Теплопроводность строительных материалов: какой материал самый энергоэффективный

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)

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».

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.

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.

Как выбрать материалы для теплоизоляции дома

Отметим, что универсального лучшего утеплителя не существует. Для каждого отдельного случая нужно подбирать соответствующий материал.

Чтобы разобраться, как выбрать теплоизоляцию для дома, рассмотрим ее виды:

Минеральная вата. Просто монтируется, хорошо утепляет. Но не выдерживает давления, не годится для влажных помещений. По типу сырья, из которого ее производят, бывает каменная (базальтовая), стеклянная и шлаковая. Утеплитель для дома на основе базальта совершенно не горюч, не колется. Стекловата имеет два основных плюса: она не горюча и очень дешева. Но работать с ней совсем не комфортно, так как материал колется, вызывает аллергии. Шлаковата годится только для чердаков, нежилых сооружений как неэкологичная.

• Пеностекло. Выпускается в блоках, долговечное. Это новый и дорогой материал.
• Пенопласт. Его популярность определяется низкой ценой. Не впитывает влагу, частично паропроницаем, не гниет, не плесневеет. Долговечен. Но имеет малую прочность. В пенопласте грызуны обожают строить гнезда. Оптимальна плотность 25 кг/м2.
• Пенополистирол. Этот утеплитель производится из того же материала, что и пенопласт, но он современный и более прочный. Используется для стен, фундамента, плоских крыш. Одновременно обеспечивает влагоизоляцию. В настоящее время в рейтинге теплоизоляции пенополистирол является лидером.
• Листовой пенополиуретан. По свойствам похож на пенополистирол, но является дышащим, легко впитывает воду.
• Пена. Производится на основе пенополиуретана или пеноизола. Хороша для утепления стен снаружи. Покрывает поверхность полностью, без мостиков холода, благодаря чему стены после обработки обладают минимальной теплопроводностью. Но утепление таким способом обходится дорого – технология требует применения специального оборудования и квалифицированного персонала.
• Вспененный пеноэтилен. Бывает ППЭ или НПЭ. Берите только ППЭ – он более долговечен. Применяется для утепления труб, стен внутри, полов. Есть варианты с отражающей пленкой из фольги.

Важные характеристики:

• Теплопроводность. Показывает сколько тепла в ваттах потеряет материал. Чем меньше коэффициент, тем лучше. Среднее значение 0,038–0,046 Вт/мК.
• Паропроницаемость. Способность материала дышать, пропуская пары влаги. Качество, требуемое для деревянных конструкций.
• Усадка. Желательно, чтобы она была минимальна или отсутствовала. Иначе со временем под воздействием собственной массы теплоизоляция уменьшится в объеме с ухудшением свойств.
• Гигроскопичность. Определяет способность материала поглощать водяной пар. Материалы с высокой гигроскопичностью менее эффективны, т.к. жидкость повышает теплопроводность. Также такие утеплители нельзя применять во влажных местах.

• Температура эксплуатации. Правильно подобранный по этому параметру утеплитель будет служить качественно и долго. Например, в северных районах морозы могут достигать и -40, и -50 °С. Летом металлические крыши нагреваются до 80–90 °С.
• Горючесть. Утеплители бывают горючими и негорючими. В помещениях лучше использовать негорючие или слабогорючие. Также негорючие утеплители нужно применять в пожароопасных местах.
• Экологичность. Важна для применения в жилых помещениях. Экологически чистые материалы не выделяют вредных веществ.
• Фирмы. Производителей качественной теплоизоляции достаточно много. Среди марок, доказавших свою эффективность, называют такие: Rockwool, Isoroc, Energoflex, Пеноплэкс, Актерм Норд, Технониколь, URSA, Hotrock, KNAUF, Isover, Экострой.

Срок эксплуатации

Большая часть производителей указывают срок эксплуатации 20-30 лет. Это гарантийное время, в течение которого полезные свойства материала находятся в допустимых рамках. Последние исследования европейских учёных показали удивительные и обнадеживающие результаты. При сносе домов, построенных 40-50 лет назад с использованием пенополиуретана, учённые обнаружили, что его свойства практически не изменились. Структура и фактура остались теми же, что и изначально. Дальнейшие лабораторные исследования только подтвердили долговечность этого материала.

