Теплоизоляция: «кто, как и зачем»

"Знание строительной теплотехники необходимо для рационального проектирования наружных ограждающих конструкций"
К.Ф. Фокин (из книги "Строительная теплотехника ограждающих частей зданий", Москва, "Стройиздат", 1973)


Поводом к написанию данного материала послужили две статьи Евгения Сосунова из ОАО "Гомельстекло" — "О преимуществах пеностекла в сравнении с другими теплоизоляционными материалами" ("СиН" №41 от 19 октября и №42 от 26 октября) и "Кто, как и зачем культивирует заблуждение о "здоровом дыхании стен" ("Белорусский строительный рынок" (№29 от 15-30 октября 2004 г.). Эти статьи, которые нет смысла рассматривать раздельно, содержат, с одной стороны, информацию о таком хорошем строительном материале, как пеностекло, а с другой — неоправданные, на мой взгляд, нападки на ряд других широко распространенных утеплителей. Есть во второй статье еще один, мало связанный со строительством, компонент. Но о нем позже.

Думаю, лучше понять суть моей статьи поможет одна маленькая история. Ехал я как-то в троллейбусе по Невскому проспекту. У окна сидели внук лет семи и пожилой дедушка. Внук показал пальцем на недавно отреставрированное красивое трехэтажное здание на берегу канала Грибоедова, украшенное изваяниями львов, и спросил: "Что это такое?" И дедушка, ни секунды не колеблясь, ответил: "Это бывшее английское посольство, а теперь там их консульство". Вообще-то на здании висела вывеска "Роснефти". И троллейбус поехал дальше, увозя внука с неправильной информацией в голове. Я привел типичный пример искажения информации. И создается впечатление, что в теплоизоляционной сфере в частности и в строительной теплофизике в целом порой преобладают не физико-химические характеристики материалов, данные научных исследований и расчеты, а предположения, беспочвенные теории или преднамеренное искажение информации. Цель этой статьи — пробудить беспокойство к вещам, подобным проблеме усвоения факта местонахождения английского посольства. Могу предположить, что большая часть читателей хорошо знакома и с основами строительной теплофизики, и с биографиями ученых, и с их научными воззрениями, и с основными результатами их исследований. Но поскольку статья популярная, в ней будет приведена определенная часть этой информации. Поэтому прошу не судить меня строго, если что-то из того, что написано мной, вы, уважаемые читатели, уже знаете.

Прежде всего, сообщу о позиции компании Paroc в отношении наружных ограждающих конструкций. Мы считаем, что при оптимальном уровне энергопотребления они, отвечая заданным требованиям по долговечности и надежности, должны вместе с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха обеспечивать комфортные параметры микроклимата помещений. Это положение, кстати, содержится в СНБ 2.04.01-97 "Строительная теплотехника". Комфортные параметры следует рассматривать с точки зрения действующих строительных норм и согласно рекомендациям медиков-гигиенистов, в том числе представляющих Всемирную организацию здравоохранения. А долговечность и надежность конструкций должна соответствовать сроку эксплуатации здания. В противном случае предусматривается возможность восстановительного ремонта ограждения, стоимость которого учитывается при определении экономической эффективности конструкции.
Сегодня необходимость устройства эффективной теплоизоляции наружных ограждающих конструкций мало у кого вызывает вопросы. А успех теплоизоляционных мероприятий во многом основан на решении инженерных задач. Среди них — выбор системы утепления и соответствующего ей теплоизоляционного материала, разработка технологического регламента выполнения работ, расчет их продолжительности и стоимости. По каким же критериям оценивать и выбирать теплоизоляционные материалы? В Беларуси для этого, разумеется, следует использовать в первую очередь действующие строительные нормативно-технические документы. Свойства теплоизоляционных строительных материалов характеризуются рядом основных параметров, отталкиваясь от которых можно наиболее полно раскрыть тему данной статьи.

Теплопроводность

Именно от этого показателя напрямую зависит термическое сопротивление слоя ограждающей конструкции и — в конечном итоге — ее сопротивление теплопередаче. Количественно теплопроводность выражается коэффициентом теплопроводности (l). На величину этого показателя оказывают влияние плотность материала, вид, размеры и расположение пор (пустот), направления теплового потока (для анизотропных материалов), температура материала и особенно его влажность. Так, если разность температур на противолежащих поверхностях сухого материала во время определения коэффициента его теплопроводности составляет 10°С, то говорят о l10, если 25°С — о l25. В отечественных методиках чаще встречается второй показатель. Значит, для корректного сравнения данных необходимо указывать, о каком коэффициенте теплопроводности в сухом состоянии идет речь.

