|
Огромные масштабы строительства в нашей стране с ее разнообразными климатическими зонами вызывают необходимость постоянного совершенствования строительных конструкций и применения эффективных энергосберегающих технологий. В практике строительства и эксплуатации отечественных зданий и сооружений в недалеком прошлом был узаконен неэкономичный расход энергетических ресурсов на поддержание необходимых параметров микроклимата в зданиях и сооружениях, а также при производстве строительных материалов и изделий. Поэтому фонд построенных в прошлом жилых и общественных зданий в России, с точки зрения энергопользования, оказался крайне неэффективным. Достаточно сказать, что на отопление зданий в России расходуется около 34 % произведенной в стране тепловой энергии, тогда как в западных странах эта доля составляет 20-22 %. В 1995 г. в России были приняты требования к теплозащите зданий, в основу которых положен принцип поэтапного снижения потребности в тепловой энергии на отопление зданий. Исходя из поставленной задачи снижения потерь тепла для нормирования энергопотребления были рассчитаны требования по сопротивлению теплопередаче для отдельных элементов ограждающих конструкций. Анализ опыта различных стран в решении проблемы энергосбережения показывает, что одним из наиболее эффективных путей ее решения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий и сооружений, а также в промышленном оборудовании и тепловых сетях. Добиться этого можно путем применения высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Перечень задач, для решения которых используются теплоизоляционные материалы, весьма широк. Это утепление фасадов, кровель, полов, перекрытий и подвалов зданий, различных видов коммуникаций и трубопроводов. Такие факторы эксплуатации строительных и инженерных конструкций, как температурный и влажностный режим, наличие нагрузок, деформационных воздействий, агрессивных химических агентов, предъявляют различные требования к теплоизоляционным материалам. Эффективность и сфера использования теплоизоляционных материалов в конкретных строительных конструкциях определяются их техническими характеристиками, включающими следующие основные параметры. Плотность - отношение массы сухого материала к его объему, определенному при заданной нагрузке (кг/м3). Теплопроводность - передача тепла материалом. Для современных теплоизоляционных материалов составляет в среднем 0,030-0,040 Вт/м·К. Сжимаемость - способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала под действием определенной нагрузки.
Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое впитывает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе или объему сухого материала. Сорбционная влажность - равновесная гигроскопическая влажность материала при определенных условиях в течение заданного времени. С повышением влажности теплоизоляционных материалов повышается их теплопроводность. Паропроницаемость - способность материала обеспечивать диффузионный перенос водяного пара. Влагоперенос через ограждающую конструкцию является одним из наиболее существенных процессов, влияющих на ее термическое сопротивление. Диффузия пара характеризуется сопротивлением паропроницаемости (кг/м2 ч Па). Негорючесть - способность материала выдерживать воздействие высоких температур без воспламенения, нарушения структуры, прочности и других его свойств. Последний параметр является одним из важнейших критериев выбора строительных материалов вообще и теплоизоляционных - в частности. Пожарная опасность строительных материалов определяется следующими пожарно-техническими характеристиками: горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и токсичностью. Согласно СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений", строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г). Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы: Г1 (слабогорючие); Г2 (умеренногорючие); Г3 (нормальногорючие); Г4 (сильногорючие). В современном строительстве широко применяются различные материалы (в том числе и в целях теплоизоляции), которые при определенных условиях могут привести к возникновению пожара или к созданию при пожаре термодинамических разрушающих факторов для отдельных конструкций и здания в целом. Поэтому уже на первом этапе проектирования важно правильно определить требуемую степень огнестойкости зданий и сооружений, а также фактическую степень огнестойкости существующих строений. Показателем огнестойкости конструкций является предел огнестойкости: время в минутах от начала огневого испытания (пожара) до появления признаков предельных состояний по огнестойкости: потери несущей способности, потери теплоизолирующей способности или целостности. Таким образом, первостепенным условием при проектировании здания является применение строительных конструкций с высокой степенью огнестойкости и строительных материалов с минимальной пожарной опасностью. Значительное влияние на огнестойкость конструкции в целом оказывают теплоизоляционные материалы, используемые при строительстве или реконструкции зданий, которые должны соответствовать требованиям пожарной безопасности, иметь гигиенические сертификаты, не выделять токсичные вещества в процессе эксплуатации и при горении. Теплоизоляционные материалы по виду основного сырья подразделяются на неорганические, изготовляемые на основе различных видов минерального сырья (горных пород, шлаков, стекла), и органические, сырьем для производства которых служат природные и синтетические полимеры. В зависимости от структуры последние могут быть разделены на две группы: пенопласты и поропласты.
