Не претендуя на «отделение зёрен от плевел», попробуем разобраться в достоинствах и недостатках жидкой керамической теплоизоляции, позиционирование которой на рынке исчерпывающе выражается фразой: «наносится как краска, работает как теплоизоляция».
Когда цены на энергоносители постоянно растут, а, значит, увеличиваются расходы на отопление, застройщики и владельцы загородных домов начинают внимательно относиться к проблемам энергосбережения. Однако, принципиально новые системы теплоизоляции нередко вызывают противоречивые чувства, поскольку объективная оценка продукта буквально «тонет» в информационном хаосе чёрного пиара конкурентов, негативного отношения к «ноу-хау» специалистов рынка традиционных материалов и дискредитации материала недобросовестными производителями. Всё это в полной мере относится к жидкой керамической теплоизоляции.
«Ноу-хау» из воздуха!
Оправданность применения любого теплоизолятора основана в итоге на его физических характеристиках. Воздух, как известно, плохой проводник тепла, поэтому большая часть изоляционных материалов содержит много воздуха или газа, который тоже плохо проводит тепло (к примеру, изоляционные плиты из пенопласта – порядка 98%). Воздух находится в порах изоляционного материала (плиты полистирола и полиуретана, изоляция из пробкового дерева) или, как в случае с каменной шерстью, в полостях волокон.
Уникальность изоляционных свойств инновационной жидкой теплоизоляции основана на том же, в общем-то, принципе – в жидкой композиции, состоящей из синтетического каучука, акриловых полимеров и неорганических пигментов, находятся керамические или силиконовые сферы, заполненные разрежённым воздухом. Последний фактор как раз и снижает эффективную теплопроводность материала по сравнению с материалами, у которых плотность такого же порядка.
Жидкая теплоизоляция по консистенции напоминает обычную краску, поэтому её можно наносить на любую поверхность. Такая термокраска сливается с защищаемой поверхностью, заполняя все микропоры, и полностью устраняет контакт поверхности с окружающей средой. После высыхания образуется эластичное полимерное покрытие, которое обеспечивает ещё и антикоррозионную защиту.
Покрытие наносится послойно кистью, валиком или распылителем (пневматическим и безвоздушным). Толщина одного технологического слоя у разных производителей – от 0,1 мм до 2 мм. Трудоёмкость нанесения соизмерима с трудоёмкостью покраски. Срок службы тепловой изоляции при нормальной эксплуатации – не менее 15 лет, а при соблюдении технологии нанесения покрытие жидкой теплоизоляцией может прослужить до 50 лет. Преимуществом жидких теплоизоляционных материалов является постоянный доступ к осмотру изолированной поверхности. Жидкая теплоизоляция экономит полезную площадь помещения за счёт снижения толщины изоляционного слоя. Применение её позволяет снизить вес конструкций, уменьшить потребление строительных материалов, улучшить комфорт в жилых помещениях, сократить расход энергии на отопление или кондиционирование здания.
«Проводы» тепла или теплопроводность?
Если попытаться подробнее разобрать уникальную теплопроводность жидкой керамической теплоизоляции, то тут-то и начинаются первые противоречия. Вспомним некоторые базовые понятия теплофизики применительно к строительству.
Теплопотери через строительные конструкции возникают из-за разности температур во внешнем пространстве и внутри. При определённой разности температур теплопотери тем больше, чем меньше теплосопротивление строительных конструкций. Теплопередача на строительных поверхностях происходит в результате движения неравномерно нагретого воздуха и всегда связана с приёмом и отдачей теплового излучения. Структура поверхности имеет непосредственное влияние на теплопередачу.
Так, скажем, крупнозернистая штукатурка изолирует стену лучше, чем тонкая, но большее значение для утепления имеет внутренняя структура изолятора. Керамическая теплоизоляция на 80% состоит из микросфер, соответственно только 20% связующего вещества может проводить теплоту за счёт своей теплопроводности. Другая доля теплоты приходится на конвекцию и излучение, а поскольку в микросфере содержится разрежённый воздух, то потери теплоты невелики. Более того, благодаря своему строению, материал обладает низкой теплоотдачей с поверхности, что и играет решающую роль в его теплофизике. То есть жидкий керамический теплоизоляционный материал представляет собой сложную структуру, в которой сводятся к минимуму все способы передачи теплоты – перенос теплоты потоками воздуха, тепловое излучение и собственно теплопроводность, причём эти процессы происходят как внутри самого пористого теплоизолятора, так и в примыкающем к поверхности слое воздуха.
