Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов
Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление нормируемая величина.
Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:
Таблица теплопроводности утеплителей.
где, H толщина слоя, м,
R сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт,
λ коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).
Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:
- ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение,
- используемые стройматериалы имеют естественную влажность.
При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:
- СНиП23-01-99 Строительная климатология,
- СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий,
- СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.
Сравнение утеплителей по теплопроводности
Пенополистирол (пенопласт)
Плиты пенополистирола (пенопласта)
Это самый популярный теплоизоляционный материал в России, благодаря своей низкой теплопроводности, невысокой стоимости и легкости монтажа. Пенопласт изготавливается в плитах толщиной от 20 до 150 мм путем вспенивания полистирола и состоит на 99% из воздуха. Материал имеет различную плотность, имеет низкую теплопроводность и устойчив к влажности.
Благодаря своей низкой стоимости пенополистирол имеет большую востребованность среди компаний и частных застройщиков для утепления различных помещений. Но материал достаточно хрупкий и быстро воспламеняется, выделяя токсичные вещества при горении. Из-за этого пенопласт использовать предпочтительнее в нежилых помещениях и при теплоизоляции не нагружаемых конструкций — утепление фасада под штукатурку, стен подвалов и т.д.
Экструдированный пенополистирол
Пеноплэкс (экструдированный пенополистирол)
Экструзия (техноплэкс, пеноплэкс и т.д.) не подвергается воздействию влаги и гниению. Это очень прочный и удобный в использовании материал, который легко режется ножом на нужные размеры. Низкое водопоглощение обеспечивает при высокой влажности минимальное изменение свойств, плиты имеют высокую плотность и сопротивляемость сжатию. Экструдированный пенополистирол пожаробезопасен, долговечен и прост в применении.
Все эти характеристики, наряду с низкой теплопроводностью в сравнении с прочими утеплителями делает плиты техноплэкса, URSA XPS или пеноплэкса идеальным материалом для утепления ленточных фундаментов домов и отмосток. По заверениям производителей лист экструзии толщиной в 50 миллиметров, заменяет по теплопроводности 60 мм пеноблока, при этом материал не пропускает влагу и можно обойтись без дополнительной гидроизоляции.
Минеральная вата
Плиты минеральной ваты Изовер в упаковке
Минвата (например, Изовер, URSA, Техноруф и т.д.) производится из натуральных природных материалов – шлака, горных пород и доломита по специальной технологии. Минеральная вата имеет низкую теплопроводность и абсолютно пожаробезопасна. Выпускается материал в плитах и рулонах различной жесткости. Для горизонтальных плоскостей используются менее плотные маты, для вертикальных конструкций используют жесткие и полужесткие плиты.
Однако, одним из существенных недостатков данного утеплителя, как и базальтовой ваты является низкая влагостойкость, что требует при монтаже минваты устройства дополнительной влаго- и пароизоляции. Специалисты не рекомендуют использовать минеральная вату для утепления влажных помещений – подвалов домов и погребов, для теплоизоляции парилки изнутри в банях и предбанников. Но и здесь ее можно использовать при должной гидроизоляции.
Базальтовая вата
Плиты базальтовой ваты Роквул в упаковке
Данный материал производится расплавлением базальтовых горных пород и раздуве расплавленной массы с добавлением различных компонентов для получения волокнистой структуры с водоотталкивающими свойствами. Материал не воспламеняется, безопасен для здоровья человека, имеет хорошие показатели по теплоизоляции и звукоизоляции помещений. Используется, как для внутренней, так и для наружной теплоизоляции.
При монтаже базальтовой ваты следует использовать средства защиты (перчатки, респиратор и очки) для защиты слизистых оболочек от микрочастиц ваты. Наиболее известная в России марка базальтовой ваты – это материалы под маркой Rockwool. При эксплуатации плиты теплоизоляции не уплотняются и не слеживаются, а значит, прекрасные свойства низкой теплопроводности базальтовой ваты со временем остаются неизменными.
