Теплоізоляція будинку: вибір матеріалів та способів їх застосування

Перед тим як вибрати утеплювач для дому, потрібно визначитися з цілями утеплення, чого ми з його допомогою хочемо досягнути і наскільки далеко готові зайти на цьому шляху.

Тепловий опір і будівельні норми

При плануванні утеплення варто орієнтуватися на діючі вимоги до теплового опору зовнішніх огороджувальних конструкцій.

Головна характеристика утеплювачів теплопровідність. Вона показує здатність матеріалу проводити тепло. Коефіцієнт теплопровідності – це потужність потоку теплоти, що проходить через 1 кв. м перешкоди товщиною 1 м при різниці температур на її протилежних поверхнях у 1 градус. Розмірність теплопровідності – Вт/(м·К).

У будівництві при теплотехнічних розрахунках використовується величина, зворотна теплопровідності – приведений опір теплопередачі R₀=d/λ, де:

R₀ – термічний опір в розрахунку на одиницю площі огороджувальної конструкції;
d – товщина однорідного шару, для якого розраховується опір;
λ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу.

Розмірність наведеного теплового опору – м²·К/Вт. Застосування тут градусів Цельсія (°С) та градусів Кельвіна (К) однаково правомірно.

Опір теплопередачі огороджувальних конструкцій нормується в залежності від кліматичних умов, які виражаються інтегральним числовим параметром – градусо-добу опалювального періоду (ГСОП). Для визначеності припустимо, що утепляемый будинок знаходиться поблизу Москви. Для Московської області ГСОП округлено становить 4900°С·добу при температурі повітря в приміщенні 20°С.

Лінійна інтерполяція табличних параметрів з СНиП 23-02-2003 «Тепловий захист будівель» дає нам нормативні величини термічного опору основних огороджувальних елементів житлового будинку:

стіни – 3,12 м²·К/Вт;
горищне перекриття, підлога над неопалюваним підвалом, дах мансарди – 4,11 м²·К/Вт;
вікна та балконні двері – 0,52 м²·К/Вт.

Знаючи ці числа, можемо підбирати теплоізоляційні матеріали щодо їх головному якості – теплопровідності. Але перед тим як вибрати теплоізоляцію, потрібно знати, скільки нам не вистачає до норми. Наприклад, для цегляної стіни товщиною 380 мм знадобиться утеплення з термічним опором не нижче 2,19 м²·К/Вт, оскільки власний опір цегляної кладки такої товщини становить 0,93 м²·К/Вт.

Розрахунки зроблені для стін з пустотілої керамічної цегли щільністю 1200 кг/м³, складених на «теплому» цементно-піщаному розчині і експлуатованих у вологих умовах.

Приклад розрахунку: візьмемо в якості утеплювача пінопласт з теплопровідністю 0,037 (Вт/м·До). Помноживши необхідну добавку до теплового опору на теплопровідність пінопласту, отримуємо потрібну нам товщину – 0,081 м. Шар пінопласту товщиною 81 мм дасть необхідне утеплення.

Теплоізоляція і волога

При теплоізоляції необхідно враховувати вплив утеплення на вологісний режим стін. У приміщенні, де знаходяться люди, вологість підвищується порівняно з вулицею. Дихання людей, прання та сушіння одягу, приготування їжі – все це джерела вологи, частина якої, від 1 до 3%, не видаляються вентиляцією, а проникає в стіни. Дифузія водяної пари відбувається від більшій концентрації в сторону меншої – зсередини назовні. У теплу погоду пар залишає стіну через її зовнішню поверхню. Але при похолоданні в стіні може відбуватися його конденсація. Волога, що перейшла в рідку фазу, накопичується в стіні і викликає неприємні наслідки:

посилення морозного руйнування матеріалу стіни;
підвищення вологості у приміщенні;
поява і розвиток цвілевого грибка, який погіршує самопочуття людей і руйнує стіну.

Тому дуже важливо дотримання балансу. Накопичення вологи в холодний сезон має бути зведене до мінімуму і забезпечено її безперешкодний висновок протягом усього року. Нижче показана діаграма поперечного розрізу стіни. На ній графіки температури і температури «точки роси» дуже близько підходять один до одного. Конденсації немає, але вона може виникнути при зниженні зовнішньої температури.

