Теплоизоляционные материалы и энергоэффективность зданий

Набирающий в последние годы все большую популярность экологичный «зеленый» тренд не обошел стороной и строительную сферу. Истощение энергетических ресурсов, а согласно последним экспертным подсчетам запасов угля, нефти и газа осталось максимум лет на 100, требует изменений в сторону более сознательного и рационального обращения с природными богатствами. Поскольку основное потребление энергии в современном мире приходится на жилые дома, то повышение энергоэффективности зданий на сегодняшний момент относят к самым важным задачам по сохранению окружающей среды и снижению энергопотребления.

Россия - страна с суровыми климатическими условиями: почти половина площади расположена в умеренном и субарктическом климатических поясах. Средний срок отопительного сезона для большей части страны составляет порядка 7 месяцев, что делает вопрос энергоэффективного строительства особенно актуальным.

К сожалению, ранее существовавшие в России строительные нормы не уделяли должного внимания проблеме снижения теплопотерь. Например, сопротивление теплопередаче в домах советской постройки не превышает 1,5 м2*0С/Вт при требуемых современными нормами 3–5 м2*0С/Вт. Однако, за последние годы в строительной сфере произошел серьезный сдвиг в сторону энергетической эффективности: был принят ФЗ от 23 ноября 2009 г.  №261-ФЗ "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности", целью которого является создание правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Так же был разработан свод правил «Тепловая защита зданий» (СП 50.13330.2012), регулирующий проектирование тепловой защиты строящихся или реконструируемых зданий. В своде прописаны требования, которым должна отвечать теплозащитная оболочка здания, определены базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций для разных видов зданий.

Согласно некоторым исследованиям, потери тепла в зданиях распределяются следующим образом:

  • 40% теплопотерь происходит через стены;
  • до 20% теплопотерь- через кровлю;
  • еще 20% теплопотерь - через окна;
  • и оставшиеся 10% – через подвал.

Так, даже при наступлении слабых холодов стены домов, в прямом смысле слова, «светятся» от теплопотерь, что наглядно можно пронаблюдать с помощью строительного тепловизора.

На основании вышеперечисленных фактов мы можем сделать вывод, что главным оружием в борьбе за энергесбережение и снижение теплопотерь является правильно выбранный теплоизоляционный материал. Теплоизоляционный материал (ТИМ)- это материал, предназначенный для уменьшения теплопереноса, теплоизоляционные свойства которого зависят от его химического состава и физической структуры.

Теплоизоляционные материалы имеют теплопроводность λ не более 0,175 Вт/(м*С), при этом 1 м3 эффективного ТИМ позволяет сэкономить 1,45 тонн условного топлива. Высокоэффективные ТИМ способны обладать коэффициентом теплопроводности λ=0,06 и менее. Таким образом, применение теплоизоляционных материалов в строительстве окупается в среднем в течение 5-15 лет. Для сравнения, пустотелый кирпич окупит энергию на его производство только через 50 лет.

Сейчас на рынке представлен широкий ассортимент утеплителей: экструзионный пенополистирол, пенополистирол (пенопласт), пенополиуретан, базальтовый утеплитель, минеральная вата, которые различаются по методу производства, сырью, из которого изготавливаются. Более подробно коэффициенты теплопроводимости представлены на графике ниже. Подчеркнем, что требуемая толщина ТИМ, необходимого для достижения установленного теплосопротивления всей конструкции, прямо пропорциональна его коэффициенту теплопроводности. Другими словами, чем ниже теплопроводность материала, тем тоньше будет теплоизолируемая ограждающая конструкция. Это позволит не только снизить затраты на строительные материалы, но и в некоторых случаях, увеличить полезный объем всего помещения. Как видно из графика самый низкий коэффициент теплопроводности принадлежит экструзионному пенополистиролу.

