Теплоизоляция в строительстве
Современный рынок изобилует теплоизоляционными материалами. Может быть сложно определиться с подходящим для конкретной ситуации. Необходимо разобраться с особенностями каждого из вариантов, чтобы понять, на чем остановиться.
Типы теплоизоляции
Теплоизоляционные материалы делятся на несколько типов в зависимости от сырья. То есть они бывают органическими и неорганическими. Также их можно поделить на отражающую и не отражающую. Первая позволяет избежать потери тепла за счет отражения излучения. У вторых же низкая проводимость материалов, за счет чего и удается достичь необходимого эффекта.
В строительстве чаще всего используют неорганические разновидности. Это минеральные утеплители в виде плит либо рулонов, стекловата и так далее. Для их получения проводят обработку базальтовых или силикатных расплавов. Основное преимущество — невосприимчивость к огню, стойкость к различным химическим и биологическим воздействием. Недостаток — слишком большое поглощение влаги, необходимо совмещать эти материалы с пароизоляционными. Также высока вероятность усадки.
К органическим утеплителям относят всевозможные пенопласты. Материал не горит, имеет небольшой вес и ячеистую структуру. Часто использует для работы с домами. Эксплуатировать его можно разными способами: экструзией, формовкой, литьей или заливкой. С помощью пенопластов можно утеплять трубо- и нефтепроводы, что тоже повышает его популярность.
Свойства материалов, на которые надо обращать внимание
Теплоизоляционные материалы обладают определенными свойствами, на которые следует ориентироваться на покупке. Выглядят они следующим образом:
- Теплопроводность. Основная характеристика. Материал должен обеспечивать должное сопротивление передаче тепла при небольшой толщине несущей конструкции. Чем ниже этот показатель, тем лучше.
- Горючесть. Это свойство рассматривается с точки зрения безопасности. Если изоляция восприимчиво к огню и выделяет во время пожара опасные химические вещества, следует отказаться от покупки или использовать материал с оговорками.
- Паропроницаемость. Это свойство материала «дышать», то есть пропускать пар. Если на материал попадает вода, все его свойства сильно ухудшаются. Естественно, после этого он перестанет нормально выполнять свои функции.
- Плотность. Показывает, какие нагрузки будет выдерживать здание от изоляции. Показатель не должен превышать 185-200 кг/м3.
- Водостойкость. Это важное качество, особенно если дом находится в дождливом регионе. Утеплитель, устойчивый к влаге, не взаимодействует с ней на химическом уровне, отлично сохраняя свои изначальные свойства.
- Гидрофобность. Под данным термином понимают способность изоляции отталкивать воду. Она не должна ее впитывать, особенно если материал состоит из волокон.
- Экологичность. Так как люди проводят очень много времени дома, важно, чтобы изоляция не выделяла никаких токсинов.
Если одна из характеристик не соответствует норме, лучше всего отказаться от покупки такого материала. Он, скорее всего, не будет исправно выполнять свои задачи.
Какие могут быть теплопотери
Тепловые потери бывают разными. В зависимости от них стоит подбирать материал для работы. Можно выделить такие варианты:
- При вентиляции. Основная потеря тепла происходит именно через нее. Причем справиться с этой проблемой непросто. Можно, к примеру, прикрывать каналы вытяжки и закрывать совсем при уходе из помещения. Также рекомендуется обустройство искусственных систем вентиляции.
- Тепловое излучение. Практически вся оставшаяся доля потерь уходит на него. По этой причине для изоляции лучше всего использовать отражающие материалы — естественно, там, где это возможно. В окна следует вставить К-стекло.
- Теплообмен. Это самопроизвольный процесс, с которым ничего нельзя сделать. Нивелировать проблему можно, подбирая изоляцию по теплопроводности.
Хорошо подобранные материалы помогут сохранить дом в тепле даже холодными зимами. Очень важно внимательно изучить характеристики перед покупкой.
Виды и свойства конкретных материалов
Стоит подробнее рассмотреть самые популярные материалы, выступающие в роли утеплителей. У каждого из них свои специфические свойства, отличающие его от других вариантов.
Пенопласт
Самый популярный материал, используемый преимущественно для утепления стен. Имеет невысокую цену, за счет чего пользуется большой популярностью. Отлично справляется со своими задачами, хорошо себя показывая как в жилых, так и промышленных строениях. Особо можно выделить такие характеристики:
- Минимальная цена. С помощью пенопласта получится провести бюджетный ремонт. Расход материала очень небольшой.
- Легкость монтажа. При работе с пенопластом не нужно будет изготавливать обрешетки или направляющие. Достаточно просто приклеить его к стене.
- Универсальное назначение. Материал можно использовать для утепления пола, фасада, стен, перекрытий, кровли и потолка.
- Закрытая структура ячеек гарантирует то, что пенопласт не впитает много воды. Это важно для подвалов и помещений, контактирующих с влагой в целом.
- Дополнительный приятный момент — шумоизоляция.