Зовнішнє утеплення підвищує температуру стіни і в більшості випадків покращує вологісний режим. Але тільки якщо утеплювач і облицювання досить проникні для пари.

А так виглядає утеплення пінопластом:

Тут ситуація краща, але при зниженні температури в шарі утеплювача теж з’явиться конденсат.

Паропроникність утеплювача

Для стін багатошаровій конструкції обов’язково дотримуватися правила – опір шарів дифузії пара не повинно збільшуватися в напрямку зсередини назовні. Це необхідна умова для того, щоб не накопичувалася волога в матеріалі.

Утеплення капітальних стін за рідкісними винятками проводиться зовні. Значить, від утеплювача потрібна висока паропроникність. Матеріал з низькою паропроникністю, наприклад пінопласт, може стати причиною погіршення атмосфери в будинку і навіть руйнування стін. Особливо чутливі до зволоження стіни з дерева та грунтобетона (саману).

Якщо в наведеному вище прикладі пінопласт замінити мінеральною ватою, то конденсату не буде навіть при зниженні зовнішньої температури до -25°С. А якщо зсередини використовувати паробар’єр чи облицювання з низькою паропроникністю, то сухість стіни забезпечується в найскладніших умовах.

При вирішенні питання про те, яку теплоізоляцію вибрати в тому чи іншому випадку, необхідно враховувати не тільки теплопровідність матеріалів, але і їх проникність для водяної пари, а також конструкційні можливості того або іншого варіанта.

Огляд теплоізоляційних матеріалів

Теплоізоляційними називають матеріали, термічний опір яких важливіше, ніж міцність, морозостійкість та інші характеристики. Більшість теплоізоляторів має невисоку щільність за рахунок того, що в їх структурі великий обсяг займає повітря. Саме повітря надає їм теплоізоляційні властивості. Його теплопровідність при 0°С і нормальному тиску – 0,0244 Вт/(м·К), і чим ближче теплопровідність утеплювача цього значення, тим він краще.

Зробимо невеликий огляд найбільш ефективних і популярних теплоізоляторів.

Пінопласт

Пінопластами називають різні матеріали, але найчастіше, це спінений полістирол, вироблений безпресовим методом (EPS). Він випускається у вигляді плит товщиною від 20 до 100 мм і має вигляд щільно спресованих кульок, які порівняно легко відокремлюються від загальної маси. EPS пінополістирол має щільність від 10 до 50 кг/м³. Повітря займає до 97-98% його обсягу, тому теплопровідність пінопласту близька до теплопровідності повітря – 0,34–0,4 (Вт/м·До).

Цікаво, що залежність теплопровідності від щільності нелінійна і має мінімум в районі 25-30 кг/м³. Зі зниженням щільності, як і з її підвищенням, теплопровідність збільшується. З «верхньої» сторони причина очевидна – це зменшення обсягу повітря в матеріалі. З «нижньої» – причина у тому, що з зменшенням щільності збільшуються розміри газонаповнених порожнин і в них посилюється конвективний теплоперенос.

Пінопласт дуже популярний для теплоізоляції стін і перекриттів. Його головні переваги – низька теплопровідність, легкість, невисока вартість і простота монтажу утеплення. Цей короткий перелік можна доповнити:

відсутність запахів, пилу і волокон, для роботи з ним не потрібні засоби захисту;
матеріал легко ріжеться звичайним ножем;
розміри плит стабільні і практично не змінюються з часом або при коливаннях температури;
пінопласт біологічно інертний, його не вражають грибок, бактерії, комахи;
виробники пінопласту заявляють термін його експлуатації мінімум 25 років, але при правильному застосуванні він служить 40 років і довше;
пінопласт майже не вбирає воду: при повному тривалому зануренні об’ємний вміст води в зразку не перевищує 2%.

