Автор: Инженер Коломна

Перед тем как выбрать утеплитель для дома, нужно определиться с целями утепления, чего мы с его помощью хотим достичь и насколько далеко готовы зайти на этом пути.

Тепловое сопротивление и строительные нормы

При планировании утепления стоит ориентироваться на действующие требования к тепловому сопротивлению внешних ограждающих конструкций.

Главная характеристика утеплителей – теплопроводность. Она показывает способность материала проводить тепло. Коэффициент теплопроводности – это мощность потока теплоты, проходящего через 1 кв. м преграды толщиной 1 м при разнице температур на ее противоположных поверхностях в 1 градус. Размерность теплопроводности – Вт/(м·К).

В строительстве при теплотехнических расчетах используется величина, обратная теплопроводности – приведенное сопротивление теплопередаче R0=d/λ, где:

• R0 – термическое сопротивление в расчете на единицу площади ограждающей конструкции;
• d – толщина однородного слоя, для которого рассчитывается сопротивление;
• λ – коэффициент теплопроводности материала.

Размерность приведенного теплового сопротивления – м2·К/Вт. Применение здесь градусов Цельсия (°С) и градусов Кельвина (К) одинаково правомерно.

Сопротивление ограждающих конструкций теплопередаче нормируется в зависимости от климатических условий, которые выражаются интегральным числовым параметром – градусо-сутками отопительного периода (ГСОП). Для определенности предположим, что утепляемый дом находится вблизи Москвы. Для Московской области ГСОП округленно составляет 4900°С·сут при температуре воздуха в помещении 20°С.

Линейная интерполяция табличных параметров из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» дает нам нормативные величины термического сопротивления основных ограждающих элементов жилого дома:

• стены – 3,12 м2·К/Вт;
• чердачное перекрытие, пол над неотапливаемым подвалом, крыша мансарды – 4,11 м2·К/Вт;
• окна и балконные двери – 0,52 м2·К/Вт.

Зная эти числа, можем подбирать теплоизоляционные материалы по их главному качеству – теплопроводности. Но перед тем как выбрать теплоизоляцию, нужно знать, сколько нам не хватает до нормы. Например, для кирпичной стены толщиной 380 мм понадобится утепление с термическим сопротивлением не ниже 2,19 м2·К/Вт, поскольку собственное сопротивление кирпичной кладки такой толщины составляет 0,93 м2·К/Вт.

Расчеты сделаны для стен из пустотелого керамического кирпича плотностью 1200 кг/м3, сложенных на «теплом» цементно-песчаном растворе и эксплуатируемых во влажных условиях.

Пример расчета: возьмем в качестве утеплителя пенопласт с теплопроводностью 0,037 (Вт/м·К). Умножив требуемую добавку к тепловому сопротивлению на теплопроводность пенопласта, получаем нужную нам толщину – 0,081 м. Слой пенопласта толщиной 81 мм даст необходимое утепление.

Теплоизоляция и влага

При теплоизоляции необходимо учитывать влияние утепления на влажностный режим стен. В помещении, где находятся люди, влажность повышается по сравнению с улицей. Дыхание людей, стирка и сушка одежды, приготовление пищи – все это источники влаги, часть которой, от 1 до 3%, не удаляется вентиляцией, а проникает в стены. Диффузия водяного пара происходит от области большей концентрации в сторону меньшей – изнутри наружу. В теплую погоду пар покидает стену через ее внешнюю поверхность. Но при похолодании в стене может происходить его конденсация. Влага, перешедшая в жидкую фазу, накапливается в стене и вызывает неприятные последствия:

• усиление морозного разрушения материала стены;
• повышение влажности в помещении;
• появление и развитие плесневого грибка, который ухудшает самочувствие людей и разрушает стену.

Поэтому очень важно соблюдение баланса. Накопление влаги в холодный сезон должно быть сведено к минимуму и обеспечен ее беспрепятственный вывод в течение всего года. Ниже показана диаграмма поперечного разреза стены. На ней графики температуры и температуры «точки росы» очень близко подходят друг к другу. Конденсации нет, но она может возникнуть при понижении внешней температуры.

Внешнее утепление повышает температуру стены и в большинстве случаев улучшает влажностный режим. Но только если утеплитель и облицовка достаточно проницаемы для пара.

