Теплоизоляция дома: какой материал выбрать?
Приступая к строительству, владельцу будущего дома следует задуматься не только над архитектурным обликом и планировкой своего дома, но и о будущих расходах, связанных с эксплуатацией здания, в том числе и о затратах на отопление.
Последние несколько десятков лет в пригородной зоне в основном строили дома из бруса или бревен, каркасные домики и коттеджи с кирпичными стенами толщиной максимум в два кирпича. Довольно низкий уровень теплозащиты таких домов вынуждал владельцев тратить на отопление значительные средства или отказываться от проживания за городом зимой.
С началом 2000 года в силу вступили новые требования к теплозащите ограждающих конструкций. Устройство теплозащиты достаточного уровня позволяет экономить до 50% энергии, расходуемой на отопление. В связи с этим целесообразность единовременного вложения средств в утепление дома не вызывает сомнении, в противном случае владельцу придется отапливать не только свой дом, но также и улицу.
ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА?
Кровля, стены и окна называются наружными ограждающими конструкциями здания из-за того, что они ограждают жилище от разного рода атмосферных воздействий — пониженных температур, солнечной радиации, влаги, ветра. С образованием разности температур между внутренней и наружной поверхностями ограждения в материале ограждения зарождается тепловой поток, который направлен в сторону понижения температуры. В это время ограждение оказывает большее или меньшее сопротивление Rо тепловому потоку. Конструкции, имеющие большее Rо, отличаются лучшей теплозащитой.
Теплозащитные свойства наружных ограждений, нормируются в соответствии со строительными нормами СНиП П-3-79 с учетом средней температуры и продолжительности отопительного периода в районе строительства (СНиП 23.01-99). Для Москвы и Московской области приведенное сопротивление теплопередаче R0 ограждающих конструкций должно составлять как минимум 3,2 м2 °С/Вт. Теплозащитные свойства стены будут зависеть от ее толщины и коэффициента теплопроводности материала, из которого она построена. В случае, если стена состоит из нескольких слоев (допустим, кирпич—утеплитель—кирпич), ее термическое сопротивление будет зависеть от толщины и коэффициента теплопроводности материала каждого из слоев.
Теплозащитные свойства ограждающих конструкций в большой степени зависят от влажности материала. Почти все строительные материалы содержат мельчайшие поры, которые в сухом состоянии заполняются воздухом. С повышением влажности поры заполняются влагой, коэффициент теплопроводности которой по сравнению с воздухом в 20 раз больше, а это приводит к резкому снижению теплоизоляционных характеристик, как материалов, так и конструкций. В связи с этим в процессе проектирования и строительства потребуется предусмотреть мероприятия, которые препятствовали бы увлажнению конструкций атмосферными осадками, грунтовыми водами и влагой, образующейся в результате конденсации водяных паров.
В процессе эксплуатации домов из-за воздействия внутренней и наружной среды на ограждающие конструкции материалы находятся не в абсолютно сухом состоянии, а отличаются несколько повышенной влажностью. Это неизбежно приводит к увеличению коэффициента теплопроводности материалов, а также к снижению их теплоизолирующей способности. Именно поэтому при оценке теплозащитных характеристик конструкций важно использовать реальное значение коэффициента теплопроводности в условиях эксплуатации, а не в сухом состоянии. Влагосодержание теплого внутреннего воздуха выше, чем холодного наружного, и в результате диффузия водяных паров через толщу ограждения всегда проистекает из теплого помещения в холодное.
Если с наружной стороны ограждения расположить плотный материал, который плохо пропускает водяные пары, то часть влаги, не имея возможности выйти наружу, начнет скапливаться в толще конструкции. А если у наружной поверхности располагается материал, не препятствующий диффузии водяных паров, то вся влага будет удаляться из ограждения достаточно свободно. Еще на стадии проектирования дома необходимо учитывать тот факт, что однослойные стены толщиной 400-650 мм из кирпича, мелких блоков из ячеистого бетона (или керамзитобетона) или керамических камней обеспечивают относительно невысокий уровень теплозащиты (примерно в 3 раза меньше требуемой).