Є у пінопласту і недоліки:

горючість;
низька паропроникність;
при опроміненні ультрафіолетом відбувається руйнування матеріалу;
незважаючи на неїстівне, пінопласт пошкоджують гризуни, а часто – і домашня птиця;
при нагріванні пінопласту понад 75°С може початися термічна усадка плит і термодеструкція полістиролу з виділенням мономера стиролу.

Цей список – швидше особливості, які потрібно враховувати при використанні пінопласту. Але одна якість заслуговує окремого розгляду. Це горючість.

Горючість пінопласту: проблема визначень

Навколо протипожежних якостей пінопласту існує справжня «димова завіса» помилкової інформації і двозначних трактувань. Спробуємо розібратися в цьому питанні.

Полістирол відноситься до групи горючості Г4 – це сильно пальне речовина. До цієї ж групи належить поширений пінопласт марок ПСБ. Утеплення фасадів з його застосуванням неприпустимо. У будівництві застосовується так званий негорючий пінопласт ПСБ-С (самозатухаючий). В класифікації, прийнятої з 2014 року, він позначається ППС.

Виробники стверджують, що час самостійного горіння (після припинення дії зовнішнього вогню) не перевищує 4 с. І це цілком відповідає ГОСТ 15588-2014. За Гостом випробування проводяться за зразком розмірами 140×30×10 мм, шляхом впливу на нього полум’ям пальника протягом 4 секунд. На відео, наведеному нижче, показано дійсно вражаюче випробування пінопласту вогнем.

Однак у реальній ситуації все може виявитися не так благополучно. Вплив вогню може бути більш тривалим, обсяг і маса доступного для горіння матеріалу набагато більше, із-за чого знижуються втрати тепла з вогнища загоряння.

Ось цитата з Рекомендацій «Вогнестійкість і пожежна безпека суміщених покриттів з основою із сталевого профільованого листа і утеплювачами з пінополістиролу», розроблених науково-дослідним інститутом протипожежної оборони МНС Росії в 2007 році:

«Випробуваннями фрагментів стін з різними типами обшивок і з утеплювачем ПСБ-С було встановлено, що такий утеплювач запалюється, як правило, вже через 3-4 хв від початку одностороннього теплового впливу режиму «стандартної пожежі, після чого має місце приховане поширення вогню по утеплювача усередині конструкцій. Горіння і розкладання полістиролу в панелях стін супроводжувалося утворенням плава, рясним виділенням диму та токсичних продуктів горіння і тривало практично до повного вигоряння утеплювача навіть при видаленні джерела теплового впливу на конструкції.»

Спроби оголосити пінополістирол марок ППС пожежно-безпечним лише на підставі його самозатухання в лабораторних умовах не цілком переконливі. У самому Гості вказується лише час самостійного горіння в чітко визначених умовах, але нічого не сказано про групу горючості. А адже при її визначенні враховуються різні параметри, такі як температура димових газів, освіта палаючих крапель розплаву та інші.

І все ж, пінопласт для утеплення будівель застосовувати можна, але необхідно пам’ятати про потенційну небезпеку цього матеріалу і не нехтувати заходами, розробленими для зниження пожежної небезпеки. При грамотному будівництві навіть з утепленням з пінопласту можна отримати конструкції з класом пожежної небезпеки К0 – безпечний.

EPS пінополістирол застосовують для утеплення різних конструкцій.

У фасадних системах з покриттям тонким штукатурним шаром.

Під облицюванням з цегли.

Для теплоізоляції перекриттів і плоских покрівель «під стяжку», для ізоляції перекриттів від ударного шуму.

Скрізь пінополістирол захищається негорючими матеріалами.

Крім того, вертикальне утеплення пінопластом поділяється горизонтальними поясами з негорючих матеріалів, наприклад базальтової вати. Віконні прорізи теж слід окантовывать мінеральною ватою.

Якщо покрівля або кроквяна система містять горючі матеріали, то протипожежний пояс і влаштовується під карнизом даху.

Пінопласт варто 2-4 тисячі рублів за кубометр. Це без урахування інших матеріалів та роботи по утепленню.

Екструдований пінополістирол (XPS)

Екструдований пінополістирол (ЕППС) відрізняється від пінополістиролу типу EPS щільною поверхнею і дрібної закритій структурою.

