Воздух как утеплитель между стен

Обновлено: 02.05.2024

Зазоры, которые доступны потокам воздуха, представляют собой продухи. Они ухудшают теплоизоляционные свойства стен. Сами же зазоры замкнутые (как и закрытые поры вспененного материала) и представляют собой теплоизолирующие элементы. Ветронепродуваемые пустоты нашли широкое применение в строительстве для уменьшения теплопотерь, которые проникают через ограждающие конструкции (например, каналы в бетонных панелях, щели в блоках и кирпичах, зазоры в стеклопакетах и т. д.).

Пустоты, имеющие вид непродуваемых воздушных прослоек, применяются и в стенах бань, включая каркасного типа. Зачастую эти пустоты представляют собой основные элементами теплозащиты. К примеру, именно благодаря наличию пустот с горячей стороны стены становиться возможным использование легкоплавких пенопласт (таких, как пенополиэтилен и пенополистирол) в глубинных областях и частях стен бань высокотемпературного типа.

Однако, несмотря на свои явные плюсы пустоты в стенах одновременно представляют собой самые коварные элементы. Итак, следует нарушить в хоть малейшей степени ветроизоляцию, и вся структура пустот может превратиться единым продуваемым выхолаживающим продухом, который выключает все внешние теплоизоляционные слои из системы теплоизоляции стен. И в связи с этим пустоты стараются делать небольших размеров и друг от друга гарантированно изолируют.

Применение понятия теплопроводности воздуха (и тем более использование ультранизкого значения коэффициента теплопроводности 0,024 Вт/м град неподвижного воздуха) невозможно при оценке процессов теплопередачи через реальный воздух, так как в крупных пустотах воздух является весьма подвижной субстанцией. И в силу этого для теплотехнических расчётов процессов передачи тепла на практике даже через условно «неподвижный» воздух применяются эмпирические (или экспериментальные, опытные) соотношения. Скорее всего - в простейших случаях, в теории теплопередачи принято считать, что на поверхность тела тепловой поток из воздуха равняется в воздухе Q = аАТ, где а является эмпирическим коэффициентом теплопередачи так сказать «неподвижного» воздуха, а AT - разностью температур и поверхности тела, и воздуха.

Коэффициент же теплопередачи в обычных условиях жилых помещений равняется а = 10 Вт/м2 град ориентировочно. Именно данную цифру мы будем рассматривать при проведении оценочных как расчётах прогрева стен, так и тела человека в бане.
Тепловой поток с помощью потоков воздуха со скоростью (изменяется V (м/сек)), увеличивается на величину конвективной составляющей Q=pVАТ, где р равен примерно 6 Bт-сeк/м3-грaд. У всех величин «имеется зависимость» от пространственной ориентации, также и от шероховатости поверхности. Так, коэффициент теплопередачи от воздуха к внутренним поверхностям ограждающих конструкций равняется 8,7 Вт/м2 град, которое применяется для гладких потолков и стен, где слабо выступают рёбра (при отношении высоты рёбер «h» к расстоянию «а» между гранями по отношению к соседним рёбрам, где h/a < 0,3); 7,6 Вт/м2 град для потолков при сильно выступающих рёбрах (при отношении h/a >0,3); 8,0 Вт/м2 град для окон и для зенитных фонарей9,9 Вт/м2 град. Это по действующим нормам CHиП 23-02-2003. У финских специалистов в почёте коэффициент теплопередачи в «неподвижном» воздухе сухих саун, который равняется 8 Вт/м2 град (что соответствует со значением принимаемым нами в пределах ошибок измерений) и 23 Вт/м2 град при наличии потоков воздуха со скоростью два метра в секунду в среднем.

Коэффициент теплопередачи со столь малым значением в условно «неподвижном» воздухе а = 10 Bт/м2 град аналогичен понятию воздуха как теплоизолятора и даёт объяснение необходимости использования высоких температур в саунах для быстрого согрева тела человека. Применительно же к стенам это означает, что при характерных теплопотерях через стены бани (пятьдесят - двести) Вт/м2 разница температур воздуха в бане и температур внутренних поверхностей стен бани может достигать (от пяти до двадцати)°С. Это довольно большая величина, и часто никем и никак не учитывающаяся. Благодаря наличию в бане сильной конвекции воздуха становиться возможным снижение перепадов температуры вдвое! Стоит отметить, что такие высокие перепады температур, которые характерны для бань, в жилых помещениях недопустимы. Например, нормируемый в CHиП 23-02-2003 между воздухом и стенами температурный перепад не должен быть более, чем четыре °С в жилых помещениях, 4,5°С в общественных и двенадцать в производственных. В помещениях жилого типа более высокие перепады температур неминуемо приводят к таким неприятным явлениям, как выпадения росы на стенах и ощущения холода от стен.

Сегодня мы рассмотрим теплопроводность воздушной прослойки. Обратите внимание! Темой для отдельного разговора является теплопроводность самого воздуха и его зависимость от температуры и давления. В рамках же текущей статьи мы поговорим именно о теплопроводности прослойки воздуха, и применении этих данных при расчете ограждающих конструкций.

p, blockquote 1,0,0,0,0 -->

Прежде всего отметим, что передача тепла через воздушную прослойку при разности температур на ее противоположных поверхностях, может происходить одним из трех возможных способов: путем излучения, путем конвекции, и путем теплопроводности. Подробнее это показано на рис. 1.12.

p, blockquote 2,0,0,0,0 -->

p, blockquote 3,0,0,0,0 -->

Понятно, что теплопроводность неподвижного воздуха очень мала. Поэтому, если бы в воздушных прослойках воздух находился в состоянии покоя, термическое сопротивление таких прослоек воздуха было бы очень высоким.

p, blockquote 4,0,0,0,0 -->

На самом же деле, в воздушных прослойках ограждающих конструкций воздух всегда движется. К примеру, у более теплой поверхности вертикальных прослоек он перемещается вверх, а у холодной — вниз. Понятно, что из-за такого движения термическое сопротивление воздушных прослоек снижается, и становится тем меньше, чем сильнее конвекция.

