Теплоизоляция: что нужно знать
Теплоизоляция — элемент конструкции зданий, который помогает уменьшать передачу тепла. Ее применяют для снижения расхода энергии при кондиционировании или отоплении. На рынке представлен широкий ассортимент материалов, предназначенных для изолирования кровли, полов и стен. У каждого вида существуют свои особенности и преимущества.
Типы теплоизоляции
Ориентируясь на вид исходного сырья, теплоизоляцию разделили на три группы:
- органическая;
- смешанная;
- неорганическая.
Прежде чем определиться с выбором, необходимо изучить особенности каждого типа теплоизоляции.
Органическая
Для производства органической теплоизоляции используют растительные и сельскохозяйственные отходы, переработанную неделовую древесину. Например:
- торф;
- эковату, пробковые изделия;
- соломит, камыш;
- арболитовые плиты;
- пенопласт, пористую пластмассу.
У органической теплоизоляции низкая био- и водостойкость. Материал подвержен разложению, поэтому в строительстве используется редко. К недостатку относят низкую огнестойкость. Использовать его разрешается при температуре, не превышающей 90°С. При этом делают конструктивную защиту негорючими материалами, используя трехслойные панели, облицовку стен, оштукатуривание фасадов.
Неорганическая
Характерная особенность неорганических материалов — повышенное водопоглощение и низкие прочностные характеристики. Поэтому в процессе проведения работ теплоизоляция требует специальной методики установки. К неорганическим материалам относят:
- ячеистый бетон, стеклянное волокно;
- минеральную вату;
- пеностекло, вспученный перлит;
- базальтовую вату;
- газобетон.
У материалов волокнистая, пористая структура, в которой содержится большой объем воздуха. Поэтому они обеспечивают отличные звуко- и теплоизоляционные свойства. Основные преимущества — устойчивость к биоразложению и высокой температуре до 900°С, долговечность.
Смешанная
Смешанную теплоизоляцию применяют в качестве монтажной. Производят ее на основе:
- асбеста;
- смеси минерального вяжущего вещества и асбеста.
Исходное сырье обладает консистенцией негустого теста. Смесь наносят на нужное место, затем ждут полного высыхания. Преимущество — высокая термостойкость.
Большое количество пор в структуре материала хорошо впитывает влагу, поэтому в обязательном порядке производят гидроизоляцию. При использовании утеплителя смешанного типа строго соблюдают санитарные нормы, так как асбестовая пыль опасна для людей.
Минеральная вата
Минеральная вата — наиболее распространенный вариант теплоизоляции. Производят ее из минерального сырья: доломита, базальта и других природных ископаемых. Простота изготовления материала обуславливает ее низкую стоимость. К преимуществам относят:
- отличные теплоизолирующие качества;
- морозостойкость, звукоизоляцию;
- плохое впитывание влаги;
- низкую степень горючести, долговечность;
- сохранение заявленных характеристик в течение длительного времени.
Материал не подвержен гниению и «дышит». По плотности бывает трех марок: 75, 125, 100. Для транспортировки сворачивают в рулон, а в качестве упаковки используют синтетическую пленку, пергамин или водонепроницаемую бумагу.
Кроме преимуществ, у материала существует несколько недостатков:
- Во время транспортировки и хранения теплоизоляция уплотняется и комкается. В результате волокна ломаются и становятся мелкодисперсной пылью.
- В строительной конструкции материал требуется защищать от механических воздействий. Поэтому трудозатраты на монтаж увеличиваются.
Перечисленные минусы теплоизоляции нейтрализуют при помощи переработки ее в минераловатное изделие: мат, жесткую плиту, цилиндр.
Пеностекло
Пеностекло — это ячеистый материал, сырьем для создания которого служат сульфат кальция, сода, кварцевый песок или известняк. Также применяют отходы стекла и горных пород с повышенным содержанием щелочей. В качестве газообразователя используют известняк, каменноугольный кокс, мрамор или антрацит.
К преимуществам относят:
- огнестойкость и негорючесть;
- экологическую чистоту;
- химическую устойчивость;
- прочность и долговечность;
- влагонепроницаемость;
- стойкость к ударам и возникновению эрозии;
- быстрое восстановление формы после завершения работ;
- устойчивость к значительным температурным перепадам, поэтому материал используют в регионах с суровым климатом;
- удобство использования (для укладки не требуются опыт и специальные знания).
Материал эффективно применяют в местах, где другие виды теплоизоляции использовать запрещается или неэффективно. Например, в банях, каминах, саунах. Блоки и плиты подходят для внутренней отделки зерно- и овощехранилищ, фундамента, стен снаружи зданий.
