Что лучше, базальтовая вата или…

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Расчет толщины стен

Стены должны быть теплыми! Что такое теплые? Это по теплопроводности опережающие СНиП! Для начала нужно разобраться какими они должны быть в соответствии со СНиПом. Это не так сложно, как кажется на первый взгляд.

Первым делом возникает вопрос: «а сколько дней в году длиться отопительный сезон?», может нам вообще ничего отапливать не надо и живем мы в Индии. Однако суровые реальности подсказывают, что из 365 дней 202 температура воздуха ≤ 8 °C. Но это в моей Липецкой области, а в вашей наверняка другие цифры. Какие? На этот вопрос вам ответит СНиП 23-01-99. В нем ищем таблицу №1 в ней ищем 11 столбик и свой населенный пункт. Цифра на пересечении и есть количество дней где температура ниже 8 градусов.

Зачем все это было нужно? Для того чтобы открыть СНиП 23-02-2003, найти в нем формулу, и определить градусо-сутки отопительного периода. Величина показывает температурную разницу наружного и внутреннего воздуха, то есть «на сколько нагревать». Умноженную на количество этих суток, то есть «сколько суток нагревать»

Ну узнали. Толк-то от этого какой? А такой! На Данном этапе мы получаем какую-то цифру, в моем случае получилась 5050. По этой цифре, того же самого СНиПа в таблице 4 ищем чему равно нормируемое значение сопротивление теплопередаче стен (3-й столбик). Получается что-то между 2,8-3,5 путем интерполяции находим точное значение (если надо и интересно) или берем максимальное. У меня получилось 3,2°С/Вт.

Теперь, чтобы посчитать толщину стены, нам необходимо воспользоваться формулой R = s / λ (м2•°С/Вт). Где R — сопротивление теплопередаче, s — толщина стены (м), а λ — теплопроводность. Теперь представим, что мы решили построить свою стену из газосиликатных блоков, полностью. В моем случае это блоки Липецкого силикатного завода. Нужно узнать коэффициент теплопроводности. Для этого идем на сайт производителя вашего материала, находим свой материал и смотрим описания характеристик. В моем случае это блоки из ячеистого бетона и коэффициент теплопроводности равен 0,10-0,14. Возьмем 0,14 (влажность и все такое). По вышеуказанной формуле нам нужно найти S. S = R * λ, то есть S = 3,2 * 0,14 = 0,45 м.

Хорошая получилась стена. И дорогая. Наверное есть способ сэкономить. Что если мы возьмем блок толщиной 20 см и сделаем из него стену. Получим сопротивление теплопередачи у такой стены равное 1,43 (м2•°С/Вт), а в нашем регионе 3,2 (м2•°С/Вт). Маловато будет! А что если мы сделаем многослойную стену и снаружи стены используем пенопласт, а лучше минеральную вату, потому как они с примерно одинаковыми коэффициентами теплопроводности, но минвата экологически чище и не горит к томуже. Да и мышки ее как-то не жалуют. Нам осталось добрать теплопередачи. 3,2 — 1,43 = 1,77 (м2•°С/Вт). Теперь тут опять все просто. Так как стена у меня трехслойная и снаружи еще обложена кирпичом, то нужно подобрать утеплитель который лучше всего подходит для этого дела. Я выбрал ROCKWOOL КАВИТИ БАТТС максимально обозначенная теплопроводность у него λ = 0,041 Вт/(м·К) по ней и посчитал, S = 1.77 * 0.041 = 0.072. У меня получилась стена из газосиликатного блока 20 см и 7 см каменной ваты. Согласитесь лучше чем 45 см газосиликата? А может плюнуть на все и сделать каркасник с утеплителем? Можно))) в Канаде и многих европейских странах все так и делают. Но мы то русские! Поэтому обложим все это хозяйство облицовочным кирпичом, и будет у нас красиво и практично! Почему мы в расчет не принимали облицовочный кирпич? Просто он не несет никаких энергосберегающих функций. Более того в нем необходимо сделать вентиляционные зазоры. Но это уже другая история.

