Миф о коэффициенте сопротивления теплопередаче

Коэффициент сопротивления теплопередаче (R-Value) – это современный миф. Это сказка, которая была навязана североамериканскому покупателю так искусно, что этот показатель получил статус краеугольного камня. Но самая печальная часть этой сказки в том, что коэффициент сопротивления теплопередаче сам по себе – почти бесполезное число.

Невозможно описать все свойства теплоизоляционного материала одним числом. Чтобы это сделать, нужно знать намного больше. Так почему же мы позволили этой небылице так прочно закрепиться? У нас нет ответа на этот вопрос. И неизвестно, есть ли он у кого-то другого? Что мы знаем определенно – это то, что миф о величине коэффициента сопротивления теплопередаче, без сомнений, работает в поддержку волокнистой теплоизоляции.

Величину коэффициента сопротивления теплопередаче теплоизоляции следует определять после того, как материал был погружен в воду или при ветре в 20 миль/ ч (30 км/ч). В каждом из этих случаев величина коэффициента сопротивления теплопередаче будет приближаться к нулю. Но подобные условия практически не влияют на сплошные изоляционные материалы. Вот почему, по нашему мнению, коэффициент сопротивления теплопередаче – бессмысленный параметр, вводящий в заблуждение, если неизвестны другие характеристики.

Существуют Нормативные документы, устанавливающие значение коэффициента сопротивления теплопередаче в 20, 30 или 40. Но незагерметизированное помещение, утепленное волокнистой изоляцией с величиной коэффициента сопротивления теплопередаче в 25, будет продуваться ветром так, как будто бы изоляции совсем нет

Скорее всего, никто никогда не стал бы покупать и небольшого земельного участка, зная только один из его размеров. Предположим, вам предлагают купить участок за $10,000, описав его числом семь. Вы бы тотчас же пожелали узнать, к чему относится это число: Семь акров? Семь квадратных футов? Семь квадратных миль? Чего? Вы бы также захотели узнать, где размещен участок: в болотистой местности, в горах, в деловой части города? Иными словами, одним числом нельзя описать ничего, в том числе и теплоизоляционный материал.

Тем не менее, существуют Нормативные документы, устанавливающие значение коэффициента сопротивления теплопередаче в 20, 30 или 40. Но незагерметизированное помещение, утепленное волокнистой изоляцией с величиной коэффициента сопротивления теплопередаче в 25, будет продуваться ветром так, как будто бы изоляции совсем нет.

Возможно, величина коэффициента сопротивления теплопередаче определяется достаточно точно, когда материал проходит лабораторные испытания. Но в лабораторных условиях нельзя даже отдаленно воспроизвести условия реального мира. Вследствие чего нам и нужно интересоваться некоторыми дополнительными параметрами материала. Нужно знать его сопротивляемость проникновению воздуха, несвязанной воды и паропроницаемость.Также нам следует требовать определять значение коэффициента сопротивления теплопередаче изоляционного материала после того, как он подвергался влиянию реальных условий.

Величина коэффициента сопротивления теплопередаче, используемая в настоящее время – это число, которое показывает способность материала противостоять потерям тепла. Его получают посредством деления сопротивления теплопередаче на единицу. То есть коэффициент сопротивления теплопередаче – это количество тепла, фактически проходящее через определенный материал.

Испытания по определению коэффициента сопротивления теплопередаче

Тест был разработан с целью получить величину, которая – как ожидалось – будет иметь важное значение и станет показательной. К сожалению, разработанная методика давала систематическую погрешностью

Метод испытаний, используемый для определения коэффициента сопротивления теплопередаче – это тест ASTM (Американского Сообщества Материалов и Испытаний; American Society for Testing and Materials). Тест был разработан с целью получить величину, которая – как ожидалось – будет иметь важное значение и станет показательной. К сожалению, разработанная методика давала систематическую погрешностью. Из-за способа испытаний тест оказывает предпочтение волокнистым теплоизоляционным материалам: стекловолокну, каменной вате и целлюлозному волокну. Очень коротко в методике упоминаются сплошные теплоизоляционные материалы, такие, как пеностекло, пробковый материал, монтажный полистирол или пенополиуретан.