Стекловата
Стекловата — это минеральная теплоизоляция с волокнистой структурой. Изготавливают материал из отходов от стекольной продукции. Обладает повышенной прочностью, вибростойкостью и упругостью. Применяют ее повсеместно, благодаря:
- отличной защите от внешнего шума;
- устойчивости к биологическим факторам (материалом не питаются грызуны и другие вредители);
- хорошим теплоизоляционным качествам;
- экологической безопасности и чистоте (стекловата не причиняет вред здоровью людей);
- пожаробезопасности;
- устойчивости к плесени, коррозии и грибкам;
- небольшому весу, который не дает нагрузку на несущие детали конструкции;
- возможности быстрого монтажа;
- низкой стоимости.
Стекловату используют для утепления пола, каркасных перегородок, кровли. Выпускают в форме матов, плит и цилиндров.
В процессе работы необходимо использовать средства защиты: очки, респиратор и перчатки. Связано это с тем, что хрупкие волокна стекловаты легко крошатся и ломаются. При попадании на кожные покровы и слизистые вызывают зуд и жжение.
Свои свойства материал сохраняет максимум 10 лет, затем он «садится» и утрачивает заявленные качества. Кроме того, стекловата обладает гигроскопичностью и быстро поглощает влагу. Чтобы избежать создания влажной среды и гниения, при монтаже используют пароизоляцию перед укладкой и сверху.
Каменная вата
Каменную вату производят из горных пород, которые сначала расплавляют, а затем превращают жидкую массу в волокна. На 99% материал состоит из воздуха. Содержание горной породы в каменной вате — 1%. Применяют повсеместно для утепления стен.
Основные преимущества:
- не горит;
- не подвергается горению;
- длительное время не деформируется;
- материал не впитывает, а отталкивает влагу;
- выдерживает значительные нагрузки;
- препятствует распространению огня, так как плавление наступает только при достижении температуры 1000°С.
К недостаткам относят энергоемкий процесс изготовления. Кроме того, материал требует специальной утилизации.
Каменную вату выпускают в виде рулонов, цилиндров и плит. Они отличаются размером, жесткостью и плотностью. У рулонов незначительная плотность. Листы отлично сжимаются, но хуже защищают конструкцию от действия влаги, поэтому материал с одной стороны фольгируют.
Плиты используют для изоляции стен и потолка. Они обладают достаточно высокой плотностью, которая дает возможность быстро разрезать материал, закреплять его и отделывать, а также устойчивостью к влаге.
При оштукатуривании стены стыки, которые образуются при монтаже, легко скрываются. У некоторых моделей производители делают специальные пазы или гребни, облегчающие процесс укладки. Плиты применяют для утепления вентилируемого фасада, различных типов каркасов и объектов для звукоизоляции.
Перлит
Перлит — это вулканическая порода, увеличивающаяся в несколько раз при нагревании. Материал зарекомендовал себя в качестве насыпного утеплителя, который в стеновых кладках заполняет все пустоты.
Перлит:
- не подвергается процессу гниения;
- устойчив к образованию патогенной флоры и гниению;
- не становится местом жительства муравьев, грызунов и других вредителей;
- обладает огнестойкостью, температура плавления — 1250°С;
- проявляет хорошие звукоизолирующие качества, снижая шум до 20%;
- не поглощает влагу и не проседает;
- утилизируют компостированием, так как он улучшает качество грунта.
Невысокая стоимость перлита сделала его идеальным вариантом для крупномасштабного строительства. При монтаже не требуется применять специальные устройства и оборудование. Во время прокладки в стене кабеля или трубы материал может высыпаться.
Пенопласт
Пенопласт — популярный материал для утепления стен. Благодаря низкой плотности и небольшому весу применяют для реконструкции зданий. Пенопласт уменьшает расход стройматериалов и относится к самым дешевым утеплителям.
Достоинства:
- Низкий коэффициент теплопроводности. Сохраняет тепло в строении, возведенном из любого материала: от кирпича до силикатного блока.
- Водостойкость. Благодаря закрытой структуре ячеек материал плохо впитывает жидкость. Поэтому пенопласт применяют для утепления подвалов и цокольных этажей.
- Высокая шумоизоляция. Воздух, который скрыт в ячейках материала, гасит звуковые волны, передаваемые в пространстве.
- Устойчивость к солевому, щелочному раствору и спиртам водоэмульсионных красок.
- Экологическая безопасность. Материал не выделяет вредные вещества, поэтому полностью безопасен для здоровья людей.
- Прочность. При большой нагрузке не деформируется и качественно распределяет вес.
- Легко режется строительным ножом на части необходимого размера.