В конечном итоге, решив, что требования СНиПов постоянно повышаются, я сделал утеплитель толщиной 10 см. Тем более, что стоило это не на много дороже.

Теплотехнический расчет стен из различных материалов

Среди многообразия материалов для строительства несущих стен порой стоит тяжелый выбор.

Сравнивая между собой различные варианты, одним из немаловажных критериев на который нужно обратить внимание является «теплота» материала. Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление. Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа

Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа

Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление. Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа.

Теплозащитные свойства строительных конструкций характеризует такой параметр, как сопротивление теплопередаче (Ro, м²·°C/Вт).

По существующим нормам (СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.

Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003), при строительстве в Самарской области, нормируемое значение сопротивления теплопередачи для наружных стен составляет Ro.норм = 3,19 м²·°C/Вт. Однако, при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного, допускается снижение величины сопротивления теплопередачи, но не менее допустимого значения Ro.тр =0,63·Ro.норм = 2,01 м²·°C/Вт.

В зависимости от используемого материала, для достижения нормативных значений, необходимо выбирать определенную толщину однослойной или конструкцию многослойной стены. Ниже представлены расчеты сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен.

Расчет необходимой толщины однослойной стены

В таблице ниже определена толщина однослойной наружной стены дома, удовлетворяющая требованиям норм по теплозащите.

Требуемая толщина стены определена при значении сопротивления теплопередачи равном базовому (3,19 м²·°C/Вт).

Допустимая — минимально допустимая толщина стены, при значении сопротивления теплопередачи равном допустимому (2,01 м²·°C/Вт).

Вывод: из наиболее популярных строительных материалов, однородная конструкция стены возможна только из газобетонных и керамических блоков. Стена толщиной более метра, из керамзитобетона или кирпча, не представляется реальной.

Расчет сопротивления теплопередачи стены

Ниже представлены значения сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен из газобетона, керамзитобетона, керамических блоков, кирпича, с отделкой штукатуркой и облицовочным кирпичом, утеплением и без. По цветной полосе можно сравнить между собой эти варианты. Полоса зеленого цвета означает, что стена соответствует нормативным требованиям по теплозащите, желтого — стена соответствует допустимым требованиям, красного — стена не соответствует требованиям

Стена из газобетонного блока

Стена из керамзитобетонного блока

Стена из керамического блока

Стена из силикатного кирпича

Сравнение утеплителей

Выбрать лучший из трех представленных утеплителей не сложно, достаточно просто сравнить технические характеристики материалов.

Теплопроводность

Характеристика, показывающая количество проходящей за единицу времени (секунду) через 1 квадратный метр материала количества теплоты при единичном температурном градиенте.

Сравнение коэффициентов теплопроводности утеплителей:

• PIR-плиты и напыляемый пенополиуретан 0,022 Вт/м°К;
• Вспененный фольгированный полиэтилен 0,038 – 0,051 Вт/м°К.

Теплопроводность PIR сопоставима с PUR-изоляцией и намного ниже, чем у прочих теплоизоляционных материалов. У вспененного полиэтилена теплоизолирующие свойства вдвое ниже, чем у PIR и PUR.

Чем ниже теплопроводность материала, тем, соответственно, лучше показатели теплосбережения или энергоэффективности. Используя для утепления дома, бани или другого помещения утеплитель с рекордно низкой теплопроводностью, можно сэкономить свободное внутреннее пространство за счет уменьшения толщины материала. Кроме того, энергоэффективный утеплитель быстро окупает себя в финансовом плане, так как существенно снижаются расходы на отопление и кондиционирование комнат.

Плиты Logicpir кашированы паронепроницаемой алюминиевой фольгой

Прочность на сжатие и жесткость

Жесткость, прочность, отсутствие деформации при высоких нагрузках позволяют использовать материал не только для утепления полов под тяжелые мокрые стяжки, но и на эксплуатируемых кровлях, в том числе в регионах с высокими снеговыми нагрузками.

Прочность на сжатие при 10% деформации у плит PIR составляет 150 кПа или 15 тонн на 1 кв. метр. Пенополиизоцианурат не сминается и не крошится в течение всего срока службы, геометрические размеры стабильны даже при высоких нагрузках.