p, blockquote 5,0,0,0,0 -->

Поэтому в прослойках с движущимся воздухом количество тепла, передаваемого путем теплопроводности, очень мало по сравнению с теплопередачей путем конвекции.

p, blockquote 6,0,0,0,0 -->

Более того. По мере увеличения толщины воздушной прослойки, возрастает и количество тепла, которое передается путем конвекции. Поскольку меньше становится влияние трения воздушных струек о стенки. Следствием этого является тот факт, что для воздушных прослоек не существует прямой пропорциональности между увеличением толщины слоя и значением его термического сопротивления (если помните, такая прямая пропорция является характерной для твердых материалов).

p, blockquote 7,0,0,0,0 -->

Значение коэффициента, который можно было бы принять для свободной конвекции у какой-либо поверхности, уменьшается вдвое. Поскольку при передаче тепла конвекцией от более теплой поверхности воздушной прослойки к более холодной, преодолевается сопротивление двух пограничных слоев воздуха, прилегающих к этим поверхностям.

p, blockquote 8,0,0,0,0 -->

Теперь давайте разберемся с зависимостью количества тепла, передаваемого через воздушную прослойку путем излучения.

p, blockquote 9,0,0,0,0 -->

Количество лучистого тепла, передаваемого от более теплой поверхности к более холодной, не зависит от толщины воздушной прослойки. Как мы уже сказали, оно определяется коэффициентом излучения поверхностей и разностью, пропорциональной четвертым степеням их абсолютных температур (1.3).

p, blockquote 10,0,0,0,0 -->

Теперь давайте подведем итог. В общем виде поток тепла Q, передаваемый через воздушную прослойку, может быть выражен таким образом:

p, blockquote 11,0,0,0,0 -->

где αк — коэффициент теплообмена при свободной конвекции;
δ — толщина прослойки, м;
λ — коэффициент теплопроводности воздуха в прослойке, ккал·м·ч/град;
αл — коэффициент теплообмена за счет излучения.

На основании данных экспериментальных исследований обычно трактуют величину коэффициента теплопередачи воздушной прослойки как вызванную теплообменом, происходящим путем конвекции и теплопроводности:

p, blockquote 13,0,0,0,0 -->

p, blockquote 14,0,0,0,0 -->

но зависящую преимущественно от конвекции (здесь λэкв — условная эквивалентная теплопроводное™ воздуха в прослойке); тогда при постоянном значении Δt термическое сопротивление воздушной прослойки Rв.п будет:

p, blockquote 15,0,1,0,0 -->

p, blockquote 16,0,0,0,0 -->

p, blockquote 17,0,0,0,0 -->

Явления конвективного теплообмена в воздушных прослойках зависят от их геометрической формы, размеров и направления потока тепла; особенности этого теплообмена могут быть выражены величиной безразмерного коэффициента конвекции ε, представляющего отношение эквивалентной теплопроводности к теплопроводности неподвижного воздуха ε=λэкв/λ.

p, blockquote 18,0,0,0,0 -->

Путем обобщения с помощью теории подобия большого количества экспериментальных данных М. А. Михеевым установлена зависимость коэффициента конвекции от произведения критериев Грасгофа и Прандтля, т. е.:

p, blockquote 19,0,0,0,0 -->

p, blockquote 20,0,0,0,0 -->

Коэффициенты теплопередачи αк’, полученные из выражения

p, blockquote 21,0,0,0,0 -->

установленного на основе этой зависимости при tср=+10°, приведены для температурного перепада на поверхностях прослойки, Δt=10° в табл. 1.6.

p, blockquote 22,0,0,0,0 -->

p, blockquote 23,0,0,0,0 -->

Относительно небольшие величины коэффициентов передачи тепла через горизонтальные прослойки при потоке тепла сверху вниз (например, в цокольных перекрытиях отапливаемых зданий) объясняются малой подвижностью воздуха в таких прослойках. Ведь наиболее теплый воздух сосредоточивается у более нагретой верхней поверхности прослойки, затрудняя конвективный теплообмен.

p, blockquote 24,0,0,0,0 -->

Величина передачи тепла излучением αл, определяемая на основе формулы (1.12), зависит от коэффициентов излучения и температуры. Например, для получения αл в плоских протяженных прослойках, достаточно умножить приведенный коэффициент взаимооблучения С’ на соответствующий температурный коэффициент принятый по табл. 1.7.

p, blockquote 25,0,0,0,0 -->

p, blockquote 26,0,0,0,0 -->

Так, например, при С’=4,2 и средней температуре прослойки, равной 0°, получим αл=4,2·0,81=3,4 ккал/м2·ч·град.

p, blockquote 27,0,0,0,0 -->

В летних условиях величина αл увеличивается, а термическое сопротивление прослоек уменьшается. Зимой, для прослоек, расположенных в наружной части конструкций, отмечается обратное явление.

p, blockquote 28,0,0,0,0 -->

Для применения в практических расчетах нормы строительной теплотехники ограждающих конструкций СНиП приводят значения термических сопротивлений замкнутых воздушных прослоек

p, blockquote 29,0,0,0,0 -->

p, blockquote 30,0,0,0,0 -->

указанные в табл. 1.8.

p, blockquote 31,1,0,0,0 -->

Величины Rв.пр, приведенные в таблице, соответствуют разности температур на поверхностях прослоек, равной 10°. При разности температур 8°, величина Rв.пр умножается на коэффициент 1,05, а при разности 6° — на 1,10.

p, blockquote 32,0,0,0,0 -->

p, blockquote 33,0,0,0,0 -->

Приведенные данные о термическом сопротивлении относятся к замкнутым плоским воздушным прослойкам. Под замкнутыми понимаются воздушные прослойки, ограниченные непроницаемыми материалами, изолированные от проницания воздуха извне.

p, blockquote 34,0,0,0,0 -->

Поскольку пористые строительные материалы воздухопроницаемы, к замкнутым могут быть отнесены, например, воздушные прослойки в конструктивных элементах из плотного бетона или других плотных материалов, практически не пропускающих воздуха при тех величинах разности давлений, которые типичны для эксплуатируемых зданий.

p, blockquote 35,0,0,0,0 -->

Экспериментальные исследования показывают, что термическое сопротивление воздушных прослоек в кирпичной кладке снижается примерно вдвое по сравнению с величинами, указанными в табл. 1.8.