А так выглядит утепление пенопластом:

Здесь ситуация лучше, но при понижении температуры в слое утеплителя тоже появится конденсат.

Паропроницаемость утеплителя

Для стен многослойной конструкции обязательно соблюдение правила – сопротивление слоев диффузии пара не должно увеличиваться в направлении изнутри наружу. Это необходимое условие для того, чтобы влага не накапливалась в материале.

Утепление капитальных стен за редкими исключениями производится снаружи. Значит, от утеплителя требуется высокая паропроницаемость. Материал с низкой паропроницаемостью, например пенопласт, может стать причиной ухудшения атмосферы в доме и даже разрушения стен. Особенно чувствительны к увлажнению стены из дерева и грунтобетона (самана).

Если в приведенном выше примере пенопласт заменить минеральной ватой, то конденсата не будет даже при понижении внешней температуры до -25°С. А если изнутри использовать паробарьер или облицовку с низкой паропроницаемостью, то сухость стены обеспечивается в самых сложных условиях.

При решении вопроса о том, какую теплоизоляцию выбрать в том или ином случае, необходимо учитывать не только теплопроводность материалов, но и их проницаемость для водяного пара, а также конструкционные возможности того или иного варианта.

Обзор теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционными называют материалы, термическое сопротивление которых важнее, чем прочность, морозостойкость и другие характеристики. Большинство теплоизоляторов имеет невысокую плотность за счет того, что в их структуре большой объем занимает воздух. Именно воздух придает им теплоизоляционные свойства. Его теплопроводность при 0°С и нормальном давлении – 0,0244 Вт/(м·К), и чем ближе теплопроводность утеплителя этому значению, тем он лучше.

Сделаем небольшой обзор самых эффективных и популярных теплоизоляторов.

Пенопласт

Пенопластами называют разные материалы, но чаще всего, это вспененный полистирол, производимый беспрессовым методом (EPS). Он выпускается в виде плит толщиной от 20 до 100 мм и имеет вид плотно спрессованных шариков, которые сравнительно легко отделяются от общей массы. Пенополистирол EPS имеет плотность от 10 до 50 кг/м3. Воздух занимает до 97–98% его объема, поэтому теплопроводность пенопласта близка к теплопроводности воздуха – 0,34–0,4 (Вт/м·К).

Интересно, что зависимость теплопроводности от плотности нелинейна и имеет минимум в районе 25–30 кг/м3. С понижением плотности, как и с ее повышением, теплопроводность увеличивается. С «верхней» стороны причина очевидна – это уменьшение объема воздуха в материале. С «нижней» – причина в том, что с уменьшением плотности увеличиваются размеры газонаполненных полостей и в них усиливается конвективный теплоперенос.

Пенопласт очень популярен для теплоизоляции стен и перекрытий. Его главные достоинства – низкая теплопроводность, легкость, невысокая стоимость и простота монтажа утепления. Этот короткий перечень можно дополнить:

• отсутствие запахов, пыли и волокон, для работы с ним не нужны средства защиты;
• материал легко режется обычным ножом;
• размеры плит стабильны и практически не меняются со временем или при колебаниях температуры;
• пенопласт биологически инертен, его не поражают грибок, бактерии, насекомые;
• производители пенопласта заявляют срок его эксплуатации минимум 25 лет, но при правильном применении он служит 40 лет и дольше;
• пенопласт почти не впитывает воду: при полном длительном погружении объемное содержание воды в образце не превышает 2%.

Есть у пенопласта и недостатки:

• горючесть;
• низкая паропроницаемость;
• при облучении ультрафиолетом происходит разрушение материала;
• несмотря на несъедобность, пенопласт повреждают грызуны, а часто – и домашняя птица;
• при нагреве пенопласта свыше 75°С может начаться термическая усадка плит и термодеструкция полистирола с выделением мономера стирола.

Этот список – скорее особенности, которые нужно учитывать при использовании пенопласта. Но одно качество заслуживает отдельного рассмотрения. Это горючесть.

Горючесть пенопласта: проблема определений

Вокруг противопожарных качеств пенопласта существует настоящая «дымовая завеса» ложной информации и двусмысленных трактовок. Попробуем разобраться в этом вопросе.