Повышенными теплоизоляционными характеристиками, удовлетворяющими современные требования, обладают трехслойные ограждающие конструкции. Состоят они из внутренней и наружной стенок из кирпича или блоков, между которыми находится слой теплоизоляционного материала. Наружная и внутренняя стенки, соединенные гибкими связями в виде арматурных стержней или каркасов, уложенных в горизонтальные швы кладки, придают конструкции прочность, а внутренний (утепляющий) слой обеспечивает требуемые теплозащитные параметры. Толщину утепляющего слоя выбирают в зависимости от климатических условий и вида утеплителя.
В связи с неоднородностью структуры трехслойной стены и применения материалов с различными теплозащитными и пароизоляционными характеристиками в толще конструкции может образовываться конденсат. Присутствие последнего в значительной степени снижает теплоизоляционные свойства ограждения. Из-за этого при возведении трехслойных стен необходимо предусмотреть их влагозащиту.
СТЕНЫ ДОМА ИЗ КИРПИЧА И МЕЛКИХ БЛОКОВ
Возводить трехслойные каменные стены можно из обыкновенного глиняного, силикатного и пустотного кирпича, а также из керамических камней, керамзитобетонных блоков и блоков из ячеистого бетона. В роли утеплителя могут выступить плиты из минеральной ваты на основе базальтового волокна, стекловатные плиты или другие теплоизоляционные материалы. Толщина утепляющего слоя будет напрямую зависеть от материала стены, ее толщины и вида утеплителя.
Важно обратить внимание на следующее. Если внутренняя стена возведена из ячеистого бетона, не рекомендуется использовать для строительства наружной стены керамзитобетонные блоки — это приведет к увлажнению утеплителя. Шлакобетонные блоки с высокой интенсивностью впитывают влагу и достаточно медленно высыхают, поэтому их лучше не использовать. Силикатный кирпич можно использовать как строительный материал для стен только при наличии надежной горизонтальной гидроизоляции здания. Его недопустимо применять для кладки цоколя, фундаментов и стен помещений с повышенной влажностью (к примеру, бани, сауны). Наружные и внутренние стенки трехслойных ограждающих конструкций соединяются посредством специальных связей. Как правило, для этих целей используются штыри из арматуры диаметром не меньше 6 мм, металлические скобы, а также более современные связи из стеклопластика.
Металлические закладные детали выполняются из нержавеющей стали либо имеют антикоррозийное покрытие. Гибкие связи укладываются в швы кладки на глубину 60-80 мм на расстоянии 600 мм друг от друга по вертикали и 500-1000 мм по горизонтали из расчета 0,6-1,2 см связей на 1 м. Чтобы защитить ограждающие конструкции от увлажнения капиллярной грунтовой влагой, выше уровня земли на 150-200 мм устраивают горизонтальную гидроизоляцию. С этой целью горизонтальную поверхность фундамента выравнивают цементным раствором, на который и укладывают гидроизоляционный материал. Из гидроизоляций лучше всего использовать влагозащитную полиэтиленовую мембрану DPC фирмы "Монарфлекс" или традиционные битумные материалы, такие как рубероид, гидроизол, гидростеклоизол, бикроэласт, ирмаст, бикрост.
Горизонтальная гидроизоляция устраивается на всю толщину стены, с перехлестом полотнищ на 100 мм. для защиты утеплителя от увлажнения устраивается фартук из гидроизоляционного материала. В случае, если выступающая над землей часть ленточного фундамента (цоколь) шире наружной стены, выступающую часть цоколя нужно защитить от влаги сливом из оцинкованной стали. В домах с трехслойными стенами балки и плиты перекрытий должны опираться на внутреннюю часть ограждения, не заходить при этом в толщу утеплителя и не создавать путей для проникновения холода.