p, blockquote 36,0,0,0,0 -->

Поэтому при недостаточном заполнении швов между кирпичами раствором (например, при выполнении работ в зимних условиях) воздухопроницаемость кладки может возрасти, а термическое сопротивление воздушных прослоек приблизиться к нулю.

p, blockquote 37,0,0,0,0 -->

[box type=»info» align=»» width=»»]Достаточная защита конструкций с воздушными прослойками от воздухопроницания является совершенно необходимой для обеспечения требуемых теплофизических свойств ограждающих конструкций.[/box]

p, blockquote 38,0,0,0,0 -->

Иногда в бетонных или керамических блоках предусматривают прямоугольные пустоты небольшой длины, часто приближающиеся к квадратной форме. В таких пустотах передача лучистого тепла возрастает за счет дополнительного излучения боковых стенок.

p, blockquote 39,0,0,0,0 -->

Прирост величины αл незначителен при отношении длины прослойки к ее толщине, равной 3:1 или более; в пустотах квадратной или круглой формы этот прирост достигает 20%.

p, blockquote 40,0,0,0,0 -->

Эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий передачу тепла конвекцией и излучением в квадратных и круглых пустотах значительных размеров (70—100 мм) существенно возрастает. Поэтому использование таких пустот в материалах с ограниченной теплопроводностью (0,50 ккал/м·ч·град и менее) не имеет смысла с точки зрения теплофизики.

p, blockquote 41,0,0,0,0 -->

Применение квадратных или круглых пустот указанного размера в изделиях из тяжелых бетонов имеет главным образом экономическое значение (уменьшение веса); это значение утрачивается для изделий из легких и ячеистых бетонов, поскольку использование таких пустот может привести к понижению термического сопротивления ограждающих конструкций.

p, blockquote 42,0,0,0,0 -->

p, blockquote 43,0,0,0,0 -->

Рис. 1.13. Целесообразное многорядное расположение воздушных прослоек

p, blockquote 44,0,0,0,0 -->

В противоположность этому, применение плоских тонких воздушных прослоек, особенно при многорядном их расположении в шахматном порядке (рис. 1.13), целесообразно. При однорядном размещении воздушных прослоек более эффективно их расположение в наружной части конструкции (если обеспечена ее воздухонепроницаемость), поскольку термическое сопротивление таких прослоек в холодный период года возрастает.

p, blockquote 45,0,0,0,0 -->

Применение воздушных прослоек в утепленных цокольных перекрытиях над холодными подпольями более рационально, чем в наружных стенах, поскольку передача тепла конвекцией в горизонтальных прослойках этих конструкций существенно уменьшается.

p, blockquote 46,0,0,0,0 -->

Теплофизическая эффективность воздушных прослоек в летних условиях (защита от перегрева помещений) снижается по сравнению с холодным периодом года; однако эта эффективность возрастает за счет использования прослоек, вентилируемых в ночное время наружным воздухом.

p, blockquote 47,0,0,1,0 -->

При проектировании полезно иметь в виду, что ограждающие конструкции с воздушными прослойками обладают меньшей влажностной инерцией по сравнению со сплошными. В сухих условиях конструкции с воздушными прослойками (вентилируемыми и замкнутыми) быстро подвергаются естественной сушке и приобретают дополнительные теплозащитные свойства за счет малой влажности материала.

p, blockquote 48,0,0,0,0 -->

Во влажных же помещениях все происходит наоборот — конструкции с замкнутыми прослойками могут сильно переувлажняться, что связано с потерей теплофизических качеств и вероятностью преждевременного их разрушения.

p, blockquote 49,0,0,0,0 -->

Из сказанного выше понятно, что передача тепла через воздушные прослойки в большой мере зависит от излучения. Однако применение отражательной изоляции с ограниченной долговечностью (алюминиевой фольги, окраски и т. д.) для повышения термического сопротивления воздушных прослоек может быть целесообразным только в конструкциях сухих зданий с ограниченным сроком службы.

p, blockquote 50,0,0,0,0 -->

В сухих капитальных зданиях дополнительный эффект отражательной изоляции также полезен, но следует учитывать, что даже при утрате ее отражательных качеств теплофизические свойства конструкций должны быть не менее требуемых с тем, чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию конструкций.

p, blockquote 51,0,0,0,0 -->

В каменных и бетонных конструкциях с большой начальной влажностью (ровно, как и во влажных помещениях) использование алюминиевой фольги практически теряет всяческий смысл. Поскольку ее отражательные свойства могут быть быстро нарушены из-за коррозии алюминия во влажной щелочной среде.

p, blockquote 52,0,0,0,0 -->

Кроме того следует отметить, что применение отражательной изоляции наиболее эффективно в горизонтальных замкнутых воздушных прослойках при направлении потока тепла сверху вниз (цокольные перекрытия и т. д.). То есть именно тогда, когда конвекция почти отсутствует и передача тепла происходит в основном путем излучения.

p, blockquote 53,0,0,0,0 -->

[box type=»success» align=»» width=»»]Таким образом становится ясно, что отражательной изоляцией достаточно покрыть только одну из поверхностей воздушной прослойки.[/box]

p, blockquote 54,0,0,0,0 -->

А именно — более теплую, сравнительно гарантированную от эпизодического появления конденсата, быстро ухудшающего отражательные свойства изоляции.

p, blockquote 55,0,0,0,0 -->

Иногда возникают предложения о теплофизической целесообразности разделения воздушных прослоек по толщине экранами из тонкой алюминиевой фольги. Предлагается это в целях резкого уменьшения потока лучистого тепла.

p, blockquote 56,0,0,0,0 -->

Однако такие методы не имеет смысла использовать для ограждающих конструкций капитальных зданий, поскольку малая эксплуатационная надежность такой теплозащиты не соответствует необходимой долговечности конструкций указанных зданий.

p, blockquote 57,0,0,0,0 -->

Расчетное значение термического сопротивления воздушной прослойки с отражательной изоляцией на более теплой поверхности повышается примерно вдвое по сравнению с величинами, указанными в табл. 1.8.