Экологичность

Важный параметр, на который всё больше и больше обращают внимание современные строители. В процессе производства пенополиуретан переходит из жидкого в твёрдое состояние за 30 секунд. После этого вредные испарения с его поверхности прекращаются

Если его нагреть до 450 Сº, то начнут выделяться углекислый и угарный газы. Впрочем, то же самое можно наблюдать и во время нагревания дерева.
Пенополиуретан не выделяет вредных для организма человека соединений

После этого вредные испарения с его поверхности прекращаются. Если его нагреть до 450 Сº, то начнут выделяться углекислый и угарный газы. Впрочем, то же самое можно наблюдать и во время нагревания дерева.
Пенополиуретан не выделяет вредных для организма человека соединений

Теплопроводность материала

Известно, что любое нагретое тело способно отдавать свое тепло в окружающую среду или близко расположенным другим предметам. При этом отдача тепла (энергии) осуществляется с определенной скоростью. Чем выше скорость отдачи тепла, тем выше теплопроводность материала.

Сравнительные характеристики разных видов минеральной ваты.

Теплопроводность представляет собой свойство какого-либо тела пропускать через себя и отдавать определенное количество тепла. Все строительные материалы имеют свою теплопроводность. Она определяет качество материала и сферу его применения. Объем отдаваемой энергии можно оценить количественно. Для этого определяется коэффициент теплопроводности.

Твердые материалы (металлы и их сплавы) не в состоянии долго удерживать тепло, поэтому металлические сооружения требуется дополнительно утеплять. Существует такое понятие, как теплоизолятор. Это материал, который имеет низкий коэффициент теплопроводности. К таким материалам относится пенопласт, кирпич, минеральная вата. Интересен тот факт, что теплопроводность может варьировать в широких пределах. Коэффициент теплопроводности зависит от структуры материала, его плотности, влажности и некоторых других свойств.

Теплопроводность минеральной ваты

Теплопроводность ваты зависит от ее состава и марки. Коэффициент теплопроводности при этом составляет от 0,038 до 0,055 Вт/м*К. Если сравнивать его с таковым у воздуха, то последний равен 0,027 Вт/м*К. Известно, что воздух хорошо удерживает тепло. У него практически самый низкий коэффициент теплопроводности. Таким образом, минеральная вата по данному критерию является очень качественным материалом.

Важно, что коэффициент теплопроводности будет ниже у тех марок, которые имеют более рыхлую структуру

Схема производства минеральной ваты.

Наблюдается это, потому что при хаотичном расположении минеральных волокон значительно повышается воздушная емкость материала, а воздух задерживает тепловую энергию.

Например, коэффициент теплопроводности легкой ваты равен 0,045 Вт/м*, а тяжелой 0,055 Вт/м*К. Такой же коэффициент теплопроводности имеет вата на основе хлопка. Все это отражается на ее эксплуатационных характеристиках. Несмотря на это, существуют теплоизоляционные материалы, имеющие более низкую теплопроводность. К ним относится пенополистирол. Коэффициент теплопроводности его составляет 0,034 Вт/м*К. Но если сравнивать каменную вату и пенополистирол по другим критериям, например, по пожаробезопасности, то минеральная вата здесь впереди.

Теплопроводность и толщина материала

Нетрудно догадаться, что теплопроводность определяет объем и толщину материала для осуществления теплоизоляционных работ

Если брать во внимание стекловату, то ее коэффициент теплопроводности равен 0,044 Вт/м*К. Благодаря несложным расчетам удалось установить, что при утеплении зданий и сооружений толщина этого материала должна быть равной 189 мм

Если сравнивать данный показатель с кирпичом, у которого теплопроводность намного выше, то кирпич уступает вате по способности удерживать тепло. При этом толщина кирпичной кладки должна равняться 1460 мм.

