Теплоизоляционные материалы, свойства, области применения

Теплоизоляционные материалы, свойства, области применения. Основные современные теплоизоляционные материалы. Достоинства, недостатки.

Основные свойства теплоизоляционных материалов.

В общем виде теплопроводность можно представить как функцию многих переменных.

У ряда материалов — особенно волокнистых — теплопроводность с увеличением средней плотности вначале резко уменьшается, а затем возрастает примерно пропорционально увеличению средней плотности материала. Это можно объяснить тем, что при очень малой средней плотности и большом количестве крупных пор теплопроводность с конвекцией растет. С ростом плотности увеличивается доля передачи тепла кондукцией.

Таким образом, можно констатировать, что теплопроводность является важнейшей технической характеристикой ТИМ. От нее зависит напрямую термическое сопротивление ограждения R(терм), кв.мК/Вт.

Повышение эффективности теплоизоляции достигается применением высокопористых материалов и устройством многослойных конструкций с воздушными прослойками.

Пористость ТИМ колеблется от 70 % до 99,9 % по объему. Если поры материала заполнены воздухом, то при высокой пористости он имеет небольшую теплопроводность (теплопроводность воздуха равна 0,027 Вт/мК).

Температуростойкость является весьма важным свойством теплоизоляционных материалов, особенно при использовании их для изоляции промышленного оборудования, работающего при высоких температурах. Характеризуют температуростойкость материалов технической и экономической предельными температурами применения. Под технической температурой понимают ту температуру, при которой материал может эксплуатироваться без изменения технических свойств.

ТИМ с сообщающимися открытыми порами пропускают значительное количество водяного пара, почти столько же, сколько воздуха. Благодаря малому сопротивлению паропроницаемости они почти всегда сухие; конденсация пара наблюдается в основном в следующем слое на более холодной стороне ограждения.

Во избежание конденсации водяного пара, теплая сторона должна обладать большей паронепроницаемостью, чем холодная сторона, а также воздухонепроницаемостью.

Теплоизолирующие свойства основываются на том, что предотвращается движение воздуха внутри изоляции .

Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения отдельной ветрозащиты. Жесткие изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах. Они могут применяться также в качестве ветрозащиты.

При устройстве теплоизоляции наружных стен и других вертикальных конструкций, воспринимающих напор ветра, следует помнить, что при скорости ветра 1 м/с и выше необходимо поверхность ТИМ покрывать ветрозащитным слоем. (См. «Общие рекомендации по использованию ТИМ»).

Минеральные ТИМ обладают хорошей стойкостью к действию органических веществ, таких как масла и растворители. Также слабые кислые или щелочные вещества не вызывают проблем.

В условиях нормальной влажности они не способствуют коррозии, хотя и не могут предотвратить ее. Поэтому все металлические элементы должны быть выполнены из антикоррозийного материала.

Применение теплоизоляционных материалов в строительстве позволяет повысить степень индустриализации работ, поскольку они обеспечивают возможность изготовления крупноразмерных сборных конструкций и деталей, снизить массу конструкций, уменьшить потребность в других строительных материалах (бетон, кирпич, древесина и др.), сократить расход топлива на отопление зданий, уменьшить потери тепла в промышленных агрегатах. Теплоизоляционные материалы обеспечивают надлежащий комфорт в жилых помещениях, улучшают условия труда на производстве, снижают случаи травматизма.

Применение в строительстве, например, облегченных кирпичных стен вместо сплошной кирпичной кладки позволяет в 2-2,5 раза сократить потребность в кирпиче, цементе и извести, в 3 раза снизить массу конструкции, а также значительно уменьшить транспортные затраты.

Хороший эффект дает использование теплоизоляционных материалов для изоляции тепловых агрегатов, технологической аппаратуры и трубопроводов, что позволяет снизить расход топлива за счет уменьшения теплопотерь.

Очень важным считается использование теплоизоляционных материалов в различных холодильных установках для снижения потерь холода (стоимость получения единицы холода примерно в 20 раз выше получения единицы тепла).

К достоинствам следует отнести более низкую, чем у минеральной ваты, теплопроводность, а также низкую стоимость материала.

Недостатками являются меньшая, чем у минеральной ваты, паропроницаемость, высокая трудоемкость работ (сложнее подогнать «в размер» при установке) и более высокая горючесть материала, что вызывает ограничения при его использовании. По этой же причине он не рекомендуется для вентилируемых фасадов каменных домов. Поэтому единственная область применения пенополистирола — в мокрых системах утепления фасадов с последующим оштукатуриванием. Низкая паропроницаемость делает невозможным использование пенополистирола для утепления деревянных фасадов.

Волокна данного материала способны выдерживать, не плавясь, температуру свыше 1000°. Благодаря этому свойству минеральная вата не только препятствует распространению огня и высоких температур, но и защищает от возгорания конструкции из горючих материалов. Минеральная вата является гидрофобным материалом, практически не впитывающим в себя влагу (жидкость, попавшая на поверхность материала, не проникает в его толщу), поэтому теплозащитные свойства влажного материала не ухудшаются. Минеравльная вата имеет очень высокую сопротивляемость механическим воздействиям, т.к. . т.к. она состоит из тончайших волокон расположеных хаотично в горизонтальном и вертикальном направлении, под различными углами друг к другу. Благодаря такому расположению волокна сплетаются между собой, обеспечивая высокую жесткость изделий.

Процесс экструдирования придает пенополистиролу материалу однородную структуру, состоящую из мелких закрытых ячеек размером 0,1-0,2 мм. Именно благодаря ячеистой структуре изоляционные плиты из пеноплекса имеют целый ряд преимуществ: низкая теплопроводность; высокая механическая прочность; отсутствие капиллярности; практически нулевое водопоглощение; устойчивость к циклам замораживания-оттаивания; долговечность.

