Теплоизоляция
Одной из важнейших задач, которую приходится решать при возведении зданий и сооружений, признается применение эффективной термозащиты. Появление новых теплоизоляционных материалов решило массу проблем энергоэффективности строений. Массовое использование утеплителей позволило оптимизировать расходы на строительство, увеличить срок эксплуатации зданий, улучшить микробиологические показатели, помогло формировать и поддерживать благоприятный микроклимат внутри помещений здания.
До середины двадцатого века теплоизоляция применялась в строительстве не повсеместно. Поэтому, чтобы температурный режим в здании был комфортным для работы и проживания людей, приходилось возводить дома и сооружения с толстыми стенами и массивными перекрытиями. Например, дома «сталинской» застройки. При таком типе строительства многоэтажных зданий нагрузка на фундамент была колоссальной. Основание дома проектировалось с учетом громадных напряжений и использованием больших затрат стройматериалов. В результате постройка требовала больших финансовых вложений. На смену мастодонтам «сталинской» архитектуры пришли «хрущевки». На Втором Всесоюзном съезде строителей Н.С. Хрущев резко раскритиковал существующие концепции в строительстве и назвал расточительством существующие методы. И курс был взят на железобетонные конструкции. Такие дома имели низкую энергоэффективность, плохо отводили водяные пары, формировали внутри неблагоприятный микроклимат. Стены, углы часто покрывались плесенью и собирался конденсат. Перестройка экономики страны на рыночные рельсы внесла существенные изменения в технологию строительства. Застройщик стал задумываться об уменьшении затрат на материалы путем облегчения фундамента, стен и кровли, но без снижения показателей теплопотерь. Решить эту задачу помогает использование теплоизоляции.
Классификация теплоизоляционных материалов
К современным теплоизоляционным материалам предъявляют жесткие требования. Теплоизоляция дома должна быть энергоэффективной, легкой, экологичной, обеспечивать звукоизоляцию и паро- проницаемость, не быть гигроскопичной и горючей. Теплоизоляцию классифицируют по нескольким признакам.
По принципу действия:
- Отражающая. Действие выстроено на отражении инфракрасных лучей от поверхности изоляции обратно в помещение.
- Предотвращающая. Предотвращает изменение температуры, как холода, так и тепла, благодаря низкой теплопроводности.
По назначению:
- Промышленная. Применяется для тепловой изоляции промышленного оборудования: фильтров, емкостей, термонагруженных объектов
- Строительная. Используется для тепловой изоляции и снижения теплопотерь при строительстве зданий и сооружений, в том числе частного строительства.
- Трубная. Предназначена для снижения теплообмена между внешней средой и инженерными коммуникациями. Бывает «горячего» применения, когда температура носителя в системе выше температуры окружающего воздуха; «холодного» - температура носителя ниже температуры окружающего воздуха.
По материалу изготовления:
- Органические. Производят из органического сырья природного происхождения: древесины, торфа, сельскохозяйственных отходов и тому подобного; и сырья, полученного в результате органического химического синтеза: пенополистирол, пенополиуретан, поливинилхлорид и другие. Недостатком теплоизоляции из природных материалов служит влагопроницаемость, склонность к разложению, горючесть.
- Минеральные. Неорганические теплоизоляционные материалы изготавливают из расплавов шлаков- отходов металлургической промышленности, и некоторых геологических пород. К минеральным утеплителям относят минеральную вату, стекловолокно, вспененное стекло, обработанный перлит, ячеистый бетон.
- Смешанные или композиционные. К ним относят различные смеси на основе асбеста, перлита, вермикулита.
По внешнему виду теплоизоляция бывает:
- Шнуровая, рулонная: жгуты, маты, шнуры.
- Штучная: блоки, полые цилиндры, кирпичи, сегменты, маты, плиты.
- Сыпучая: перлит, вермикулит.
- Рыхлая: все виды ваты.
По структуре:
- Ячеистые. Пенобетон, пенопласт, пеностекло, вспененный полиэтилен и другие.
- Волокнистые. Стекловата, все виды минеральной ваты.
- Зернистые. Перлитовый песок, вермикулит.
По жесткости:
- Мягкие.
- Жесткие.
- Полужесткие.
- Повышенной жесткости.
По теплопроводности классифицируют на три класса:
- А- малой теплопроводности.
- Б- средней теплопроводности.
- В- повышенная теплопроводность.