Це щільний матеріал, котрі чинить опір спробам зім’яти його або надірвати. В основному його властивості відповідають властивостям пінопласту, але є і відмінності, що впливають на його застосування:

теплопровідність трохи нижче – 0,032 Вт/(м·К);
дуже мале водопоглинання – 0,5%;
практично нульова паропроникність – на рівні 0,014 (мг/м∙год∙Па);
стійкість до розподілених навантажень на стиск і обмежена стійкість до зосередженим навантаженням.

Завдяки низькому водопоглинанню, теплопровідність ЕППС не знижується навіть при прямому контакті з водою, а міцність на стиск робить його придатним в умовах, де на нього впливають високі навантаження. ЕППС застосовується для утеплення підвалів, фундаментів, ґрунту поблизу фундаменту. Його можна укладати під бетонну стяжку. Це найкращий матеріал для підлоги по грунту і по іншим слабким підстав.

З-за горючості (Г3–Г4) і низькою паропроникністю ЕППС не застосовується для утеплення стін вище цоколя.

Ціна екструдованого пінополістиролу – близько 4000 рублів за кубометр.

Рідкий пінопласт

Рідким пінопластом називають спінений матеріал на основі карбамідо-формальдегідних смол. Його основні властивості:

низька міцність на стиск, здатність відновлювати форму після деформації;
теплопровідність нижча, ніж у пінополістиролу – 0,028–0,038 Вт/м∙К;
висока паропроникність – 0,21–0,24 мг/м∙год∙Па;
здатність до абсорбції вологи без її конденсації і зниження теплового опору;
хороша адгезія до більшості матеріалів;
низька вартість.

Пінопласт карбаміду застосовується тільки в конструкціях, які не створюють навантажень на нього – в порожнистих каркасах і пустотних стінах.

Цей матеріал готується прямо на об’єкті, безпосередньо перед застосуванням. Його в рідкому вигляді заливають в порожнечі.

При цьому він піниться і заповнює весь доступний обсяг. Важливо, що при розширенні і при твердінні рідка піна не створює великого тиску на навколишні її поверхні. Завдяки цьому рідкий пінопласт можна використовувати не тільки в жорстких конструкціях, але і в каркасах, закритих м’якою мембраною.

Рідким пінопластом і заповнюють порожнечі у вже готових конструкціях.

Вартість карбамідного пінопласту – близько 300 рублів за кубометр разом з його приготуванням і заливкою. Це найдешевший матеріал серед сучасних теплоізоляторів.

Пінополіуретан

Пінополіуретан (ППУ) – це піна білого або жовтого кольору, що отримується при змішуванні і взаємодії двох компонентів поліольної і полиизоцианатной груп. При змішуванні відбувається реакція з утворенням пластичної маси у твердій фазі і великої кількості газоподібних продуктів, що створюють піну, яка згодом твердне.

Утворюється в результаті продукт володіє набором якостей хорошого теплоізолятора:

низькою теплопровідністю;
слабкою горючістю;
високою міцністю на стиск;
високою адгезією до більшості матеріалів.

Пінополіуретани ділять на дві групи – тверді і м’які. Тверді мають щільність від 30 до 150 кг/м³ і міцність на стиск до 1000 кПа.

Мінімальна теплопровідність матеріалів цієї групи – 0,026 Вт/м∙К. Це менше, ніж у будь-якого іншого теплоізолятора і показник впритул наближається до теплопровідності повітря.

М’які пінополіуретани – це знайомий всім поролон. Вони мають щільність від 8 до 30 кг/м³ і теплопровідність 0,03–0,04 Вт/м∙К. М’який ППУ застосовується в умовах, що виключають навантаження на нього, тому його міцність не нормується.

Пінополіуретан горючий, але погано поширює полум’я і проявляє схильність до самозатухання. Різні його марки відносять до різних груп горючості – від Г4 до Г2. Марки з низькою горючістю отримують введенням в склад компонентів антипіренів. ППУ групи Г1 теж є, але його реальне застосування – це поки що справа майбутнього.

Твердий ППУ застосовується напиленням, м’який – заливкою в порожнині. Для фасаду використовується напилення твердої «піни» з подальшим оштукатурюванням.