Полистирол относится к группе горючести Г4 – это сильно горючее вещество. К этой же группе принадлежит распространенный пенопласт марок ПСБ. Утепление фасадов с его применением недопустимо. В строительстве применяется так называемый негорючий пенопласт ПСБ-С (самозатухающий). В классификации, принятой с 2014 года, он обозначается ППС.

Производители утверждают, что время его самостоятельного горения (после прекращения действия внешнего огня) не превышает 4 с. И это вполне соответствует ГОСТ 15588-2014. По ГОСТу испытания проводятся с образцом размерами 140×30×10 мм, путем воздействия на него пламенем горелки в течение 4 секунд. На видео, приведенном ниже, показано действительно впечатляющее испытание пенопласта огнем.

Однако в реальной ситуации все может оказаться не так благополучно. Воздействие огня может быть более длительным, объем и масса доступного для горения материала намного больше, из-за чего снижаются потери тепла из очага возгорания.

Вот цитата из Рекомендаций «Огнестойкость и пожарная безопасность совмещенных покрытий с основой из стального профилированного листа и утеплителями из пенополистирола», разработанных научно-исследовательским институтом противопожарной обороны МЧС России в 2007 году:

«Испытаниями фрагментов стен с различными типами обшивок и утеплителем из ПСБ-С было установлено, что такой утеплитель воспламеняется, как правило, уже через 3-4 мин от начала одностороннего теплового воздействия по режиму «стандартного» пожара, после чего имеет место скрытое распространение огня по утеплителю внутри конструкций. Горение и разложение полистирола в панелях стен сопровождалось образованием плава, обильным выделением дыма и токсичных продуктов горения и продолжалось практически до полного выгорания утеплителя даже при удалении источника теплового воздействия на конструкции.»

Попытки объявить пенополистирол марок ППС пожарно-безопасным лишь на основании его самозатухания в лабораторных условиях не вполне убедительны. В самом ГОСТе указывается лишь время самостоятельного горения в четко определенных условиях, но ничего не сказано о группе горючести. А ведь при ее определении учитываются разные параметры, такие как температура дымовых газов, образование горящих капель расплава и другие.

И все же, пенопласт для утепления зданий применять можно, но необходимо помнить о потенциальной опасности этого материала и не пренебрегать мерами, разработанными для снижения пожарной опасности. При грамотном строительстве даже с утеплением из пенопласта можно получить конструкции с классом пожарной опасности К0 – безопасный.

Пенополистирол EPS применяют для утепления разных конструкций.

В фасадных системах с покрытием тонким штукатурным слоем.

Под облицовкой из кирпича.

Для теплоизоляции перекрытий и плоских кровель «под стяжку», для изоляции перекрытий от ударного шума.

Везде пенополистирол защищается негорючими материалами.

Кроме того, вертикальное утепление пенопластом разделяется горизонтальными поясами из негорючих материалов, например базальтовой ваты. Оконные проемы тоже следует окантовывать минеральной ватой.

Если кровля или стропильная система содержат горючие материалы, то противопожарный пояс устраивается и под карнизом крыши.

Пенопласт стоит 2–4 тысячи рублей за кубометр. Это без учета других материалов и работы по утеплению.

Экструдированный пенополистирол (XPS)

Экструдированный пенополистирол (ЭППС) отличается от пенополистирола типа EPS плотной поверхностью и мелкой закрытоячеистой структурой.

Это плотный материал, сопротивляющийся попыткам смять его или надорвать. В основном его свойства соответствуют свойствам пенопласта, но есть и отличия, влияющие на его применение:

• теплопроводность несколько ниже – 0,032 Вт/(м·К);
• очень малое водопоглощение – 0,5%;
• практически нулевая паропроницаемость – на уровне 0,014 (мг/м∙ч∙Па);
• стойкость к распределенным нагрузкам на сжатие и ограниченная стойкость к сосредоточенным нагрузкам.

Благодаря низкому водопоглощению, теплопроводность ЭППС не снижается даже при прямом контакте с водой, а прочность на сжатие делает его применимым в условиях, где на него воздействуют высокие нагрузки. ЭППС применяется для утепления подвалов, фундаментов, грунта вблизи фундамента. Его можно укладывать под бетонную стяжку. Это лучший материал для пола по грунту и по другим слабым основаниям.