Пенофол, изолон (вспененный полиэтилен)
Фольгированный пенофол
Пенофол и изолон – это рулонные утеплители толщиной от 2 до 10 мм, состоящие из вспененного полиэтилена. Материал также выпускается со слоем фольги с одной стороны для создания отражающего эффекта. Утеплитель имеет толщину в несколько раз тоньше представленных ранее утеплителей, но при этом сохраняет и отражает до 97% тепловой энергии. Вспененный полиэтилен имеет длительный срок эксплуатации и экологически безопасен.
Изолон и фольгированный пенофол – легкий, тонкий и очень удобный в работе теплоизоляционный материал. Используют рулонный утеплитель для теплоизоляции влажных помещений, например, при утеплении балконов и лоджий в квартирах. Также применение данного утеплителя поможет вам сберечь полезную площадь в помещении, при утеплении внутри. Подробнее об этих материалах читайте в разделе «Органическая теплоизоляция».
Кто на свете всех теплей?
Цель такого тщательного изучения утеплителей одна — узнать, какой из них лучше всех. Однако, это палка о двух концах, ведь материалы с высокой термоизоляцией могут иметь другие нежелательные характеристики.
Пенополиуретан или экструдированный пенополистирол
чемпион по теплоизоляции – это пенополиуретан
Но у пенополиуретана появилась настоящая альтернатива – экструдированный пенополистирол. По сути это тот же пенопласт, но прошедший дополнительную обработку – экструдировку, которая улучшила его. Это материал с равномерной структурой и замкнутыми ячейками, который представлен в виде листов разной толщины. От обычного пенопласта его отличает усиленная прочность и способность выдерживать механическое давление. Именно поэтому его можно назвать достойным конкурентом пенополиуретану. Единственный недостаток монтажа отдельных плит – швы, которые успешно заделываются монтажной пеной.
А уж чем вам удобнее пользоваться – жидким утеплителем из баллончика или плитами, выбирать только вам. Но помните, что эти материалы не «дышат» и могут образовывать эффект запотевших окон, так что все утепление может уйти из форточки во время проветривания. Поэтому утеплять такими материалами нужно разумно.
Другие утеплители
Также набирает популярности дешевое и экологичное пеностекло, которое можно применять только без нагрузок, поскольку он весьма хрупок.
Минеральная вата: характеристики и свойства
Теплопроводность и особенности минеральной ваты
Теплопроводность — свойство предмета пропускать через себя тепло и отдавать его. У любого утеплителя есть своя теплопроводность, которая определяет качество материала, область ее использования.
Теплопроводность минеральной ваты зависит от марки и состава. В среднем показатели равны 0,034-0,05 Вт/м*К. Данные очень низкие, поэтому минеральная вата является прекрасным теплоизоляционным материалом.
Более рыхлая структура минваты имеет более низкий уровень теплопроводности, поэтому тепло лучше задерживается в воздушных «подушках».
У тяжелой минваты теплопроводность равна 0,48-0,55 Вт/м*К, а у легкой (с рыхлой структурой) теплопроводность составляет 0,035-0,047 Вт/м*К. Сравнить коэффициент теплопроводности минеральной ваты с различными видами утеплителей поможет таблица 1.
| Название материала | Коэффициент теплопроводности, Вт/м*К |
| Пенополиуретан | 0,025 |
| Вспененный каучук | 0,03 |
| Легкие пробковые листы | 0,035 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Пенопласт | 0,037 |
| Пенополистирол | 0,04 |
| Поролон | 0,04 |
| Легкая минеральная вата | 0,039-0,047 |
| Стекловата | 0,05 |
| Хлопковая вата | 0,055 |
Чем ниже значение теплопроводности, тем лучше утеплитель. В сравнении с пенополистиролом и пенопластом, минеральная вата дает менее эффективные энергоемкие показатели. Но, если сравнить огнестойкость и вредность этих утеплителей, то минвата явно выигрывает.
Минеральная вата не горит и не содержит потенциально вредных веществ.
Одинаково сохраняют тепло:
- пенополистирол экструдированный (40 кг/м3) при толщине слоя 95 мм;
- минеральная вата (125 мг/м3) — 100 мм;
- ДСП (400 кг/м3) — 185 мм;
- дерево (500 кг/м3) — 205 мм.