PIR плиты применяются при обустройстве эксплуатируемых кровель всех типов

У вспененного полиэтилена прочность на сжатие в 4 раза ниже и составляет всего 35 кПа.

Жесткость материала не менее важна при утеплении стен. Если изолятор сомнется в течение периода эксплуатации, верхняя часть стен останется неутепленной, что повлечет ряд проблем, одна из которых — существенное увеличение затрат на отопление помещений.

Утеплитель может потерять жесткость под воздействием влаги, плесени, вредителей и других факторов. Отсюда следует вывод — качественный материал, такой как Logicpir, отличается не только жесткостью, но и биологической стабильностью, минимальным процентом влагопоглощения, биологической и химической инертностью.

Плиты Logicpir монтируются без особых трудозатрат

Пожаробезопасность

Пенополиизоциануратные утеплители (PIR) относятся к группе горючести Г1. Высокие пожарно-технические характеристики как непосредственно самих плит, так и утеплённых конструкций достигается благодаря теомореактивности полимера. Под воздействием пламени верхний слой утеплителя коксуется то есть превращается в обугленную корку (пористую углеродную матрицу), препятствующую дальнейшему распространению огня.

PIR-плита — испытание огнём

Вспененный полиэтилен назвать пожаробезопасным материалом нельзя. Этот материал относится к реактопластам — химическим полимерам, которые под воздействием пламени превращаются в горящий расплав.

Сравнив утеплители, не сложно понять, почему именно PIR-плиты настолько востребованы в мире. Полиизоциануратными плитами утеплено уже более 40% кровель в Западной Европе и более 76% в Северной Америке. Технические характеристики материала близки к идеалу, это делает его востребованным в жилом, коммерческом, промышленном строительстве, сельском хозяйстве (при возведении агропромышленных и животноводческих комплексов).

Факторы, влияющие на величину теплопроводности

Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:

В начале измерения принимается начальное стационарное состояние температуры. Измерительный датчик и образец образуют две полубесконечные области. Линейная часть кривой параметризуется используемой емкостью плоского источника и теплоизоляционными свойствами обоих смежных полупространств.

В общем случае расчет значения теплопроводности может быть выражен уравнением. Во время практических измерений результаты измерений на эталонных материалах были применены для выбора оптимального интервала измерения и оптимальной выходной мощности источника тепла в отношении максимизации результатов измерений точно и воспроизводимости.

1. Пористость – наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
2. Структура пор – малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
3. Плотность – при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
4. Влажность – значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
5. Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:

λ=λо*(1+b*t), (1)

Определение коэффициента теплопроводности строительных материалов с использованием нестационарного плоского измерительного оборудования. Нестационарное плоское измерительное оборудование благодаря своей конструкции обладает многими выгодными свойствами. В этом аппарате можно легко и быстро измерить значение коэффициента теплопроводности в случае любого строительного материала.

Само измерение длится всего несколько секунд, и поэтому можно определить значение коэффициента теплопроводности в зависимости от влажности испытуемого образца. Плоский датчик обеспечивает возможность определения коэффициента теплопроводности значительно неоднородных материалов. Требования, касающиеся размера выборки, по сравнению с другими методами существенно меньше. По этим причинам можно определить коэффициент теплопроводности даже в части строительных изделий, поскольку со стандартными образцами тепловые технические свойства могут сильно отличаться от свойств конечных продуктов. Точность измерения. Как и в случае любого метода измерения, даже в случае нестационарного плоского измерительного прибора наибольшая ошибка исходит из тестового образца. Если поверхность испытываемого образца неравномерна.

• Скорость измерения.
• В отличие от классических методов этот метод несравненно быстрее.
• Гибкость измерений.

Измерительное устройство может благодаря своим благоприятным свойствам применяться для определения измерения коэффициента теплопроводности в большом разнообразии материалов и изделий, например.

