Время тепла

Опубликовано: 03.09.2018

Остается, пожалуй, одно — обзавестись тряпками и заткнуть ими все щели моей спальни!

— Вы о чем говорите, мессир? — изумилась Маргарита, выслушав эти действительно непонятные слова.

Мумий Тролль - Время тепла [HQ]
— Совершенно с вами согласен, мессир, — вмешался в разговор кот, — именно тряпками, — и в раздражении кот стукнул лапой по столу.
М. Булгаков «Мастер и Маргарита»

Конечно, герои знаменитой книги спасались от милосердия. Но мы, желая защитить себя от иной напасти — холода — порой прибегаем практически к таким же методам. Вот только прогресс не стоит на месте, и ныне есть коечто поэффективнее старой доброй тряпки в плане утепления наших жилищ. Надо только не отставать от прогресса самим и тогда, возможно, окажется, что зимой вовсе не обязательно тратить половину зарплаты на антипростудные лекарства.

Итак, поговорим о теплоизоляции. Многим людям ошибочно кажется, что температура в доме зависит только от отопления, и если напор газа слабый, то тут ничего не поделаешь, разве что искать какието новые источники обогрева (буржуйки и т. д.). А вот упрямая статистика вещает, что 20 процентов теплопотерь приходится на некачественную теплоизоляцию. Следовательно, одну пятую проблем с холодом можно решить без вмешательства в систему отопления жилища.

"Что же это за теплоизоляция такая и как ее использовать?" — спросит человек, для которого вышенабранный абзац стал откровением.

Наиболее известны и широко применяемы следующие материалы: минеральная вата (каменная и шлаковата), стекловата и пенополистирол. А еще существует множество различных вермикулитов, пенополивинилхлоридов и фенольноформальдегидных поропластов, но перечислять их можно слишком долго. Упомянем лишь основные группы, по которым происходит деление теплоизоляционных материалов (как для минеральных, так и для органических). Это материалы с волокнистым каркасом (сыпучие, мягкие, жесткие), вспученные материалы (сыпучие, жесткие, а для органических материалов и мягкие), вспененные материалы и материалы с пористым заполнителем.

Также теплоизоляционные материалы делятся по горючести (негорючие, слабо, умеренно и сильно горючие), по области применения (строительная, промышленная и техническая теплоизоляции), по жесткости (мягкие, полужесткие, жесткие и твердые), по теплопроводности (низкая, средняя и высокая теплопроводность, правда, в последнем случае теряется смысл теплоизолирования).

Ну а теперь, вдоволь насладившись звучанием таких слов, как пенополивинилхлорид, мы перейдем к чемуто более конкретному, то есть к перечисленным вначале каменной и стеклянной вате и пенополистиролу, материалам, которые в основном и используются на строительном рынке Украины.

Волосы Пеле на службе у науки

Минеральная вата — теплоизоляционный строительный материал, получаемый переработкой расплавов металлургических шлаков или некоторых горных пород в тонкое желтокоричневое волокно. Любопытна история возникновения минваты. Один ученый, исследовавший вулканы на Гавайских островах, обратил внимание на валяющиеся повсюду специфические волокна, напоминающие клочки ваты. Аборигены объяснили ученому, что это королева вулкана Пеле вырывает волосы и расшвыривает их повсюду, когда впадает в бешенство. Но ученого не удовлетворило это объяснение, и он докопался до истины. Оказалось, что, когда из кратера вулкана выбрасывается расплавленная лава, образуются огненные столбы, которые после охлаждения воздушными потоками превращаются в найденные ученым минеральные волокна. Так что и до такой полезной штуки, как минеральная вата, природа тоже додумалась сама, значительно раньше людей.

А если перейти к минеральной вате, изготовленной людьми, то она обладает целым рядом преимуществ, которые и делают ее применение таким выгодным. Прежде всего, специальность — отличная термическая изоляция. Зимой минвата не выпускает из дома тепло, летом сдержанно пропускает в дом жару (низкий коэффициент теплопроводности означает высокое тепловое сопротивление R). Хорошая звукоизоляционная способность (поглощает звуки, распространяющиеся в воздухе и возникающие при ударе). В отличие от слоистых систем с применением пенопласта минеральная вата — волокнистый материал и поэтому хорошо поглощает звуки. Негорючая (пожарные в восторге). Выдерживает температуру до 750 градусов (что значит вулканическое происхождение! ). Гидрофобная (увлажняется минвата, мягко говоря, слабо — вода стекает по поверхности, не проникая внутрь). Зато для пара «двери» минваты распахнуты настежь (высокая паропроницаемость изза малого диффузного сопротивления). Пар свободно покидает помещение, теплоизолированное минеральной ватой (что дает возможность нашим стенам «дышать»). Ну и более глубинная польза минеральной ваты — использование ее приводит к экономии энергии, а значит, и к уменьшению выделения углекислого газа в атмосферу.