Напилення пенолиуретана дає безшовну теплоізоляцію, не має кріпильних елементів каркаса, які служать провідниками холоду.

Штукатурка захищає утеплювач від сонячних променів, атмосферної вологи і підвищує пожежну безпеку будинку.

Напиленням легко сховати навіть складну поверхню. На фотографії нижче показано, як власник дерев’яного будинку теплову ефективність волів міжвінцового утеплювача і автентичної зовнішності хати.

Однак при такому застосуванні потрібно враховувати низьку паропроникність ППУ і подбати про те, щоб дерев’яні стіни не накопичують вологу.

Для застосування пінополіуретану використовується спеціальне обладнання. Для роботи з ним необхідний захист очей, органів дихання і спеціальний одяг. Після затвердіння матеріал стає нейтральним і абсолютно безпечним. Його не пошкоджують гризуни, комахи, бактерії і грибки.

Єдиний серйозний недолік ППУ для утеплення – це висока ціна. Кубометр «піни» коштує в 1,5 – 3 рази дорожче, ніж куб пінопласту. У реальності різниця дещо менше з-за високої теплової ефективності пінополіуретану і технологічності його застосування. Але все ж таки вона досить велика.

Мінеральна вата

Мінеральна вата виготовляється з волокон, які утворюються з розплаву скла або базальту. Волокна скріплюються фенол-смолами формальдегідів.

Мінеральна вата не горить, але руйнується від високої температури за деструкції сполучної.
Щільність різних марок вати коливається від 11 до 150 кг/м³.
Теплопровідність знаходиться в діапазоні 0,036 до 0,044 Вт/(м∙К).
Мінеральна вата не схильна до гниття, нею не цікавляться комахи та гризуни можуть зіпсувати теплоізоляцію.

Головні параметри базальтової вати – це теплопровідність і щільність. Причому, саме те, якої щільності плита, визначає спосіб її застосування. Для каркасних конструкцій, в яких утеплювач не відчуває навантажень, застосовуються легкі плити або рулони щільністю до 50 кг/м³. Це утеплювачі для мансарди, для стін, для підлог по лагам.

Утеплення для покрівлі з вентильованим прошарком виконується з обов’язковою вологозахистом, яка запобігає потраплянню на вату конденсату, що утворюється на покрівлі.

Плитами високої щільності – 120-140 кг/м³ виконується утеплення плоскої покрівлі, як існуючої, так і не експлуатується. Ними ж можна утеплити підлогу способом «плаваюча стяжка по утепленню».

Ековата

Так називають утеплювач на основі целюлозного волокна. Ековата виготовляється з відходів паперової та текстильної промисловості. За виглядом і властивостями цей матеріал і справді дуже схожий на вату – така ж м’яка і пухнаста маса.

Саме ця «пухнастість» надає ековаті теплоізоляційні властивості. А її обробка антисептиками і антипіренами дає біологічну стійкість і перешкоджає її горінню.

Властивості ековати:

теплопровідність – 0,032–0,040 Вт/(м·К);
щільність – 30-75 кг/м³;
група горючості – Г2;
паропроникність – 0,3 мг/м·год·Па.

Ековата використовується в будівельних конструкціях, які не створюють на неї навантажень. Це порожнисті підлоги і перекриття, каркасні стіни, навісні фасади. Вона використовується в сухому або вологому вигляді. Сухий спосіб – це заповнення пухкої волокнистої масою порожнин за допомогою потоку повітря.

Таким чином заповнюються горизонтальні і вертикальні конструкції. Для вертикальних конструкцій необхідна вже змонтована обшивка. Заповнення утеплювачем проводиться через отвори в ній.

При вологому способі ековата наноситься напиленням у відкриті з одного боку каркаси. При цьому способі волокниста маса прилипає до поверхонь і утримується на них і після висихання.

Після нанесення виконується вирівнювання утеплювача і остаточна установка обшивки.