Плюс ко всему, потери тепла происходят через участок наружной стены, которая располагается за отопительным прибором. В связи с этим целесообразно утеплить радиаторную нишу со стороны помещения. Максимальный эффект даст установка в нише теплоизоляционного материала, покрытого алюминиевой фольгой (блестящей). В полости между блестящей поверхностью фольги и радиатором предусматривают воздушный зазор толщиной в 25 мм. Бывает, что ширина зазора между стеной и радиатором недостаточна для монтажа утеплителя — в этом случае можно ограничиться устройством на внутренней поверхности радиаторной ниши отражающего экрана, из фольги или пароизоляционного материала с блестящей поверхностью.
Для этого подойдет, к примеру, паронепроницаемый материал "Polykraft" датской фирмы "Монарфлекс". "Polykraft" защитит утеплитель от увлажнения водяными парами, которые содержатся в атмосфере помещения, а его блестящая поверхность станет препятствием для потока инфракрасного излучения. Отопительный прибор вплотную к стене устанавливать непосредственно на пол не рекомендуется. Следует предусмотреть воздушный зазор между радиатором и стеной как минимум в 25 мм, между основанием прибора и полом — 40 мм, и 50 мм — между верхней поверхностью радиатора и подоконной доской.
КАРКАСНО-ШИТОВЫЕ И ЛЕРЕВЯННЫЕ БРУСОВЫЕ ЛОМА
Утепляющим материалом деревянных стен в подавляющем большинстве случаев служат плиты из минеральной ваты на основе базальтового волокна либо плиты из стекловаты, укладываемые в пространство между стойками. Стойки каркаса устанавливаются на нижнюю обвязку с шагом 600 мм. Наружную сторону утеплителя следует укрыть от продувания ветром рулонным паропроницаемым гидроизоляционным материалом — это может быть стеклохолст или стеновой "Тайвек". С внутренней стороны утеплитель необходимо защитить от увлажнения пароизоляционным материалом — полиэтиленовой пленкой. Идеальный вариант — использование фольгированного пароизоляционного материала "Polykraft". Слой блестящей алюминиевой фольги не только препятствует проникновению водяных паров в утеплитель, но также отражает внутрь помещения часть теплового потока, проходящего наружу через стену. Внутреннюю поверхность стены обшивают гипсокартонными листами, вагонкой и т. п.
В деревянных домах, возведенных из бруса, бревен, и в каркасных домиках горизонтальная гидроизоляция выполняется особо тщательно. С этой целью между цоколем и каркасной стеной устраивают гидроизоляцию — мембрану DPC, гидростеклоизол, бикроэласт, рубероид. Если толщина цоколя больше, чем толщина стены, для отвода влаги устраивают слив из оцинкованной стали, который укладывают на деревянную доску толщиной 25 мм. Доску опирают на бруски, которые укладываются на цоколь поверх гидроизоляции с шагом 500-600 мм.
Чтобы не допустить увлажнения утеплителя, в трехслойных стенах можно устроить воздушную прослойку толщиной 60 мм. Для защиты утеплителя от продувания устанавливается ветрозащитный паропроницаемый материал — стеклохолст или стеновой "Тайвек". Также допустимо использовать готовые утепляющие плиты, кашированные ветрозащитным материалом. Вентиляцию воздушной прослойки устраивают специальными продухами в нижней и верхней части стены. Площадь вентиляционных отверстий рекомендуется принимать из расчета 75 см на каждые 20 м поверхности стены. Организовать отверстия можно, использовав пустотный кирпич, положенный на ребро так, чтобы воздушная прослойка сообщалась с наружным воздухом или не все вертикальные швы в нижнем ряду кладки заполнялись раствором.
НЕОБХОДИМАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ
Совсем недавно приняты новые нормативные документы по теплосбережению и в ходе реформы жилищно-коммунального хозяйства продекларирован принцип оплаты тепловой энергии без дотаций. Как раз, поэтому теплоизоляция жилых зданий становится на сегодняшний день одной из важнейших проблем строительства.
Особенно остро проблема теплоизоляции стоит в коттеджном и дачном строительстве, поскольку, правильно сделанная, она позволяет уменьшить расходы на отопление в 3, а то и в 4 раза. Любопытные цифры для сравнения — по количеству произведенных теплоизоляционных материалов на душу населения Россия в 5-7 раз уступает США, Финляндии и Швеции. На рисунке можно видеть распределение теплопотерь через конструктивные различные элементы при нормированных тепловых сопротивлениях (R, м2- К/Вт) для дома площадью 120 м2, при том, что утепление кирпичных стен пенополистирольной теплоизоляцией толщиной лишь в 80 мм позволяет снизить удельное потребление топлива более чем в 4 раза за стандартный отопительный сезон.
