Долговечность полиуретановых изоляционных материалов

В последние годы значительно возросла потребность в надежных данных о долговечности строительных материалов, что главным образом обусловлено интересом к стоимости эксплуатационного цикла изделий. Особенно важно это для изоляционных материалов, которые предназначены для минимизации передачи тепла через ограждающие конструкции. Они не только играют важную роль в определении затрат на эксплуатацию зданий (энергопотребление), но часто интегрируются в оболочку конструкции и, следовательно, становятся трудно заменимыми.

Для чего проводился эксперимент

С целью удовлетворения этих потребностей рынка и укрепления доверия в цепочке поставщиков Европейская ассоциация производителей жестких пенополиуретанов (PU Europe) обратилась в Научно-исследовательскому институту теплоизоляционных материалов (FIW, Мюнхен, Германия) с просьбой оценить состояние старых образцов полиуретана, использовавшихся в течение продолжительного времени в существующих зданиях, в соответствии со следующими характеристиками:

• теплопроводность;
• прочность на сжатие;
• содержание влаги;
• изменение размеров и целостность изоляционных плит.

Испытания показали, что после десятилетий использования полиуретановые изоляционные плиты были полностью функциональны. Образцы не имели повреждений или дефектов. Это дает проектировщикам и владельцам гарантии относительно свойств изоляционных материалов из полиуретана в долгосрочной перспективе и позволяет делать более тщательную оценку будущей потребности зданий в энергии.

Производители полиуретановой изоляции возьмут на себя ответственность за тестирование большего количества образцов, чтобы подкрепить эти результаты. Производители других изоляционных материалов должны последовать этому примеру.

Что такое долговечность?

Руководящий документ «F» в соответствии с Директивой строительных изделий определяет понятие долговечности следующим образом:

Долговечность изделия – это способность изделия под влиянием предсказуемых факторов сохранять необходимую производительность в течение заданного или продолжительного промежутка времени. При условии нормальной эксплуатации изделие должно в течение экономически обоснованного периода времени (срока службы изделия) обеспечивать возможность проведения должным образом спланированных и правильно выполняемых работ.

Таким образом, для обеспечения долговечности изделия необходимо использовать его по прямому назначению и соблюдать условия его эксплуатации. Оценка долговечности может относиться к продукту в целом или к его эксплуатационным характеристикам, поскольку они играют важную роль в выполнении основных требований к составу и содержанию работ. В любом случае, в основе лежит предположение, что производительность изделия будет поддерживаться на приемлемом уровне (относительно исходных показателей) в течение всего срока эксплуатации [1].

Долговечность изделия и его характеристики являются важным элементом планирования, позволяющим оценить долгосрочную эффективность зданий с точки зрения затрат на эксплуатацию и воздействия на окружающую среду. Эти характеристики описаны в стандартах строительных изделий (EN 13165 для полиуретановых теплоизоляционных плит).

Предполагаемый срок службы изоляционных материалов составляет от 30 до 80 лет в зависимости от материала и его назначения. Однако результатов практической проверки, позволяющих подтвердить эти предположения, на сегодняшний день очень немного.

Долговечность и затраты на эксплуатацию

Пенополиуретана Экотермикс 600 служит до 50 лет!

Долговечность теплоизоляционных изделий оказывает существенное влияние на стоимость эксплуатации здания. Львиная доля эксплуатационных расходов идет на отопление и охлаждение [2]. Если изоляционный продукт не сохраняет свои рабочие характеристики в течение времени, что ведет к увеличению теплопередачи через ограждающие конструкции, энергозатраты могут существенно вырасти.

Ремонт или замена изоляционного материала до конца расчетного срока службы повлечет за собой значительные дополнительные расходы, т.к. изоляционный слой часто трудно доступен.

Долговечность и экологические характеристики

Поведение строительной продукции в окружающей среде можно разделить на воздействия от производства, использования и окончания срока службы. Примерно 80 % от общего воздействия здания на окружающую среду приходится на фазу его эксплуатации [3]. Период, в течение которого изоляция может сохранять свой заявленный уровень производительности, влияет на общую экологическую эффективность здания.

Если срок службы здания оценивается в 50 лет, но утеплитель должен быть заменен через 30 лет, то воздействие изоляции на окружающую среду для этого здания удваивается. С другой стороны, если изоляцию в таком здании не заменять, то энергопотребление в нем будет увеличиваться, а уровень комфорта падать. Очевидно, что это также повлияет на общую экологическую эффективность.

PU Europe стремится предоставлять сторонним организациям проверенные данные о долговечности полиуретановых изоляционных материалов. Учитывая это, PU Europe обратилась к строительным экспертам с просьбой взять образцы из существующих зданий и отправить их в FIW для измерения всех соответствующих характеристик.