Виробники ековати стверджують, що вона абсолютно безпечна і не виділяє ніяких шкідливих речовин. Але з урахуванням того, що утеплення зазвичай проводиться зовні, ця характеристика не є визначальною. Важливіше те, що целюлозні волокна вільно пропускають через себе великі обсяги водяної пари без конденсації.

Для ековати не потрібно парозащита, як для інших матеріалів.

Вартість ековати разом з її укладанням, в залежності від способу нанесення і характеру утеплюючи конструкцій, коливається від 1600 до 3200 рублів за кубометр.

Вибір утеплювача для різних конструкцій

Знаючи основні властивості матеріалів для утеплення, можна робити вибір. А для зручності зберемо основну інформацію в таблицю:

Таблиця

	Щільність (кг/куб. м)	Теплопровідність (Вт/м К)	Паропроникність (мг/м год Па)	Водопоглинання (об.%)	Міцність на стиск (кПа при 10% деформації)	Група горючості	Ціна за куб. м.	Товщина шару з R₀ =2,19 (мм)
Пінопласт ПСБ-С (ПКС або EPS)	15 — 35	0,035 — 0,038	0,05	2	160 — 180	Г3 — Г4	1900 — 4200	81
Пінопласт XPS	23 — 45	0,032	0,014	0,2	100 — 200	Г4	4000	70
Рідкий пінопласт	10 — 30	0,028 — 0,038	0,21 — 0,24	20	7 — 49	Г2	300	72
Пінополіуретан	40 — 160	0,026 — 0,03	0,05	1 — 4	150 — 1000	Г2 — Г4	6500 — 12000	61
Базальтова вата	26 — 150	0,039 — 0,042	0,3 — 0,5	1,5	30 — 50	НГ	4000 — 7000	88
Ековата	30 — 75	0,032 — 0,045	0,3	—	—	Г2	1600 — 3200	77

Стіни з дерева чи саману: максимум уваги до вологи

Такі стіни дуже чутливі до зволоження. Утеплювати їх слід тільки проникними матеріалами з повітряним прошарком і не нехтувати внутрішньою парозахисною плівкою. Для них можна використовувати базальтову вату, ековату, рідкий пінопласт.

Вибираємо ніж утеплювати підлоги і перекриття

При утепленні перекриттів зазвичай не виникає питання про їх проникності для пари. Виняток – стеля під неопалюваним горищем. Особливість утеплення перекриттів і підлог – схильність до утеплювача навантажень на стиск. Тому для них підбирають відповідні матеріали – пінопласт, ЕППС, мінеральну вату з щільністю 120 кг/м³ і вище.

При виборі матеріалів слід враховувати їх особливості:

мінеральна вата та пінопласт потребують захисту від зволоження, тому вони застосовуються в сухих умовах;
мінеральна вата глушить звуки краще, ніж пінополімерні матеріали, не обмежуючись шумами тільки ударного характеру;
для утеплення підлоги по грунту або над сирим підвалом краще вибрати ЕППС, нечутливий до вологи.

Каркасні конструкції: незвичні умови вибору

Для каркасів: для покрівлі або перекриття, для мансарди або стіни характерно відсутність масивних матеріалів. Практично вся перешкода для тепла і холоду створюється теплоізоляційним наповненням каркасу. Це змінює рішення завдання про те, яку товщину повинен мати теплоізолятор. Для клімату Москви потрібна мінеральна вата мінімум 125 мм.

Саме мінеральна вата найчастіше використовується у таких конструкціях. Пінополістироли незастосовні з-за горючості. Можна використовувати ековату. Вона має більш високі теплоізоляційні якості і ймовірність появи конденсату в ній менше.

Конденсат є серйозною проблемою для каркасних конструкцій. Тому в них обов’язково потрібно використовувати паробар’єр і краще віддати перевагу вентильованим обшивці. У випадку з мінеральною ватою менше схильна до намокання щільна плита без вітрозахисну мембрану.

Мінімальна грамотність допоможе орієнтуватися в питаннях вибору утеплювача і технології його застосування. Але для кожного конкретного випадку необхідно кваліфіковано оцінити умови експлуатації будинку та дати рекомендації на основі точних розрахунків.

Теплоізоляція будинку: вибір матеріалів та способів їх застосування