Минеральная вата имеет низкий коэффициент теплопроводности, поэтому используется везде. Ее используют для утепления фасадов зданий, для внутреннего и наружного утепления.
Выбор минваты и расчет толщины утеплителя
Любое здание имеет свою норму теплосопротивления. Цифры зависят от климатической зоны и отличаются, исходя из региона.
У каждого утеплителя есть свой уровень теплопроводимости
Поэтому важно создать комфортные теплоизоляционные условия, которые сократят потребление энергии на отопление и охлаждение помещения
Если здание уже построено, расчеты нужно проводить, исходя из типа материала, его сечения, провести расчет теплопроводности, узнать цифры по теплоизоляции. Для домов, которые только строятся, больше возможностей для выбора стройматериалов, утеплителей и отделки.
Для расчетов толщины утеплителя нужно знать три цифры:
- региональные стандарты теплосопротивления зданий;
- коэффициент теплосопротивления стройматериала сооружения;
- коэффициент теплопроводности утеплителя.
Расчет проводите по формуле:
K = R/N,
где K – цифра теплосопротивления стены; R — толщина слоя утеплителя; N — коэффициент теплопроводности.
Эта формула поможет рассчитать теплосопротивление стены. И, на основе полученных данных, можно вычислить, какая нужна теплоизоляция по толщине. Полный расчет толщины утеплителя вы найдете в статье «Толщина утеплителя для стен».
Технические характеристики минеральной ваты как утеплителя
Каждый теплоизоляционный материал хорош по-своему. Минеральная вата в том числе.
Даже больше: она во многом лучше другим утеплителей, т.к. экологична, не вредит здоровью, проста в монтаже и долго сохраняет свои эксплуатационные свойства.
Для примера в таблице 2 сравним технические характеристики минеральной ваты и экструдированного пенополистирола.
| Наименование характеристики | Минеральная вата | Экструдированный пенополистирол |
| Прочность на сжатие при 10% линейной деформации, МПа | 37-190 (+/- 10%) | 28-53 (+/- 10%) |
| Водопоглощение по объему за 24 часа | менее 0,4 | 0,2-0,4 |
| Время самостоятельного горения, не более, c | не горючий материал | разгалаются ядовитые газы |
| Пожарно-технические характеристики по СНиП 21-01-97 | НГ, Т2 | Г1, Д3, РП1 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -180 до +650°С При t ≥ 250°С связующее испаряется. Плавится при 1000°С | -50 до +75 °С При 200-250°С тепла разлагаются токсичные вещества |
| Коэффициент паропроницаемости, мг/(м.ч. Па) | 0,31-0,032 | 0,007-0,012 |
| Безопасность | + | – |
| Тепловое сопротивление | 0,036-0,045 | 0,03-0,033 |
| Звуконепроницаемость и ветрозащитное действие | + | + |
| Влагостойкость | + | + |
| Высокая стойкость к нагрузкам | – | + |
| Сохранение стабильных размеров | – | + |
| Долговечность | 50 лет (фактическая – 10-15 лет) | 50 лет (фактическая – более 20 лет) |
| Удобство использования | + | + |
| Трудновоспламеняемость | + | – |
Сравнение популярных утеплителей
| СРЕДНЯЯ ТОЛЩИНА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СТЕНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ | ||||
| Теплоизоляционный материал | Кирпичная кладка (полтора кирпича) | Газобетон 30 см | Деревянный брус 30 см | Каркас из OSB |
| Экотермикс | 7 см | З см | 5 см | 10 см |
| Минеральная вата | 13 см | 8 см | 10 см | 15 см |
| Пенополистирол | 12 см | 7 см | 8 см | 13 см |
| Пеностекло | 11 см | 6,5 см | 7 см | 13 см |
Давайте рассмотрим несколько материалов, применяемых для повышения энергоэффективности сооружений:
- Минеральная вата. Производится из естественных материалов. Устойчива к огню и отличается экологичностью, а также низкой теплопроводностью. Но невозможность противостоять воздействию воды сокращает возможности использования.
- Пенопласт. Легкий материал с отличными утеплительными свойствами. Доступный, легко устанавливается и влагоустойчив. Недостатки: хорошая воспламеняемость и выделение вредных веществ при горении. Рекомендуется его использовать в нежилых помещениях.
