В даний час не існує жодного теплоізоляційного матеріалу, здатного відповідати відразу всім вимогам щодо найбільш важливих властивостей. Через це сьогодні рішення про способи теплозахисту в будівництві приймаються в залежності від конкретних обставин. З цієї причини важливо знати можливості застосування і обмеження для всіх типів термоізоляції.

Навіщо вони потрібні

Головна проблема опалення будинку - збереження виробленого або поставляється тепла в зимовий період. Незалежно від того, яким чином здійснюється опалення, будівля рано чи пізно втратить тепло. Єдиний спосіб його зберегти - створити буферну зону між мікрокліматом будинку і холодом на вулиці.

Оскільки опалення становить значну частину загальносвітового використання енергії та, відповідно, викидів парникових газів, існує екологічна потреба в підвищенні енергоефективності будівель. Сучасна ситуація з антропогенним впливом на природу привела до актуальності таких понять, як пасивні будинки і будівлі з нульовими викидами.

Для досягнення максимального теплового опору огороджувальних конструкцій розробляються нові матеріали, які повинні прийти на зміну традиційним. Основний недолік останніх - в необхідності нарощування товщини для задоволення посилюються вимог до утеплювачів.

Товсті будівельні ізолятори небажані з кількох причин, наприклад, пов'язаним з питаннями економії простору, обсягами перевезень, архітектурних обмежень і іншими.

Як відбуваються втрати

У порівнянні зі старими технологіями, наприклад, відкритий вогонь або камін, більшість сучасних опалювальних приладів надзвичайно продуктивні. У практичному плані нормальний показник ефективності використання палива - 70% від вихідної калорійності. Проте після доставки тепла в будинок подальші його втрати неминучі. Основні процеси охолодження виглядають так:

• Охолодження фундаменту. Для будинків, що знаходяться в зоні з промерзанням грунтів, на гірських породах - актуальна проблема.
• Втрати через огороджувальні конструкції. Якість виконання стін і покрівлі вкрай важливо для збереження температурного режиму всередині будинку.
• Вентиляційне охолодження. Разом з нагрітим повітрям втрачається чимало калорій, як і витрачається на підвищення температури припливу.

Проблема в тому, що будь-яка будівля неможливо зробити за прикладом термоса. Людям всередині потрібно повітрообмін, тому абсолютна ізоляція недосяжна навіть теоретично. Крім того, важливо розуміти, що не існує матеріалів, здатних повністю запобігти втратам тепла або зменшити небажаний його приток. Практичні очікування від утеплювачів обмежуються зведенням ними тепловтрат до мінімуму.

Фізичні основи

Тепловою енергією називають кінетичну енергію молекул, з яких складається об'єкт. Одне з найважливіших її властивостей - здатність мимовільно перетікати від одного тіла до іншого під впливом різниці температур в напрямку від гарячого до холодного. В результаті будь-який об'єкт, більш гарячий, ніж навколишнє середовище, неминуче втратить частину своєї теплової енергії. Процес триватиме до досягнення температурного рівноваги в системі. Саме явище відбувається за допомогою трьох механізмів (або окремо, або в комбінації):

1. Теплопровідність (дифузія). Це прямий обмін кінетичної енергією між частинками через кордон між тілами.
2. Конвекція. Результат руху речовини з однієї області простору в іншу. Може відбуватися тільки в текучих середовищах - газах і рідинах. Перенесення тепла здійснюється разом з потоками речовини.
3. Випромінювання. Будь-який матеріал, що має температуру вище абсолютного нуля, виділяє енергію таким способом. Відбувається за рахунок різних видів електромагнітного випромінювання, наприклад, за допомогою сонячного світла. Для будівельних конструкцій характерний теплоперенос в інфрачервоному діапазоні.

Мета будь-якої ізоляції - перш за все зниження загального коефіцієнта теплопередачі шляхом використання матеріалів з низькою теплопровідністю. Основа більшості з них - ізолюючі властивості повітря. Наявність наповнених газом кишень в будь-якому середовищі перешкоджає великомасштабної конвекції і теплопередачі. Геометрія, структура і склад матеріалів на основі цього принципу відіграє вирішальну роль для їх показників.

З усіх утеплювачів тільки відображає ізоляція працює з променистою енергією. Зазвичай вона використовується в комбінації з об'ємними матеріалами для забезпечення максимального ефекту. Відображають ізолятори знайшли широке застосування в більш теплому кліматі.

Вимоги до матеріалів

Головна вимога до всіх ізолюючим верствам - їх продуктивність. Від них очікується забезпечення розрахункового опору протягом всього терміну служби будівлі. Основні фактори, які розглядаються на етапі проектування:

• Простота застосування. Кінцева продуктивність буде визначатися тим, наскільки якісно будівельники, використовуючи звичайні навички, змонтують матеріал. Наприклад, плити з базальтової вати повинні бути укладені без зазорів між собою і іншими компонентами, що утворюють частину загальної оболонки.
• Усадка, ущільнення, руйнування. Багато в чому втрата продуктивності очікується, оскільки вічних матеріалів не існує. Однак всі ризики повинні бути розрахунковими й передбачені проектом і виробником.
• Вологозахищений. Чимала частина ізоляційних матеріалів втрачає свої характеристики в умовах високої вологості або при намоканні. Ця обставина має обов'язково враховуватися при застосуванні.
• Протипожежні та димові стандарти. Особливо відповідальні зони з точки пожежної безпеки, такі як евакуаційні виходи, повинні забезпечувати високі спеціальні показники. Матеріали, здатні обмежено або вимірюється втрачати свої властивості під тривалим впливом відкритого полум'я, називаються вогнетривкими.
• Вага. Будь-яке ускладнення термооболочкі будівлі тягне за собою підвищення навантаження на фундамент і огороджувальні конструкції.