p, blockquote 58,0,0,0,0 -->

В южных районах конструкции с воздушными прослойками обладают достаточной эффективностью в отношении защиты помещений от перегрева. Применение отражательной изоляции приобретает в этих условиях особенно большой смысл, поскольку превалирующая часть тепла передается в жаркое время года излучением.

p, blockquote 59,0,0,0,0 -->

Поэтому имеет смысл экранировать наружные стены многоэтажных зданий лучеотражающими долговечными отделками в целях повышения теплозащитных свойств ограждений и снижения их веса. Подобные экраны необходимо устраивать таким образом, чтобы под экранами была расположена воздушная прослойка, а другая поверхность была покрыта окрасочной или иной экономичной отражательной изоляцией.

p, blockquote 60,0,0,0,0 -->

Усиление конвекции в воздушных прослойках (например, за счет активного вентилирования их наружным воздухом, поступающим с затененных, озелененных и обводненных участков прилегающей территории) превращается для летнего периода в положительный теплофизический процесс.

p, blockquote 61,0,0,0,0 -->

В противоположность этому, в зимних условиях такой вид переноса тепла, в большинстве случаев, совершенно нежелателен.

p, blockquote 62,0,0,0,0 --> p, blockquote 63,0,0,0,1 -->

По материалам работы В.М. Ильинского «Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий)»

Здравствуйте! Мне часто приходится встречаться с мнением что воздух - это сам по себе хороший утеплитель, в частности в одежде, и что мол чем больше пространства свободного - тем теплее одежда, что зимняя маска (балаклава) не должна прилегать к лицу плотно, чтобы оставался воздушный зазор между маской и лицом, для лучшего утепления. Однако это всё не более чем миф, полученный из недостатка фундаментальный представлений физических процессов.

Существует три способа передачи тепла (тепло - это энергия движения частицы), я своими словами с вашего позволения:

Контактный - когда одна частица ударяет другую и передает ей свою энергию. Это например когда вы прикасаетесь к утюгу пальцем.
Конвекционный - когда при соединении теплого и холодного они перемешиваются. Например вы открываете окно в морозный день и в комнату врывается холодный воздух а из комнаты теплый, происходит перемешивание.
Инфракрасный - когда тепло передается через ИК излучение. Все движущиеся частицы постоянно испускают ИК, но в условиях Земли, они тут же получают примерно столько же ИК от всех соседних объектов, поэтому ИК передача тепла в земных условиях мало часто значима. А вот в открытом космосе любой теплый предмет очень быстро будет передавать инфракрасным излучением свое тепло в пространство и быстро остынет почти до абсолютного нуля (т.к. даже в открытом космосе много разреженного газа с какой то температурой)

На самом деле, вообще было бы идеально иметь утеплитель вообще без чего то, т.е. вакуум, там теплопередача конвекцией и контактом будет нулевой, но в условиях Земли это тяжело добится, т.к. внешнее давление сожмет любой легкий предмет с вакуумом внутри. Поэтому приходится использовать утеплители с тем что имеем - с воздухом.

Перейдем к главному, к версии что сам воздух по себе - хороший теплоизолятор (“утеплитель”): Представим, ну скажем туже лицевую зимнюю маску. Если она одета свободно и между маской и лицом есть 2 см воздушной прослойки. Этот воздух движется там совершенно свободно и теплый воздух от контакта с лицом поднимается наверх, а холодный - от поверхности маски - вниз, это движение постоянно и оно создает мощное завихрение, теплый воздух замещается холодным (конвекционный способ передачи тепла).

Это завихрение тем быстрее чем больше свободное пространство (поэтому в утеплителях стараются делать как можно больше пор, чтобы сами поры были как можно меньше, для минимизации скорости конвекции воздуха внутри них, при этом, чем более поры закрытые - тем лучше.

Кто лежал на надувном матрасе тот знает что он весьма “холодный” - тело быстро остывает от него, он “холодный”, как раз за счет большого воздушного пространства внутри, где мощные конвекционные потоки быстро передают тепло. В тоже же время, кто лежал на “самонадувных” матрасах, значит насколько они “теплые”, т.е. они очень плохо передают тепло, т.к. внутри у них находится поролон - который блокирует конвекционные потоки воздуха, такой матрас очень теплый, не смотря на то что он в 3-6 раз тоньше обычного надувного!

Точно так же “работает” воздух и в одежде! В куртках с утеплителем множество тонких пересекающихся волокон, которые сильно снижают конвекционные воздушные потоки и тепло передается значительно медленнее, значит куртка теплее. Если же тот же самый объем куртки просто надуть воздухом - она будет очень “холодной”! Конвекционные потоки быстро будут передавать тепло от вашего тела наружу, на холодную окружающую среду.

Миф, что между одеждой и телом должен быть зазор для воздушной прослойки и утепления, сохраняется ещё и потому, что рекомендуется в мороз надевать свободную обувь и одежду, но имеется в виду не то, что должен быть воздушный зазор, а что просто одежда не должна сжимать сильно тело, чтобы кровь свободно циркулировала и согревала ваши конечности, вот и всё, только поэтому.

В итоге: для наибольшего утепления лучше всего чтобы одежда и обувь плотно прилегли к телу без воздушных зазоров, но в то же время, чтобы конечности не были сильно сжаты одеждой.

Дом утеплён минеральной ватой, потрачены серьёзные средства и масса времени, но ожидаемого эффекта почему-то нет. В комнатах холодно, стены и кровля сыреют… Это довольно распространённая ситуация для безответственных строителей и слишком экономных заказчиков. А ведь нужно было сделать ещё всего один шажок — закрыть теплоизолятор мембранами…

Современное жилище с каждым годом становится всё сложнее и технологичнее. Не удивительно, ведь в последнее время значительно возросли требования к изоляционным материалам , характеристикам практически всех элементов зданий и сооружений. Вопросы теплоизоляции жилых домов, в частности, во многих странах стали объектом государственного регулирования. В результате широкое распространение получили многослойные конструкции с применением волокнистых утеплителей. Это — каркасные наружные стены, вентилируемые фасады, утеплённая скатная кровля и перекрытия.

