Теплоизоляционные конструкции и решения

Исследования показывают, что при эксплуатации типичного жилого дома через стены теряется до 40% тепла, через окна — 18%, подвал — 10%, крышу — 18%, вентиляцию — 14%. Поэтому свести теплопотери к минимуму возможно только при комплексном подходе к энергосбережению. Из приведенных данных следует, что недостаточное термическое сопротивление ограждающих конструкций наиболее существенно снижает энергоэффективность зданий. Однако утеплением лишь ограждающих конструкций нельзя добиться значительного уменьшения теплопотерь, поскольку существенная их доля приходится на так называемые «мостики холода», то есть участки интенсивного теплообмена с окружающей средой. Такие участки чаще всего образуются в местах контакта плит перекрытий с несущими стенами, в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок, а также при проседании некачественного теплоизоляционного материала в трехслойных ограждающих конструкциях с утеплителем в качестве среднего слоя.

Поэтому современные системы утепления предусматривают создание комплексной защитной термооболочки вокруг конструкций здания. Такая оболочка включает в себя утепление контактирующих с грунтом конструкций фундамента в сочетании с утеплением скатных или плоских крыш, а также устройство современных фасадных систем, передвигающих зону положительных температур в несущие конструкции. Этот комплекс мер исключает появление «мостиков холода», повышает тепловое сопротивление ограждения и предотвращает выпадение конденсата, пагубно влияющего на теплоизолирующие и другие эксплуатационные характеристики конструкций.

Таким образом, определяется весьма и весьма широкий круг задач, для решения которых необходимы теплоизоляционные материалы. Однако, такие факторы эксплуатации строительных конструкций, как температурный и влажностный режим, наличие нагрузок и деформационных воздействий, агрессивные химические среды, а также большое разнообразие используемых в конструкциях материалов предъявляют весьма различающиеся, а порой — и диаметрально противоположные требования к утеплителям.

В зависимости от условий эксплуатации к теплоизоляционному материалу предъявляется набор специфических требований. В соответствии с этими требованиями и осуществляется выбор типа материала.

Мы рассмотрим наиболее распространенные строительные решения и соответствующие им требования по физико-химическим свойствам, предъявляемые к теплоизоляционным материалам.

Решения для изоляции кровли

При выборе теплоизоляционных материалов для различных видов кровель следует учитывать, что на срок их службы оказывают существенное влияние температурно-влажностный режим эксплуатации конструкции, возможность диффузионного увлажнения, а также воздействие ветровых, снеговых и прочих механических нагрузок.

Кроме того, утеплители должны сохранять теплоизоляционные свойства на протяжении долгого времени, а также быть водостойкими, биостойкими, не выделять в процессе эксплуатации токсичных и неприятно пахнущих веществ и соответствовать требованиям пожарной безопасности.

Несущим покрытием в плоских кровлях служат профилированный стальной лист или железобетонная плита. Тепловая изоляция должна защищать покрытие от воздействий переменных температур наружного воздуха, выравнивать температурные колебания основного массива покрытия, не допуская появление трещин вследствие неравномерных температурных колебаний. Кроме того, к теплоизоляционным материалам в таких конструкциях предъявляются повышенные требования по механической прочности — в частности, прочности на сжатие и на отрыв слоев. Во избежание конденсации влаги внутри системы, между основанием и утеплителем необходим слой пароизолятора, например, пленка или приклейка горячим битумом. Также необходим внешний гидроизоляционный слой.

По перечисленным выше показателям для утепления плоских кровель могут применяться минераловатные плиты повышенной жесткости (например, плиты РУФ БАТТС различных модификаций), вспененное стекло, пенополистирольные плиты (однако при применении последних по противопожарным нормам необходимо устройство цементной стяжки).

Скатные кровли, пожалуй, в малоэтажном строительстве пользуются куда большей популярностью, поскольку они обеспечивают лучшую гидро- и теплоизоляцию. Кроме того, такая конструкция позволяет устраивать мансарды, увеличивающие полезную площадь дома. Для утепления скатных кровель требования по прочности к теплоизоляционным материалам не столь жестки, но важно, чтобы материал не проседал под собственным весом — не давал усадку, так как в этом случае под коньком очень вероятно возникновение мостиков холода.