Тест 1: проверка 28-летнего образца полиуретановой изоляции

Тестовый образец 1 был получен в апреле 2010 года. Размеры: около 600 х 600 мм, толщина 100 мм. Фрагмент полиуретановой панели, являющейся частью слоя изоляции, установленной в 1982 году выше стропил на скатной крыше небольшого, отдельно стоящего дома (рис. 1 и 2). Эксперт, извлекавший образец, отметил, что полиуретановые изоляционные плиты были найдены установленными плотно друг к другу, без промежутков между ними (рис. 1 и 3).

Рисунок 1: Внутри скатной крыши со стропилами и изоляционным слоем

Рисунок 2: Изъятие исследуемого образца из скатной крыши

Рисунок 3: Изоляционные панели, установленные плотно друг к другу

FIW оценил следующие характеристики:

• тип и состояние облицовки;
• однородность, наличие отверстий, полостей и пузырей в пене;
• соответствие толщины стандарту DIN EN 823;
• содержание влаги после сушки при 70 °C;
• теплопроводность в соответствии с DIN EN 12667;
• прочность на сжатие в соответствии с DIN EN 826;
• реакция на огонь маленькой горелки в соответствии с DIN 4102-1-B2.

Результаты теста

свойство	изначально заявленные характеристики	значения, измеренные через 28 лет
облицовка: многослойная алюминиевая облицовка с обеих сторон, одна сторона перфорированная
толщина	100 мм	101.08 мм
содержание влаги	не заявлено	0.05 об.%
прочность на сжатие	150 кПа	208 кПа
теплопроводность	0.030 Вт/(м×К)	0.0292 Вт/(м×К) при 10°С
реакция на огонь	класс В2 (обычно горючий) в соответствии с DIN 4102-1 нет горящих капель / частиц	класс В2 (обычно горючий) [4] в соответствии с DIN 4102-1 нет горящих капель / частиц

Испытания показали, что в образце отсутствуют повреждения, отверстия, пузыри, раковины или другие неоднородности. На одной стороне облицовки присутствовало некоторое количество пыли и следы влаги. FIW подтвердил, что после 28 лет эксплуатации полиуретановая изоляционная панель по-прежнему в полной мере пригодна для использования, все характеристики до сих пор соответствуют заявленным величинам.

Тест 2: проверка 33-летнего образца полиуретановой изоляции

Тестовый образец 2 был получен в сентябре 2011 года с плоской крыши школы, находящейся в стадии ремонта. Изоляционный слой был установлен под влагоизоляционным покрытием. Поскольку сцепление с битумным слоем было по-прежнему очень хорошим, существовала возможность извлечения лишь крупных кусков изоляции, а не полноценных изоляционных плит (рис. 4 и 5).

Рисунок 4: Образец полиуретана до проведения испытаний

Рисунок 5: Образец полиуретана, извлеченный с плоской крыши

FIW оценил следующие характеристики:

• тип и состояние облицовки;
• однородность, наличие отверстий, полостей и пузырей в пене;
• соответствие толщины стандарту DIN EN 823;
• содержание влаги после сушки при 70 °C;
• плотность;
• теплопроводность в соответствии с DIN EN 12667;
• прочность на сжатие в соответствии с DIN EN 826 (при 10%-ной деформации).

Результаты теста

свойство	изначально заявленные характеристики	значения, измеренные через 33 года
толщина	60 мм	59.05 мм
содержание влаги	не заявлено	0.07 об.%
общая плотность	не заявлено	30.7 кг/м3
прочность на сжатие	150 кПа	226 кПа
теплопроводность	0.030 Вт/(м×К)	0.0272 Вт/(м×К) при 10°С

В своем заключении FIW подтвердил, что образец полиуретановой пены «не имеет заслуживающих внимания повреждений» и «по-прежнему без дефектов». Кроме того, «полиуретановые изоляционные плиты после 33 лет использования являются полностью функциональными, все характеристики до сих пор соответствуют заявленным величинам».

Выводы

• Проведенные испытания являются практическим подтверждением превосходной долгосрочной работы полиуретановой изоляции. Это должно повысить доверие к расчетам энергопотребления зданий на весь срок их эксплуатации.
• С другой стороны, для увеличения надежности результатов этих тестов необходимо оценить большее количество образцов. PU Europe постарается предоставить дополнительные образцы в ближайшее время.
• Следует поощрять производителей других изоляционных материалов к представлению аналогичной информации.

Примечания

[1]  Guidance Paper F (concerning the CPD - 89/106/EEC), Durability and the CPD (Revision December 2004).

[2]  Эта доля может достигать 80%: «Стоимость жизненного цикла в строительстве» (2003), одобренная на трехсторонней встрече по вопросам конкурентоспособности строительной отрасли.

[3]  Environmental Improvement Potentials of Residential Buildings (IMPRO-Building), JRC 2008.

[4]  Немецкий класс пожароопасности B2 близок к Европейскому классу E.