Виды и свойства теплоизоляционных материалов

При выборе следует также учитывать, что тепловая энергия передается через любое физическое вещество, от молекулы к молекуле. Для отвода тепла должен быть физический контакт между частицами и некоторая разница температур. Следовательно, теплопроводность - это мера скорости теплового потока, передаваемого от частицы к частице. Эта скорость будет зависеть от разницы температур и его теплопроводности контактирующих материалов.

Какие задачи решают теплоизоляционные материалы?

Основная функция теплоизоляционных материалов заключается в уменьшении передачи тепла через стены, люки, трубы, стойки и прочие конструкции. Уменьшая количество утечки тепла, можно снизить интенсивность теплообмена и, таким образом, повысить качество теплоотвода. Например, теплоизоляция стен здания или сооружения в летнее время способна уменьшить количество тепла, попадающего во внутренние помещения здания, а зимой, наоборот – снизить тепловые потери через эти же стены.

Преимущества теплоизоляции:

• Снижение потребной мощности нагревательных устройств или кондиционеров;
• Оптимизация полезной ёмкости коснтрукций, используемых для охлаждения продуктов;
• Снижение эксплуатационных расходов на обслуживание устройств, занимающихся контролем и регулированием температурного режима;
• Высвобождение излишков площади, которую занимают системы управления микроклиматом.

Принцип действия всех теплоизоляционных материалов основан на естественной способности некоторых веществ препятствовать процессам потери или передачи тепла. При этом слой теплоизолятора не обязательно будет сплошным: использование карманов с газами, которые в большинстве случаев представляют собой природные термоизоляционные материалы, также снижает интенсивность теплообмена.

Различают твёрдые и газообразные теплоизоляторы. Преимущество последних заключается в том, что теплопроводность газов, в сравнении с жидкостями и твёрдыми телами, является значительно более низкой. Поэтому газообразные вещества являются естественным изоляционным материалом.

Установлено, что наилучшими твёрдыми теплоизоляторами, являются материалы те, в структуре которых образуются внутренние полости/объёмы, выполняющие функцию небольших газовых ячеек или пузырьков. Эти газовые ячейки и определяют основные потребительские свойства теплоизоляционных материалов.

Распространенные виды утеплителей

В процессе действия теплоизолятора происходит изменение влажности промежуточной среды – жидкости или воздуха, при этом часть воздуха может превращаться в водяной пар. Поглощение влаги изоляционными материалами может происходить не только за счет прямого контакта с водой, но также и за счет конденсации водяного пара в стенах, где точка росы достигается в форме градиента температуры через стены.

Поэтому правильная конструкция барьеров для водяного пара имеет первостепенное значение для защиты изоляции от проникновения влаги. В большинстве климатических условий передача водяного пара будет происходить снаружи внутрь, поскольку внешняя температура, вероятно, будет выше внутренней температуры. Это требует наличия влагонепроницаемого слоя на внешней стороне изоляции, а также водонепроницаемого барьера на футеровке для предотвращения попадания жидкой талой воды в изоляцию.

Пароизоляция может быть достигнута либо за счет водонепроницаемых поверхностей, либо применением сборных изоляционных панелей. Такими, в частности, являются сэндвич-панели. Одна сторона у них является пароизоляцией из тонкослойных оцинкованных стальных листов, а другая снабжена внутренней отделкой из алюминия с пластиковым покрытием или покрытием из оцинкованного железа. Сортамент теплоизоляторов такого типа:

• Армированные пластмассы;
• Полиэтиленовые листы;
• Пластиковые пленки толщиной минимум 0,2 мм;
• Алюминиевая фольга толщиной минимум 0,02 мм.

В последнем случае прослойки ламинируются битумными мембранами. Минимальная толщина алюминиевых или оцинкованных листов должна быть 0,3 мм. Выбор изоляционного материала должен основываться на его теплофизических характеристиках: теплопроводности, паро- и влагопроницаемости, степени безопасности при использовании (устойчивость от самопроизвольного воспламенения, взрывобезопасность). В учёт принимают также стоимость, эффективность и долговечность материала. Например, в ряде случаев надёжную теплоизоляцию способны обеспечить:

• Выдувная (распылённая) целлюлоза, которая производится из переработанной газетной бумаги;
• Вспученный перлит;
• Аэрогели;
• Ячеистое стекло;
• Обычная шерстяная ткань.

Некоторые популярные в применении виды теплоизоляционных материалов рассматриваются далее.