Все теплоизоляционные материалы подразделяются на несколько крупных групп:
- минераловатные;
- стекловатные и стекловолокнистые;
- газонаполненные полимеры — пенопласты: полиуретановые и пенополиуретановые, полистирольные и пенополистирольные, полиэтиленовые, из феноловой пены, полиэфирные;
- теплоизоляция из натуральных материалов и продуктов их переработки: пробки, бумаги, торфяных блоков и т. п.;
- теплоизоляция на основе синтетического каучука;
- теплоизоляция из отходов кремниевого производства;
- теплоизоляционные панели и конструкции;
- модифицированные бетоны: полистиролбетон, ячеистый бетон (пенобетон).
Сферы применения разнообразных видов теплоизоляционных материалов приведены в таблице 1. Разумеется, строить лучше всего из материалов, которые обладают достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, к примеру, из пенобетонных (Ктепл =0,1-0,5 Вт/(м-К), пенополистирольных (Ктепл =0,07-0,08 Вт/(м-К) блоков или блоков "Геокар" (Ктепл — коэффициент теплопроводности).
И все-таки значительно чаще возникает проблема теплоизоляции кирпичного коттеджа, который только еще строится, или уже давно построенного дома. Безусловно, наибольший интерес представляют высокоэффективные теплоизоляционные материалы. К ним обычно относят материалы со средней плотностью в пределах 200 кг/м3 и Ктепл менее 0,06 Вт/м-К). Такого рода материалы достаточно быстро, за 5-10 лет эксплуатации, окупаются, позволяя экономить на энергозатратах. В таблице 1 можно видеть значения коэффициентов теплопроводности всех основных на сегодняшний день теплоизоляционных и некоторых стройматериалов.
Прежде всего, к числу высокоэффективных относятся стекло - и минераловатные материалы, доля которых в производстве теплоизоляции на сегодняшний день составляет порядка 50%. Из основных достоинств стоит отметить пожаробезопасность, химическую стойкость, стабильность размеров, хорошие звукопоглощающие свойства и низкое влагопоглощение. Всем хорошо известна стекловата отечественного производства, которая при всех своих недостатках (она сыплется, неудобна в работе) применяется до сих пор в основном для наружных работ или для утепления помещений нежилого назначения. Стекловату для утепления жилых помещений рекомендовать нельзя, но если это уже сделано — необходимо очень тщательно изолировать ее от самого помещения.
На современном строительном рынке достаточно широко представлены высококачественные теплоизоляционные материалы из стекловолокна нескольких зарубежных и отечественных производителей. Такие материалы несколько более дорогие, но зато е ними значительно проще, удобнее и безопаснее работать. Прежде всего, следует упомянуть двух крупнейших производителей термоизоляционных материалов. Один из них — ISQVER OY (Финляндия) — дочерняя компания крупнейшего производителя стекла в мире — концерна SAINT XSOBAIN (Франция). ISOVER GY, помимо всего про чего, еще и старейшее предприятие подобного рода — выпускает стекловату с 1941 года и является крупнейшим в Финляндии производителем строительных теплоизоляционных (торговая марка— ISOVER(r)), а также и акустических (AKUSTO(r) материалов. Неудивительно, что именно эта компания является одним из крупнейших поставщике] теплоизоляционных материалов в нашу страну.
URSA(r) — зарегистрированная товарная марка теплоизоляционных материалов из штапельного волокна, которая производится на заводах концерн; PFLEIDERER (Германия). На рынке России продукция со всемирно известной маркой URSA(r) выпускается на совместном российско-германском пред приятии "Флайдерер—Чудово".