В СНБ 2.04.01-97 для каждого материала приводятся расчетные коэффициенты теплопроводности по условиям эксплуатации А и Б, которые зависят от относительной влажности внутреннего воздуха и его температуры. Причем значения коэффициента теплопроводности по условиям эксплуатации А и Б сильно отличаются от его значений для материалов в сухом состоянии. Разница для ряда эффективных утеплителей доходит до 45%. В частности: для кровельного утеплителя — каменной ваты Paroc ROS 60 (плотность — 145 кг/м3) — l25составляет 0,039 Вт/(мЧ°С), а lБ— 0,041 Вт/(м°С), увеличение (ухудшение показателя) — 5,1%; для пеностекла плотностью 200 кг/м3 l25составляет 0,085 Вт/(м°С), а lБ— 0,11 Вт/(м°С), увеличение — 29,4%. В то же время, согласно статье Евгения Сосунова, для пеностекла плотностью 170 кг/м3 l25составляет 0,076 Вт/(м°С). Данные же по lБуказанный автор не привел, поэтому провести корректное сравнение невозможно. Между прочим, 100 мм толщины каменной ваты Paroc ROS 60 при условиях эксплуатации Б дают термическое сопротивление, равное 2,44 м2°С/Вт. Для достижения такого же результата требуется 268 мм пеностекла плотностью 200 кг/м3 (данные взяты из таблицы А.1, расчет производился по формуле 5.5 СНБ 2.04.01-97). Все это, кроме прочего, отражается и на весе конструкций.

Плотность

Интересно, что еще К.В. Фокин в 1949 г., а позже В.Н. Богословский в книге "Строительная теплофизика" (Москва, "Высшая школа", 1970) указывали, что определить единую для всех материалов зависимость между теплопроводностью материала и его плотностью де-факто невозможно. Именно поэтому во всех справочных таблицах параллельно со значениями l25приводятся данные по плотности, при которой этот коэффициент теплопроводности определялся. В то же время в странах Евросоюза плотность утеплителя как необходимый для определения качества материала показатель не рассматривается. Тем не менее, он важен при расчете нагрузок от собственного веса конструкций. Например, маты из каменной ваты Paroc UNS 37 имеют плотность всего 30 кг/м3 — это более чем в 5 раз меньше плотности пеностекла, которое можно реально использовать в строительстве. При этом значения l для ваты Paroc UNS 37 как в сухом состоянии, так и при условиях эксплуатации А и Б по сравнению с пеностеклом плотностью 160-180 кг/м3 ниже на 32-47%. А такой материал, как стекловата Isover KT-11, имея плотность лишь около 11 кг/м3, тоже обладает более низкой, чем пеностекло, теплопроводностью. Однако утверждать, что по этой причине пеностекло хуже каменной или стеклянной ваты, нельзя. Просто все это разные материалы.

Паропроницаемость

Это способность материала обеспечивать диффузионный перенос водяного пара.
Способность наружного ограждения противостоять диффузии пара характеризуется сопротивлением паропроницанию, измеряемым в м2чПа/мг. Сопротивление паропроницанию зависит от коэффициента паропроницаемости m (мг/мчПа) и толщины материала. "Коэффициент паропроницаемости материала зависит от физических свойств данного материала и отражает его способность проводить диффундирующий через него водяной пар. Физический смысл коэффициента паропроницаемости заключается в количестве водяного пара в граммах, которое будет диффундировать в течение 1 часа через 1 м2 плоской стенки толщиной 1 м, сделанной из данного материала, при разности упругости водяного пара с одной и с другой ее стороны, равной 1 Па" (Богословский В.Н. “Строительная теплофизика”. Москва, "Стройиздат", 1982). Теплоизоляционные материалы во многом определяют возможность перемещения влаги через ограждающую конструкцию в целом. В свою очередь влага является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. Это утверждается в работе С.В. Александровского "Долговечность ограждающих конструкций. Состояние и пути развития проблемы" (Таллинн, 1986). Что касается действующих у нас в стране СНБ 2.04.01-97, то, согласно этому государственному документу, наружные ограждающие конструкции необходимо рассчитывать на сопротивление паропроницанию. Это имеет отношение к предотвращению конденсации водяного пара внутри этих конструкций. Во избежание накопления влаги в многослойной ограждающей конструкции и связанного с ним снижения сопротивления теплопередаче ограждения паропроницаемость его слоев должна расти в направлении от теплой стороны ограждения к холодной. Поэтому практически все ученые очень большое внимание уделяли и уделяют именно вопросам перемещения влаги, диффузии водяного пара и его конденсации в ограждающих конструкциях. В частности, Р.Е. Бриллинг в известной работе "Миграция влаги в строительных ограждениях", впервые опубликованной в 1949 г., заметил, что основным конструктивным мероприятием для защиты ограждения от конденсации влаги является рациональное расположение в нем слоев различных материалов. К.Ф. Фокин в работе "Строительная теплотехника ограждающих частей зданий" (Москва, "Стройиздат", 1973) отметил: "Материалы ограждения должны располагаться в следующем порядке: к внутренней поверхности — материалы плотные, теплопроводные и малопаропроницаемые, а к наружной поверхности, наоборот, пористые, малотеплопроводные и более паропроницаемые. При таком расположении слоев в ограждении падение упругости водяного пара будет наибольшим в начале ограждения, а падение температуры, наоборот, в конце ограждения. Это не только обеспечит ограждение от конденсации в нем влаги, но и создаст условия, предохраняющие от сорбционного увлажнения".