- Материал устойчив к воздействию спиртов, щелочных и солевых растворов. Кроме того, на нем редко формируется грибок или плесень. Но при этом надо помнить, что грызуны пенопласт очень любят.
- Экологическая безопасность. Материал не выделяет опасных элементов.
Пенопласт действительно эффективно справляется с холодом. Его можно закладывать даже в полые кирпичные стены. Допустимая температура эксплуатации — от -60 до +80 градусов.
Пеноплекс
Пеноплекс — это вспененный полистирол, который можно назвать ответвлением пенопласта, но при этом по свойствам он несколько лучше. Структура у него мелкоячеистая, благодаря чему он более прочный. Основные свойства пеноплекса следующие:
- Повышенная прочность. Даже при больших нагрузках плита сохранит свою форму. При этом ее можно легко нарезать специальными строительными ножами.
- Экологичность. Материал устойчив к образованию грибка или плесени, грызуны на него внимания не обращают. Правда, некоторые виды органических растворителей могут на него воздействовать негативно.
- Низкая паропорницаемость. Из-за нее необходимо четко соблюдать технологию установки. В противном случае в комнате будет парниковый эффект.
- Срок эксплуатации. Минимальный — 50 лет, но часто дольше.
- Коэффициент теплопроводности у материала низкий, то есть он отлично справляется со своими задачами.
- Назначение пеноплекса — универсальное. Им можно утеплять фасады, фундаменты, крыши, сауны.
В работе с пеноплексом важно соблюдать технологию. В таком случае он прослужит долго.
Стекловата
Один из самых известных материалов, который со временем претерпел некоторые изменения. Хотя, по сути, он остался тем же. Песок вместе со стеклянным вторсырьем вытягивается в волокна небольшой толщины, которые связывают в пучки и прессуют. Готовое изделие немного напоминает войлок, поставляется оно в рулонах. Подходит для вертикальных и горизонтальных поверхностей. Характеристики у него такие:
- Хрупкость. Это весомый недостаток. Чтобы стекловата не разлетелась на волокна, маты и полотна тщательно прошивают. Но при работе мелкие частицы в любом случае будут лететь во все стороны. Так что человек должке быть хорошо экипирован.
- Теплопроводность материала низкая, но все же это не сильная сторона стекловаты. Она уступает большинству материалов в этом плане.
- Стоимость не слишком высокая, за счет чего ее часто используют во время бюджетных ремонтов.
- Транспортировать и эксплуатировать материал достаточно удобно. Комплект утеплителя можно привезти домой за раз. Резать его легко.
- Безопасность. Навредить здоровью стекловата может лишь во время монтажа. Но при правильной эксплуатации никаких проблем не будет.
- Грызуны этот материал не любят. Кроме того, стекловата не горит.
Удобнее всего использовать ее для работы с полами или перекрытиями. Некоторые специалисты отделывают ей стены. Основной недостаток — это большое количество пыли.
Шлаковата
Производится утеплитель из доменного шлака. По сути, это отходы, в результате чего затраты на изготовление минимальны. Стоимость шлаковаты доступная. Она эффективно задерживает тепло в помещении, но обладает рядом недостатков, вытекающих из ее свойств:
- Материал не любит воду. Он не подходит для подвалов, ванных комнат и так далее. Еще он окисляет металлические детали и конструкции, если будет длительно с ними контактировать.
- Шлаковата очень колкая, поэтому при установке нужно использовать защиту.
Если сравнивать шлаковату и стекловату, то вторая, несомненно, лучше. Но и у этого материала тоже найдется свое применение.
Минеральная теплоизоляция
Минеральная вата тоже пользуется большой популярностью. Она имеет такие свойства:
- Волокна по размеру сопоставимы с таковыми у шлаковаты, но при монтаже они не вызывают никакого дискомфорта. В применении материал абсолютно безопасен.
- Коэффициент теплопроводности — один из лучших. В составе нет опасных для организма человека веществ, за счет чего минеральная вата очень востребована.
- Выдерживает воздействие высоких и низких температур в течение длительного времени.
- Утеплять этим материалом можно абсолютно любые здания, в том числе и те, что строятся с нуля. Нарушений циркуляции воздуха не наблюдается, то есть позволяется применять вату в комнатах с проблемной вентиляцией.
- Некоторые неудобства могут состоять в необходимости возведения фальшстены. Без нее этот утеплитель просто не ляжет. Хотя на самом деле технология очень простая.
- Материал экологически чистый и подходит для деревянных домов. При этом ему нельзя мокнуть.
- Рекомендуемая толщина изоляции — от 10 до 20 сантиметров в зависимости от погоды в регионе.
Еще можно отметить, что минеральная вата отлично поглощает звук. Единственный ее недостаток — высокая цена.
Эковата
Этот утеплитель производят на основе макулатуры и того, что остается от производства бумаги и картона. Также в состав добавляют антисептики и антипрен. Основа материала — целлюлоза, которая легко загорается, о чем стоит вспомнить.