- Большой срок эксплуатации. Теплоизоляция сохраняет заявленные характеристики около 50 лет.
Пенопласт относят к горючим материалам, но без прямого контакта с огнем он быстро самостоятельно затухает. При длительном действии с источником тепла свыше 80°С теплоизоляция деформируется и утрачивает заявленные характеристики.
Из-за низкой паропроницаемости в процессе монтажа надо четко соблюдать технологию монтажа, иначе в помещениях создастся парниковый эффект.
Шлаковата
Шлаковату изготавливают из доменного шлака. Материал выпускают в виде гибких листов, удобных для перевозки, и хранят в форме рулонов. Применяют для теплоизоляции стен и межэтажных перекрытий.
К преимуществам относят:
- Низкую стоимость. Материал изготавливают из отходов металлургической отрасли. Кроме того, производство отличается простотой и не требует длительного времени.
- Высокие изоляционные качества.
- Простоту монтажа. Легкость материала дает возможность производить укладку одному человеку. Благодаря гибкости теплоизоляцию быстро монтируют на прямые и изогнутые поверхности. Разрезается шлаковата подручными материалами.
- Звуковые волны задерживаются в структуре материала.
- Биологическую устойчивость. Не вызывает интерес у грызунов и насекомых.
- Длительный срок эксплуатации. При соблюдении правил использования материал сохраняет заявленные характеристики не менее 50 лет. Поэтому монтаж и изоляцию производители рекомендуют доверять специалистам.
У шлаковаты невысокая экологичность, так как в состав входит фенолформальдегидная смола. Поэтому рекомендуют применять теплоизоляцию снаружи дома. Во время работ необходимо носить средства индивидуальной защиты.
Утеплительные качества шлаковаты снижают высокая влажность и вода. Поэтому материал запрещается использовать для утепления бань и деревянных построек. Иначе шлаковата быстро потеряет свои теплоизоляционные качества, а строения покроются плесенью.
Кроме того, материал подвержен вибрационному действию. Если неправильно закрепить, то со временем шлаковата провиснет и оставит без изоляции большие участки.
Эковата
Эковата — это материал, который производят из макулатуры и остатков от изготовления картона и бумаги. Также в состав добавляют антипирен и антисептики.
К преимуществам относят:
- Экономичность (даже несмотря на то, что при монтаже учитывают прибавку на усадку).
- Экологичность. Материал полностью безопасен для здоровья.
- Бесшовность утеплителя. У эковаты отсутствуют мостики холода, поэтому в зимнее время года теплопотери сокращаются до минимума.
- Несмотря на низкую стоимость, материал гарантирует отличную теплоизоляцию.
- Хорошую звукоизоляцию.
Основной недостаток — уменьшение в объеме. Материал может оседать на 20%, поэтому используют его с избытком, создавая запас, восполняющий уменьшение в процессе эксплуатации.
Теплоизоляция быстро впитывает влагу, что негативно влияет на сохранение тепла. Поэтому для материала создают правильную вентиляцию. При монтаже используют специальное оборудование, которое закачивает утеплитель с равномерной плотностью и предотвращает его усадку. Чтобы правильно провести монтаж, требуются навыки и знания.
При утеплении поверхности возле дымохода или каминной трубы эковату отделяют базальтовым матом или заграждением из асбестоцемента.
Пенополиуретан
Пеноулеритан — это универсальная теплоизоляция, которая напыляется на поверхность с любой геометрией и точно повторяет все очертания. Материал надежно изолирует примыкания, стыки и исключает протекание кровли, а также промерзание стен.
Преимущества:
- отличная адгезия ко всем видам стройматериалов;
- не поглощает влагу;
- полностью безопасен для здоровья людей;
- не вызывает интерес у грызунов;
- длительный срок службы, устойчивость к жаре и морозу;
- на поверхности не образуется плесень, не размножаются споры грибов;
- создает антикоррозийную защиту для металлических деталей конструкции;
- в процессе монтажа не надо использовать крепежные элементы;
- пожаробезопасность;
- легкий вес, который не оказывает на конструкцию давления;
- бесшовный метод нанесения исключает точки промерзания и продувания.
Используют для теплоизоляции фундамента, мансардных этажей, кровли, стен. В процессе эксплуатации материал необходимо защищать от действия прямых солнечных лучей.
Теплоизоляцию используют при любых температурных режимах. В зимнее время материал наполняет помещение теплом, а летом — прохладой. Утепление создает комфортный микроклимат в квартирах и производственных помещениях. Однозначно сказать, какой материал лучше, невозможно, так как каждый по-своему хорош для определенной цели. Выбор зависит от теплоизоляционных качеств, финансовой возможности и личного предпочтения.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