По степени горючести:
- Сгораемая
- Несгораемая
- Трудносгораемая
- Трудновоспламеняющаяся
Основные характеристики теплоизоляции
Чтобы ответить на вопросы, для каких целей подходит тот или иной утеплитель и как сориентироваться в многообразии предлагаемых материалов, необходимо знать и понимать на какие характеристики следует обратить внимание при выборе.
Коэффициент теплопроводности - показатель способности материала передавать энергию от более нагретого участка к более холодному. Чем ниже этот показатель, тем лучшими теплоизоляционными свойствами обладает утеплитель. На теплопроводность влияют плотность материала, расположение и количество пустот, а также паропроницаемость и влагопоглощение. От теплопроводности зависит термическое сопротивление здания или сооружения. То есть насколько хорошо строение сохраняет тепло зимой и комфортную температуру летом.
Паропроницаемость - возможность водяного пара в результате диффузии проникать в толщу строительной конструкции с более нагретой стороны в менее нагретую до выравнивания парциального давления. К показателю паропроницаемости косвенно привязана важная строительная характеристика - точка росы. Это точка в строительной конструкции, в которой осуществляется переход влаги из газообразного состояния в жидкое- конденсация. Точка росы поддается расчету при проектировании. Желательно, чтобы точка росы находилась в толще несущей стены или в паронепроницаемом утеплителе. Конденсат в волокнистых утеплителях, обладающих хорошей паропроницаемостью противопоказан, так, как ведет к накоплению влаги и снижению изолирующих свойств.
Гигроскопичность или влагопоглощение- способность материала впитывать влагу и удерживать ее. Чем выше этот показатель, тем быстрее теплоизолятор утрачивает свои теплоизоляционные качества.
Плотность – это масса вещества в определенном объеме. Чем ниже плотность, тем легче материал и тем меньше нагрузка на возводимую конструкцию.
Экологичность. Показатель экологичности очень важен для сохранения здоровья. Утеплитель не должен вызывать аллергии, оказывать воздействия на кожу, дыхательные пути.
Огнестойкость. Способность материала выдерживать воздействие высокой температуры и пламени без потери своих свойств. Рассчитывается в минутах.
Прочность - реакция материала на различные виды деформации без потери и ухудшения его целостности и заданных свойств.
Назначение теплоизоляционных материалов
Какую теплоизоляцию выбрать зависит от конкретных целей утепления. В строительстве разделяют теплоизоляцию кровли, перекрытий, стен, внутренних перегородок, фундамента.
Капитальные стены утепляют снаружи, для защиты от промерзания и влаги. Если стена из кирпича или бетона для утепления отлично подходят пенополистирольные плиты или по-другому, экструзионный пенополистирол. 5 см. такого утеплителя приравниваются по теплопроводности к 70 см. кирпича. Этот утеплитель имеет очень низкий коэффициент теплопроводности, негигроскопичен, обладает низкой паропроницаемостью и высокой прочностью на сжатие. Все это делает его долговечным. Срок его службы обуславливается сроком эксплуатации здания. Прост и удобен в монтаже. Экологичность подтверждена сертификатами и санитарно-эпидемиологическими заключениями.
Получают материал смешиванием гранул полистирола при повышенной температуре и давлении, с введением вспенивающего агента, и последующим выдавливанием из экструдера.
Предшественником экструдированного пенополистирола выступает пенопласт. Производятся материалы из одного и того же сырья, но по разным технологиям. Экструдированный пенополистирол выигрывает у пенопласта по показателям прочности, влаго- и- паропроницаемости.
Деревянные стены из бруса утепляют «дышащими» утеплителями. К ним относят минеральные ваты на основе базальтового утеплителя – «каменная вата», стекловолокна- «стекловата»
Каменная вата производится путем плавления камня при температуре 1500 0С. В результате этого получается подобие вулканической лавы, которую при помощи центробежной силы и резкого охлаждения превращают в волокна будущего утеплителя. Для получения каменной ваты подходят не все камни. В качестве сырья используют изверженные горные породы габро-базальтовой группы, отличающейся своей высокой прочностью. Каменная вата характеризуется повышенной огнестойкостью, низкой теплопроводностью. 5см. каменноватной плиты приравнивается по теплопроводности к 15 см стены из бруса, 80 см. стены из полнотелого кирпича или 2 м. железобетона. Выпускают каменную вату в виде мягких, жестких плит, матов и формованных изделий.