Из-за горючести (Г3–Г4) и низкой паропроницаемости ЭППС не применяется для утепления стен выше цоколя.

Цена экструдированного пенополистирола – около 4000 рублей за кубометр.

Жидкий пенопласт

Жидким пенопластом называют вспененный материал на основе карбамидо-формальдегидных смол. Его основные свойства:

• низкая прочность на сжатие, способность восстанавливать форму после деформации;
• теплопроводность ниже, чем у пенополистирола – 0,028–0,038 Вт/м∙К;
• высокая паропроницаемость – 0,21–0,24 мг/м∙ч∙Па;
• способность к абсорбции влаги без ее конденсации и снижения теплового сопротивления;
• хорошая адгезия к большинству материалов;
• низкая стоимость.

Карбамидный пенопласт применяется только в конструкциях, не создающих нагрузок на него – в полых каркасах и пустотных стенах.

Этот материал приготавливается прямо на объекте, непосредственно перед применением. Его в жидком виде заливают в пустоты.

При этом он вспенивается и заполняет весь доступный объем. Важно, что при расширении и при твердении жидкая пена не создает большого давления на окружающие ее поверхности. Благодаря этому жидкий пенопласт можно использовать не только в жестких конструкциях, но и в каркасах, закрытых мягкой мембраной.

Жидким пенопластом заполняют и пустоты в уже готовых конструкциях.

Стоимость карбамидного пенопласта – около 300 рублей за кубометр вместе с его приготовлением и заливкой. Это самый дешевый материал среди современных теплоизоляторов.

Пенополиуретан

Пенополиуретан (ППУ) – это пена белого или желтого цвета, получаемая при смешивании и взаимодействии двух компонентов полиольной и полиизоцианатной групп. При смешивании происходит реакция с образованием пластической массы в твердой фазе и большого количества газообразных продуктов, создающих пену, которая впоследствии затвердевает.

Образующийся в результате продукт обладает набором качеств хорошего теплоизолятора:

• низкой теплопроводностью;
• слабой горючестью;
• высокой прочностью на сжатие;
• высокой адгезией к большинству материалов.

Пенополиуретаны делят на две группы – твердые и мягкие. Твердые имеют плотность от 30 до 150 кг/м3 и прочность на сжатие до 1000 кПа.

Минимальная теплопроводность материалов этой группы – 0,026 Вт/м∙К. Это меньше, чем у любого другого теплоизолятора, и показатель вплотную приближается к теплопроводности воздуха.

Мягкие пенополиуретаны – это знакомый всем поролон. Они имеют плотность от 8 до 30 кг/м3 и теплопроводность 0,03–0,04 Вт/м∙К. Мягкий ППУ применяется в условиях, исключающих нагрузки на него, поэтому его прочность не нормируется.

Пенополиуретан горюч, но плохо распространяет пламя и проявляет склонность к самозатуханию. Разные его марки относят к разным группам горючести – от Г4 до Г2. Марки с низкой горючестью получают введением в состав компонентов антипиренов. ППУ группы Г1 тоже есть, но его реальное применение – это пока дело будущего.

Твердый ППУ применяется напылением, мягкий – заливкой в полости. Для фасада используется напыление твердой «пены» с последующим оштукатуриванием.

Напыление пенолиуретана дает бесшовную теплоизоляцию, не имеющую крепежных элементов и каркаса, которые служат проводниками холода.

Штукатурка защищает утеплитель от солнечных лучей, атмосферной влаги и повышает пожарную безопасность дома.

Напылением легко укрыть даже сложную поверхность. На фотографии ниже показано, как владелец бревенчатого дома тепловую эффективность предпочел межвенцовому утеплителю и аутентичной внешности избы.

Однако при таком применении нужно учитывать низкую паропроницаемость ППУ и позаботиться о том, чтобы деревянные стены не накапливали влагу.

Для применения пенополиуретана используется специальное оборудование. Для работы с ним необходима защита глаз, органов дыхания и специальная одежда. После затвердевания материал становится нейтральным и совершенно безопасным. Его не повреждают грызуны, насекомые, бактерии и грибки.