Однако изолятор на основе минеральной ваты сам нуждается в надёжной защите. Дело в том, что ветровое давление, атмосферная влага, пары из помещений значительно снижают теплотехнические характеристики минеральной ваты и здания вцелом. Сохранить проектную эффективность многослойных конструкций, избежать образования конденсата на элементах здания позволяет применение строительных плёнок и мембран. В своё время мембраны стали настоящим прорывом в строительной теплотехнике, теперь невозможно себе представить жилой дом, возведённый без использования этого материала. Мембраны зарекомендовали себя на практике, они продолжают совершенствоваться.

Как работают мембраны

Чего боится утеплитель

Считается, что минеральная вата не впитывает воду, но она содержит множество пор и воздушных каналов, благодаря чему влага может перемещаться внутри материала и задерживаться внутри него. Масса утеплителя из каменной ваты может увеличиться до 5% от собственного веса. Влага вытесняет воздух из волокон — теплоизоляционные характеристики падают (на 20–30% уже при однопроцентном увлажнении, утверждают многие технологи), образуются мостики холода. При значительных колебаниях температур вода многократно замерзает и тает, расширяясь, разрушает внутреннюю структуру утеплителя. Если ограждающие и водоотводящие конструкции работают исправно, вода может путём диффузии попадать в вату из помещений, как продукт жизнедеятельности людей, либо снаружи — с влажным воздухом.

В утеплённые фасады и кровли, а затем в помещения воздух может проникать извне под действием ветрового и температурного давления. Ветер не только давит на стены, но и образует завихрения. Где-то холодный и влажный воздух нагнетается в конструкции, где-то отсасывается из утеплителя, прихватывая с собой тепло. Так происходит незапланированная инфильтрация конструкций с ухудшением их термической сопротивляемости.

В вентилируемых конструкциях крыш и фасадов имеются воздушные прослойки, выполняющие роль конвекционных каналов. Воздух, проходя через вентиляционные зазоры, даже при малой скорости движения «вытягивает» теплоту из незащищённой ваты, что сразу снижает показатели теплоизоляции здания вцелом до 30–40% от проектных. Более того, конвективные потоки воздуха способны «выветривать» связующие вещества, а также волокна большинства видов ваты, также разрушая структуру утеплителя.

Особые свойства плёнок и мембран

Главная задача строительных мембран заключается в том, чтобы защитить конструкции здания от ветра и атмосферной влаги. Но при этом плёнки, применяемые на наружных стенах и кровле, должны пропускать через себя водяные пары из помещений наружу. С точки зрения физики, любая мембрана — это полупроницаемая плёнка, оболочка, разделяющая две среды, регулирующая однонаправленную транспортировку веществ из одной зоны в другую.

Основная особенность большинства строительных мембран — это наличие в их структуре диффузионных слоёв с микроперфорацией и микропорами, которые способны проводить водяные пары в одном направлении. Чаще всего пропускающие пар мембраны имеют один тонкий функциональный слой и один или несколько защитных, обеспечивающих физическую и химическую стабильность.

Некоторые мембраны (их часто называют строительными плёнками) вовсе не пропускают ни пар, ни воду. Они состоят из нескольких неперфорированных слоёв полиэтилена, обычно на сетчатой основе. Это так называемый «паробарьер».

Выбирая строительные плёнки и мембраны, следует особое внимание уделить двум основным потребительским свойствам:

степени паропроницаемости
влагостойкости

Строительные мембраны изготавливаются из синтетических волокон (полипропилен, полиэтилен) в виде текстильных тканых или нетканых полотен. В зависимости от поставленных задач, строительные мембраны могут иметь однослойную или многослойную структуру, в том числе с армирующей сеткой из полиэтиленовых волокон или дополнительным алюминиевым покрытием. При малой толщине мембраны обладают очень высокой прочностью и малой растяжимостью. Они определённое время устойчивы к ультрафиолету, не поражаются грибками и микроорганизмами.

Некоторые производители предлагают мембраны не только регулирующие влажностный режим, но и обладающие собственным сопротивлением теплопередаче, что позволяет компенсировать потери тепла в зоне воздушных прослоек. Это многослойные иглопрошивные материалы толщиной 10–15 мм, изготовленные на основе полипропилена.

Огнестойкость строительных плёнок также довольно актуальный вопрос, который решается двумя способами. Существуют мембраны, полимерные материалы которых в массе содержат антипирены, второй вариант — это пропитка готовых полотен или нанесение защитных составов на их поверхность.

Ещё один важный нюанс заключается в сроке службы мембраны. Очевидно, что мембрана должна работать столько, сколько и ограждающая конструкция вцелом. Не стоит применять материалы, производители которых умалчивают о сроке службы, или ограничивают его 10–15 годами.

Технические характеристики мембран значительно снижаются из-за старения материала под действием высоких температур. Распространённых заявленных показателей «до +80°» не всегда достаточно, особенно в утеплённой металлической кровле, где температуры могут достигать куда больших значений.

Итак, строительная мембрана — это плёнка, которая пропускает или не пропускает пары, но всегда останавливает воду и ветер. Это основа плёночных технологий.

Типы строительных мембран

В зависимости от своего назначения и, соответственно, некоторых структурных особенностей строительные мембраны разделяются на:

Пароизоляционная прослойка устраивается изнутри утеплителя, она должна изолировать вату от увлажнения парами, возникающими в помещениях здания. Примером применения может служить утеплённая кровля или перекрытие «подчердачного» этажа, где вата снизу должна быть закрыта плёнкой. Также паробарьер обязательно используется при утеплении стен изнутри . Пароизоляционная мембрана не имеет пор и перфораций, чем меньше её паропроницаемость, тем лучше. Эти материалы представляют собой армированную или неармированную полиэтиленовую плёнку, иногда со слоем алюминиевой фольги. Заметим, что применение пароизоляции значительно повышает уровень влажности в здании, поэтому особое внимание придётся уделить вентиляции помещений.

Отдельным видом пароизоляционных мембран можно считать плёнки с антиконденсатным покрытием. Они применяются под кровельными материалами, боящимися коррозии — профнастил, оцинкованное железо, некоторые виды металлочерепицы без внутреннего покрытия. Такая мембрана не пропускает пары к уязвимым металлическим элементам. Антиконденсатная плёнка укладывается шероховатым текстильным (адсорбирующим) слоем книзу, где влага накапливается и постепенно удаляется, не стекая обратно в утеплитель и не контактируя с металлом. Между этой мембраной и ватой обязательно должен быть зазор 20–60 мм.