Высокая теплопроводность характерна и для всеми любимого бетона. Коэффициент теплопроводности для него равен 1,5 Вт/м*К. Все это свидетельствует о том, что бетонные и кирпичные конструкции нуждаются в дополнительном утеплении. Говоря о преимуществах минеральной ваты над другими материалами, нельзя не упомянуть то, что вата не дает усадки, имеет невысокую стоимость и большой срок эксплуатации. Нередко он достигает более 50 лет.

Теплопроводность минваты Rockwool

Коэффициент теплопроводности минеральной ваты Rockwoolвас тоже может заинтересовать. Этот материал предлагается к продаже в нескольких наименованиях, каждое из которых представлено плитами или матами. Например, Rockmin с коэффициентом в пределах 0,039 Вт/м*К выпускается в виде плит и предназначается для звуко- и теплоизоляции чердаков, стен, кровель и вентилируемых покрытий.Domrock в виде матов можно использовать для подвесных потолков, балочных перекрытий и легких каркасных стен.Описываемая характеристика в данном случае равна 0,045 Вт/м*К.

Panelrock предлагается к продаже в виде плит и предназначается для звуко- и теплоизоляции наружных стен. Коэффициент теплопроводности у данного материала равен 0,036 Вт/м*К.Если перед вами плита Monrock max, то вы можете ее приобрести для утепления разных типов плоских кровель. Коэффициент теплопроводности в случае с данным решением теплоизоляции равен 0,039 Вт/м*К.

Вас может заинтересовать еще и коэффициент теплопроводности минеральной ваты Stroprock от производителя Rockwool.Он равен 0,041 Вт/м*К, а использовать материал можно для звуко- и теплоизоляции полов и перекрытий, первые из которых устраиваются на грунте, тогда как другие располагаются под бетонной стяжкой. В особый раздел следует вынести минеральную вату в виде матов Alfarock, которая используется для изоляции трубопроводови труб. Коэффициент теплопроводности в данном случае равен 0,037 Вт/м*К.

Если вы решили выбрать продукцию «Технониколь», коэффициент теплопроводности минеральной ваты от этого производителя вас тоже должен заинтересовать.Он равен пределу от 0,038 до 0,042 Вт/м*К.

Материал представляет собой гидрофобизированные негорючие плиты, которые предназначены для звуко- и теплоизоляции. Создается материал на базе горных пород, которые относятся к базальтовой группе.Плиты используются в промышленном и гражданском строительстве, системах наружного утепления стен, где сверху материал защищается декоративным покрытием из тонкослойной штукатурки.Материал не является горючим, его паропроницаемость составляет 0,3 Мг/(м·ч·Па). Водопоглощение равно 1% по объему.

Плотность материаламожет быть равна пределу от 125 до 137 кг/м3.Коэффициент теплопроводности минеральной ваты – это не единственное свойства, о котором следует знать.Важно поинтересоваться еще и другими параметрами, например, длиной, шириной и толщиной. Первые два равны 1200 и 600 мм соответственно

Что касается длины, то с шагом в 10 мм она может изменяться от 40 до 150 мм.

Приложение А (обязательное)

Таблица А.1

Ключевые слова: строительные материалы и изделия, теплофизические характеристики, расчетные значения, теплопроводность, паропроницаемость

Потребность в теплоизоляции стен

Обоснованность применения теплоизоляции состоит в следующем:

1. Сбережение тепла в помещениях в холодный период и прохлады в жару. В многоэтажном жилом доме теплопотери через стены могут достигать до 30 % или 40 %. Чтобы снизить потери тепла понадобятся особые теплоизолирующие материалы. В зимний период использование электрических обогревателей воздуха может способствовать увеличению расходов на оплату электроэнергии. Этот убыток гораздо более выгодно компенсировать за счет применения теплоизоляционного материала высокого качества, который поможет обеспечить комфортный микроклимат в помещении в любой сезон. Стоит заметить, что грамотное утепление сведет к минимуму и затраты на использование кондиционеров.
2. Продление срока эксплуатации несущих конструкций здания. В случае с промышленными строениями, которые возводятся с использованием металлического каркаса, теплоизолятор выступает надежной защитой поверхности металла от процессов коррозии, которая может очень пагубно отразиться на конструкциях данного типа. Что касается срока службы кирпичных зданий, он определяется числом циклов заморозки-разморозки материала. Влияние этих циклов тоже нивелирует утеплитель, поскольку в теплоизолированном здании точка росы сдвигается в сторону утеплителя, оберегая стены от разрушения.
3. Изоляция от шума. Защитой от все увеличивающегося шумового загрязнения служат материалы со свойствами шумопоглощения. Это могут быть толстые маты или стеновые панели, способные отражать звук.
4. Сохранение полезной площади помещений. Применение теплоизолирующих систем позволит снизить уровень толщины наружных стен, а внутренняя площадь зданий при этом увеличится.