Основной недостаток при использовании для наружнего утепления стен — отсутствие паропроницаемости.

Новый материал на российском рынке. Вспененное стекло обладает присущими только ему уникальными теплофизическими и эксплуатационными свойствами — широкий температурный диапазон применения, непроницаемость для воды и водяного пара, абсолютная негорючесть, стабильность размеров (не дает усадки), высокие прочностные показатели, долговечность, экологическая безопасность, стойкость к агрессивным средам, удобство монтажа. Благодаря своим достоинствам теплоизоляция из вспененного стекла имеет самый широкий диапазон применения. Теплоизоляционные блоки из пеностекла являются — особопрочной, негорючей теплоизоляцией. Благодаря этому изоляция из пеностекла имеет неоспоримое преимущество при использовании в криогенной технике, на пожаро- и взрывоопасных производствах, на особенно важных капитальных объектах.

Недостаток — пеностекло хрупкий и абсолютно невпитывающий материал, поэтому возникают трудности при монтаже. Для монтажа на пожароопасных объектах рекомендуется использовать полимерцементные клеи с повышенной эластичностью и адгезией типа ЭМФИФЛЕКС.

Улучшить теплотехнические характеристики строящихся и эксплуатируемых зданий можно, применив теплые штукатурки. В нашей стране не заслуженно мало внимания уделяется этому эффективному материалу. Штукатурка может быть нанесена при выполнении работ как на наружную, так и на внутреннюю поверхность зданий. В состав входят теплоизоляционный наполнитель, связующее и добавки. Помимо перлита в качестве наполнителя могут быть использованы гранулы пенополистирола, пеностекла и т. д., но наиболее переспективными и экологичными являются неорганические наполнители типа Перлит. Связующее — цемент, гипс. При толщине слоя 4-6 см сопротивление теплопередаче кирпичных стен может быть увеличено в 1,5-2 раза. Хорошо сочетаются перлитовые штукатурки с ячеистым бетоном, пенобетоном и другими материалами, особенно в тех случаях, где необходимо обеспечить необходимую газопроницаемость.

Пенобетон предотвращает значительные потери тепла зимой, не боится сырости, позволяет избежать слишком высоких температур летом и регулировать влажность воздуха в комнате путём впитывания и отдачи влаги, тем самым способствуя созданию благоприятного микроклимата (Микроклимат деревянного дома). Пенобетон обладает относительно высокой способностью к поглощению звука. В зданиях из ячеистого бетона обеспечиваются действующие требования по звукоизоляции. Благодаря пористой структуре пенобетон является и конструкционным и теплоизоляционным материалом. Его теплоизолирующая способность в 3 – 3,5 раза выше, чем у кирпичной стены. Стандартный пеноблок размером 200х188х388 имеет массу всего 11 кг, что позволяет значительно снизить транспортные и монтажные расходы, снизить трудоемкость работ. При низкой объемной массе пенобетон имеет достаточно высокую прочность на сжатие (3,5-5,0 МПа). Максимальная этажность здания с несущими стенами из пенобетона Д-900 три этажа. Пенобетон относится к негорючим материалам, выдерживает одностороннее воздействие огня в течении не менее 5 — 7 часов. Пеноблоки не подвержены гниению и старению. Большое значение имеет такое свойство пенобетона, как легкая обрабатываемость простейшими инструментами. Пеноблоки легко пилятся, сверлятся, штрабятся, гвоздятся.

Теплоизоляционные материалы из стекловолокна.

Наряду с тем, что стекловолоконные материалы пожаробезопасны, экономичны при транспортировке, удобны в работе, они имеют очень низкие коэффициенты теплопроводности (в пределах от 0,035 до 0,044 Вт/мК). Низкая теплопроводность стекловолокна объясняется способностью волокон прочно удерживать воздух, который обладает отличными теплоизолирующими свойствами. Поэтому изоляция из стекловолокна надежно защищает от холода зимой и жары летом. Стекловолокно производится из неорганических веществ, а значит, само по себе не способствует появлению плесени и гнили. Нет опасности, что при попадании воды ухудшатся теплоизолирующие свойства стекловолокна. Оно по своей природе негигроскопично: как впитывает влагу, так и быстро отдает ее.

Недостаток. В строительной конструкции был предусмотрен вентиляционный зазор, который способствует выведению влаги из конструкции.

недостатком является старение связующего компонента, и, как следствие, разрушение структуры материала.

Плиты и рулоны из прессованной пробки.

Материал изготавливается из наружного слоя коры средиземноморского пробкового дуба. Изделия из прессованной пробки имеют привлекательный внешний вид, они экологически чисты и применяются для внутреннего утепления жилых помещений, в основном стен, одновременно выполняя функцию декоративной отделки. Пробка часто используется для утепления полов. Теплоизоляционные пробковые щиты могут быть использованы и для утепления фасадов и наружных стен.

Основной недостаток – высокая стоимость.

Пенофольгированный утепляющий материал.

Чрезвычайно интересным видом современных утеплителей является слой полиэтиленовой пены, зажатый с двух сторон алюминиевой фольгой. Характерные особенности этого материала — и малый вес и низкий коэффициент теплопроводности (почти в 1,5 раза меньше, чем у стеклянных и базальтовых утеплителей). Немаловажное достоинство — простота монтажа этого утеплителя: он крепится к стенам с помощью строительного степлера.

Как недостаток стоит отметить то, что этот утеплитель абсолютно паро– и газонепроницаем, т.е. помещение перестает «дышать» и, если его не вентилировать, можно столкнуться с эффектом термоса или парника.