Теплоизоляция «на века»: как противостоять диффузии

Как меняется теплопроводность PIR-изоляции с учетом эффекта старения

Статья подготовлена при участии специалистов Корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ

Рост цен на энергоносители подогревает интерес застройщиков к строительству энергоэффективных домов. Качественное утепление действительно позволяет снизить затраты на электричество и топливо, но с течением времени теплоизоляционные материалы могут терять свои свойства. В этой статье с помощью специалистов Корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ мы на примере ячеистых пластиков, которые производятся с применением вспенивающих газов, разбираемся, как будет вести себя теплоизоляция через несколько десятков лет.

В этой статье мы рассмотрим:

  • Окупается ли теплоизоляция.
  • Как изменяются свойства теплоизоляции с течением времени.
  • Какие исследования свойств PIR проводились в мире.
  • Что можно сделать для противодействия диффузии.

Экономика теплоизоляции

Один из материалов, набирающих популярность у отечественных застройщиков и вызывающих большой интерес у наших пользователей  – плиты PIR. Материал имеет ячеистую структуру: в процессе вспенивания в присутствии пенообразующего агента и последующего отверждения образуется мелкоячеистая структура. Практически все ячейки (95-98%) герметично замкнуты и заполнены перманентным газом.

belka605 Участник FORUMHOUSE

В интернете я увидел PIR-утеплитель на основе жесткого полиуретана — полиизоцианурата. Снаружи плит с двух сторон есть обкладка из фольги. Характеристики материала по теплопроводности лучше, чем у ППС и ЭППС.

PIR, по сравнению с другими строительными теплоизоляциями, имеет самый низкий коэффициент теплопроводности. В зависимости от назначения, плиты PIR могут быть облицованы и другим обкладочным материалом, бумагой или стеклохолстом.

Как правило, эффективная, качественно смонтированная теплоизоляция окупается в разумные сроки.

Evraz Участник FORUMHOUSE, г.Новосибирск

Дома, построенные, «как у безграмотного соседа», например, из пенобетона 40 см без утеплителя, эксплуатировать очень дорого. Утепление 100 мм при отоплении соляркой, электричеством, сжиженным газом, пеллетами окупается за несколько лет. Повышать теплосопротивление как стен, так и кровли очень рентабельно. Никто в Сибири об этом не жалеет.

При этом, как говорит наш эксперт, Антон Борисов,  руководитель технической службы направления "Теплоизоляционные материалы PIR"  Корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ, каждый объект уникальный, и рентабельность теплоизоляции зависит от целого ряда причин.

Антон Борисов

Все зависит от региона строительства, от самой системы и входящих в нее слоев. Например, вы можете уложить плиты PIR большого размера (1200х2400) вместо того чтобы укладывать четыре плиты по 1200х600 и сэкономить на монтажных работах. Низкая толщина PIR дает экономию на логистике. Пароизоляцию (в случае применения фольгированных плит) можно не применять – вот экономия на пленке. И так до бесконечности. Каждый объект уникальный.

Рассматривая этот материал для применения на собственной стройке, пользователи FORUMHOUSE беспокоятся о том, как он поведет себя на необлицованных торцах.

e_senin Участник FORUMHOUSE

При монтаже теплоизоляционного слоя плиты пилят, и тогда их торцы остаются без облицовки. Скажется ли это на сохранности структуры и теплоизоляционных характеристик материала, и не отразится ли это на сроке его службы?

Антон Борисов

Максимум, что может произойти – потемнение торцов от воздействия ультрафиолета. Он, как и любой полимерный материал, не стоек к УФ-излучению. Тем не менее, своих технических характеристик кардинально он не меняет.

Как работает теплоизоляция

Главная характеристика теплоизоляционных материалов – коэффициент теплопроводности – способность обеспечивать заданные теплозащитные свойства в заданных условиях эксплуатации в течение заданного времени.

Anuralfh Участник FORUMHOUSE

Чтобы оценить реальное теплосопротивление стены, нужно знать реальный коэффициент теплопроводности материала, из которого она сделана.

Теплопроводность материала – комплексный показатель, сумма теплопроводности компонентов, из которых он состоит.

