Пористое строение пробки обеспечивает низкую теплопроводность и хорошую воздухопроницаемость, а наличие смолистых веществ придает ей стойкость к гниению и плесени. Низкое водопоглоще-ние, эластичность и упругость делают такие плиты одним из лучших теплоизоляционных и отделочных материалов.

Этот материал можно применять для внутренней и наружной теплоизоляции зданий. Утепленные пробковыми плитами фасады хорошо подходят для штукатурки.

Еще одним натуральным материалом является утеплитель из короткого льняного волокна. Утеплитель состоит примерно на 85% из льняного волокна и на 15% из связующего вещества. В роли последнего могут выступать компоненты на основе крахмала или безопасные для человека искусственные волокна, например, полиэстер [12].

Капиллярная структура - позволяет утеплителю пропускать влагу через себя, не накапливая конденсат и сохраняя свои теплоизоляционные свойства. За счет этого можно обойтись без пароизоляцион-ной пленки. Волокна льна долго не разрушаются, утеплитель хорошо держит свою форму и не склонен к усадке. Срок службы льняной теплоизоляции не менее 70 лет.

Еще один материал, который во многом схож с вышеописанным льняным, является утеплитель, получаемый из конопли. Он имеет ту же сферу применения. Все качества, характерные именно для рас-тигельных волокон, в полной мере присутствуют и у этого материала. Сходство просматривается и в технологии производства [12].

Современные технологии строительства дают огромный выбор материалов и их сочетаний, но их отбор должен основываться на теплотехнических расчетах и исходя из проектных конструктивных и объемно - планировочных решений энергосбережения в зданиях. Использование современных энергоэффективных конструкций и материалов позволяет создавать здания не только с низким потреблением энергии, но и с различными показателями ценового диапазона, комфортабельности и экологичности, что безусловно является актуальным в рамках современной строительной индустрии.

Библиографический список

1.http://energylogia.com/home/izoHacia/pir-plita.h1ml

2.http://stroybrigada.org/10-materialov-kotoryie-pozvolyat-sozdat-teplyiy-dom-tseUyuloznaya-poliizotsianuratnaya-izolyatsii-vspenennyiy-polistirol/

3.Кокоев М.Н., Федоров В.Т. Вакуумное теплоизоляционное изделие.

4.Васильев Л.Л. Теплопроводность неметаллических зернистых систем

5.http:/M-teimobar.ru/aerogel

6.Caps R., Friscke J. Vakuumdämmungen in der Anvendung. Passivhaus Tagung, Reutlingen, Februar 2001. S. 247254.

7.http://uteplimvse.ru/vidy/zhidkij/pennie.html

8.http://homebuild2.ru/uteplenie-i-izolyaciya/pena-dlya-utepleniya-sten.html

9.http://stroybrigada.org/10-materialov-kotoryie-pozvolyat-sozdat-teplyiy-dom-tsellyuloznaya-poliizotsianuratnaya-izolyatsii-vspenennyiy-polistirol/

10. Indoor Air Quality - Black Mountain Insulation 2012

11."Liège Spécial Façade / Cork ETICS external thermal insulation systems", Retrieved on 2009-03-26

12. http://www.supersadovnik.ru/text/organicheskie-utepliteli-1002731

ЧУМИКОВА ЕКАТЕРИНА АЛЕКСАНДРОВНА - магистрант, Воронежский государственный технический университет, Россия.