В тесте никак не учитывается движение воздуха (ветер) или количество влаги (водяного пара). Другими словами, тест, проводимый для определения коэффициента сопротивления теплопередаче – это исследования в нереальных условиях. Например, коэффициент сопротивления теплопередаче стекловолокна составляет R-3,5. Такое значение имеет место при абсолютном отсутствии ветра и нулевой влажности. А отсутствие ветра и нулевую влажность трудно назвать реальными условиями. Во всех домах есть протечки воздуха, и они зачастую водопроницаемы. Водяной пар из атмосферы, из душа, при приготовлении пищи, из выдыхаемого воздуха, т.д. постоянно циркулируют в помещениях. Если помещения не вентилируются должным образом, водяной пар изнутри дома будет очень быстро вбираться изоляцией над потолком. Даже малое количество влаги вызовет значительное падение коэффициента сопротивления теплопередаче волокнистого изоляционного материала: не меньше, чем на 50%, а то и больше.

Пароизоляционный барьер

Пароизоляция действительно останавливает большую часть влаги, но не всю. Следовательно, небольшое количество влаги попадает в волокнистый изоляционный материал и оказывается пойманным в ловушку между двумя слоями пароизоляции. При колебании температуры влага там накапливается, что впоследствии становится огромной проблемой

Теплоизоляцию рекомендуется дополнять пароизоляцией, устанавливаемой с более теплой стороны. Какая из сторон стены дома более теплая? Очевидно, это зависит от того, лето сейчас или зима, и даже день или ночь. В морозы до -30° C (20° F) за окном, теплой стороной стены определенно будет внутренняя.

Иногда неопытный домовладелец или строитель устанавливают пароизоляцию по обе стороны теплоизоляции. Пароизоляция, размещенная таким образом, как правило, оказывается губительной для теплоизоляционного слоя. Пароизоляция действительно останавливает большую часть влаги, но не всю. Следовательно, небольшое количество влаги попадает в волокнистый изоляционный материал и оказывается пойманным в ловушку между двумя слоями пароизоляции. При колебании температуры влага там накапливается, что впоследствии становится огромной проблемой. Там может собраться до ведра воды, которой будет пропитано стекловолокно. Известно о целом ряде хранилищ картофеля, требующих замены теплоизоляции, поскольку изначально там была установлена теплоизоляция из стекловолокна с пароизоляционными барьерами с обеих сторон. Волокнистая изоляция должна быть вентилируема с одной стороны; по этой причине пароизоляция должна устанавливаться с той стороны, где она принесет больше пользы.

Теплопотери вследствие конвекции

Если мы преграждаем путь движению воздуха, то фактически улавливаем водяной пар. Пар конденсируется и может стать источником той влаги, которая приведет к гниению конструкций. Вода, в виде пара или уже конденсированная, значительно снижает значение коэффициента сопротивления теплопередаче изоляции

Воздух способен проникать в стены домов. Это особенно чувствуется, когда ветер дует в сторону дома. Но большинство людей, включая некоторых инженеров, не осознают, что внутри волокнистой теплоизоляции возникают существенные конвективные потоки.

В конвективный поток вовлекается большое количество воздуха, но скорость его не настолько велика, чтобы ее можно было почувствовать или даже измерить какими-либо, даже самым чувствительным, измерительным прибором. Тем не менее, воздух постоянно переносит тепло из нижней части волокнистой изоляции в ее верхнюю часть, позволяя ему улетучиваться. Если мы преграждаем путь движению воздуха, то фактически улавливаем водяной пар. Пар конденсируется и может стать источником той влаги, которая приведет к гниению конструкций. Вода, в виде пара или уже конденсированная, значительно снижает значение коэффициента сопротивления теплопередаче изоляции. Единственный способ борьбы с влагой в волокнистой изоляции – ее вентилирование. Но вентиляция означает движение воздуха, что также снижает коэффициент сопротивления теплопередаче.

Воздухопроницаемость

Через стену обычного дома проходят колоссальные потоки воздуха. Чтобы наглядно это увидеть, поднесите в ветреную погоду зажженную свечу к электрической розетке на внешней стене. Пламя будет мерцать и может даже погаснуть

Фильтрующая среда для большинства нагревательных устройств климат-контролей – это скрученное стекловолокно, такое же, которое используется для теплоизоляции. Стекловолокно используют в воздушных фильтрах потому, что оно создает меньше сопротивления потоку воздуха и более дешевое. Иначе говоря, для того, чтобы поток воздуха без труда через него проходил. Это прекрасное свойство для фильтра климат-контроля, но может ли такой материал эффективно изолировать конструкцию? Через стену обычного дома проходят колоссальные потоки воздуха. Чтобы наглядно это увидеть, поднесите в ветреную погоду зажженную свечу к электрической розетке на внешней стене. Пламя будет мерцать и может даже погаснуть.

Среднестатистический дом со всеми закрытыми дверьми и окнами пропускает в общей сложности такое количество воздуха, сколько пропускали бы распахнутые настежь двери. Даже идеально проведя работы по установке волокнистой теплоизоляции и сведя практически на нет инфильтрацию воздуха от одной стороны стены к другой, мы все-таки не сможем остановить движение воздуха в потолке и стенах в вертикальном направлении через саму теплоизоляцию.