Теплопроводность теплоизоляционного слоя – это теплопроводность ячеистого полимерного материала плюс теплопроводность инертных газов, которыми заполнены ячейки.

Исключительная теплопроводность ячеистых теплоизоляционных материалов объясняется низким коэффициентом теплопроводности перманентных газов, которые входят в их состав (менее 0,015 Вт/(м*К)).

Но во время хранения и эксплуатации практически во всех пористых теплоизоляционных материалах легкие перманентные газы замещаются на более тяжелый окружающий воздух с хорошей теплопроводностью. Поэтому в новеньких, «только с конвейера», плитах утеплителя содержится максимальное количество вспенивающих газов, и теплопроводность у них наилучшая. В ходе хранения и эксплуатации материала эти показатели неизбежно ухудшаются.

Недобросовестные производители нередко декларируют именно эти, наилучшие показатели, без учета старения.

Антон Борисов

Согласно ГОСТам на теплоизоляцию, потеря теплоизоляционных свойств не должна быть выше декларируемого уровня. Т.е производители априори занижают свойства материала с учетом того, что произойдут потери, и часть перманентного газа улетучится. Но некоторые производители часто выставляют, как качественный показатель, низкую теплопроводность «свежих» плит и не говорят о том, что со временем она ухудшится.

Без учета показателя старения теплоизоляции невозможно правильно рассчитать толщину пирога стены, а такие ошибки приводят к утечкам тепла.

Вот история из дневника пользователя нашего портала (ник на FORUMHOUSE Boulat). Новый дом радовал хозяев ровно пять лет. На шестую зиму в доме стало холодно, расходы на отопление выросли в два раза. Провели тепловизионное обследование и выявили утечки тепла по стенам, потолку и мансарде.

Антон Борисов

Причиной могут быть ошибки при расчете толщины: взяли теплопроводность «свежей плиты», а когда она состарилась и потеряла свои свойства, толщины слоя ТИ стало недостаточно, и это вызвало потери тепла. Возможно, проблемы были также в неправильном устройстве самой системы, и в процессе эксплуатации материал напитался влагой/конденсатом.

Свойства старых плит PIR

Добросовестные производители теплоизоляции дорожат репутацией своей продукции и декларируют показатели теплопроводности с учетом старения. Эти данные получают, искусственно состаривая материал в лабораториях, «выгоняя» из его состава вспенивающий газ. На место газа поступает обычный воздух, и при этом полностью имитируются процессы диффузии, которые происходят в материале при его многолетнем хранении и эксплуатации.

При этом для разных видов ТИ применяются разные методы, но все они позволяют искусственно состарить материал в среднем на 25 лет.

Герметичная упаковка (фольга) препятствует замещению в ячейках PIR вспенивающего агента на воздух. Пока нет данных о том, в течение какого времени происходит полное замещение. Но уже понятно, что на это потребуется, как минимум, несколько десятилетий.

Интересны результаты исследования, которое провели специалисты крупнейшей ассоциации производителей пенополиуретанов «PU EUROPE». Предметом исследования стали образцы PIR-изоляции, изготовленной около 28 и 33 лет назад. Первый образец – часть полиуретановой плиты, которая в 1982 году была положена на стропила двускатной крыши частного дома в составе теплоизоляционного слоя. Образец взят в 2010 году. Второй образец был взят в 2011 году. Он был частью утеплителя плоской школьной крыши. Результаты исследования представлены в таблицах.                                                                                                                                              
Результаты исследования первого образца

Свойства Первоначально заявленные параметры* Измеренные параметры после 28 лет эксплуатации
Облицовка: алюминиевая многослойная облицовка с обеих сторон, одна сторона перфорированная
Толщина 100 101.08
Содержание влаги Не заявлено 0.05
Прочность на сжатие 150 208
Теплопроводность 0.030 0.0292

Результаты исследования второго образца.

Свойства Первоначально заявленные параметры* Измеренные параметры после 33 лет эксплуатации
Толщина, мм 60 59.05
Содержание влаги, об.% Не заявлено 0.07
Прочность на сжатие, кПа 150 226
Теплопроводность, Вт/(м*К) 0.030 0.0272

* Предельные/декларируемые значения. Выпускаемая продукция не должна превышать (быть хуже) этих «декларируемых» показателей.