Применение теплоизоляционных материалов в строительстве приводит к значительному снижению массы возводимых сооружений, что дает серьезную экономию основных строительных материалов (цемента, металла, кирпича и т. п.). Подсчитано, что 1 тонна минеральной ваты, используемой для тепловой защиты зданий, теплопроводов, оборудования и т. д. экономит за период эксплуатации более 100 тонн условного топлива.

Есть и другие замечательные качества минеральной ваты. На нее не влияет сезонность, и ее свойства почти не изменяются в процессе эксплуатации. Минвата химически нейтральна — она не влияет на другие материалы и не поддается на их влияние сама. Также этому теплоизоляционному материалу свойственна биологическая стойкость: она не создает условий для образования микроорганизмов, и ей совсем не свойственен малоприятный процесс гниения. Ну и, наконец, по части монтажа минеральная вата очень даже удобна. Нарезается простым острым ножом. Только не забудьте надеть рукавицы (впрочем, последнее указание больше относится к следующему виду нашей программы — стекловате).

Кстати, минеральная вата применяется не только на дому. На многих нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях давно уже оценили полезные (главным образом, невоспламеняемость) свойства этого теплоизоляционного материала. Применяют минвату и в сельском хозяйстве (почвенная подстилка из минеральной ваты снижает употребление воды, удобрений и энергии). Изготовление звукоизолирующих экранов тоже без нашей ваты не обходится.

Стекло или камень?

Наиболее популярны два вида "ват": на основе базальтового волокна (каменная вата) и стекловолокна (стекловата). Базальтовая вата производится из расплава горных пород в виде мата, представляющего собой штапельные волокна, скрепленные между собой силами естественного сцепления.

Базальтовые волокна обладают всеми вышеперечисленными свойствами минеральной ваты. Они не поддерживают горения, не гниют, биологически инертны. Имеют низкий удельный вес и высокую термостойкость. Базальтовая изоляция сохраняет свои первоначальные свойства в течение всего времени эксплуатации, не выделяет токсичных веществ в окружающую среду и в сочетании с другими веществами не образует токсичных соединений.

Большим преимуществом базальтовой ваты является трудноисчерпаемость исходного сырья. Базальты, габбро, диабазы и другие горные породы — легкодоступное и дешевое сырье. Из одной тонны базальтовой породы можно произвести около 40 кубометров волокна. В то же время производители стекловаты утверждают, что это вовсе не преимущество, так как с использованием природных ресурсов борется весь мир (стекловата производится из стеклобоя).

Другим серьезным преимуществом базальтовой ваты является успешное сочетание тепло и звукоизоляционных свойств с соображениями пожарной безопасности. Изделия из базальтовой ваты сохраняют свои теплоизоляционные свойства под воздействием прямого огня на протяжении 20 минут, попутно ограничивая распространение дыма и огня.

В настоящее время базальтовые волокна служат для производства: теплозвукоизоляционных материалов с различными связующими и без них (плиты, прошивные маты, холсты, скорлупы, шнуры и т. д.); звукопоглощающих материалов и изделий (акмигран и плиты из него); строительных конструкций (сэндвичи, модульные плиты); изделий с использованием волокна в качестве заменителя асбеста и слюды (ткани, картон, фрикционные материалы и т. п.); фильтров промышленных и бытовых для очистки газообразных и жидких сред; композиционных материалов с различными пластмассами, смолами и другими компонентами для получения материалов с заданными свойствами; искусственных грунтов для гидропонного выращивания рассады и растений.

Перспективы же базальтового волокна еще лучше. Существует целый ряд факторов, позволяющих производителям этого вида минваты смотреть в будущее с оптимизмом: простота производственного процесса, неограниченные запасы дешевого и не дефицитного сырья, возможность производства волокон из однокомпонентного сырья, комплекс высоких теплофизических и физикохимических свойств, возможность производства широкого ассортимента эффективных материалов, низкие капитальные затраты на организацию производства, возможность использования отечественного оборудования и простота его обслуживания.

Cтекловата, о которой речь пойдет дальше, тоже обладает рядом полезных свойств, из которых на первом месте стоит ее цена. Благодаря этому спрос на вату, изготовленную из стекловолокна, на рынке Украины растет.

Стекловолокно изготавливается в несколько этапов. Основные компоненты для его производства: стеклобой, песок, сода, доломит, известняк, этибор и т. д. Сырье хранится в накопительных бункерах, откуда подается в дозаторы, которые загружают плавильную печь. При температуре около 1400 °C сырье расплавляется и подается в специальный «передний горн», где и происходит непосредственно волокнообразование. Расплавленное стекло преобразуется в волокно за счет центробежной силы на центрифугах. Связывание волокон происходит с помощью связующего вещества, добавляемого в процессе волокнообразования. Связующее представляет собой разведенный водой раствор фенолальдегидного полимера, модифицированного мочевиной в качестве основного ингредиента.