Стекловата производится по схожей технологии, но сырьем служат отходы стекольной промышленности. Стекловата имеет отличные показатели по теплопроводности. Но не лишена недостатков. Как и все виды минеральных ват склонна к накоплению влаги. При монтаже требуется обязательная защита кожи и органов дыхания от стеклопыли.
Минеральные ваты необходимо защищать от водяного пара пароизоляционной мембраной, проводящей пары влаги только в одну сторону. Очень важно не перепутать сторону, которая должна быть обращена к утеплителю.
Бывают ситуации, когда внешнее утепление невозможно. Тогда прибегают к внутренней теплоизоляции. Выполняя работы, необходимо строго придерживаться правил по внутреннему теплоизолированию помещений, чтобы не навредить элементам строительной конструкции и исключить негативное воздействие на микроклимат и воздухообмен. В противоположность наружному утеплению, где допускается использование паропроницаемого утеплителя, при внутреннем необходимо исключить попадание паров влаги в теплоизолирующий материал. Для этого используют паронепроницаемый утеплитель или монтируют сплошную пароизоляционную защиту. Допускается использование минеральных ват, пенополиуретана, графитового пенополистирола- пенопласт, с вкраплениями гранул, окрашенных графитовой краской. Графитовая краска хорошо отражает тепловое излучение. Внутреннее утепление невозможно без качественной вентиляции. Отсутствие вентиляции неизбежно приведет к повышению влажности в помещении, образованию конденсата, развитию плесени.
Методика теплорасчетов внутреннего и наружного утепления приведены в СП23-101-204 «Проектирование тепловой защиты зданий».
Перегородки, деревянные перекрытия. В качестве утеплителя перекрытий хорошо подходят стекловата и минеральная плита, вспененный полиэтилен, эковата, жидкий утеплитель.
Эковата- рыхлое целлюлозное волокно, изготавливаемое из макулатуры с добавками из антисептиков и антипиренов. Структура материала позволяет применить механический метод утепления. При утеплении кровли, перекрытий, стен в каркасных домах эковата подается с помощью выдувных машин по шлангу в каркасную конструкцию между стропил или стоек стен за пленку. При этом волокна утеплителя поступают в самые труднодоступные полости и зазоры, образуя непрерывный и бесшовный теплоизоляционный контур. Поверхности утепленные эковатой «дышат» подобно деревянным, что способствует поддержанию микроклимата. Благодаря добавкам из антисептиков и антипиренов, теплоизолятор относится к группе долговечных и трудновоспламеняемых материалов, не подвержен гниению и воздействию грызунов и насекомых.
К жидким утеплителям относят пенополиуретан и термокраски. Оба вида наносятся на поверхность напылением. Пенополиуретан при застывании образует пористую структуру. Дает отличное сцепление с поверхностью, позволяет изолировать труднодоступные места. Имеет низкий коэффициент теплопроводности. Но в крупных объемах строительства требуется применение специального оборудования, и квалифицированного персонала, что влияет на стоимость работ. Срок службы пенополиуретана более 40 лет.
Термокраски выпускают на акриловой или водной основе. В качестве наполнителя выступают частицы вспененного стекла, перлит, керамические микросферы, стекловолокно. Отличается от других видов утеплителя минимальной толщиной слоя. Слой толщиной в 1миллиметр термокраски обеспечивает термическую защиту как пятисантиметровый слой пенопласта. Может наноситься на внешние и внутренние поверхности, обеспечивать термозащиту в местах со сложной геометрией. Но имеет существенный недостаток – это цена.
Перечисленные материалы, за исключением термокраски, дополнительно играют роль шумоизоляции в помещении и снижают шумовую нагрузку на 40-50 Дб.
Фундаменты. Теплоизоляция фундамента необходима для предотвращения его промерзания, противодействию пучению грунтов и обеспечению лучшей гидроизоляции. Лучше всего на эту роль подходит экструдированный пенополистирол или напыляемый пенополиуретан. При чем плитный фундамент может быть утеплен только в процессе возведения. Последующий монтаж утеплителя не принесет должного эффекта. Чтобы избежать промерзания грунта и его пучения, вокруг дома создают отмостку с прослойкой теплоизоляционного материала.