Единственный серьезный недостаток ППУ для утепления – это высокая цена. Кубометр «пены» стоит в 1,5 – 3 раза дороже, чем куб пенопласта. В реальности разница несколько меньше из-за высокой тепловой эффективности пенополиуретана и технологичности его применения. Но все же она достаточно велика.

Минеральная вата

Минеральная вата изготавливается из волокон, которые образуются из расплава стекла или базальта. Волокна скрепляются фенол-формальдегидными смолами.

• Минеральная вата не горит, но разрушается от высокой температуры из-за деструкции связующего.
• Плотность разных марок ваты колеблется от 11 до 150 кг/м3.
• Теплопроводность находится в диапазоне 0,036 до 0,044 Вт/(м∙К).
• Минеральная вата не подвержена гниению, ею не интересуются насекомые, но грызуны могут испортить теплоизоляцию.

Главные параметры базальтовой ваты – это теплопроводность и плотность. Причем, именно то, какой плотности плита, определяет способ ее применения. Для каркасных конструкций, в которых утеплитель не испытывает нагрузок, применяются легкие плиты или рулоны плотностью до 50 кг/м3. Это утеплители для мансарды, для стен, для полов по лагам.

Утепление для кровли с вентилируемой прослойкой выполняется с обязательной влагозащитой, которая предотвращает попадание на вату конденсата, образующегося на кровле.

Плитами высокой плотности – 120–140 кг/м3 выполняется утепление плоской кровли, как эксплуатируемой, так и не эксплуатируемой. Ими же можно утеплить пол способом «плавающая стяжка по утеплению».

Эковата

Так называют утеплитель на основе целлюлозного волокна. Эковата изготавливается из отходов бумажной и текстильной промышленности. По виду и свойствам этот материал и в самом деле очень похож на вату – такая же мягкая и пушистая масса.

Именно эта «пушистость» придает эковате теплоизоляционные свойства. А ее обработка антисептиками и антипиренами дает биологическую стойкость и препятствует ее горению.

Свойства эковаты:

• теплопроводность – 0,032–0,040 Вт/(м·К);
• плотность – 30–75 кг/м3;
• группа горючести – Г2;
• паропроницаемость – 0,3 мг/м·ч·Па.

Эковата используется в строительных конструкциях, которые не создают на нее нагрузок. Это пустотелые полы и перекрытия, каркасные стены, навесные фасады. Она используется в сухом или влажном виде. Сухой способ – это заполнение рыхлой волокнистой массой пустот при помощи потока воздуха.

Таким образом заполняются горизонтальные и вертикальные конструкции. Для вертикальных конструкций необходима уже смонтированная обшивка. Заполнение утеплителем производится через отверстия в ней.

При влажном способе эковата наносится напылением в открытые с одной стороны каркасы. При этом способе волокнистая масса прилипает к поверхностям и удерживается на них и после высыхания.

После нанесения выполняется выравнивание утеплителя и окончательная установка обшивки.

Производители эковаты утверждают, что она совершенно безопасна и не выделяет никаких вредных веществ. Но с учетом того, что утепление обычно производится снаружи, эта характеристика не является определяющей. Важнее то, что целлюлозные волокна свободно пропускают через себя большие объемы водяного пара без его конденсации.

Для эковаты не требуется парозащита, как для других материалов.

Стоимость эковаты вместе с ее укладкой, в зависимости от способа нанесения и характера утепляемых конструкций, колеблется от 1600 до 3200 рублей за кубометр.

Рекомендации по выбору утеплителя

Выбор материалов для утепления определяется не только их теплопроводностью, но и другими факторами:

• условиями эксплуатации – сочетанием температуры и влажности;
• видом утепляемой конструкции – стена, цоколь, перекрытие, кровля;
• материалом основной конструкции – камень, бетон, дерево, каркас;
• экономическими соображениями и доступностью материалов и технологий в конкретных условиях.

Утепление стен из бетона и кирпича

Кирпич, а тем более бетон, имеют невысокую паропроницаемость. Для фасада из этих материалов можно использовать пенопласт, пенополиуретан, а в некоторых случаях – экструдированный пенополистирол. Утепление производится «мокрым» способом с креплением плит на клей и дюбеля с последующим оштукатуриванием по армирующей сетке.

