Сравнение теплоизоляционных свойств различных видов утеплителя для строительства частных жилых домов

Введение. В связи с глобальными тенденциями урбанизации потребность зданий в энергии привлекла повышенное внимание ученых. Концепция ограждающих конструкций здания является неотъемлемой частью снижения энергопотребления, на которое уходит почти 50% потребляемой зданиями энергии. Различные конструкции стен значительно отличаются по тепловым характеристикам, а также долговечности в использовании, при этом все чаще используются системы внешней теплоизоляции, поскольку они могут более эффективно устранять тепловые мосты. А также происходит отказ от внутренних изоляционных систем, которые имеют тенденцию к конденсации водяного пара, что приводит к структурным повреждениям по сравнению с внешней системой.

Возведение стен дома составляет около четверти всех затрат на строительство дома. При неправильном подходе к выбору материала стен есть риск получить непредвиденные расходы на их возведение. Поэтому стоит учитывать и рассматривать все важные критерии и факторы при выборе лучшего материала для строительства стен дома:

• -    Трудозатраты. Для примера, количество затраченных времени и трудозатрат значительно снижается при использовании крупногабаритных материалов, таких как СИП-панель.

• -    Теплоизолирующие свойства. Если при строительстве дома использованы материалы с низкой теплоизоляционной способностью, то владелец понесет большие расходы на отопление в холодный период времени, а также расходы на утепление стен дома с внешней стороны здания.

• -    Стоимость строительства. При использовании в качестве материала стен легких материалов, то можно значительно сэкономить на возведении фундамента, который также составляет большую статью затрат при строительстве дома.

На рынке строительных материалов представлен огромный ассортимент материалов для строительства дома. Эти материалы в свою очередь делятся на различные виды, например силикатный, керамический или клинкерный кирпич.

К популярным строительным материалам можно отнести дерево благодаря его невысокой стоимости и простоте использования, пеноблок, керамоблок и т.п. материалы, так как они имеют хорошие теплоизоляционные свойства при невысокой себестоимости.

В России же наибольшее распространение по-прежнему имеют кирпичные стены и стены из газобетонных блоков.

Цель исследования - определить наиболее выгодный в отношении цена: теплоизоляционные свойства утеплитель для малоэтажного жилищного строительства.

Материалы и методы исследования.

Рассмотрим основные достоинства и недостатки различных типов стен для жилого частного дома (табл. 1).

Таблица 1 - Сравнение различных типов стен жилого дома

Тип стен	Плюсы	Минусы
Дом из бруса: клееный или профилированный брус -это более дешевый строительный материал для стен дома, который сегодня пользуется большим спросом.	Быстрое возведение постройки (1-3 недели); не требует отделки; высокие теплоизоляционные свойства материала; экономия на фундаменте; простая технология строительства дома; к тому же, такой материал стоит сравнительно недорого.	Подвержен гниению, если находится в условиях повышенной влажности; предрасположен к возгоранию -его необходимо обрабатывать специальным огнеупорным составом.
Каркасный дом: популярная технология в Европе, так как возведение здания осуществляется сравнительно быстро даже при использовании небольшой бригады людей и минимальном количестве техники.	Низкая себестоимость материала и работ; высокая скорость строительства; хорошие теплоизоляционные свойства; возможность расположения коммуникаций в стенах.	Эффект карточного домика; сложность крепления настенных конструкций; необходимость разработки детального проекта; недоверие людей к надежности домов такого типа.
СИП-панели: Это панель, состоящая из трех слоев: 2 ОСП панели и Пенополистирол в качестве изоляционного материала, которые склеивают между собой специальным клеевым составом	Высокая прочность и устойчивость; хорошие теплоизоляционные свойства; долговечность; высокая скорость строительства; сравнительно невысокая стоимость; экономия на фундаменте;	Поддерживает горение; требуется усиленная вентиляция; низкая звукоизоляция; подвержена воздействию грызунов.

Кирпичные стены: один из самых распространённых материалов. Имеет сравнительно простой процесс производства и высокую стоимость. Выделяется высокими прочностными характеристиками.	Имеет сравнительно высокую долговечность; высокие прочностные характеристики; большая архитектурная база использования; не подвержен горению; высокая устойчивость конструкций; хорошие изолирующие свойства на внешних стенах.	Высокая стоимость; высокие затраты на устройство фундамента; требует отделки; легко пропускает влагу в результате чего разрушается при перепадах температур; низкие теплоизоляционные свойства.
Керамзитовые блоки: изготавливаются из красной глины, как и кирпичи. Но блоки отличаются от них более габаритными размерами.	Хорошие теплоизоляционные свойства; тепловая инертность; простой процесс возведения конструкций благодаря габаритам блоков; высокие звукоизоляционные свойства.	Хрупкость; высокая стоимость; низкая несущая способность.
Пеноблоки относятся к универсальному типу строительных материалов для стен. Они состоят из ячеистого бетона, который обладает неплохими эксплуатационными характеристиками.	Высокое сопротивление сжатию; высокие теплоизоляционные свойства; высокие звукоизоляционные свойства; сравнительно невысокий вес; сравнительно невысокая стоимость; экономия на фундаменте.	Слабое сопротивление растяжению; неоднородность структуры материала; сложность контроля качества продукции при производстве.

Проанализировав таблицу 1, следует, что в России наибольшую популярность имеют дома, построенные из кирпича и пеноблока, благодаря их долговечности и доступности технологии строительства в отличии от каркасных стен или стен из бруса.

Поэтому в данной работе рассмотрены кирпичные стены благодаря их распространенности.