Паропроницаемые (паровыводящие) мембраны используются с наружной стороны утеплителя. Они служат защитой от ветрового давления на ограждающие конструкции и являются вспомогательным гидроизоляционным слоем в скатных кровлях, а также фасадах с негерметично соединяемыми элементами облицовки. Из-за того, что такие плёнки являются буфером между утеплителем и окружающей средой, необходимо, чтобы они беспрепятственно пропускали влагу из ваты в вентилируемое пространство. Определённую паропроницаемость этим материалам обеспечивает наличие микроперфорации и микропор. Естественно, чем активнее будет проходить диффузия пара наружу, тем лучше, тем суше и эффективнее будет утеплитель. В соответствии со степенью паропроницаемости мембраны разделяют на:

псевдодиффузионные (до 300 г/м2 за сутки)
диффузионные (300–1000 г/м2)
супердиффузионные (от 1000 г/м2)

Псевдодиффузионные мембраны обладают хорошими гидроизоляционными характеристиками, поэтому чаще применяются как наружные подкровельные покрытия, причём с организацией обязательного вентиляционного зазора под ними. Использование таких плёнок в качестве внешней пароизоляции фасада является ошибкой из-за минимально допустимой пропускной способности. Дело в том, что в сухую погоду микропоры могут засоряться пылью, попадающей из вентиляционного зазора. Как следствие, влага не выводится в полном объёме из утеплителя, и возможно выпадение конденсата.

Диффузионные и супердиффузионные мембраны лишены этого недостатка. Здесь характеристики паропроницаемости представлены, что называется, «с запасом». К тому же пары выводятся через перфорированные микроотверстия большего диаметра, которые не подвержены засорениям. Эти материалы не требуют устройства дополнительного вентиляционного зазора снизу, соответственно отпадает необходимость монтировать всевозможные контррейки и дополнительные обрешётки.

Особый вид паровыводящих материалов — это объёмные диффузионные мембраны. Благодаря своей объёмной структуре (высота трёхмерных матов из полипропиленовых нитей составляет 8 мм) эта мембрана является специфическим разделительным слоем, который сам образует вентиляционный зазор и способствует выводу конденсата от металлической кровли. По сути, она выполняет ту же функцию, что и пароизоляционная плёнка с антиконденсатным покрытием, только выпускает влагу из утеплителя. Дело в том, что на листах металлической кровли с малым углом наклона (3-15°) выпавший снизу конденсат не стекает и не капает вниз, а находится в непосредственном контакте с цинковым покрытием, разрушая его. Крепится объёмная мембрана гвоздями на сплошное основание.

Основные производители диффузионных мембран для кровли и фасада выпускают продукцию относительно близкую по своим техническим и эксплуатационным характеристикам. Отличия касаются лишь функциональности, стоимости и качества их плёнок. Это объясняется особенностями технологических процессов, типом сырья и добавок, видом изоляционных плёнок, количеством слоёв и способами их скрепления.

Часто задаваемые вопросы о монтаже строительных мембран

С какой стороны утеплителя крепить мембрану?

На утеплённом фасаде минеральную вату закрывают паровыводящими плёнками только с наружной стороны.

В конструкциях утеплённой кровли диффузионные, антиконденсатные или объёмные мембраны крепятся поверх минеральной ваты, аналогично монтажу в вентилируемых фасадах.

Элементы кровли без утеплителя защищают пароизоляционными мембранами снизу стропил.

Если стены утеплены изнутри, нужна сплошная пароизоляция — неперфорированная плёнка устанавливается поверх ваты со стороны помещения.

Утеплитель верхнего перекрытия с находящимся выше холодным чердаком закрывается паробарьером снизу.

Какой стороной укладывать мембрану?

Пароизоляционные плёнки обычно являются двусторонними (не важно, какой стороной куда обращен материал), но есть исключения. Антиконденсатные мембраны текстильным адсорбирующим слоем крепятся вовнутрь помещения. Плёнки с металлизированным покрытием также односторонние — фольга должна быть обращена в сторону комнат.

Монтаж паровыводящих (диффузионных) мембран той или иной стороной необходимо производить согласно инструкциям производителя. Одна и та же компания может выпускать как двусторонние, так и однонаправленные плёнки. Ориентиром обычно служит различное окрашивание разных сторон мембраны, одна из которых чаще всего имеет ярко выраженную маркировку. В большинстве случаев «цветастая» сторона мембраны должна быть обращена наружу.

Нужен ли вентиляционный зазор возле мембраны?

Снизу пароизоляционных плёнок обязательно должна быть устроена воздушная прослойка (около 50 мм) для выветривания возможного конденсата. Не допускается, чтобы внутренняя облицовка касалась паробарьера.

Диффузионные мембраны крепятся непосредственно поверх утеплителя или сплошного покрытия из ОСП, влагостойкой фанеры. А вот поверх таких мембран просто необходимо сделать вентиляционный зазор для отвода влаги. Вентиляционный зазор в кровле делается с помощью брусков контробрешётки, в конструкции вентилируемого фасада нужную прослойку обеспечивают стойки или перпендикулярно расположенные горизонтальные профили.

Антиконденсатная плёнка с обоих сторон должна иметь воздушный зазор порядка 40–60 мм.

Каким должен быть перехлёст полотен?

Строительные плёнки и мембраны часто маркируются линией вдоль края полотна, которая обозначает размер перехлёста — от 100 до 200 мм. Для кровли мембрана выполняет гидроизоляционную функцию, потому этот размер может меняться в зависимости от уклона скатов (от 30° — 100 мм; 20–30° — 150 мм; до 20° — 200 мм).

Диффузионная мембрана в районе конька перехлёстывается на 200 мм. В ендовах материал перекрывается на 300 мм, плюс, при малых уклонах, по всей длине укладывается второй слой в виде дополнительной полосы, заходящей по 300–500 мм на оба ската.