- Бальзовая вата. Материал практически идентичный минвате, только отличается улучшенными показателями устойчивости к влаге. При изготовлении его не уплотняют, что значительно продлевает срок службы.
- Пеноплэкс. Утеплитель хорошо противостоит влаге, высоким температурам, огню, гниению, разложению. Отличается отличными показателями теплопроводности, прост в монтаже и долговечен. Можно использовать в местах с максимальными требованиями способности материала противостоять различным воздействиям.
- Пенофол. Многослойный утеплитель естественного происхождения. Состоит из полиэтилена, предварительно вспененного перед производством. Может иметь различные показатели пористости и ширины. Часто поверхность покрыта фольгой, благодаря чему достигается отражающие эффект. Отличается легкостью, простотой монтажа, высокой энергоэффективностью, влагостойкостью, небольшим весом.
Сравнительная таблица теплопроводности материалов и утеплителей
В выборе строительных материалов с лучшими характеристиками поможет таблица теплопроводности материалов и утеплителей Сбережение тепла в доме – особая функция строительства и обустройства жилища. Но какие материалы самые современные, качественные, при этом доступные и несложные в монтаже? Нельзя ответить однозначно на этот вопрос, но приведенные ниже сравнительные характеристики помогут разобраться в этом вопросе.
Скандинавская (финская) технология
Особенностью технологии является применение местных высококачественных пиломатериалов, несущий каркас выполняется из балок более крупного сечения. В качестве утеплителя зачастую применяется минеральная вата. Для внешней отделки наиболее распространена фасадная доска под покраску.
В качестве дополнительного утепления применяется полимерная теплоизоляция (например, экструзионный пенополистирол). Для обшивки каркаса практически не применяется ОСП, чаще – фасадный и влагостойкий гипсокартон. В процессе проектирования и строительства соблюдается очередность слоев в конструкции – увеличение коэффициентов паропроницаемости используемых материалов по направлению – во внешнюю среду (предотвращение влагонакопления).
В целом, технология строительства каркасных домов практически одинакова для обоих технологических направлений, основные отличия из-за доступности тех или иных материалов, а также культуры местного строительства.
Применение дополнительного утеплителя ПЕНОПЛЭКС для каркасных домов на территории РФ позволит сократить объем древесины, используемой для устройства каркаса в среднем на 25-35%, благодаря уменьшению сечения несущего бруса, а также значительно повысить энергоэффективность сооружения.
Преимущества применения плит ПЕНОПЛЭКС для теплоизоляции каркасного дома: Низкий коэффициент теплопроводности (λ = 0,032 Вт/м-К).
Для утепления наружной стены любого здания требуется слой материала ПЕНОПЛЭКС в 1,5 раза тоньше, нежели другого утеплителя;Практически нулевое водопоглощение, поэтому при отрицательных температурах воздуха на улице, когда точка росы находится в утеплителе, в нем не образуется конденсат, материал не увлажняется и не теряет своих теплозащитных свойств. Долговечность более 50-ти лет и высокая прочность на сжатие (не менее 20 тонн на 1 кв. метр), что обеспечивает продолжительный безремонтный срок эксплуатации конструктивов.Экологическая безопасность – материал изготавливается из безопасного сырья, не содержит мелких волокон и пыли, фенолформальдегидных смол и других вредных химических веществ.
Сотрудниками разработана техническая карта, которая содержит поэтапное описание процесса строительства каркасного дома с дополнительным утеплением плитами ПЕНОПЛЭКС. Документ включает в себя схемы всех конструктивов, технические характеристики используемых материалов, рекомендации по монтажу. Техническая картадоступна для скачивания.
Коэффициент теплопроводности, ЭФФЕКТИВНЫЙ срок службы и толщина слоя
| Наименование | Коэффициент теплопроводности | Срок службы | Толщина слоя |
|---|---|---|---|
| Пенополиуретан | 0,025 | 50 лет | 5 см |
| Пенополистирол | 0,035 | 15 лет | 8 см |
| Пенопласт | 0,04 | 10 лет | 10 см |
| Минвата, базальтовое волокно | 0,045 | 8 лет | 12 см |
| Стекловата | 0,05 | 5 лет | 15 см |
| Керамзит | 0,15 | 40 лет | 35 см |
Примеры расчета толщины утеплителей
Стены дома из силикатного кирпича, толщина стены 0,38 м. R= 0,44.