На данный момент времени наиболее эффективным методом утепления является внешняя установка теплоизоляционных материалов. Но, так как конструктивных решений внешней теплоизоляции большое количество, что связано с очень большим выбором различных материалов и способов их расположения в структуре стены, то зачастую при строительстве частных жилых домов строители допускают ошибки, в результате чего будущие жильцы такого дома могут столкнуться с проблемой образования плесени, большими теплопотерями в холодный период года и быстрым разрушением несущих конструкций [2].

В первую очередь необходимо определить, какие теплоизоляционные материалы используют в строительстве.

К органическим или натуральным утеплителям относят пробковую кору, целлюлозную вату, пенополистирол, древесное волокно, пенопласт, бумажные гранулы, торф. В большинстве своем они применяются внутри помещения для минимизирования воздействия влаги. Однако природные термоизоляционные материалы подвержены горению.

К неорганическим теплоизоляционным материалам относят горные породы, стекловолокно, пеностекло, минераловатные утеплители, вспененный каучук, ячеистые бетоны, каменную вату, базальтовое волокно. Хороший изолятор тепла из данной категории отличается высокой степенью паропроницаемости и огнестойкости. Особенно эффективно утепление изделием с гидрофобизирующими добавками.

Смешанные – перлит, асбест, вермикулит и другие утеплители из вспененных горных пород. Отличаются повышенной стоимостью. Поэтому таким утеплителем покрывают помещения намного реже, чем более экономными материалами [1].

Рисунок 1 – Строение стены

Результаты и обсуждение. Сравним основные теплоизоляционные свойства материалов на 1 квадратный метр с учетом одинаковых условий строения стены и стоимости утеплителя. Несущей стеной выступает один из наиболее используемых материалов кирпичная кладка на цементно-песчаном растворе толщиной 380 мм. Облицовка может быть выполнена любым пригодным для этого материалом, так как это не влияет на основные теплоизоляционные свойства, так как в конструкции будет расположен вентилируемый воздушный зазор толщиной 25 мм для отведения влаги с поверхности утеплителя. Пример расположения основных элементов внутри стены представлен на рисунке 1.

Основные результаты расчета теплоизоляционных свойств стены и стоимости утеплителя представлены в таблице 1. Расчет производился с учетом климатический условий Орловской области, в результате чего в качестве температуры наружного воздуха в зимний период времени был выбран средний показатель наиболее холодной пятидневки -26°С.Это сделано с целью точного определения влагонакопления в утеплителе, так как влага значительно снизит теплоизоляционные показатели утеплителя и сделает результаты неактуальными [4].

Для рассмотрения были выбраны наиболее распространенные и доступные для приобретения физическими лицами материалы. В качестве органических теплоизоляционных материалов выбраны: древесные опилки, пенополистирол и пенопласт. Неорганические материалы: минеральная вата, стекловата, пеностекло. Смешанные материалы: вермикулит, перлит, керамзитовый гравий.

Результаты исследования теплоизоляционных свойств и стоимости за условную единицу выбранных материалов представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты исследования теплоизоляционных свойств

Наименование	Толщина, мм	Показатель			Цена за 1 м2, руб.
		Сопротивление теплопередаче, (м²*С)/Вт	Влаго-накопление	Тепловые потери, Вт*ч
Органические материалы
Опилки древесные 250 кг/м³	100	1,75	незначительное	25,69	49
Пенополистирол ПСБ-25	100	3,00	отсутствует	14,99	200
Пенопласт ПХВ-1	100	2,24	отсутствует	20,10	210
Неорганические материалы
Минеральная (каменная) вата 45-75 кг/м³	100	3,00	отсутствует	14,99	196
Стекловата Плита П-20	100	2,76	отсутствует	16,30	191
Пеностекло 300 кг/м³	100	1,51	отсутствует	29,80	225
Смешанные материалы
Вермикулит вспученный 200 кг/м³	100	1,59	отсутствует	28,38	550
Щебень и песок из перлита вспученного 200кг/м³	100	1,93	отсутствует	23,36	188
Гравий керамзитовый 200 кг/м³	100	1,51	отсутствует	29,80	180

Согласно данным таблицы 2 следует, что сопротивление теплопередаче для органических материалов находится в диапазоне от 1,75 до 3,0 (м²*С)/Вт, при этом присутствует незначительное влагонакопление при использовании древесных опилков.

Для неорганических материалов диапазон составил от 1,51 до 3,0 (м²*С)/Вт, влагонакопление отсутствует благодаря выбранной конструкции стены.

В смешанных материалах диапазон от 1,51 до 1,93 (м²*С)/Вт, влагонакопление отсутствует.

Выводы. Основываясь на полученных результатах можно сделать вывод, что наиболее выгодным по соотношению теплоизоляционных свойств и цены является кирпичная стена толщиной 380 мм, которая утеплена минеральной ватой толщиной 100 мм, так как имеет хороший показатель сопротивления передачи 3,00 (м²*С)/Вт. Дданное значение соответствует санитарно-гигиеническим требованиям (показатель 1,29), нормируемому значению поэлементных требований (показатель 1,89) и базовому значению поэлементных требований (показатель 2,99). Благодаря вентилируемому зазору при температуре наружного воздуха -26°С в утеплителе не происходит влагонакопления. Так как минеральная вата относится к неорганическим материалам, то она не поддерживает горения [3].

Следовательно, данный вид утеплителя можно считать наиболее эффективным как в отношении цена/теплоизоляционные свойства, так и сточки зрения пожарной безопасности. Также необходимо отметить простой монтаж данного утеплителя и возможность его использования для утепления уже построенных домов.

Таким образом, минеральная вата с учетом всех характеристик является наиболее выгодной для утепления частных домов.