Заметим, что мембраны должны закрывать не только общую площадь, но и торцы утеплителя. Кровельные мембраны выводятся на сливной жeлоб или на металлический капельник.

Нужно ли проклеивать стыки? Если да, то чем?

Полотна строительных мембран обязательно проклеиваются между собой. Стык должен быть герметичным. Для этих целей применяются специальные самоклеящиеся ленты, которые изготавливаются на основе различных нетканых материалов: полиэтилена, полипропилена, вспененного полиэтилена, бутила, бутилкаучука. Они могут быть двусторонними или односторонними. Этими лентами ремонтируют разрывы и повреждения полотен.

Выбор конкретного типа соединительной ленты следует производить в соответствии с рекомендациями производителей.

Применение упаковочного скотча (особенно малой ширины) для соединения строительных плёнок и мембран является распространённой причиной разгерметизации стыков.

Чем крепить мембрану?

В качестве временных крепёжных элементов можно использовать гвозди с широкими шляпками и скобы строительного степлера. Однако действительно надёжную фиксацию можно обеспечить только при помощи контрреек.

Несколько сложнее дело обстоит при оборудовании навесных фасадов. После установки кронштейнов укладываются плиты минеральной ваты, каждая из которых крепится одним-двумя тарельчатыми дюбелями. Далее поверх утеплителя раскатывается диффузионная мембрана, прорезается в точках прохода кронштейнов и через слой ваты такими же дюбелями фиксируется к стене. Количество крепежей должно быть не менее четырёх штук на квадратный метр. Если есть возможность выбора, бурить нужно в районе стыка полотен.

На кровельных скатах мембраны по всему периметру приклеиваются к конструкциям с помощью двусторонних лент. Этими же материалами регулирующие строительные плёнки фиксируются к различным элементам здания: окнам, дверям, трубам, вентканалам, стойкам антенн… На шероховатых поверхностях ленты не помогают — здесь применяют полиуретановые, акриловые, каучуковые клеи, «фиксеры».

Как долго можно оставлять мембрану открытой?

Стойкость строительных мембран к ультрафиолетовым лучам ограничена. Обычно она составляет до 4–5 месяцев, затем материал теряет свою термическую стойкость, происходит старение материала с потерей большинства полезных характеристик. Очевидно, что нужно минимизировать освещённость мембран, в максимально короткие сроки установить облицовку. Как бы мы ни старались герметизировать все стыки и отверстия, данные рулонные материалы работают только в тандеме с финишными наружными слоями, поэтому сильный дождь может стать причиной намокания теплоизолятора и элементов конструкций. Именно поэтому монтировать утеплитель, плёнки и мембраны лучше поэтапно, а не сразу на весь дом.

Вместо эпилога

Применение строительных плёнок и мембран — это обязательное условие корректного функционирования многослойных конструкций. Только с их помощью можно обеспечить надлежащий температурно-влажностный режим внутри здания. В работе с мембранами обычно не возникает особой сложности, нужно лишь правильно выбрать необходимый в конкретном случае материал и правильно его смонтировать.

Практика показала — утеплитель действительно есть смысл защищать, особенно если учесть, что расходы на плёнки и мембраны при строительстве коттеджа не превышают отметки в 0,5% от общей сметы. А ведь на кону стоит немало — микроклимат помещений, долговечность элементов здания, уровень расходов на энергоносители.

Пенополиуретан сегодня известен во многих отраслях, это автомобилестроение и мебель, детские игрушки и обувь, звукоотражатели (акустика) и холодильные камеры. Также его широко используют в современном строительстве для утепления стен, перекрытий, чердаков и подвалов. На сегодняшний день заливной ППУ стоит в одном ряду с различными пенопластами и минеральной ватой разного типа.

Пенополиуретан в строительстве

ППУ представляет собой вещество, изготовленное из полиуретана на 85-90% наполненного газом (воздухом). Такой утеплитель или звукоизолятор очень удобен во всех строительных отраслях, так как после застывания его можно удалить только механическим путем (отскрести, вырезать) – на различные растворители и щелочи он почти не реагирует.

Особенности кирпичной кладки

Обратите внимание на изображение, расположенное выше – вы видите три варианта колодцевой кладки из кирпича. Именно так построено подавляющее большинство кирпичных стен, толщина которых составляет либо 510, либо 640 мм – эти два размера обусловлены геометрическими параметрами материала: для рядового (строительного) кирпича они составляют 250x120x65 мм. То есть, толщина 640 мм означает, что стена со стороны улицы возведена в полтора камня, а внутренняя – в один.

Возможно, вы считаете, что это делается для увеличения несущей способности стен, но это не так. Все перекрытия пятиэтажки времён Н. С. Хрущева могут без проблем выдержать стена толщиной 250 мм, то есть, в один кирпич. Устройство колодцевой кладки нужно для утепления дома – образованные в процессе возведения пустоты сами по себе уже являются утеплителем, так как воздух, это лучшая изоляция от жары и холода. Тем не менее, такую защиту всегда усиливают и раньше, в основном, это делали угольным шлаком и жужелицей, которые в изобилии скапливались в котельных с твердотопливным оборудованием.

Видео описание

Заливочная система ППУ, как работает в "стене".

Такая кладка отнюдь не пережиток прошлого, а вполне продуманное инженерное решение, которым пользуются и по сей день. Прежде всего, это облегченная конструкция, для которой расходуется гораздо меньше строительных материалов, а также это очень удобно для создания теплоизоляции здания. Расстояние между двумя параллельно возведенными стенами, как правило, имеет 125-130 мм, то есть, половину длины одного кирпича, уложенного поперек кладки.

На сегодняшний день при строительстве зданий заполнить такие пустоты шлаком невозможно – это из-за того, что потребление твердого топлива резко снизилось – большинство котельных перешли на природный газ. Поэтому заполнение межстеновых пустот пенополиуретаном в современном строительстве, как нельзя кстати. Кроме того, шлак и жужелица через время оседают, превращаясь в пыль и теплоизоляционный эффект от них ухудшается. В таких ситуациях тоже есть возможность заливки ППУ, но обо всем по порядку.