Пенопластами называют ячеистые пластмассы с малой плотностью и наличием несообщающихся между собой полостей или ячеек, заполненных газами или воздухом. Поропласты - пористые пластмассы, структура которых характеризуется сообщающимися между собой полостями. Наибольшее распространение среди органических теплоизоляционных материалов получили материалы на основе пенополистирола (вспененного или экструдированного), пенополиуретана, пенополиэтилена и вспененных каучуков. Органические теплоизоляционные материалы относятся к группе горючих материалов и характеризуются низкой температурой применения 70-110°С, что ограничивает их применение. При воздействии высоких температур происходит интенсивное выделение токсичных продуктов горения и быстрое распространение огня. Даже самозатухающие марки вспененных полимерных материалов (пенополистирола, полипропилена, полистирола и др.) не обеспечивают требуемой пожарной безопасности без принятия специальных защитных мер (таких, как применение несгораемых облицовочных покрытий или устройство разрывов по полю утеплителя из несгораемых теплоизоляционных материалов). При хороших теплотехнических показателях удельные капитальные затраты на строительство мощностей по производству пенопластов меньше, чем для других теплоизоляционных материалов. Меньшей получается и стоимость одного м3 пенопластов по сравнению с неорганической теплоизоляцией. Вместе с тем, если учитывать пожаробезопасность зданий, их долговечность, стабильность теплотехнических и физических свойств за весь период их эксплуатации, приоритет должен быть отдан негорючим утеплителям на неорганической основе. К неорганическим теплоизоляционным материалам относят минеральную вату, стекловолокно, ячеистые бетоны, пеностекло и др. Минеральная вата - это волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов горных пород, металлургических шлаков и их смесей. Ведущие мировые производители минераловатной продукции в качестве сырья используют исключительно горные породы базальтовой группы, что позволяет получать минеральную вату высокого качества с длительным сроком службы (более 50 лет). Именно такой материал рекомендуется применять для ответственных конструкций. Отличительными чертами изделий из минеральной ваты являются высокая тепло - и звукоизолирующая способность, устойчивость к температурным деформациям, химическая и биологическая стойкость, экологичность и легкость выполнения монтажа. Но наиболее ценным свойством минеральной ваты, отличающим ее от других теплоизоляционных материалов, является негорючесть. По требованиям пожарной безопасности изделия из минеральной ваты относятся к классу негорючих материалов (НГ). Более того, они эффективно препятствуют распространению пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты. Также изделия из минеральной ваты могут быть использованы в условиях очень высоких температур. Минеральные волокна способны выдерживать температуру выше 1000 °С. Даже после разрушения связующего компонента при температуре 250 °С, волокна остаются неповрежденными и связанными между собой, сохраняя прочность и создавая защиту от огня.
Стекловолокно (или стеклянная вата) - материал, состоящий из стеклянных волокон, сырьем для производства которых служит сырьевая шихта для варки стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода и сульфат натрия) или стекольный бой. Из стекловолокна изготавливают маты, плиты, полосы и другие изделия. Теплоизоляционные изделия из стекловолокна применяются в системах наружного утепления "мокрого" типа, в навесных вентилируемых фасадах, в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции, в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции. Для изделий из стекловаты предельная температура применения - около 450 °С. Большое распространение в отечественном строительстве также получили теплоизоляционные бетоны - газонаполненные (пенобетон, ячеистый бетон, газобетон) и на основе легких заполнителей (керамзитобетон, перлитобетон, полистиролбетон и т. п.). Этому способствует простота технологии, позволяющая производить пенобетон прямо на стройплощадке, а также доступность сырьевых материалов и относительно невысокая стоимость. Однако, несмотря на то, что пенобетоны вследствие высокой огнестойкости могут быть использованы для огнезащитных барьеров и подобных конструкций, их теплоизоляционные свойства, по сравнению с перечисленными выше материалами, значительно ниже. К негорючим теплоизоляционным материалам относится также пеностекло, или вспененное стекло. Это теплоизоляционный материал ячеистой структуры. Сырьем для производства изделий из пеностекла (плит, блоков) служит смесь тонкоизмельченного стеклянного боя с газообразователем. Пеностекло в виде плит используют в строительстве для утепления стен, перекрытий, кровель и других частей зданий, а в виде полуцилиндров, скорлуп и сегментов - для изоляции тепловых агрегатов и теплосетей, работающих при температуре до 500°С, а также для создания огнезащитных конструкций. Недостатком пеностекла является его сравнительно высокая стоимость.
|