Независимое исследование, проведенное научно-исследовательским институтом теплоизоляционных материалов (Freesites Insertion Wizard Freesites Insertion Wizard (FIW), также показало, что и первый, и второй образец не имеют дефектов и существенных повреждений. После стольких лет службы они продолжают соответствовать всем заявленным характеристикам, нисколько не потеряв в функциональности.

Теплопроводность полностью соответствовала декларируемым показателям, а прочность выросла на 39% и 51% соответственно.

Антон Борисов

Как ни странно, прочность действительно растет. Это связано с «созреванием» плит: упрочнением ячеек и окончанием полимеризации компонентов.

Графики теплопроводности

На старение теплоизоляции влияет не только время, но и воздействие влаги и ультрафиолета. Особенно деструктивно воздействие воды, но в реальных условиях на это уйдут долгие годы.

Антон Борисов

Если оставить теплоизоляцию на солнце и в луже, она, безусловно, придет в негодность. Причем больше из-за воды, так как она является самым мощным деструктором. Плита со временем потеряет свои теплоизоляционные свойства, поскольку напитается водой, которая, вдобавок ко всему, будет разрывать ячейки при замораживании. Но это процесс очень небыстрый. Плиты PIR выдержали 100 циклов климатических испытаний, что примерно составляет 50 лет.

В России эксперименты, аналогичные  исследованию «PU EUROPE», к сожалению пока не проводились. Это невозможно – в нашей стране пенополиизоцианураты производят не так давно. Однако Национальная Ассоциация производителей панелей из ПП «НАППАН» исследовала образцы плит PIR, которые были произведены около пяти лет назад. Тестировалась плита PIR, с двух сторон облицованная алюминиевой фольгой. Тесты по определению эффективной теплопроводности в сухом состоянии λ10 выполнялись на базе Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Они показали, что через пять лет теплопроводность, главная характеристика теплоизоляционных материалов, осталась на уровне «свежих» плит.

Фольга, которая с обеих сторон закрывает плиты PIR, защищает материал от утечки газа, удерживая его в ячейках теплоизоляции на длительное время.

Сравнительные результаты теплопроводности плит представлены в таблице

. Первоначальные измерения Результаты измерений после 5 лет хранения
Теплопроводность, Вт/м*К 0,02144 0,0225

Вечной теплоизоляции не существует, и противостоять диффузии крайне сложно. Это удается плитам вакуумной теплоизоляции, но зашкаливающая стоимость этого материала в частном домостроении никогда себя не окупит. К тому же, со временем панели могут терять часть своих теплоизолирующих свойств: это зависит от способа их монтажа.

Serko Участник FORUMHOUSE

Либо там очень высокий вакуум с идеальной термоизоляцией, либо там не очень высокий вакуум – и термоизоляция, как у обычного утеплителя. Теплопроводность воздуха резко падает при определённом значении, и столь же резко возрастает при малейшей утечке, в смысле притечке.

Таким образом, наиболее простой и доступный метод защиты материала от диффузии – специальные покрытия, которые удерживают газ внутри материала, например, фольга в качестве облицовочного слоя PIR-панелей.

Константин Я. Участник FORUMHOUSE

Всё-таки остаётся сомнение – годами и десятилетиями практически абсолютная непроницаемость для газа под давлением микронных пластиковых стеночек?

Антон Борисов

Давление всегда непостоянно. Оно меняется ежедневно, ежечасно, ежеминутно. Безусловно, диффузию никто не отменял, и часть окружающих газов, в том числе пара, так или иначе попадет в материал. Но это «попадание», как правило, ограничивается тонким поверхностным слоем, контактирующим с окружающим воздухом. Проходить сквозь всю толщу материала газы будут очень долго.

На FORUMHOUSE вы сможете узнать о других преимуществах PIR-утеплителя. Почитайте нашу статью, в которой всесторонне рассматривается, насколько выгодно в России строить энергоэффективный дом. Посмотрите наше видео, которое рассказывает об энергоэффективном доме, построенном по стандарту пассивного домостроения.