С центрифуг продукция, пропитанная полимерной смолой, подается между двумя ремнями на конвейер, где из нее формируются маты. Далее она попадает в вулканизатор, нагретый до температуры 250 °C. Здесь из мата испаряется вода, а связующее вещество поперечно связывается, что придает готовому материалу необходимую жесткость. Затем мат охлаждается под струей воздуха, и из него получают прямоугольные заготовки в виде плит и длинные заготовки для скатывания в рулоны.

Это технология производства, а теперь рассмотрим свойства стекловаты. Теплоизоляционные свойства (основной вопрос, который мы пытаемся решить). Их характеризует коэффициент теплопроводности (чем ниже, тем лучше, в смысле теплее — если речь о зиме). Так вот, этот коэффициент у стекловаты находится в пределах от 0,035 до 0,044 Вт/мК. У базальтовой ваты коэффициент теплопроводности колеблется от 0,032 до 0,045 Вт/мК. Впрочем, этих самых коэффициентов два — в сухом состоянии и эксплуатационном (влага серьезно ухудшает теплоизолирующие свойства). Стекловата обладает хорошими звукоизоляционными свойствами. Сами волокна у стекловаты значительно длиннее, чем у каменной ваты; это тоже повышает звукоизоляцию.

Что касается исходного сырья, то, как и у каменной ваты, у стекловаты нет трудностей в этом плане. Основной сырьевой материал — стеклобой (бутылочное стекло). Используется в основном вторичное стекло, то есть производство этого вида теплоизоляционных материалов является частью стеклоперерабатывающей отрасли.

Что же до всего остального (удобство при установке и эксплуатации и устойчивость к гниению и плесени), то тут стекловата так же хороша, как и вата, основанная на каменном волокне.

Можно пойти другим путем

Вообщето, теплоизоляционные материалы следует применять по ситуации, «во что смотря по тому», как говорил Азазелло из уже упомянутой книги. То есть для разных частей дома подходят разные теплоизоляционные материалы. Например, для утепления скатной кровли лучше использовать стекловолокно из соображений соотношения цены и качества. А в плоских кровлях (обычных, где теплоизоляционный слой скрыт за гидроизоляционным) лучше взять базальтовое волокно, которое лучше работает на сжатие. В последнее время все популярнее становятся кровли инверсионные (теплоизоляционный слой располагается над гидроизоляционным слоем). Вот тут и вступает в схватку с нашими ватами третий материал — экструдированный пенополистирол.

Материал с этим трудновыговариваемым названием разработала американская фирма Dow Сhemical в 1941 году. Его получают методом экструзии из полистирола общего назначения. Гранулы смешиваются под воздействием высокой температуры, а затем полученная смесь выдавливается из экструдера с добавлением вспенивающего агента. Ранее в качестве агентов использовались фреоны, но в последнее время, в заботах об озоновом слое, их заменили безфреоновые системы на основе двуокиси кремния. Впрочем, вся эта химия вряд ли интересна, любопытен итоговый продукт. А получается голубой (цвет, впрочем, может быть любым, его специально подкрашивают, чтобы отличаться) материал в виде однородной структуры из мелких закрытых ячеек размером 0,1–0,2 мм. И вот эта ячеистая структура и дает экструдированному пенополистиролу ряд необыкновенно ценных свойств.

Низкая теплопроводность, высокая механическая прочность, отсутствие капиллярности, практически нулевое водопоглощение, устойчивость к циклам замораживания—оттаивания, высокая устойчивость к паропроницанию, долговечность — всеми этими вышеперечисленными достоинствами обладают и ваты (а также удобством в эксплуатации, устойчивостью к гниению, отсутствием запаха и т. д.). Но один пункт (высокая механическая прочность) все же дает пенополистиролу определенное преимущество, а если учесть, что речь мы, вообщето, ведем о строительстве, то преимущество солидное.

Поэтому изоляционные плиты из пенополистирола применяют в тех местах, где изоляция подвергается механической нагрузке, а также там, где невозможно применять материалы из минерального волокна. Таких мест достаточно много. Это инверсионные («перевернутые») плоские крыши, внешнее утепление стен подвалов (так как пенополистирол имеет минимальное водопоглощение в своем классе), утепление нагружаемых полов, утепление полов холодильников, изоляция «мостиков холода», защита дорожного полотна от морозной деформации. Также экструдированный пенополистирол благодаря высокой прочности на сжатие незаменим при строительстве так называемого «термодома», когда изолируется фундамент здания.

Ну и, конечно, инверсионные кровли, с которых мы начали. Применяя экструдированный пенополистирол (с его прочностью на сжатие), можно рационально использовать собственную крышу — от террасы до автомобильной стоянки.