С другой стороны, сопротивление слоя изоляции рассчитывается как толщина слоя, делённая на его теплопроводность, – то есть эффективность утеплителя напрямую зависит от толщины: чем толще слой утеплителя, тем лучше. А так как сверхтонкая изоляция уже по определению имеет низкую толщину, то из каких бы материалов она ни состояла, о каком тепловом сопротивлении можно говорить? Объяснением этой «несостыковки» могут быть микроразмеры керамических сфер. Поясним – в пенопласте, допустим, за счёт его толщины тепло должно проходить большой путь, а значит встречать на своём пути большее термическое сопротивление. Однако сферы жидкой термоизоляции имеют значительно меньший размер, нежели ячейки в пенопласте, и, соответственно, длина пути тепловой энергии также значительно сокращается.
Прорыв в теплоизоляции
С целью более подробного анализа сложных теплофизических характеристик жидкой керамоизоляции обратимся к истории. Ещё в 70-х гг. прошлого века на американском рынке появилось покрытие «Thermal-Coat», в состав которого входили наполнители – вакуумированные стеклянные микросферы и оксиды металлов (кремния, титана, кальция и цинка), а роль связующего основания играли полимеры. Теплозащитное покрытие первоначально было разработано по заданию NASA. Потом его, как и многие военные и космические разработки, адаптировали для теплозащиты промышленных и строительных объектов. Благодаря изменению и удешевлению производства, данный материал стало возможным производить, наряду с традиционной теплоизоляцией, по конкурентоспособным рыночным ценам. Недавно модернизированный, этот материал получил название ТС Ceramic HB.
После нанесения на поверхность и высыхания (испарения воды), густая текучая композиция из синтетического каучука и акриловых полимеров, в которые структурированы вакуумные керамические микросферы и силиконовые микросферы, полимеризуется в прочную, эластичную, не пропускающую капельную влагу сложную термозащитную конструкцию.
«Поверхность, на которую наносится состав, должна быть чистой, обезжиренной, без грязи, ржавчины и иметь температуру от +7 0С до +170 0С, – советуют специалисты ООО «СпецБилдСистем», дилер жидкого керамического теплоизоляционного материала TC Ceramic HB по Северо-Западу. – Максимальный диапазон эксплуатационных температур при одностороннем нагреве от – 60 0С до +260 0С.
Материал ТС Ceramic HB наносится послойно. Толщина одного слоя покрытия может составлять от 0,5 мм до 1,0 мм. Нанесение первого слоя на поверхности, находящиеся под температурой выше 70 0С, должно осуществляться материалом, разбавленным водой в соотношении 1/1, что улучшает его адгезию и повышает эффективность теплоизоляционных свойств. Нанесение материала на поверхности при температуре окружающего воздуха до 15 0С рекомендуется слоями, не превышающими толщину 0,5 мм, с обязательной суточной сушкой каждого нанесённого слоя (время полной сушки – 24 часа при нормальных температурных условиях). Не допускается дополнительное нанесение материала ранее, чем после полного высыхания нанесённого слоя. Срок эксплуатации покрытия снаружи объекта – не менее 10 лет и внутри – не менее 25 лет».
Время «тонких» технологий
В конце 90-х сверхтонкие теплоизоляторы иностранного производства появились и в России, среди них, помимо ТС Ceramic HB, торговые марки Mascoat (она же Thermal-Tec) и Керамоизол, представляющие собой вариации на тему родоначальника линии «Thermal Coat». Вскоре появились и отечественные материалы, получившие названия Корунд, Астратек, Альфатек, Теплос-Топ, Изоллат, RE-THERM, Теплометт, Актерм. Отечественные аналоги американских материалов не всегда соответствуют своим заявленным характеристикам, что вместе с «инновационной» наценкой отталкивает потребителя.
Что же касается уникальной теплопроводности, то сами разработчики эффект энергосбережения своих покрытий стали объяснять коэффициентом излучения поверхности, а опубликованные коэффициенты теплопроводности на порядок больше, чем заявленные нашими производителями для своей продукции. В этом плане вообще наблюдается много интересных фактов. Расчёты, показывающие снижение теплопотерь, строятся на измерениях только единственного параметра – температуры изолированной поверхности, которая измеряется с большой долей погрешности. Примечательно, что сертификаты соответствия, то есть документы, подтверждающие соответствие свойства продукта стандарту на его производство, пункт технических условий про теплопроводность не содержат. Иначе говоря, жидкие керамические теплоизоляторы не сертифицированы по теплопроводности!