Как правильно выбрать теплоизоляцию
При всем широком богатстве выбора на рынке теплоизоляционных материалов, существуют строгие критерии выбора теплоизоляции. Материал и толщину теплоизоляции определяют при помощи теплотехнического расчета. Утеплитель следует использовать строго по назначению. Если материал предназначен для фундамента, значит для фундамента, для утепления стен снаружи – значит именно таким образом применять материал. Необходимо учитывать требуется ли гидро- и- пароизоляция при утеплении и заранее продумать эти моменты. При производстве работ по утеплению важно знать, что изолировать от внешних температурных воздействий необходимо всю площадь поверхностей. Помимо утепления стен, уделяют особое внимание чердачным перекрытиям, так как через них теряется наибольшая часть тепла. Обязательно следует утеплять сложные геометрические поверхности и выступающие за утеплитель элементы. Иначе будут образовываться мостики холода, которые значительно снижают эффект утепления. Швы в неволокнистых теплоизоляторах таких, как, например, пенополистирол, должны герметизироваться монтажной пеной.
Таким образом нельзя сказать однозначно точно: какой утеплитель лучше. К данному вопросу нужно подходить взвешенно и расчетливо. В каждом отдельном случае будет задействован конкретный вид теплоизоляции или комбинация теплоизоляционных материалов.
Купол как инновация
Одним из несомненно уникальных элементов «М-1 Арены» стал купол, выполненный из большепролетных клееных деревянных конструкций в сочетании с металлическими элементами. Их производство осуществила корпорация «Русь».
Слово «уникальный» применительно к куполу использовано не случайно. Деревянные конструкции такого масштаба – редкость не только в российской, но и в мировой практике. Весной 2019 года с этим проектом корпорация «Русь» стала победителем в номинации «Технологичность и качество» отраслевой экспертной премии в области деревянного строительства PROWOOD, которую организует Ассоциация Деревянного Домостроения.
«Наше участие в проекте «М-1 Арены» неслучайно. Дело в том, что наша компания является одной из немногих в России и единственной в Санкт-Петербурге, производственные мощности которой позволяют выпускать такие сложные и масштабные деревянные элементы», – отмечает руководитель направления большепролетных конструкций корпорации «Русь» Вячеслав Груничев.
По его словам, успешно реализовать столь крупный проект стало возможным только благодаря установленному на заводе самому современному оборудованию: гиперпрессу фирмы Ledinek и пятикоординатному автоматическому портальному центру (а если попросту – огромному многофункциональному станочному комплексу) корпорации CMS Industries. «Только такая техника последнего поколения, работающая на специальных программах, способна обеспечить, во-первых, ювелирную геометрическую точность (погрешность – не более 0,5 мм) каждого элемента, а во-вторых – высокую скорость выполнения работ (как при запрессовке склеиваемых деревянных заготовок, так и при изготовлении самих конструкций). Изготовление деревянных конструкций в составе купола «М-1 Арены» общим объемом 440 куб. м заняло у нас всего 4 месяца», – рассказывает эксперт.
С учетом условий транспортировки длинномерных конструкций, балки длиной 28–35 м в соответствии с проектом состояли из двух частей, соединяемых на жесткий стык. Осуществление операции требует идеального сопряжения элементов для обеспечения несущей способности.
В центре купола размещается металлическое кольцо весом 11,5 т. На него опираются балки из большепролетных клееных деревянных конструкций длиной от 25 до 35 м. «Технология сборки предусматривала временную установку опорного кольца на специальной монтажной площадке на высоте проектной отметки (20 м) и монтаж противоположных балок попарно для обеспечения устойчивости конструкции», – говорит Вячеслав Груничев.
Выстроенная таким образом купольная система отличается прочностью, надежностью и высокой несущей способностью. На нее в «М-1 Арене» для трансляции происходящего на сцене крупным планом монтируется медиакуб. В целом несущая способность купола позволяет выдерживать дополнительное вывешивание конструкций весом до 10 т.
Примечательно, что купол получился не только прочным, но и весьма привлекательным с эстетической точки зрения. «На мой взгляд, сложно представить себе материал и по внешнему виду, и даже на ощупь столь же комфортный для человека, как дерево. Его использование при строительстве купола придало арене комплекса совершенно особое очарование. Как мне кажется, и феноменальные акустические свойства объекта своим происхождением обязаны именно дереву. В отличие от бетона, который глушит звук, древесина обеспечивает резонанс, который в сочетании с эллипсообразной формой арены и создал столь «звучащий» зал», – подчеркивает Вячеслав Груничев.