Производство стекловолокна происходит при температуре, близкой к 1500 °С. Жидкое расплавленное стекло продавливается через пластины с отверстия ми диаметром 4-5 микрон. В результате стеклянные волокна имеют толщину приблизительно 6 микрон — это в 20 раз меньше, чем толщина человеческого волоса. Далее, чтобы скрепить их между собой на них разбрызгиваются связующие вещества в вид аэрозоля. Из получившейся в результате стекловат ной массы, формуются изделия нужной толщины и плотности, которые затем подвергаются термической обработке. При температуре 250 °С происходит полимеризация связующих веществ, и материал становится жестким. В это же время на поверхность материала могут быть нанесены различные облицовочные материалы: крафт-бумага, нетканые материалы, алюминиевая фольга, стеклоткань и т. п. (см.рис.).
Выпускаются утеплительные материалы в виде рулонов и мягких, полужестких и жестких матов и плит, разных по плотности и размерам. Российские стекловолоконные теплоизоляционные материалы выпускаются в виде рулонов (10 х 1,6м и толщиной 50 мм) — торговая марка "Термозвукоизол" (Ктепл =0,036 Вт/(м • К).
В последние несколько лет все большую популярность приобретают "каменные", а если быть более точным — базальтовые ваты PAROC(r) фирмы PARTEK (Финляндия) и ROCKWOOL(r) (Дания). Такая вата представляет собой несгораемый экологически чистый материал, отличающийся высокими водоотталкивающими свойствами, но при этом паропроницаемый. Базальтовые материалы по своим теплоизоляционным свойствам значительно превосходят традиционные стекловаты, но, к сожалению, они дороже последних. Данные материалы относятся к группе несгораемых. Теплоизоляционные изделия из полимеров или бумаги сгорают при пожаре за 5 минут. Утеплители, выполненные из стекловаты при температуре 650 °С, которая достигается всего за 7 минут при обычном пожаре внутри помещения, расплавляются и спекаются в стеклянный шар. Что же , касается минеральной ваты на базальтовой основе — она даже при температуре 1000 °С не расплавляется и не теряет первоначальной формы.
И базальтовые, и стеклянные утеплительные материалы безопасны как для производства, так и для использования при соблюдении рекомендуемой технологии работы.
Концерн ROCKWOOL — это мировой лидер по производству строительных и технических изоляционных материалов на основе "камня".
Утеплительные материалы из базальта PAROC(r) также выпускаются самых разных размеров и типов (рулоны, жесткие и мягкие, маты и плиты) для их более рационального и эффективного применения. Коэффициент их теплопроводности, в зависимости от плотности, колеблется от 0,034 до 0,042 Вт/(м*К). Совсем недавно появившаяся на российском рынке базальтовая теплоизоляция NOBASIL(r) фирмы IZOMAT (Словакия) используется для утепления кровель, пола и стен, наполнения перегородок, обустройства мансард, выпускается в виде плит, профильных изделий и, конечно же, рулонов.
Газонаполненные полимеры является одним из самых эффективных видов теплоизоляции. Самый распространенный и широко используемый из них — это пенопласт (пенополистирол). Невысокая теплостойкость и горючесть пенопластов не являются помехой при использовании их в слоистых конструкциях в сочетании с кирпичом или бетоном. Пенополистирол либо производят беспрессовым методом, либо методом экструзии, который был разработан концерном BASF (Германия) более 30 лет назад. Основной показатель теплоизоляционных свойств материала — коэффициент теплопроводности. Этот показатель в значительной степени зависит от содержания в нем влаги, каждый процент содержания которой снижает коэффициент на 4%. Помимо этого в зимнее время присутствующая в пенополистирольных плитах влага, замерзая и превращаясь в лед, со временем разделяет материал на отдельные гранулы, а это резко снижает долговечность беспрессового пенопласта. Беспрессованный пенопласт традиционно производят в России.
Этих недостатков лишен экструзионный пенополистирол. Обладая весьма низким водопоглощением (менее 0,3%) за счет замкнутой структуры ячеек и высокой механической прочностью, панели из экструзионного пенополистирола могут быть использованы для наружной теплоизоляции, для теплоизоляции подземных частей зданий, фундаментов, подвалов, стен, где использование большинства прочих утеплителей попросту невозможно из-за капиллярного подъема грунтовых вод. В России экструзионный пенополистирол представлен концерном BASF (Германия), торговая марка STIRODUR(r) (Ктепл =0,027-0,033 ВтДм-К).