Лишь отчасти для утепления скатных крыш и мансард подходит пенополистирол, поскольку его горючесть предъявляет повышенные требования к противопожарным мероприятиям, включающим антипиреновую пропитку деревянных конструкций, устройство огнезащитных слоев и т.д.

Поэтому наиболее целесообразно применять минераловатные плиты небольшой плотности, такие как гидрофобизированные плиты из базальтовых горных пород ЛАЙТ БАТТС или еще более легкие маты ЛАЙТ МАТ, которые предназначены для утепления ненагруженных кровельных конструкций. Для изоляции чердаков, скатных крыш, перекрытий хорошие результаты дает использование плит ФЛЕКСИ БАТТС.

Решения для изоляции внешних стен

Система наружного утепления «мокрого» типа с тонкой штукатуркой состоит из нескольких последовательно накладываемых слоев: утеплителя, крепящегося на несущую конструкцию, клеевого состава с армирующей стеклопластиковой сеткой, базового и декоративного слоев штукатурки. Эта система предъявляет повышенные требования к таким свойствам утеплителя как прочность на отрыв слоев, влагопоглощение и теплопроводность. Поэтому в качестве утеплителя здесь используются минераловатные плиты из базальтового волокна, вспененный пенополистирол и реже — плиты из экструдированного пенополистирола.

Несколько отличается от вышеописанной система с толстой штукатуркой — в данном случае утеплитель накалывается на анкеры с шарниром, затем накладывается сварная сетка из нержавеющей стали и сверху — толстый слой штукатурки.

В обоих случаях предпочтительнее использовать минераловатные плиты с высокой плотностью (например, гидрофобизированные минераловатные плиты FAÇADE BATTS и ПЛАСТЕР БАТТС соответственно) или двухслойные плиты — с повышенной плотностью наружного слоя и пониженной плотностью внутреннего.

А вот использование пенополистирола, в соответствии с требованиями пожарной безопасности, имеет ряд ограничений. Так, строительными нормативами разрешается использовать полистирольные плиты на фасадах с обрамлением оконных и дверных проемов и межэтажных рассечек из минераловатных плит.

В описанных штукатурных системах утепления фасадов теплоизоляционный материал крепится к существующей конструкции кирпичной стены с помощью дюбелей, а затем поверх утеплителя наносятся слои минеральной штукатурки по сетке. Проведенные расчеты установили, что для условий Московской области эксплуатационная влага, поступающая в ограждение при диффузии водяных паров, не скапливается в толще стены. Однако колебания температуры наружного воздуха вызывают колебания температур наружной поверхности и в толще стены. По величине коэффициента теплоусвоения можно установить «слой резких колебаний», характеризующийся тем, что тепловая инерция этого слоя, находящегося у наружной поверхности ограждения Д = S RiSi, должна равняться единице. Для кирпичной стены с утеплением из минераловатных плит «слой резких колебаний» находится на расстоянии 7,3 см от наружной поверхности стены (Д = 0,99). При резких изменениях температуры наружного воздуха, особенно в зимнее время, температура на поверхности дюбеля оказывается ниже, чем температура в слое минераловатной плиты. В этом случае влага, находящая в порах минеральной ваты будет конденсироваться на поверхности дюбеля в виде инея и наледи. Существующие конструкции дюбеля состоят из металлического стержня в пластмассовой оболочке. Коэффициент теплопроводности металла более чем в сорок раз больше теплопроводности минераловатных плит. Поэтому распространение «холодной волны» в дюбеле будет происходить значительно быстрее, чем в толще минераловатной плиты и поверхность дюбеля будет охлаждаться быстрее. В зимнее время при колебании минусовых температур наружного воздуха на поверхности дюбеля будет происходить периодическое образование «шубы» из инея и наледей.

При устройстве плоских кровель над террасами дома и эксплуатируемых плоских кровель традиционной конструкции в совмещенном покрытии будут наблюдаться аналогичные явления. При утеплении плоской кровли плитами из минеральной ваты (например, РУФ БАТТС) толщиной 15 см толщина «слоя резких колебаний» составит 6,5 см (Д=1,01). При температуре внутреннего воздуха 20 оС, относительной влажности внутреннего воздуха 60% и наружного 80% и температуре наружного воздуха -15 оС с внутренней стороны кровельного ковра образуется конденсат. При колебаниях наружной температуры и, в особенности при переходе через 0 оС, влага будет оттаивать и замерзать, что приведет к разрушению кровельного ковра.

Для предотвращения образования конденсата с внутренней стороны кровельного ковра в зоне дюбелей следует обработать паронепроницемой мастикой места прохождения дюбеля через пароизоляционный слой.

Навесные вентилируемые фасады характеризуются наличием воздушной прослойки между крепящимся на несущую конструкцию утеплителем и дождевым экраном, также выполняющим декоративные функции. При проектировании наружных ограждений с вентилируемой воздушной прослойкой эффективность теплоизоляции будет зависеть от размеров приточных и вытяжных отверстий, находящихся в нижней и верхней части вентилируемого фасада, а также от соотношения влагосодержания воздушной прослойки и наружного воздуха. Утеплитель, используемый в таких системах, должен иметь длительный срок эксплуатации, обладать негорючестью, химической и биологической стойкостью, сохранять стабильную форму и высокие теплоизолирующие характеристики; позволять водяным парам и влаге беспрепятственно походить в воздушную прослойку, предотвращая образование и скопление на конструкциях разрушающего их конденсата.

Перечисленным требованиям соответствуют жесткие гидрофобизированные минераловатные плиты из базальтовых горных пород, например, ВЕНТИ БАТТС. Эти материалы на основе неорганических волокон являются неблагоприятной средой для образования плесневых и других грибков, а также обладают высокими тепло- и шумопоглощающими свойствами.

Может быть использована и двухслойная минераловатная плита: более плотный слой устанавливается на наружной стороне фасадных конструкций, менее плотный — непосредственно на несущую стену, так как мягкий слой позволяет утеплителю лучше прилегать к неровностям утепляемой конструкции.

Следует заметить, что такие навесные фасады нечасто применяются в коттеджном строительстве из-за более высокой стоимости и сложности монтажа.

Трехслойные ограждающие конструкции с расположением утеплителя средним слоем между двумя несущими слоями могут изготавливаться с использованием практически любых конструкционных материалов — от древесных панелей до железобетона и кладки из штучных каменных материалов. Внутренняя и наружная стенки, соединенные гибкими связями в виде арматурных стержней или каркасов, уложенных в горизонтальные швы кладки, обеспечивают прочность конструкции, а внутренний утепляющий слой — требуемые теплозащитные параметры. Толщина утепляющего слоя выбирается в зависимости от климатических условий и вида утеплителя. В отечественном малоэтажном строительстве такие конструкции получили довольно широкое распространение, особенно к востоку от Урала.

Из-за неоднородной структуры трехслойной стены и применения материалов с различными теплозащитными и пароизоляционными характеристиками в толще конструкции может образовываться конденсационная влага, наличие которой снижает теплоизоляционные свойства ограждения. Поэтому при возведении трехслойных стен следует предусмотреть их защиту от увлажнения.

В трехслойных конструкциях к утеплителю предъявляются особые требования по устойчивости к деформациям и влагостойкости, так как в данном случае ремонтно-восстановительные работы невозможны.

Этим требованиям отвечают изделия из минеральной ваты, пенополистирола и отчасти — пенобетона. Так, легкие гидрофобизированные минеральные плиты на основе базальтовых пород КАВИТИ БАТТС используют в качестве среднего теплоизоляционного слоя в трехслойных стенах из мелкоштучных материалов.

Пенополиуретан, как в виде готовых панелей, так и затвердевающих на месте смесей также можно использовать в качестве утеплителя для изготовления трехслойных панелей или в качестве заливки для полостей предварительно возведенных конструкций, состоящих из несущего каркаса и облицовочного слоя (колодцевая кладка).

Панели из пенополистирола используются для утепления в конструкциях, включающих слоистую кладку, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные с металлическими обшивками — т.н. «сэндвич-панели».

Решения для общестроительной изоляции

Теплоизоляция таких элементов дома, как внутренние перекрытия, перегородки, полы и потолки позволяет значительно улучшить микроклимат жилых помещений. Для утепляющих материалов в данном случае на первый план выходят противопожарные, гигиенические и звукоизолирующие требования.

В перекрытиях балочного типа несущую функцию выполняют балки из дерева, металла или железобетона, уложенные на несущие стены или колонны. Как правило, деревянные балки перекрывают пролеты до 4,5 м, а металлические и железобетонные — до 6-9 м. В коттеджном строительстве особенно широкое распространение получили перекрытия по деревянным балкам. Пространство между ними заполняют накатом и тепло-, звукоизоляционным материалом. В междуэтажных перекрытиях на балки с шагом 600-800 мм укладывают деревянные лаги, по которым устраивают черный, а затем чистый пол или паркетные щиты. Потолок выполняют из подшивных досок или гипсокартонных листов.

В перекрытиях плитного типа несущей конструкцией является плита, которая одновременно служит основанием для укладки тепло- и звукоизоляционных материалов, полов и крепления подвесных потолков. Чаще всего используют многопустотные и сплошные железобетонные панели. Многопустотные плиты толщиной 220 мм перекрывают пролет до 6,6 м, сплошные — при толщине 120 мм могут перекрывать пролет до 4,2 м, а при толщине 160 мм — до 6,6 м.

В зависимости от местоположения перекрытия могут быть чердачными, отделяющими верхний этаж дома от чердака, междуэтажными, отделяющими этажи, цокольными и надподвальными, отделяющими первый этаж дома от подполья или подвала.

Чердачные перекрытия коттеджей обычно утепляют плитами из минерального волокна, которые укладываются между балками или на плиту перекрытия. Толщина слоя утеплителя выбирается в зависимости от теплоизоляционных характеристик утепляющего материала. Утеплитель укладывают на пароизоляционный слой из полиэтиленовой пленки. Для уменьшения потерь тепла через мостики холода поверх балок укладывают дополнительный слой теплоизоляционного материала.

Чтобы уменьшить вынос тепла из легких волокнистых материалов в результате воздействия воздушных потоков (сквозняков) их необходимо защитить от продувания ветрозащитным паропроницаемым материалом. Его использование позволяет не только улучшить теплозащиту чердачного перекрытия, но и предотвратить намокание утеплителя в результате попадания на него влаги (например, при незначительных повреждениях и мелких протечках кровли). Со стороны карниза утеплитель также следует защитить от воздействия ветра. Для этого можно использовать плиты из минеральной ваты высокой плотности.

Для обеспечения нормальной теплозащиты дома утепляющий материал должен не только полностью укрывать чердачное перекрытие, но и частично заходить на наружную стену, перекрывая находящийся в ней слой теплоизоляции.

Утепление чердачных перекрытий с несущей конструкцией в виде многопустотной или сплошной железобетонной панели (плиты) производится аналогично перекрытиям балочного типа. Железобетонные плиты обладают достаточно низкой паропроницаемостью, поэтому устройство пароизоляционного слоя с «теплой» стороны утеплителя необязательно.

Теплоизоляция в конструкциях фундамента влияет не только на энергозатраты, но и, наряду с гидроизоляцией, дренажом и механической защитой наружных стен, на сохранность несущих конструкций здания.

Комфортный температурный и влажностный режим достигается лишь при условии, что все соприкасающиеся с грунтом элементы здания теплоизолированы. Как считается, наиболее эффективна сплошная наружная теплоизоляция подвала (теплоизоляция периметра). Если теплоизоляция целиком располагается снаружи гидроизоляции, то и сама гидроизоляция, и элементы сооружения получают дополнительно защиту от механических и термических воздействий.

В зоне периметра элементы здания вследствие контакта с грунтом должны отвечать особо жестким требованиям. Поэтому здесь находят применение теплоизоляционные материалы из экструдированного пенополистирола или пенополиуретана, которые благодаря высокой прочности на сжатие, позволяющей выдерживать значительное давление грунта, стабильности линейных размеров, невосприимчивости к воздействию влаги и практически полному отсутствию водопоглощения, сохраняют теплоизолирующие свойства в течение долгого времени.