Основной недостаток эковаты — постепенное уменьшение в объемах. Она оседает, утрачивая до 20% от изначального уровня. Поэтому использовать ее нужно в больших количествах. При этом утеплитель прекрасно впитывает влагу, что тоже не очень хорошо.
Для монтажа утеплителя требуется специализированное оборудование. Лучше всего нанимать квалифицированных сотрудников. Еще некоторое время придется отвести на сушку — от двух до трех дней.
При монтаже нужно убедиться, что рядом нет никаких источников открытого огня, и что материал не соприкасается с тем, что спровоцирует его тление.
Может показаться, что у эковаты слишком много недостатков, и от нее разумнее отказаться, но у нее есть и положительные стороны. В первую очередь можно выделить экономичность — и это при том, что использовать утеплитель необходимо с избытком. Кроме того, он безопасен для здоровья и не выделяет никаких токсинов. Теплопотери благодаря ему сокращаются к минимуму, а стоимость эковаты невысока.
Пенополиуретан
Полиэфир с добавлением воды и реагентов формирует весьма неплохой утеплитель, обладающий такими характеристиками:
- Низкий коэффициент теплопроводности. Материал подойдет для регионов с суровыми зимами.
- Для нанесения используется метод распыление. Покрытие получается равномерным, мостики холода отсутствуют.
- Пена имеет небольшой вес, потому не давит на конструкцию. Крепежей для монтажа никаких не понадобится.
- Сроки службы пенополиуретана продолжительные. Материал не боится воздействия жары и холодов, осадков, не гниет.
- Безопасен и не вредит человеку и окружающей среды.
- Не воздействует на металлические элементы конструкции, наоборот — защищает от коррозии.
Пенополиуретаном утепляют стены, полы и потолки. Он подходит для стекла, дерева, бетона и прочих поверхностей. Самое главное — защищать его от воздействия прямых солнечных лучей.
Рефлекторные теплоизоляционные материалы
Эта группа материалов работает по принципу отражателей. Вначале поглощают тепло, а затем его выделяют обратно — до 97%. Никаких примесей в составах изделий нет, наносят их поверх вспененного полиэтилена.
Несмотря на то, что материал очень тонкий, его характеристики впечатляют. Небольшой слой сравним с изоляторами толщиной до 10-27 сантиметров. Дополнительно обеспечивается эффект тепло-, звуко- и пароизоляции.
Что учитывать при теплоизоляции полов
При теплоизоляции полов нужно помнить, что именно от их температуры зависит то, насколько человеку будет комфортно в помещении. Выбранный материал должен быть небольшого веса и устойчивым к воде. Также следует смотреть на теплопроводность и сроки эксплуатации. Чаще всего для работы с полами используют минеральную вату, пенопласт, пенополиуретан и некоторые другие материалы. Важно убедиться, что они крепкие и не деформируются при сжатии.
Изоляция стен
В домах оптимально проводить фасадное утепление. Это непростая система, состоящая из нескольких компонентов, все части должны быть подобраны с умом. Недопустимы так называемые мостики холода, плиты должны плотно прилегать друг к другу и заполняли весь предназначенный им объем. Если слоев утеплителя будет несколько, материалы должны внахлест перекрывать швы.
Изоляция кровли
Через кровлю идет потеря до 20% от всего тепла. По этой причине работать с ней очень важно. Изоляция должна быть негорючей, пропускать водяные пары, но при этом нельзя, чтобы она скапливала влагу из атмосферы. Отдельно стоит сказать, что для плоских кровель действуют жесткие требования, так как все элементы конструкции должны иметь высокое качество. Желательно, чтобы они справлялись с высокими нагрузками.
Важно учитывать суточные перепады температуры, чтобы исключить образование трещин, возможные механические повреждения и действие солнца.
Изоляция подвала
Подвалы часто используются как склады, мастерские и так далее. Утепление поможет нормально там работать. Желательно заложить его еще на этапе постройки фундамента по системе «грунт, гидроизоляция, теплоизоляция, фундамнет». В противном случае будет очень сложно и дорого добиться нужной температуры в помещении.
Что нужно знать об изоляции потолка
Пол с потолком связаны друг с другом. Поэтому некоторые нюансы утепления схожи. В случае потолка материал еще дополнительно поглощает звук, что тоже полезно. Если эффективно организовать систему, получится значительно сэкономить на отоплении и электричестве.
При выборе утеплителя стоит оценить поверхность, с которой предстоит работать. Нужно учитывать ее материал, особенности. От этого зависит, как будут проходить работы, потребуется ли дополнительная гидроизоляция и так далее. Не стоит останавливаться на самых дешевых материалах, так как результаты будут не из лучших. Вполне вероятно, что через несколько лет изоляцию придется заменять на новую. Целесообразно хорошо вложиться в это дело. При покупке желательно подробно ознакомиться с характеристиками каждого возможного изделия.
Теплоизоляция активно используется в строительстве. Она позволяет организовать комфортный микроклимат в помещении, существенно сократить расходы на отопление. На рынке есть очень много вариантов материалов, так что подобрать оптимальный для конкретного здания получится в любом случае.
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.