Оборудование для заливки пенополиуретена

Как вы, наверное, и сами догадались, заливка пустот пенополиуретаном производится с помощью промышленного оборудования – его достаточно в продаже, но покупают его, как правило, те, кто занимается утеплением на профессиональном уровне. Рассмотрим эти установки на примере Reactor IPH, хотя вы можете предпочесть любую другую модель, ориентируясь на бренд или на мощность.

Агрегат Reactor IPH служит для вспенивания полиуретана с его последующей заливкой в какие-либо пустоты. При этом машина обеспечивает точную дозировку ППУ и его подачу с разной скоростью по желанию оператора. Для более точного понимания возможностей моделей с этим названием обратите внимание на таблицу, расположенную ниже.

Марка устройства	Reactor
Модификация	IPH-25	IPH-40
Давление, Бар	140	140
Производительность maxi, кг/мин	9,5	9,2
Мощность у-ва подогрева, кВт	9,0	15,3
Подогрев шлангов	да	да

Когда производится заливка пенополиуретана в пустоты, обязательно нужно использовать костюм химзащиты – тем, кто служил в армии, такая одежда знакома. В этот комплект входят:

комбинезон с капюшоном для защиты от пыли, аэрозолей, химикатов, кислотных соединений и щелочей;
панорамная маска (прозрачный пластик) с противоаэрозольным респиратором;
каскетка;
бахилы;
перчатки;
монтажный страховочный пояс для работы на высоте.

Утепление ППУ колодцевой кладки

Для заливки ППУ в колодцевую кладку после возведения стены или даже после её длительной эксплуатации нужны отверстия Ø 12-14 мм, чтобы просунуть наконечник нагнетательного шланга. Сделать их несложно – для этого понадобится только перфоратор со сверлом нужного диаметра и даже рулетка не нужна. Расстояние между отверстиями по вертикали и по горизонтали 100-125 см и это легко определить по количеству кирпичей в ряду кладки. Так, по вертикали это 14-16 рядов, а по горизонтали 4-5 штук (учитываются размеры кирпича по толщине 65 мм и по длине 250 мм).

Также заливка пенополиуретана может осуществляться непосредственно в процессе строительства дома, когда возводятся стены с колодцевой кладкой. Это очень удобно, так как не требует никаких дополнительных действий вроде сверления отверстий между кирпичными рядами. То есть, этот вариант строительства изначально предлагает утеплённую стену, которую останется только облицевать. Возможно, в районах Крайнего Севера такого слоя теплоизоляции будет недостаточно, но это уже технический вопрос, решаемый по месту его возникновения.

Видео описание

Заливка ППУ бытовой установкой.

Утепление мансард и чердаков

Возможно, у вас создалось впечатление, что для заливки пенополиуретана обязательно нужно пространство между двух вертикально возведенных плоскостей, но это не так. При наличии нужного оборудования жидкую теплоизоляцию можно заливать на открытые вертикальные и наклонные плоскости, как это показано на верхней фотографии. Ведь, по сути, укладка вспененного вещества здесь ничем не отличается от нанесения монтажной пены, только здесь нет такого мощного эффекта расширения. Поэтому, для утепления чердака или мансарды ППУ наносят на стены, крышу и пол, а после высыхания закрывают облицовочными материалами. Когда пена застывает на перекрытии между балками, то по ней даже можно ходить для того, чтобы настелить пол.

Примечание: заливка пенополиуретана для утепления домов имеет один недостаток: для этого понадобится специальное оборудование, а саму пену нужно заказывать в емкостях, по расчету от объёма заполняемых пустот.

Можно ли сделать пенополиуретан в домашних условиях

Сегодня, пожалуй, многие домашние умельцы хотят, чтобы для заливки пенополиуретана были какие-то бюджетные методы, так как при утеплении собственного дома вряд ли кто-то станет покупать специальное оборудование. Получается, что сам материал относительно дешевый, а вот его монтаж влетит в копеечку. Понятно, что у профессионалов все по-другому – один раз купил агрегат и пользуешься ним много лет, а вот, как быть с единовременной потребностью?

Базовый принцип

Именно по этой причине нужно специальное оборудование, в котором эти компоненты смешиваются и сразу направляются в нужное место. Получается, что на заводе изготавливают не саму пену, а только компоненты, так как готовый ППУ попросту застынет по пути к объекту.

Видео описание

Заливка ППУ в полость стен (без оборудования).

Утепление пенополиуретаном своими руками

Тем не менее, заполнение пустот в стенах, утепление перекрытий, мансард, балконов и даже трубопроводов можно осуществить в домашних условиях. Для этого понадобится монтажная пена в баллонах в профессиональном исполнении (под пистолет), адаптер от этого пистолета и обычный краскопульт.

Адаптер для пистолета накручивают на краскопульт, подключенный к компрессору. Затем накручивается баллончик с монтажной пеной (тот же ППУ) и можно приступать к работе. Делать напыление на ровной поверхности несколько проще, чем на трубопроводе, так как будет меньше бесполезного разбрызгивания материала. Но, как бы там ни было, факел от краскопульта достаточно мощный и будет сдувать первый слой. Поэтому придется приловчиться или «набить руку» чтобы этого не происходило. Лучше всего, если между нанесением одного слоя на другой делать перерывы по 10-15 минут.

Из одного баллона монтажной пены в среднем получается 10 л или 0,1 м3 застывшего вещества. Конечно, это большой расход, но это делают, так как затраты окупаются. Например, так можно изнутри утеплить фургон грузового или полупассажирского автомобиля, а затем обтянуть стены и потолок дерматином или каким-либо жестким материалом. Здесь вы не только утепляете свой транспорт, но и делаете звукоизоляцию. Ещё этот метод хорош для утепления лоджий и балконов, так как при обычной задувке щелей получается много отходов.

Заключение

Возможно, что заливка ППУ со временем будет осуществляться каким-либо другим оборудованием, более доступным для домашнего мастера, который привык выполнять подобные работы самостоятельно. В Сети есть предложения сделать пенополиуретан своими руками, но, если вас уверяют, что это возможно в домашних условиях – не верьте – вы зря растратите силы и средства. Но на данный момент, это достойная ниша для открытия собственного бизнеса, так как утеплители всегда будут в цене.

Читайте также: