| Новейшие строительные материалы и конструкции | Факультет строительных технологии, инфраструктуры и менеджмента |
| 1 - кредит | Первый семестр, 2010-2011 учебный год |
| ЛЕКЦИЯ № 14. Энергоэффективные строительные материалы. Классификация и основные свойства теплоизоляционных материалов и изделий. Функциональные и эксплуатационные характеристики. | Ассоциированный профессор, к.т.н. Естемесова Аксая Сансызбаевна |
1. Краткое содержание занятия
Существующие рекомендации по выбору уровня теплозащиты разработаны на основе теплового баланса здания, расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций, с учетом требований к конструктивным и архитектурным решениям зданий и теплозащитой современными теплоизоляционными материалами. Энергоэффективные материалы теплоизоляции (утеплители) должны соответствовать следующим требованиям: при минимальной толщине материала иметь низкий коэффициент теплопроводности (не выше 0,03-0,08 Вт/мК), низкую паропроницаемость (способность материала не пропускать пар, влагу и не терять своих свойств), низкую плотность (минимальные дополнительные нагрузки на конструкцию здания), высокую водостойкость и химическую устойчивость к агрессивному влиянию окружающей среды.
Большинство имеющихся на рынке теплоизоляционных материалов можно подразделить на следующие основные подгруппы:
1.Минераловатные и стекловатные плиты и маты;
2.Пенопласты: пенополистирол, пенополиуретан, пеноизол;
3.Вата и плиты из растительных, древесных волокон или волокон животного происхождения;
4.Вспученные природные материалы: пеностекло, перлит, вермикулит, пенокерамика и др.
Материалы из первой подгруппы получают путем расплава каменного или стеклянного сырья и далее из этих волокон формируют плиты или маты различной плотности, при этом в процессе производства расходуется большое количество энергии. В качестве связующего для плит используют около 5% синтетических фенолформальдегидных и др. полимеров. Обязательным условием применения минераловатных и стекловатных плит является устройство сплошной пароизоляции с внутренней поверхности здания и соответственно устройство приточно вытяжной вентиляции. Это устройство предотвращает в некоторой степени попадание в помещения формальдегида, фенола и др. вредных, канцерогенных вешеств, выделяющихся из связующего весь период их эксплуатации.
Материалы второй группы получают путем вспучивания и формования различных полимеров. Их свойства зависят от вида полимера (полистирол, полиуретан, карбамидоформальдегид и др.), плотности и способа формования (экструзия или беспрессовый метод). Экструзионные пенопласты имеют в основном замкнутую пористость и, как следствие, низкие теплопроводность и водопоглощение.
Третья группа теплоизляционных материалов наиболее обширна – это материалы из распушенных растительных и древесных волокон: древесноволокнистые плиты, целлюлозная вате (эковата), маты из льняного, конопляного, кокосового, хлопкового волокна, а также овечья шерсть, утиный пух. Эти органические волокнистые материалы имеют существенное отличие от минеральных волокон и пенопластов – они способны своими капилярными волокнами впитывать излишки влаги и проводить ее через стены к наружной поверхности, воздушные поры при этом остаются сухими и поэтому теплопроводность при увлажнении до 20-23% практически не меняется. При их использовании для изоляции здания устройство сплошной пароизоляции не требуется, тем самым в здании поддерживается наиболее комфортный климат. Для предотвращения возгорания и гниения в целлюлозную вату вводят антипирены и антисептики (бура и борная кислота).Древесная или целлюлозная вата в отличие от плит и матов подается в конструкцию по шлангу пневмотранспортом, заполняя все полости и создавая бесшовную изоляцию, устраняя утечки тепла по щелям на контакте конструкции и изоляции, существенно повышая энергоэффективность теплоизоляции.
Важным показателем для выбора теплоизоляционного материала является не только плотность, но и его теплоемкость. Высокая теплоемкость характерна для древесноволокнистых и целлюлозных утеплителей, а низкая для стекло и минеральной ваты, пенополистирола и особенно полиэфирного волокна.
Сырьевым ресурсом для производства энергосберегающих теплоизоляционных материалов с использованием целлюлозосодержащих заполнителей являются отходы сельскохозяйственного производства и дикорастущие растения: костра льна, конопли, джута, кенафа, стебли хлопчатника, тростника, рисовой соломы и др.
Теплоизоляционные материалы четвертой группы получают вспучиванием природных минеральных веществ: вулканических стекол, перлитов, глин и др, коэффициент теплопроводности материалов составляет от 0,023-0,032 (Вт/мК).
ВНИИСТРОМом разработана технология производства энергоэффективного легковесного керамического теплоизоляционно-конструкционного материала от большеразмерных блоков до кирпича стандартного формата. С отделкой лицевым керамическим кирпичом этот материал обеспечивает снижение толщины стен жилых зданий до 380 мм и сохранение микроклимата с высокими теплозащитными свойствами. Средняя плотность легковесного керамического материала 200-800 кг/м3, коэффициент теплопроводности - 0,25-0,26 Вт/мК, прочность при сжатии 10-12,5 МПа, морозостойкость F 25-50. Сырьевые материалы (трепел, диатомит или опока), содержат активный кремнезем, который при температуре обжига 650-750 ºС за счет разложения кальцинированной соды с выделением СО2 в присутствии каустической соды способствуют получению пористого и прочного кирпича.
Инновационный продукт Bonolit D300 - автоклавный аэрированный газобетон (AAC – Aerated Autoclaved Concrete), состоящий из цемента, гипса, извести песка и воды. Обладает высокой прочностью на сжатие (класс прочности В1,5), коэффициент теплопроводности 0,08 Вт/мºС.
Для отделки как наружных, так и внутренних поверхностных стен из ячеистобетонных блоков используют легкие «теплые» теплоизоляционные штукатурки на основе перлита и вермикулита Вермикулитовые штукатурки отличаются более высокими адгезионными свойствами по сравнению со штукатурками на основе перлита. Это связано со слоистой структурой и более высокой упругостью частиц вспученного вермикулита, состоящих из множества гибких слюдяных слоев.
Современные энергоэффективные теплоизоляционные материалы постоянно пополняют новые их виды. Первый опыт применения теплоизоляционных материалов казахстанского содержания в отечественном строительстве показал, что для предельного снижения затрат на энергию следует выбирать не отдельные строительные материалы с максимальным показателем термического сопротивления, а рассматривать «расход энергии на отопление» всего здания.
В отличие от понятия «теплоизолирующая система» не представляется возможным сформулировать понятие «нетеплоизолирующая система». Основное различие этих систем заключается в том, что теплоперенос через теплоизолирующую систему значительно меньше, чем теплоперенос через нетеплоизолирующую систему.
Для достижения вышеуказанных целей необходимо выполнение двух условий:
а) термическое сопротивление системы и дополнительно применяемого слоя теплоизоляционного материала должно соответствовать или превышать минимальное значение, установленное для конкретного варианта их применения;
б) теплоизоляционный материал должен обладать эффективными теплотехническими характеристиками.
2. Контрольные вопросы
1. К каким подгруппам относятся минераловатные изделия?
2. Какие теплоизоляционные материалы относятся к энергоэффективным?
3. Какие современные теплоизоляционные материалы Вы знаете?
Глоссарий
| Термин | Пояснение |
| Энергосберегающий материал | Материал, позволяющий повысить эффективность использования энергетических ресурсов. |
| Эффективные теплоизоляционные материалы | Материалы с низким объемным весом. Наиболее эффективными являются пенопласт (пенополистирол), различные виды минеральной ваты. Из естественных эффективных утеплителей наилучшими являются солома и камыш. |
| Ва́та минера́льная Минера́лды мақта́ | Теплоизоляционный материал в виде слабо уплотненной массы стекловидных волокон, получаемый из силикатных расплавов на основе доменных шлаков, а также из смесей осадочных (мергель, доломит, известняк) и изверженных (диабаз, базальт, порфирит и т. д.) горных пород. |
| Ва́та стекля́нная Айна́лы мақта́ | Рыхлый материал, состоящий из переплетенных между собой тонких стеклянных волокон. Сырьем для получения служат кварцевый песок, известняк, кальцинированная сода. |
| Ва́та целлюло́зная (экова́та) Целлюло́зды мақта́ | Древесный волокнистый материал, изготавливаемый из макулатуры. Эковата состоит из 80 % газетной бумаги, а 20% составляют нелетучие, безопасные для здоровья добавки, служащие антисептиками и антипиренами. |
| Пенопла́ст Көбі́кпласт | Ячеистая пластмасса, плотность которых уменьшается за счет множества небольших пор (ячеек), которые распределены по всему материалу и могут быть сообщающимися или несообщающимися. |
| Пенополивинилхлори́д Көбі́кполивинилхлорид | Жесткий или полужесткий теплоизоляционный материал с закрытой, в основном ячеистой структурой, полученный вспениванием винилхлоридных полимеров. |
| Пенополиизоцианура́т Пе́нополиизоцианурат | Жесткий теплоизоляционный материал с закрытой, в основном ячеистой структурой, полученный на основе полимеров изоциануратного типа. |
| Пенополистиро́л Көбі́кполистирол | Жесткий теплоизоляционный материал (разновидность термопластичных пенопластов) с закрытой, в основном ячеистой структурой, полученный путем спекания гранул вспененного полистирола или одного из его сополимеров. |
| Пенополиурета́н Көбі́кполиуретан | Теплоизоляционный материал, разновидность пенопластов, получаемый вспениванием полиуретанов. |
| Пенополифено́л (фенольный пенопласт) Пе́нополифенол | Жесткий теплоизоляционный материал, полимерная структура которого создается, главным образом, в результате поликонденсации фенола, его гомологов и/или производных с помощью альдегидов или кетонов. |
Задание на СРМ
Свойства энергосберегающих строительных материалов.
Задание на СРМП
Резервы энергосбережения зданий
Список литературы
Основная литература:3[28 - 32], 2,9
1. Фокин К.В. Строительная теплотехника ограждающих частей здания /Под ред. Ю.А. Табунщикова., В.Г.Гагарина.-М.:АВОК-Пресс, 2006
2. Горлов Ю.П. и др. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. М: Высш.шк., 1989.
3. Закон № 541-IV ЗРК РК "Об энергосбережении и повышении энергоэффективности" от 13 января 2012 года.
Дополнительная литература: [1,4,7,15]
1. Мирзаходжаев А.А. Декоративные облицовочные материалы на основе стекла для строительства. Монография.Алматы КазГАСА, 2000.-131 с.
2. Байболов С.М., Джалгаспаев А.У., Орынбеков С.Б. Получение и исследование теплоизоляционных материалов из пенополистирола. Алматы, ААСИ, 1989.
3. Горлов Ю.П..Лабораторный практикум по технологии теплоизоляционных материалов М.Высшая школа 1982 г.
4. Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции.-Л.:Стройиздат.1990.