(пенополистирол — 9 см., пенопласт – 12 см., минвата и т.п. – 15 см., стекловата – 20 см., керамзит – 35-40 см. ) 
Все материалы кроме ППУ еще нужно крепить к поверхности. Керамзит нужно засыпать. ППУ наносится сразу в готовом виде.Стены дома из деревянного бруса 150 мм. R=1,07. 1,93 х 0,025 = 5 см ППУ.Стены дома из пено- газобетонного блока 40 см. R= 1,1 1,9 х 0.025 = 5 см ППУ.Утепление крыши из листового металла (профнастил, металлочерепица) или ангаров. R=0,1 2,9 х 0,025 = 7 см ППУ.Таким образом, сооружение из металла, утепленное ППУ слоем 7 см приобретает требуемое значение теплосопротивления R=3,0 и пригодно для круглогодичного проживания.Теперь сравните это с тем, что мы видим вокруг. Практически нигде нет такого уровня теплоизоляции зданий, а ведь R=3,0 — это необходимый минимум!
Свойства утеплителей и таблица теплопроводности строительных материалов
Пеноплекс это производное полистирола, является продуктом органической химии. Минеральная или базальтовая вата это продукт термической переработки минерального сырья. Оба материала с успехом используются в создании теплоизолирующих слоев, но существуют особенности применения каждого из них, объясняется это некоторыми физическими показателями.Физические показатели минеральной ваты:
- плотность – варьируется в широких пределах и может быть от 10 до 300 кг/м3;
- теплопроводность (при плотности около 35 кг/м3) – 0.040-0.045 Вт/м*К;
- поглощение влаги – более 1% (зависит от плотности);
- паропроницаемость – 0.4-0.5 мг/час*м*Па;
- максимальная температура выдерживания 450 С и выше.
Основные свойства
Эффективность материала во многом зависит от трех основных характеристик. А именно:
Теплопроводность. Это главный показатель материала, выражается коэффициентом, исчисляется в ваттах на 1 метр квадратный. В зависимости от уровня удержания тепла требуется разное количество утеплителя. На него существенно влияет показатель впитывания влаги.
Плотность. Не менее важная характеристика. Чем выше плотность пористого материала, тем эффективнее будет удерживаться тепло внутри здания. В большинстве случаев именно данный показатель является определяющим при выборе утеплителя для стен, этажного перекрытия или крыши.
Гигроскопичность. Устойчивость к воздействию влаги очень важна
Например, цокольные перекрытия, которые расположены в сырых местах, важно утеплять материалом с самой низкой гигроскопичностью, каким является, например, пластиформ.
Нужно обращать внимание и на ряд других показателей. Это устойчивость механическим повреждениям, перепадам температур, горючесть и длительность эксплуатации
Выбор плотности утеплителя
Прежде чем решить, какую выбрать плотность теплоизоляции, необходимо определить, где она будет устанавливаться. Если планируется утепление стен, важную роль играет тип облицовки. Она определяет тип и плотность теплоизолятора. Так, для жилого дома рекомендуется использовать базальтовую вату, которая имеет низкую теплопроводность, высокую пожароустойчивость и экологичность.
Для облицовки сайдингом подойдет базальтовый теплоизолятор с показателями 40-90 кг/м³. Чем выше располагается теплоизоляция, тем больше должен быть показатель. Если поверхность будет оштукатуриваться, тогда нужно выбирать специальную теплоизоляцию для фасадных работ. Плотность должна составлять 140-160 кг/м³. При данных работах применяют специальные элементы, которые обладают высокими показателями паропроницаемости и прочности на отрыв. Для внутренних работ используют теплоизоляционный материал с низкой плотностью.