Справка
Общий объем клееных деревянных конструкций в составе купола «М-1 Арены» составляет 440 куб. м, из них: гнутоклееные – 258 куб. м, прямолинейные – 182 куб. м. На обшивку конструкции ушло 157,7 куб. м доски. Конструкция включает также металлическое центральное опорное кольцо весом 11,56 т и монтажный металл весом 11,35 т.
Игорь Коваль: «Добавки повышают качество бетона и экономят деньги»
Бетон – один из самых популярных строительных материалов современности и с большой долей вероятности таковым он будет еще много лет. Именно поэтому вопрос улучшения его свойств крайне актуален. Руководитель научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль рассказал, как добавки в бетон помогают экономить средства и продлевают жизнь построенным объектам.
– Какие добавки в бетон существуют на рынке?
– Их можно поделить на три группы. Первая и самая популярная группа – это пластификаторы. Их главная задача – снизить количество воды, что повышает прочность бетона, делает его тягучим, значительно облегчая работу. Также они помогают экономить цемент, а значит, и деньги.
Пластификаторы существуют уже более ста лет, и, естественно, все это время они совершенствовались. В начале ХХ века использовались лигносульфонаты (ЛСТ), которые снижали объем воды на 5–10%. В 50–60-е годы появились нафталинсульфонаты, которые могли убрать уже 15–20% воды. В начале 90-х появились гиперпластификаторы – поликарбоксилаты, которые могут сократить объем воды на 30–40%.
Существуют и смешанные типы, так как это позволяет сэкономить. Пластификаторы первого поколения в 10 раз дешевле гиперпластификаторов, поэтому во время кризиса спрос на их смеси значительно возрастает.
Вторая категория – это антиморозные добавки, которые, в свою очередь, делятся на солевые и безсолевые. Все они предотвращают преждевременное застывание бетона при низких температурах.
Третья категория – это специализированные добавки, которые решают конкретные задачи, например, предотвращают появление трещин или повышают водонепроницаемость. Это дорогие добавки, и цена бетона может вырасти на 50%, поэтому их используют только в особых случаях, например, при строительстве мостов.
– Если есть гиперпластификаторы, то зачем до сих пор производят ЛСТ?
– Построить качественный объект можно с любыми пластификаторами, все зависит от рук мастера, но с гиперпластификаторами гораздо проще работать. Например, раньше для уплотнения бетона требовались дорогостоящие вибростолы, с современными же добавками этого не нужно.
Очень важно плечо доставки. Поликарбоксилаты гарантируют, что свойства бетона не изменятся даже через 2–3 часа езды. Однако если бетон будет использоваться сразу, то и ЛСТ подойдет. Добавку нужно выбирать, исходя из задач. Для строительства сложных объектов, например, «Лахта Центра» или стадиона «Зенит-Арена», как правило, используются гиперпластификаторы. Для жилищного строительства подойдут и нафталинсульфонаты.
– Какие добавки пользуются наибольшим спросом?
– Все зависит от экономики. В кризисные времена максимальный спрос приходится на дешевые смеси. Если с деньгами все в порядке, то просыпается интерес к современным добавкам. Сейчас в Петербурге наблюдается именно эта тенденция. Большинство застройщиков понимает, что экономить на качестве бетона нельзя, особенно сейчас, когда рынок меняется, а от скорости возведения объекта во многом зависит финансовое благополучие компании.
Медленно, но все же растет интерес к дорогостоящим специализированным добавкам. Меня как технолога это не может не радовать, они гораздо лучше любых универсальных продуктов решают конкретные задачи. Часто приходится видеть разваливающиеся объекты, хотя бетон был произведен и залит по ГОСТу. А предотвратить все это могла бы конкретная добавка.
Уверен, что рынок добавок будет развиваться в сторону специализации. Универсальный продукт производить сложнее, да и одинаково хорошо решать все задачи он не будет.
– Добавки в бетон – это исключительно продукт b2b-рынка?
– Нет. Многие граждане время от времени работают с бетоном: заливают фундамент под баню, делают какие-то отливки, пороги. С использованием пластификаторов можно будет сэкономить на цементе. В ряде случаев будут полезны гидрофобные и антиморозные добавки. Проблема в том, что добавки в бетон никто не популяризирует, поэтому не многие граждане знают об их преимуществах.
Перед нами задача не просто продать добавку, а научить клиентов ею пользоваться. Причем не важно, кто именно этот клиент: компания или физическое лицо.