Сплошная теплоизоляция

Большинство сплошных изоляционных материалов устанавливаются в виде плит или матов. И для большинства из них характерна одна и та же общая проблема. Они, как правило, прилегают к конструкциям не настолько плотно, чтобы предотвратить инфильтрацию воздуха

Наиболее известным видом сплошной теплоизоляции является вспененный полистирол. Другие сплошные теплоизоляционные материалы: пробка, пеностекло и полиизоцианат (полиуретан) или полиизоцианатовые маты. Последние два – это разновидности полиуретановой пены. Каждый из этих изоляционных материалов идеально подходит для многих сфер применения. Пеностекло довольно долгое время использовалось для изоляции холодных и горячих емкостей, особенно в местах выхода пара. Пробка – не менее старый резервный изоляционный материал для холодильного оборудования. EPS или вспененный полистирол, похоже, используется повсюду: от одноразовых стаканчиков и контейнеров для пищи до опоясывающей теплоизоляции фундаментов и кладки стен.

Полиуретановые маты стали уже стандартным решением для теплоизоляции крыш, особенно при проведении работ горячим способом. Их также широко используют для внешней обшивки новостроящихся домов. Коэффициент сопротивления теплопередаче полиуретанового мата, разумеется, выше, чем у любых других видов сплошной изоляции. Все из этих видов сплошной изоляции характеризуются намного более высокой производительностью, чем волокнистая теплоизоляция, вне зависимости от того, задействованы ли ветер и влага.

Если маты не наклеиваются на блочную стену, будет присутствовать инфильтрация воздуха позади него. Тогда маты становятся фактически бесполезными, поскольку воздух проходит через дренажные отверстия кладки в обход теплоизоляции и сводит на нет ее эффективность

Большинство сплошных изоляционных материалов устанавливаются в виде плит или матов. И для большинства из них характерна одна и та же общая проблема. Они, как правило, прилегают к конструкциям не настолько плотно, чтобы предотвратить инфильтрацию воздуха. И, если поднимается ветер и воздух попадает за теплоизоляцию, то уже не имеет значения, какова толщина этих матов. Такое часто бывает в конструкциях, где маты укладываются между кирпичной кладкой и блочной стеной.

Если маты не наклеиваются на блочную стену, будет присутствовать инфильтрация воздуха позади него. Тогда маты становятся фактически бесполезными, поскольку воздух проходит через дренажные отверстия кладки в обход теплоизоляции и сводит на нет ее эффективность. При установке сплошной изоляции этому вопросу должно быть уделено особое внимание. Чтобы предотвратить движение воздуха в обход теплоизоляции, швы в примыкании к конструкциям должны быть уплотнены и герметизированы.

Напыляемый пенополиуретан – единственный вид сплошного теплоизоляционного материала, который полностью защищает сам себя от инфильтрации воздуха. При надлежащем выполнении работ по монтажу сцепление напыляемой пены с поверхностью конструкции и разбухание материала обеспечивают практически полную герметизацию

Напыляемый пенополиуретан – единственный вид сплошного теплоизоляционного материала, который полностью защищает сам себя от инфильтрации воздуха. При надлежащем выполнении работ по монтажу сцепление напыляемой пены с поверхностью конструкции и разбухание материала обеспечивают практически полную герметизацию. А, по моему мнению, большинство потерь тепла в стенах дома устраняется более за счет герметизации, чем теплоизоляции.

Тепло почти не перемещается горизонтально, так, как оно это делает в вертикальном направлении. Следовательно, если дом не имеет теплоизоляции на стенах, но имеет абсолютно воздухонепроницаемое уплотнение, разница в теплопотерях будет незначительная. Однако, если не сделана теплоизоляция потолков, ситуация в корне меняется.

Напыляемый полиуретан создает наиболее эффективную преграду инфильтрации воздуха. Это – единственный материал, который, при надлежащей установке, способен заполнить угловые соединения, консольные опоры, сдвоенные стойки, фундаментные плиты, плиты перекрытия, т.д. Любой материал с наивысшим коэффициентом сопротивления теплопередаче не будет эффективен, если не создает преграду для движения воздуха.

Один с четвертью дюйм полиуретана (3 см), напыленного на стену, предотвратит больше теплопотерь, чем волокнистая теплоизоляция восьмидюймовой толщины (20 см), набитая в стены. При этом полиуретан не только обеспечивает лучшую теплоизоляцию, он также придает конструкциям дополнительную прочность.