Очевидно, что абсолютная величина падения упругости водяного пара в слое будет зависеть не только от значения m, но и от толщины материала. Поэтому заявление, что 1,5 мм виниловых обоев и 50 мм, например, пенопласта, одинаковы с точки зрения их влияния на диффузию пара, не имеет смысла. Диффундирующий через ограждение водяной пар (но не вода, как утверждается Евгением Сосуновым в "Белорусском строительном рынке") будет понижать свою упругость по мере движения внутри массива ограждения и, кроме того, встречать на своем пути более холодные слои ограждения. В некоторых случаях падение упругости водяного пара и падение температуры в ограждении идет последовательно — так, что конденсации влаги внутри ограждения не происходит. В других же случаях, когда падение температуры внутри ограждения будет более интенсивным, нежели падение упругости водяного пара, внутри ограждения могут создаваться условия, вызывающие конденсацию водяного пара. Очевидно, что при равной температуре внутреннего воздуха и одинаковой толщине материалов лучше себя покажут те из них, у которых значения коэффициента теплопроводности меньше. Стоит также учитывать, что процессы диффузии водяного пара протекают значительно медленнее процессов теплопередачи.

Уместно напомнить, что большой вклад в вопросы исследования кинетики тепломассопереноса капиллярно-пористых материалов внесли такие ученые, как М.Ф. Казанский из Киева, москвич Ю.Д. Ясин и, конечно же, А.В. Лыков, работавший в Минске. Согласно СНБ 2.04.01-97 пеностекло плотностью 200 кг/м3 обладает расчетным коэффициентом паропроницаемости 0,03 мг/мчПа. По данным сайта ОАО "Гомельстекло"http://www.gomelglass.comкоэффициент паропроницаемости пеностекла производства этого предприятия составляет 0,001-0,005 мг/мчПа. А у плит из каменной ваты Paroc ROS 60, используемых для кровель, коэффициент паропроницаемости соответственно на один-два порядка больше — 0,43 мг/мчПа. В данном разделе упомянуты известные специалисты и их работы, в которых рассмотрены вопросы именно диффузии водяного пара сквозь наружные ограждения. Из справочных пособий, содержащих данные по количественному измерению диффузии, стоит назвать "Справочник по теплозащите зданий" под редакцией В.П. Хоменко и Г.Г. Фаренюка (Киев, "Будивельник", 1987); "Справочник по специальным работам. Тепловая изоляция" под редакцией Р.П. Грушмана (Москва, "Стройиздат", 1984), "Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов" (А.У. Франчук, Москва, 1969). Другие компании, являющиеся производителями эффективных теплоизоляционных материалов, также отмечают важность диффузии водяного пара. В частности, компания Rockwool в своем буклете "Как выполнить теплоизоляцию из базальтовой ваты", предназначенном для проектировщиков и строителей, указывает: "Утепляя минватой Rockwool, получаем свободный выход водяного пара и тем самым устраняем источник увлажнения ограждающей конструкции. Тогда стены "дышат" при одновременном сохранении полного теплового и акустического комфорта помещений". О "достаточном обмене водяных паров между сечением стены и наружным воздухом" говорится и в книге Е. Шильда, Р. Освальда, Д. Роджера и Х. Швайкерта "Предотвращение повреждений конструкций в жилищном строительстве" (Москва, "Стройиздат", 1980).

Продолжение следует

Дмитрий АБРАМОВ, региональный директор компании Paroc по Беларуси и Украине


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 45 за 2004 год в рубрике изоляция

©1995-2024 Строительство и недвижимость