Экструзионный пенополистирол– один из наиболее популярных современных теплоизоляционных материалов, который производится методом экструзии, за счёт смешивания гранул полистирола при повышенной температуре и давлении с введением вспенивающего агента и последующим выдавливанием из экструдера. Основное преимущество материала заключается в его замкнутой ячеистой структуре, которая способствует исключению миграции воздуха, обеспечивая тем самым защиту от теплопотерь.

При сравнении с минеральной ватой, как одним из наиболее распространенных теплоизоляционных материалов на рынке, явно видно бесспорное преимущество экструзионного пенополистирола. Основанием для таких выводов являются следующие факты: меньший на 13 - 48% коэффициент теплопроводности экструзионного пенополистирола по сравнению с минеральной ватой, меньший в 10 раз коэффициент паропроницаемости, большая прочность на сжатие от 1,5 до 14 раз, лишь поверхностное водопоглощение. Недостатком экструзионного пенополистирола является лишь его высокая горючесть (класс Г3, Г4). Тем не менее, согласно СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» и Федеральному закону № 123 "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" допускается использование экструзионного пенополистирола высокой степени горючести в гражданском и частном строительстве. В случаях повышенных требований к пожарной безопасности объектов используется экструзионный пенополистирол группы горючести Г3.

Экструзионный пенополистирол позволяет не только изменить технологию строительства, но и снизить затраты при эксплуатации самых разнообразных зданий и сооружений за счёт сокращения теплопотерь. Использование материала «Экстрол» стало одним из наиболее эффективных способов решения проблемы реконструкции кровли домов старого жилого фонда. Как уже было сказано, многие старые здания не соответствуют современным теплотехническим нормам, в свою очередь применение экструзионного пенополистирола весом 1.5-2.0 кг/м2 дает возможность провести дополнительное утепление, не демонтируя существующее покрытие, – организовать так называемую «плюс-кровлю».

Однако, следует помнить, что правильно выбранный теплоизоляционный материал – не является 100% гарантией будущей энергоэффективности объекта. Например, в конструкции могут иметься «мостики холода» - места стыков ограждающих конструкций с перекрытиями и балками, оконными и дверными перемычками, опорами повышенной жесткости, выступы, подвальные цоколи и т.д. Эти строительные дефекты на единицу площади плиты пропускают больше теплоты, нежели через другую обшивку здания. Наличие «мостиков холода» может быть вызвано как недобросовестной работой строителей, ошибками проектировщиков, так и формой теплоизоляционных плит.

Для снижения теплопотерь через потенциальные «мостики холода», плиты «Экстрол» выпускаются с L-образной кромкой по всему контуру. Благодаря такой кромке, представляющей из себя небольшой выступ по краю плиты, теплоизоляционные плиты немного «накладываются» друг на друга, при этом на стыке плит не образуется зазоров, через которые может быть потеряно тепло.

Следует так же подчеркнуть, что зачастую в местах образования «мостиков холода» нет возможности установить теплоизоляционный материал большой толщины ввиду конструктивных особенностей строения. Использование экструзионного пенополистирола позволяет решить подобные проблемы: при прочих равных условиях, в сравнении с другими теплоизоляционными материалами, требуется меньшая толщина материала вследствие его высокого коэффициента теплосопротивления.

Необходимость устранения «мостиков холода» обусловлена не только сокращением теплопотерь и сбережением энергетических ресурсов, но и причинами санитарно-гигиенического характера – низкие температуры на наружной поверхности элементов могут привести к образованию конденсата и развитию вредоносных микроорганизмов. Устранение «мостиков холода» создает предпосылки для долгосрочного сохранения и функциональной надежности строений.

Хочется отметить, что история применения экструзионного пенополистирола в России насчитывает более 10 лет. За это время преимущества материала по достоинству оценили строители и проектировщики, применяя его при возведении объектов с самыми разными техническими требованиями, в том числе к объектам с повышенными требованиями к теплотехническим свойствам используемых материалов.

Статья опубликована в журнале «Промышленные страницы Сибири» № 3 март 2017
Тема выпуска «Энергоэффективность строящихся и эксплуатируемых зданий»