Вот только не надо путать экструдированный пенополистирол с обычным пенополистиролом, который едят мыши и который при малейшем нагреве начинает выделять всякую гадость. Подлые прорабы довольно часто подсовывают бедным людям и такое.

Есть и один серьезный недостаток экструдированного пенополистирола — его цена. Позволить себе такой материал могут далеко не все. Тем более, что, позволив себе его, надо еще позволить себе какоенибудь проветривающее устройство, ибо этот материал закрытопористый. Сквозь него не пройти ничему, в том числе и воздуху (а стенам и живущим за стенами людям желательно иногда дышать).

Принципиально иного механизма работы теплоизоляционного слоя можно добиться при помощи отражательной теплоизоляции. Ее назначением является создание барьера тепловому излучению — одному из трех механизмов распространения тепла. Применение отражательной изоляции позволяет изменить соотношение отдельных механизмов переноса тепла и уменьшить суммарный тепловой поток. Отражательная изоляция, прежде всего, характеризуется высоким значением термического сопротивления, к тому же обладает высоким диффузионным сопротивлением водяному пару, что позволяет ее применение как парозащиты. Основной критерий, по которому материал можно отнести к отражательной изоляции,— это коэффициенты теплового и оптического отражения. Оптическое отражение должно быть не менее 95 %, тепловое — не менее 90 %. В полной мере этому условию отвечает только тонкая (9–30 мкм) полированная алюминиевая фольга, коэффициент отражения которой достигает 96–97 %. В качестве же основы, на которую наносится отражающий материал, может служить почти любой высокоэффективный теплоизоляционный материал, желательно светопрозрачный или частично светопрозрачный.

Зачем топить больше?

Рынок теплоизоляционной продукции развивается, в 2003 году спрос на эту продукцию увеличился на 30–35 %, в 2004 — примерно на 45 %. Рынок сегментируется по структуре (об этом мы сказали достаточно) и по типу применения (изоляция фасадов, плоских кровель, скатных кровель, внутренних перегородок, полов, цокольных этажей и т. д. ). А вот по стоимости фирмы отличаются мало. Цена на теплоизоляционные материалы за последние годы практически не изменилась. Несколько лет назад она серьезно снизилась изза агрессивной ценовой политики некоторых производителей. Теперь разница в цене может присутствовать лишь изза какихто особенностей конкретной марки или изза болееменее удачной логистики (затратам на транспортировку и хранение).

На украинском рынке лидируют следующие фирмы. В плане продажи изделий из стекловолокна — URSA GLASSWOOL и ISOVER. По базальтовому волокну впереди Rockwool, Paroc и Nobasil. Экструдированный пенополистирол уверенно освоили URSA XPS и Dow Chemical. Все эти производители — импортные. Ожидать появления конкурентоспособного производителя в нашей стране стоит только в случае открытия какимлибо международным концерном своего филиала (как это уже случилось в России). Известно, что представители мирового лидера в стекольной промышленности и на рынке минераловатной изоляции международного концерна SaintGobain уже посещали Украину и осматривали потенциальные места для строительства завода. На рынке отражательной теплоизоляции существует отечественный производитель — Компания «НормаИзол».

И напоследок немного о таком вечно живом вопросе, как затраты на отопление. Высокая стоимость и дефицит топлива толкает ученых на разные оригинальные решения, и теплоизоляция — одно из них. Раньше в основе теплотехнического проектирования зданий, как у нас, так и за рубежом лежал принцип санитарногигиенической пригодности к эксплуатации, согласно которому температура на внутренней поверхности ограждения не должна допускать выпадение конденсата, а стоимость отопления (в связи с низкими ценами на топливо и электроэнергию) во внимание не принималась. Теперь так относиться к этой проблеме уже нельзя.

Например, в Швеции, довольно холодной в плане климата стране, энергопотребление жилых зданий в 1,5 раза ниже, чем в других странах. Все потому, что родина Карлсона лидирует по части уровня теплозащиты. Да и в других западных странах уже поняли, что гораздо выгоднее как следует утеплить дом, чем отапливать его за большие деньги. В Австрии жители дома с повышенной теплоизоляцией экономят на отоплении в 3–5 раз, по сравнению с обычным зданием. Кстати, заграницей и государство очень благосклонно относится к производителям теплоизоляции, потому что энергосберегающая функция, которую выполняют рассмотренные нами материалы, имеет большое значение в масштабах страны.

Ну а в масштабах каждого конкретного человека очень противно три (а то и больше) месяца в году мерзнуть, чихать и кашлять вместо того, чтобы радоваться жизни. Так зачем, собственно, мучиться? Ведь благодаря такому изобилию невиданных теплоизоляционных материалов в наши дома запросто может прийти время тепла.