З точки зору економії викопного палива і викидів CO2 в глобальному масштабі важливо, щоб енергія, збережена матеріалом, не перевищувала енерговитрати на його виготовлення. Тільки в такому випадку будівельну галузь можна вважати екологічно ефективної.

Класифікація за складом

Основні показники ізоляційних матеріалів залежать від сировини, з якого вони зроблені. Тому загальноприйнято поділ їх на категорії за хімічним складом вихідної речовини. Традиційними вважаються неорганічні утеплювачі, які можна класифікувати наступним чином:

• Волокнисті. До них відносять скляні і мінеральні (базальтові вати).
• Ніздрюваті, наприклад, силікати кальцію і піноскло.

Органічні теплобарьери отримують за допомогою нафтохімічних процесів або з відновлюваної сировини на біооснові. Велика частина присутніх на ринку матеріалів з цієї категорії - пористі (пористі) полімери. Одне з головних переваг стільникової структури перед волокнистої - порівняно висока міцність. Неповний перелік штучних органічних утеплювачів виглядає так:

• спінені полістироли;
• екструдовані пенополістіроли;
• пенополіуретани;
• фенольні піни.

Для біоорганічних утеплювачів характерна волокниста структура, але є і виключення, наприклад, натуральна пробка. До органічних матеріалів природного походження відносять:

• целюлоза;
• пробкові покриття;
• на основі деревини;
• конопляне і льняне волокно;
• бавовна;
• вовна.

Деякі ізолятори не входять до перераховані категорії. До таких матеріалів відносяться аерогелі і вакуумні панелі.

Значення характеристик

Теплоізоляція має різні властивості, які повинні враховуватися інженерами при розгляді потреб в ізоляції цивільних і промислових будівель. Вироблені загальноприйняті характеристики, за якими можна визначити придатність того чи іншого матеріалу в конкретних обставинах. До основних показників здатності матеріалу термоізолювати і зберігати свої властивості відносять:

• Коефіцієнт теплопровідності. Визначає швидкість, з якою тепло може переноситися через речовину за рахунок теплопровідності. Чим нижче цей показник, тим вище здатність утеплювати у матеріалу.
• Тепловий опір. Чи означає здатність тіла перешкоджати тепловому потоку. Фактично величина, зворотна теплопровідності.
• Питома теплоємність. Під цим параметром на увазі кількість тепла, необхідне для підвищення температури 1 кг матеріалу на 1 ° C. Визначає теплозберігаючі властивості речовини. Хороший термоізоляційний матеріал має більш високу теплоємність, оскільки має властивість довго підвищувати температуру під зовнішнім впливом, а значить, низькою теплопередачей.
• Фізична щільність. Вага на одиницю об'єму вимірюється в кг / м3. Важливий показник в будівництві, пов'язаний не тільки з навантаженням на конструкції, але і з температуропроводностью і здатністю до акумуляції тепла.
• Паропроникність. Ступінь, в якій утеплювальний матеріал забезпечує проходження крізь себе водяної пари. По цій характеристиці поділяють такі види теплоізоляційних матеріалів: паропроникні і паронепроникні. Огороджувальні конструкції повинні мати здатність відводити водяну пару з інтер'єрів в атмосферу - таким чином, зменшується ризик утворення на них конденсату.
• Характеристики поверхневого горіння. Ці параметри створюються на основі реальних вимірів поширення полум'я і димоутворення. Результати таких тестів використовуються в якості елементів оцінки пожежонебезпеки різних матеріалів для розуміння можливості їх застосування з урахуванням ризиків загоряння.
• Міцність на стискання. Здатність протистояти деформації при стискає навантаженні. Це важливо враховувати, коли ізоляція піддається фізичному впливу, наприклад, при влаштуванні теплої підлоги.
• Теплове розширення (стабільність розмірів). Тривала робота всієї ізоляційної оболонки передбачає застосування матеріалів, здатних витримати перепади температур, вібрації, нерівномірне нагрівання і зволоження без змін своїх геометричних розмірів.
• Термостійкість. Властивість зберігати функції, очікувані для нормальних умов, але під впливом високих або низьких температур.
• Антісептічна. Якість, пов'язане зі стійкістю до утворення цвілі в безперервно вологих умовах.

Прогрес не стоїть на місці, і еволюцію теплоізоляційних матеріалів, цілком можливо, чекає новий виток у зв'язку з появою наноматеріалів. Фахівці вважають, що вже в наступному десятилітті будівельники матимуть можливість вибрати утеплювач з молекулярних плівок або нанопористих покриттів. Прогнозований прогрес пов'язаний з тим, що заходи по підвищенню енергоефективності будівель за рахунок ізоляційної модернізації економічно більш виправдані, ніж будь-які інші.