Низкая паропроницаемость пенопласта может создать условия для накопления влаги в стене. Избежать этого можно применением для внутренней отделки материалов с ограниченной паропроницаемостью – цементно-песчаной штукатурки, виниловых обоев, специальной парозащитной пленки, монтируемой под фальшстену из гипсокартона.

Другой способ избежать сырости – применение для утепления минеральной ваты. Она монтируется под штукатурку или с вентилируемым фасадом. Для оштукатуривания нужно применять специальные составы с высокой паропроницаемостью. Наилучшие результаты дает вентилируемый фасад. Постоянный поток через воздушную прослойку интенсивно уносит влагу и способствует осушению стены.

Для фасада с вентилируемой прослойкой применяется легкая базальтовая вата плотностью 25 – 50 кг/м3 или минераловатные плиты плотностью 50–100 кг/м3.

Поверх легкой ваты монтируется ветрозащитная мембрана, которая тормозит поперечные потоки воздуха и предотвращает «выдувание тепла» из утеплителя. Плотная минеральная вата в защите от ветра не нуждается.

Отказ от ветрозащитной мембраны улучшает вывод влаги из утеплителя, даже при его увеличенной плотности. Специально для такого решения выпускаются плиты средней плотности с уплотненным внешним слоем.

Особенность утепления стен из легкого ячеистого бетона

Пенобетон или газобетон имеют высокую паропроницаемость. Из-за этого водяной пар, диффундирующий изнутри наружу, легко достигает холодных слоев, где возникает область конденсации. В утепленной стене конденсация происходит на внешней границе пенобетона или в слое утеплителя, в зависимости от его паропроницаемости.

Такие стены лучше утеплять проницаемыми материалами – минеральной ватой, лучше с воздушной прослойкой. Хорошие результаты дает навесной вентилируемый фасад с утеплением из карбамидного пенопласта или эковаты. Эти материалы в наименьшей мере подвержены конденсации влаги в них.

Стены из дерева или самана: максимум внимания к влаге

Такие стены очень чувствительны к увлажнению. Утеплять их следует только проницаемыми материалами с воздушной прослойкой и не пренебрегать внутренней парозащитой. Для них можно использовать базальтовую вату, эковату, жидкий пенопласт.

Выбираем чем утеплять полы и перекрытия

При утеплении перекрытий обычно не возникает вопроса об их проницаемости для пара. Исключение – потолок под неотапливаемым чердаком. Особенность утепления перекрытий и полов – подверженность утеплителя нагрузкам на сжатие. Поэтому для них подбирают соответствующие материалы – пенопласт, ЭППС, минеральную вату с плотностью 120 кг/м3 и выше.

При выборе материалов следует учитывать их особенности:

• минеральная вата и пенопласт нуждаются в защите от увлажнения, поэтому они применяются в сухих условиях;
• минеральная вата глушит звуки лучше, чем пенополимеры, не ограничиваясь шумами только ударного характера;
• для утепления пола по грунту или над сырым подвалом лучше выбрать ЭППС, нечувствительный к влаге.

Каркасные конструкции: непривычные условия выбора

Для каркасов: для кровли или перекрытия, для мансарды или стены характерно отсутствие массивных материалов. Практически вся преграда для тепла и холода создается теплоизолирующим наполнением каркаса. Это меняет решение задачи о том, какую толщину должен иметь теплоизолятор. Для климата Москвы нужна минеральная вата минимум 125 мм.

Именно минеральная вата чаще всего используется в таких конструкциях. Пенополистиролы неприменимы из-за горючести. Можно использовать эковату. Она имеет более высокие теплоизоляционные качества и вероятность появления конденсата в ней меньше.

Конденсат является серьезной проблемой для каркасных ограждающих конструкций. Поэтому в них обязательно нужно использовать паробарьер и лучше отдать предпочтение вентилируемой обшивке. В случае с минеральной ватой меньше подвержена намоканию плотная плита без ветрозащитной мембраны.

Минимальная грамотность поможет ориентироваться в вопросах выбора утеплителя и технологии его применения. Но для каждого конкретного случая необходимо квалифицированно оценить условия эксплуатации дома и дать рекомендации на основании точных расчетов.

© Источник