где, λо – коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;

b – справочная величина температурного коэффициента;

t – температура.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей

Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала

Сравнение с другими утеплителями

Каждый утеплитель обладает теплопроводностью, и именно эта способность определяет качество изделия и сферу ее применения. Средние показатели минваты – 0,045 Вт/ (м°C), и такое низкое значение подтверждает высокое качество теплоизолятора.

Если сравнить средние коэффициенты теплопроводности различных теплоизоляторов, то получится увидеть наглядные примеры толщины слоя, необходимого для сохранения тепла:

• кирпич 1460 мм – 0,520 Вт/ (м°C);

• керамзит 869 мм – 0,170 Вт/ (м°C);

• стекловолоконная вата 189 мм – 0,044 Вт/ (м°C);

• каменная (базальтовая) вата 167 мм – 0,039 Вт/ (м°C);

• пенополистирол 159 мм – 0,037 Вт/ (м°C).

При сравнении минваты с другими утеплителями можно оценить как ее достоинства, так и недостатки.

Пенополистирол. Не менее востребованный утеплитель (разновидность пенопласта). Значение теплопроводности составляет 0,028-0,035 Вт/ (м°C). Если сравнить теплопроводные качества с минеральной ватой, то ее энергоемкие свойства будут менее эффективными. Тем не менее минвата значительно выигрывает при сравнении огнеупорности и вредности испарений утеплителей. Легкость монтажа и стоимость данного вида теплоизолятора не уступают минвате.

Теплопроводность минваты – один из параметров, правильное использование которого позволит подобрать для теплоизоляции нужную толщину слоя.

Критерии выбора утеплителя для стен

Теплоизоляционный материал должен обладать определенными техническими показателями, чтобы выполнять свои функции. У разных видов теплоизоляции эти показатели могут отличаться. Посмотрим, какие требования в целом предъявляют к ним.

Итак, материалы для теплоизоляции должны быть:

• огнестойкими;
• паропроницаемыми;
• обеспечивать хорошую звукоизоляцию;
• защищенными от природных факторов и факторов среды или устойчивыми к ним;
• прочными и долговечными;
• экологически безопасными.

Естественно, только идеальный материал будет обладать всеми этими особенностями на высшем уровне, но такого не существует. Любой вид теплоизоляции имеет преимущества перед другими в одном направлении, но проигрывает перед ними в другом. Так что нужно обязательно смотреть, в каких условиях и как будет использоваться утеплитель, и на основе этого и выбирать материал. 

Утепление минватой

Таблица. Свойства теплоизоляции.

Основные характеристики утеплителей

Соотношение качества утеплителя, в зависимости от его толщины При выборе утеплителей нужно обращать внимание на разные факторы: тип сооружения, наличие воздействия высоких температур, открытого огня, характерный уровень влажности. Только после определения условий использования, а также уровня теплопроводности применяемых материалов для сооружения определенной части конструкции, нужно смотреть на характеристики конкретного утеплителя:

Теплопроводность. От этого показателя напрямую зависит качество проведенного утеплительного процесса, а также необходимое количество материала для обеспечения желаемого результата. Чем ниже теплопроводность, тем эффективнее использование утеплителя.
Влагопоглощение. Показатель особо важен при утеплении внешних частей конструкции, на которые может периодически воздействовать влага. К примеру, при утеплении фундамента в грунтах с высокими водами или повышенным уровнем содержания воды в своей структуре.
Толщина. Применение тонких утеплителей позволяет сохранить внутреннее пространство жилого сооружения, а также напрямую влияет на качество утепления.
Горючесть

Это свойство материалов особенно важно при использовании для понижения теплопроводной способности наземных частей сооружения жилых домов, а также зданий специального назначения. Качественная продукция отличается способностью к самозатуханию, не выделяет при воспламенении ядовитых веществ.
Термоустойчивость

Материал должен выдерживать критические температуры. К примеру, низкие температуры при наружном использовании.
Экологичность. Нужно прибегать к использованию материалов безопасных для человека. Требования к этому фактору может изменяться в зависимости от будущего назначения сооружения.
Звукоизоляция. Это дополнительное свойство утеплителей в некоторых ситуациях позволяет добиться хорошего уровня защиты помещения от шума, а также посторонних звуков.