При кровельных работах выбор изоляции зависит от вида крыши. Если крыша скатная, выбирают утеплитель с показателями 30-45 кг/м³. Для утепления мансарды показатель должен быть не менее 35-40 кг/м³. Плоская кровля должна выдерживать большие нагрузки, которые оказывают снег, ветер и другие атмосферные явления. Поэтому в данном случае должна использоваться теплоизоляция с плотностью от 150 кг/м³, если используется минеральная вата. Для пенополистирола этот показатель должен быть не более 40 кг/м³.
Для изоляции пола от холода следует выбирать материал, у которого давление массы на единицу объема достаточно высокое. Однако если планируется укладка материала между лагами, можно использовать рыхлый утеплитель. Лаги принимают на себя всю нагрузку, и перед теплоизоляцией не ставится задача выдержать оказываемое давление.
В межкомнатных перегородках теплоизоляционный материал выполняет также и звукоизолирующую функцию. Поскольку данные перегородки не предназначены для защиты от низких температур, можно использовать теплоизоляцию средней плотности. Желательно, чтобы она была представлена в виде плит.
Как правильно выбрать утеплитель?
При выборе утеплителя нужно обращать внимание на: ценовую доступность, сферу применения, мнение экспертов и технические характеристики, являющиеся самым важным критерием
Основные требования, предъявляемые к теплоизоляционным материалам:
Теплопроводность.
Теплопроводность подразумевает под собой способность материала передавать теплоту. Это свойство характеризуется коэффициентом теплопроводности, на основе которого принимают необходимую толщину утеплителя. Теплоизоляционный материал с низким коэффициентом теплопроводности является лучшим выбором.
Также теплопроводность тесно связана с понятиями плотности и толщины утеплителя, поэтому при выборе необходимо обращать внимание и на эти факторы. Теплопроводность одного и того же материала может изменяться в зависимости от плотности
Под плотностью понимают массу одного кубического метра теплоизоляционного материала. По плотности материалы подразделяются на: особо лёгкие, лёгкие, средние, плотные (жёсткие). К легким относятся пористые материалы, подходящие для утепления стен, перегородок, перекрытий. Плотные утеплители лучше подходят для утепления снаружи.
Чем меньше плотность утеплителя, тем меньше вес, а теплопроводность выше. Это является показателем качества утепления. А небольшой вес способствует удобству монтажа и укладки. В ходе опытных исследований установлено, что утеплитель, имеющий плотность от 8 до 35 кг/м³ лучше всего удерживает тепло и подходят для утепления вертикальных конструкций внутри помещений.
А как зависит теплопроводность от толщины? Существует ошибочное мнение, что утеплитель большой толщины будет лучше удерживать тепло внутри помещения. Это приводит к неоправданным расходам. Слишком большая толщина утеплителя может привести к нарушению естественной вентиляции и в помещении будет слишком душно.
А недостаточная толщина утеплителя приводит к тому, что холод будет проникать через толщу стены и на плоскости стены образуется конденсат, стена будет неотвратимо отсыревать, появится плесень и грибок.
В случае игнорирования расчета может появиться ряд проблем, решение которых потребует больших дополнительных затрат!
Итоги
Сегодня мы провели обзор утеплителей для дома, которые используются чаще всего. По результатам сравнения разных характеристик мы получили данные касательно теплопроводности, паропроницаемости, гигроскопичности и степени горючести каждого из утеплителей. Все эти данные можно объединить в одну общую таблицу:
| Наименование материала | Теплопроводность, Вт/м*К | Паропроницаемость, мг/м*ч*Па | Влагопоглощение, % | Группа горючести |
| Минвата | 0,037-0,048 | 0,49-0,6 | 1,5 | НГ |
| Пенопласт | 0,036-0,041 | 0,03 | 3 | Г1-Г4 |
| ППУ | 0,023-0,035 | 0,02 | 2 | Г2 |
| Пеноизол | 0,028-0,034 | 0,21-0,24 | 18 | Г1 |
| Эковата | 0,032-0,041 | 0,3 | 1 | Г2 |
Помимо этих характеристик, мы определили, что легче всего работать с жидкими утеплителями и эковатой. ППУ, пеноизол и эковата (монтаж мокрым методом) просто напыляются на рабочую поверхность. Сухая эковата засыпается вручную.