Пример расчета толщины стены по теплопроводности

При выборе типового или индивидуального проекта застройщик получает комплект документации, необходимый для возведения стен. Силовые конструкции в обязательном порядке просчитаны на прочность с учетом ветровых, снеговых, эксплуатационных, конструкционных нагрузок. Толщина стен учитывает характеристики материала каждого слоя, поэтому, теплопотери гарантированно будут ниже допустимых норм СНиП. В этом случае заказчик может предъявить претензии организации, занимавшейся проектированием, при отсутствии необходимого эффекта в процессе эксплуатации жилища.

Однако, при строительстве дачи, садового домика многие владельцы предпочитают экономить на приобретении проектной документации. В этом случае расчеты толщины стен можно произвести самостоятельно. Специалисты не рекомендуют пользоваться сервисами на сайтах компаний, реализующих конструкционные материалы, утеплители. Многие из них завышают в калькуляторах значения коэффициентов теплопроводности стандартных материалов для представления собственной продукции в выгодном свете. Подобнее ошибки в расчетах чреваты для застройщика снижением комфортности внутренних помещений в холодный период.

Самостоятельный расчет не представляет сложностей, используется ограниченное количество формул, нормативных значений:

• теплосопротивление стены – 3,5 либо больше этого числа (согласно СНиП), является суммой теплосопротивлений всех слоев, из которых состоит несущая стена
• коэффициент теплопроводности строительных материалов – каждый производитель конструкционного материала, светопрозрачных конструкций, утеплителя указывает его в обязательном порядке, однако, лучше дополнительно свериться с таблицей в нормативах СНиП
• теплосопротивление отдельного слоя стены – вычисляется путем умножения толщины слоя (м) на коэффициент теплопроводности материала

Например, чтобы привести толщину кирпичной стены в соответствие с нормативным теплосопротивлением, потребуется умножить коэффициент для этого материала, взятый из таблицы на нормативное теплосопротивление:

0,76 х 3,5 = 2,66 м

Подобная крепость излишне затратна для любого застройщика, поэтому, следует снизить толщину кладки до приемлемых 38 см, добавив утеплитель:

• облицовка в полкирпича 12,5 см
• внутренняя стена в кирпич 25 см

Теплосопротивление кирпичной кладки в этом случае составит 0,38/0,76 = 0,5 единиц. Вычитая из нормативного параметра полученный результат, получаем необходимое теплосопротивление слоя утеплителя:

3,5 – 0,5 = 3 единицы

При выборе базальтовой ваты с коэффициентом 0,039 единиц, получаем слой толщиной:

3 х 0,039 = 11,7 см

Отдав предпочтение экструдированному пенополистиролу с коэффициентом 0,037 единиц, снижаем слой утеплителя до:

3 х 0,037 = 11,1 см

На практике, можно выбрать 12 см для гарантированного запаса либо обойтись 10 см, учитывая наружные, внутренние облицовки стен, так же обладающие теплосопротивлением. Необходимый запас можно добрать без использования конструкционных материалов либо утеплителей, изменив конструкцию кладки. Замкнутые пространства воздушных прослоек внутри некоторых типов облегченных кладок так же обладают теплосопротивлением.

Их теплопроводность можно узнать из нижеприведенной таблицы, находящейся в СНиП.

Например, 10 см прослойка замкнутого контура обеспечивает теплоспопротивление 0,18 либо 0,15 единиц при отрицательных, положительных температурах, соответственно. Сантиметровый воздушный зазор добавляет несущей стене 0,15 или 0,13 единиц теплосопротивления (зимой, летом, соответственно).