Минеральная вата

Изготавливается или из горных пород или из расплавленного стекла и считается наиболее бюджетным вариантом утепления. В частности, если требуется именно влагостойкий утеплитель, явным победителем будет минеральная вата. Однако имеется неприятный нюанс: минеральная вата устойчива к воде, поэтому она не промокает и обеспечивает хорошие условия для роста грибка, плесени или других вредных бактерий. Стекловата, с другой стороны, может намокнуть и отсыревать, и, кроме того, что она тоже способствует росту грибка, плесени и гнили, её изоляционные свойства значительно ухудшаются.

Однако минеральная вата выигрывает по показателю огнестойкости. Оба вещества являются негорючими, приём показатели огнестойкости таковы, что оба вещества можно эффективно использовать в качестве средства пожаротушения. Таким образом, это необходимо учитывать, если место, где предполагается установка тепловой изоляции, будет подвержено риску возгорания.

Стоимость стекловаты примерно на 10% меньше, чем минеральной вата, причём это никак не скажется на степени эффективности тепловой защиты дома, зато приведёт к уменьшению потерь тепла и счетов за израсходованную электроэнергию.

Пенопласт

Пенопластовая теплоизоляция изготавливается из резольной смолы в присутствии кислотного катализатора, вспенивающих агентов (таких как пентан) и поверхностно-активных веществ. Следует отметить, что, вследствие своей аллергенности, в жилищном строительстве применять пенопласт не рекомендуется. Пенополистирол и пеноплекс

Существует два основных способа производства пенополистирола: экструзия и формовка плит. Экструдированные пенопласты получают путем смешивания полистирола с растворителем, добавления газа под давлением и, наконец, экструзии смеси до необходимой толщины. Процесс экструзии улучшает характеристики конечной пены: механическое сопротивление, наличие непересекающихся пор и более однородный материал. Пенополистирол имеет ряд технических ограничений:

• Большинство марок – легковоспламеняющиеся;
• Материал постепенно разрушается под воздействием прямых солнечных лучей;
• Легко вступает в реакцию с растворителями, используемыми при укладке теплоизолятора.

Последнее обстоятельство делает пенополистирол и пеноплекс непригодными для использования в закрытых объёмах, которые снабжены подкладками из армированного стекловолокном пластика, особенно, если стекловолокно наносится на месте и непосредственно на изоляционный материал.

Вместе с тем пенополистирол и пеноплекс разрешается использовать для утепления жёстких картонных коробок или панелей.

Вспененный пенополиэтилен

Представляет собой прочный, лёгкий, упругий материал с закрытыми порами. Из-за способности эффективно гасить вибрации вспенённый пенополиэтилен часто используется для упаковки хрупких товаров, подлежащих длительной транспортировке. Продукт обладает высокой устойчивостью к химическим веществам и влаге, легко обрабатывается.

Вследствие своих высоких несущих характеристик материал снижает затраты на упаковку, поскольку можно использовать более тонкие и меньшие количества пены, при полностью сохраняющейся эффективности тепловой защиты.

Пенополиуретан

Одним из лучших доступных на рынке изоляционных материалов является пенополиуретан. Обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, низкой паропроницаемостью, высокой устойчивостью к водопоглощению, относительно высокой механической прочностью и низкой плотностью. Кроме того, его установка проста и экономична.

Пенополиуретан эффективен в качестве изолятора, поскольку содержит большое количество не связанных между собой замкнутых микроэлементов, заполненных инертным газом.

До недавнего времени в пенополиуретане чаще использовался трихлорфторметан. Однако в Монреальском протоколе по веществам, разрушающим озоновый слой, предписан постепенный отказ от применения трихлорфторметана в пользу нетоксичных гидрофторуглеродов и инертных газов типа диоксида углерода.

Основные способы нанесения и использования пенополиуретана - это жёсткие плиты и предварительно отформованные трубы, которые могут быть изготовлены в различных формах и размерах.

Области применения

Теплоизоляционные материалы, классификация и обзор свойств которых выполнены ранее, находят широкое использование в следующих отраслях хозяйственной деятельности:

• Промышленное рыболовство;
• Долговременное складирование скоропортящихся грузов:
• Термоизоляция жилых и производственных помещений;
• Атомная энергетика;
• Грузовой авиатранспорт.

По мере расширения номенклатуры марок термоизоляторов сферы их использования будут увеличиваться.