Раздел «Вопросы энерго- и ресурсосбережения при проектировании и эксплуатации ограждающих конструкций зданий и сооружений» (Проектирование ограждающих конструкций зданий и сооружений повышенной энергоэффективности)

1. Теплотехнические свойства строительных материалов. Влияние пористости, плотности, влажности строительных материалов на теплотехнические свойства

Строительные материалы, используемые для ограждающих конструкций, должны быть не только прочными и долговечными, но и обладать надлежащими теплотехническими свойствами, например теплопроводностью, теплоемкостью, огнестойкостью, огнеупорностью, термической стойкостью.

Теплопроводность — способность материала передавать теплоту через свою толщу при наличии разности температур по обе стороны материала. Теплопроводность зависит от вида материала, пористости, характера пор, его влажности и плотности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Значение теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности, равным количеству теплоты, проходящей через образец материала толщиной 1 м, площадью 1м за 1 ч при разности температур на противоположных поверхностях образца в 1°С.

В строительной технике коэффициент теплопроводности является одной из главных характеристик стеновых и теплоизоляционных материалов.

Теплоемкость — способность материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты. Она характеризуется коэффициентом теплоемкости.

Теплоемкость материалов необходимо учитывать при теплотехнических расчетах ограждающих конструкций, при расчете степени подогрева материалов для зимних бетонных и каменных работ, а также при проектировании печей.

Плотность — это соотношение массы материала к его объему; измеряется она в кг/м3. Все теплоизолирующие материалы, используемые в строительстве, согласно их плотности, разделяют на четыре типа: особо лёгкие и лёгкие, средние и плотные.

На величину плотности утеплителя влияет технология его изготовления и материал (или материалы), из которого он создан. Так, к сверхлёгким утеплителям можно отнести пенопласт, к лёгким – некоторые утеплители на основе минеральной ваты, к средним – пеностекло, к плотным – изготовленные с использованием высокого давления утеплители из минеральной ваты.

Чем плотнее утеплитель, тем более высокие постоянные механические нагрузки он может выдержать и – тем большую нагрузку он сам оказывает на несущие конструкции утепляемой постройки. При этом высокая плотность утеплителя не обеспечивает высокую степень теплоизоляции. Низкая плотность предполагает большую пористость. Обширный объем пустот внутри материала снижает его теплопроводность, улучшая теплозащитные свойства. Плотность различных теплоизоляционных материалов обычно варьируется от 20 до 100 кг/м³. Всего различают 17 марок по средней плотности от 15 до 500 кг/м³.

При равной пористости более высокими теплоизоляционными свойствами обладают материалы, имеющие мелкие замкнутые поры. В крупных порах конвективный теплоперенос происходит интенсивнее по сравнению с мелкими, в которых воздух при наличии теплового градиента может оказаться неподвижным и теплопроводность его минимальная. Поэтому при формировании пористой структуры технологические приемы всегда направлены на получение, по возможности, более мелких, равномерно расположенных пор по всему объему материала.

Содержание влаги в материале (изделии) резко ухудшает его теплоизоляционные свойства, так как вода проводит тепло в 25 раз лучше, чем воздух. При замерзании влага еще больше ухудшает теплоизоляционные свойства материала (изделия), так как лед в четыре раза лучше проводит тепло, чем вода. Замерзание влаги часто приводит также к разрушению материала (изделия), поэтому хранить теплоизоляционные материалы следует в закрытых помещениях и надежно защищать основной изоляционный слой в конструкциях от увлажнения, особенно при изоляции поверхностей с отрицательной температурой.

Увлажнение материала возможно различными способами. Способность материала поглощать влагу в виде капель жидкости и удерживать ее в своих порах называется водопоглощением. Способность материала поглощать влагу в виде паров, находящихся в окружающем воздухе, - гигроскопичностью.Влагоемкость - способность материалов удерживать влажность.

Влагоемкость теплоизоляционных материалов колеблется в широких пределах в зависимости от строения пор и свойств исходного сырья. Изделия с замкнутыми порами имеют более низкую влагоемкость, так как влага не может проникнуть в поры, расположенные внутри материала. Материалы с сообщающимися порами более влагоемки.

Чтобы уменьшить способность теплоизоляционных материалов (изделий) к увлажнению, при их производстве добавляют специальные водоотталкивающие (гидрофобные) добавки.

Способность материалов (изделий) сохранять свою прочность при увлажнении называется водостойкостью. Если прочность материалов (изделий) при их насыщении влагой снижается не более чем на 1/4 часть прочности в сухом состоянии, то такие материалы (изделия) считают водостойкими. В большинстве случаев прочность материалов и изделий, особенно некоторых органических, падает значительнее.

Морозостойкость — это способность материала без разрушения выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание. От этого показателя во многом зависит долговечность всей конструкции. Теплоизоляционные материалы должны обладать морозостойкостью не менее 20—25 циклов, чтобы сохранять свои свойства до капитального ремонта здания.

Прочность (на сжатие, изгиб, растяжение, сопротивление трещинообразованию) — способность материалов сопротивляться разрушению под действием внешних сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения. Прочность теплоизоляционных материалов зависит от структуры и пористости. Жесткий материал с мелкими порами более прочен, чем материал с крупными неравномерными порами.