Когда используется при сооружении определенной части конструкции материал с низкой теплопроводностью, то можно покупать самый дешевый утеплитель (если это позволят предварительные расчеты)

Важность конкретной характеристики напрямую зависит от условий использования и выделенного бюджета

Проблемы утепления

В нашей стране строители вынуждены бороться с низкими температурами, холодными ветрами, высокой влажностью и другими неблагоприятными погодными условиями. Для комфортной работы и жизни требуются здания с хорошим климатом в помещениях, не зависящим от времени года. Сейчас невозможно массовое строительство стен из кирпича или камня метровой толщиной, потому что это будет недёшево и вряд ли найдётся достаточно покупателей на такие тяжёлые и дорогие здания. Лучший способ сохранить тепло в зимнее время и не впустить его в летнее — использовать в строительстве современные теплоизоляционные и ограждающие материалы.

В этом видео вы узнаете, какой утеплитель лучше:

Главный вопрос устройства такого барьера заключается в правильном выборе материала для него. Утеплитель должен удовлетворять требованиям технологий монтажа, строительным нормам, проектной стоимости и соответствующим показателям таблицы коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов. В качестве строительных теплоизоляторов сейчас широко применяются:

• пенополимеры с открытыми и закрытыми порами;
• минеральные ваты из шлака, стекла или камня.

Перечисленные материалы производятся в большом разнообразии свойств и по различным технологиям, в качестве изделий или сырья для производства непосредственно на площадке. Это вызвано широким спектром требований при решении строительных задач, которые не ограничиваются вопросом о том, какая теплопроводность лучше. Основные качества, которыми должен обладать утеплитель, можно свести к следующему перечню:

• низкая и неизменная в течение всего срока эксплуатации теплопроводность;
• стойкость к заданным влажностным и температурным режимам;
• нейтральность по отношению к изолируемым объектам;
• устойчивость к температурным деформациям;
• прогнозируемость жизненного цикла (утеплителя он не должен быть ниже, чем у изолируемого объекта);
• технологичность для применения в конкретном случае.

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

Коэффициент теплопроводности материала позволяет использовать последний для постройки гаражей, сараев, летних домиков, бань и других сооружений. В данную группу можно отнести:

Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то составляет 500-1800кг/м3. Его показатель находится в интервале 0,14-0,65Вт/м*К.

Газобетон, внутри которого образуются поры размером 1-3 миллиметра. Такая структура определяет плотность материала (300-800кг/м 3). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/м*К.

Вывод

Правильное использование теплопроводности, как одного из параметров минеральной ваты, позволяет подбирать толщину внутренней или наружной теплоизоляции с учётом поставленных требований. Корректно подобранные характеристики материала дают возможность поддерживать оптимальные микроклиматические условия внутри утепляемых помещений с минимальными затратами на отопление. Но для того чтобы такая защита прослужила как можно дольше, требуется не только использовать подходящий вид минераловатной плиты (для установки снаружи – утеплитель базальтовый, для внутреннего монтажа – стекловата или шлаковая вата), но и предотвратить попадание внутрь материала влаги.

Одним из способов сохранения эксплуатационных характеристик минваты является обустройство ветрозащиты, то есть монтаж специальной плёнки. Её закрепляют прямо поверх утеплителя, устраивая между слоем ветрозащиты и минераловатными плитами вентиляционный зазор. Для повышения уровня защищённости теплоизоляции, отдельные полотна края плёнки склеиваются с помощью специальной соединительной ленты. Результатом станет повышение надёжности и долговечности теплоизоляции, а значит и дополнительная экономия на отоплении.

Используя минеральную вату для утепления, рекомендуется увеличить полученную в результате теплотехнического расчёта толщину плит примерно на 30%. Это повлияет на степень ее теплоизоляции, и даже если при отсутствии этой защиты материал способен выступать в качестве теплоизолятора на протяжении – 7–10 лет, то дополнительные действия по сохранению его характеристик увеличивают этот срок в 5–6 раз.