Экструзионный пенополистирол отечественного производства выпускается в виде плит длиной 1-3 м, шириной 0,4-0,7 м и толщиной 10-60 мм ЗАО "Химический завод" г. Реж Свердловской области, торговая марка "Экстрапен".
И все же группа газонаполненных полимерных теплоизоляционных материалов вовсе не ограничивается одним лишь пенополистиролом. Уже давно и хорошо известен материал, позволяющий одновременно решить проблемы термо-, гидро- и звукоизоляции. Речь идет об экструдированном пенополиэтилене, или сокращенно — ППЭ. Выпускается он в России уже на протяжении 10 лет и знаком строителям под марками ППЭ-Р, ППЭ-РЛ, "ТЕПЛОН". Благодаря довольно широкому ассортименту, есть возможность выбрать именно то, что нужно. ППЭ бывает различный по толщине: от тонких листов до толстых настилов (2-15 мм), и продается в рулонах шириной 0,5-1,5 м и длиной до 200 м.
Данный материал абсолютно безопасен для здоровья и стоек биологически. Поскольку ППЭ обладает закрытопористой структурой, у него почти полностью отсутствует влагопоглощение и при использовании его в качестве утеплительного материала дополнительный пароизоляционный слой не требуется. На российском рынке строительных материалов присутствует аналогичная продукция зарубежных фирм, но ее стоимость значительно выше.
Теплоизоляционные материалы с коэффициентом теплопроводности меньше 0,06 Вт/(м-К) окупаются в среднем за 5-7 лет эксплуатации за счет экономии энергии.
Еще одна очень интересная группа — теплоизоляции, производимые из натуральных материалов и продуктов их переработки. Например, к таковым относятся теплоизоляционные материалы, которые изготавливаются из бумажных отходов с добавлением перлита, опилок и других связующих их наполнителей. Эти материалы пропитаны веществами для снижения влагопоглощения, антипиренами для придания материалу негорючести и антисептиками. Они обладают достаточно неплохими теплоизоляционными свойствами (Ктепл =0,078 Вт/(м°К) и вполне могут быть использованы для утепления наружных и внутренних стен, потолков. Материалы выпускаются в виде панелей или в виде эковаты. Так, оригинальный теплоизоляционный материал был недавно разработан в г. Бежецк Тверской области — это торфодревесные блоки "Геокар". Блоки (0,51 х 0,25x0,88 м), уложенные в наружную стену, способны выдерживать нагрузку до 8-12 тонн на м2, а теплоизоляционные свойства стены из них толщиной 0,5 м будут соответствовать кирпичной кладке толщиной в 2,2 м (Ктепл =0,078 Вт/(м-К). Помимо этого, безусловным достоинством данного материала является его экологичность.
Также относительно новым теплоизолятором являются плиты и рулоны из прессованной пробки. Этот материал изготавливается из наружного слоя коры пробкового дуба, произрастающего в Средиземноморье. Изделия из прессованной пробки отличает эстетичный внешний вид, они экологически чисты и применяются для внутреннего утепления жилых помещений, чаще всего стен, в то же время выполняя функцию декоративной отделки. Часто пробка используется и для утепления полов. Пробковые щиты CORKBOARD также могут быть использованы и для утепления наружных стен или фасадов.
Необходимо упомянуть и о специальных системах теплоизоляции зданий, таких как ISPOTERM WALL, "Теплый дом", "Фассолит", о системах не-снимаемой опалубки "ИЗОДОМ 2000" и "ТЕРМО-МУР", о теплоизоляционных фасадных сэндвич-панелях POLYALPAN, PFLAUM, ISOTERM и т. п.
В общем, приступив к утеплению своего дома, вы имеете прекрасную возможность выбрать и использовать именно те теплоизоляционные материалы, которые лучше всего подойдут для достижения ваших целей.