Поражают и рекламные уловки некоторых производителей, громкий PR себе во вред. Модное слово «нанотехнология», увязываемое с жидкой керамической теплоизоляцией, не имеет никакого отношения к микросферам, поскольку «нано» – это 10–9, а «микро» – 10–6. Систему измерений ещё никто не отменял.
Выше уже говорилось об истории создания жидкой термоизоляции, разработанной для защиты космических кораблей от неравномерности тепловых излучений. Но обольщать потребителя рассказами о том, что нынешние марки одинаково успешно используются и в строительстве, и в космосе, всё-таки не стоит: эксплуатационный температурный диапазон термокраски – от ?60 0С до + 260 0С, в то время как температура в тени космического корабля приближается к абсолютному нулю (-273 0С), а при вхождении в плотные слои атмосферы спускаемый аппарат нагревается свыше тысячи градусов Цельсия.
Аргумент экономичности тоже весьма спорен. Приведём пример. Экструдированный пенополистирол толщиной 50 мм стоит до 200 руб. за м2, то есть цена за м2 этого утеплителя толщиной 1мм составит 4 руб. При средней цене сверхтонкой теплоизоляции 380 руб. за литр, а, значит, при норме расхода и рекомендуемом слое нанесения термокраски её стоимость (1 м2 при слое в 1 мм) будет почти в 100 раз выше, чем у пенополистирола, и это только при однослойном нанесении. Пусть даже теплоизолирующие свойства экструдированного пенополистирола хуже в 50 раз, однако один из самых дорогостоящих утеплителей остаётся почти в 2 раза дешевле сверхтонкой изоляции.
Но всё это не значит, что жидкая керамическая теплоизоляция – обычная краска. За счёт высокого коэффициента отражения керамических сфер, лучистая составляющая переноса теплоты у неё во много раз меньше, чем у традиционных теплоизолирующих материалов.
Принцип действия такой теплоизоляции можно назвать «эффектом теплового зеркала». Полимеризированное покрытие обладает высокой способностью отражать 75% падающих лучей света и рассеивать инфракрасное излучение. В принципе, такой же эффект (отражение инфракрасных лучей) у алюминиевой фольги или, к примеру, алюминированного вспененного полиэтилена.
Но вот если установить отражатель из фольги за батареей отопления, то в доме станет теплее, а если фольгой облицевать фасад – результата не будет. Поэтому изначально жидкая теплоизоляция применялась для дополнительной изоляции высокотемпературных трубопроводов, где эффективно проявляет себя основное свойство термокрасок – эффект отражения теплового излучения.
Не следует забывать также, что многие производители указывают значение теплопроводности своих материалов, полученное в лабораторных условиях при влажности в 60–70%, но стоит увеличить влажность окружающей среды на 5–10% и тепловое сопротивление начинает резко падать, вплоть до 50%. Жителей нашего Северо-Западного региона удивить влажностью и сыростью очень трудно, а у термокрасок все характеристики соответствуют заявленным уже в процессе эксплуатации.
Перспективно также использование жидкой термоизоляции для утепления «мостиков холода» – внутренних поверхностей оконных откосов, углов дома, швов и стыков. Некоторые места, кстати, проблематично утеплить чем-то другим. Никогда в жизни вы не прикрепите минеральную вату так, чтобы не образовались «мостики холода», особенно в труднодоступных местах. Жидкая теплоизоляция не имеет никаких швов и соединений, благодаря этому достигается отсутствие «мостиков холода». Утепление дома изнутри включает также утепление водопроводных и канализационных труб, которые способны остужать воздух вокруг себя из-за ледяной воды, находящейся в них.
Высокий показатель адгезии термокрасок позволяет изолировать покрываемую поверхность от доступа воды и воздуха, тем самым, устраняя потенциал внешней коррозии и образования ржавчины, в отличие от «обёрточных теплоизоляторов», пенополиуретана или минеральной ваты. В состав некоторых покрытий входят ингибиторы коррозии, которые предотвращают образование коррозии, покрывая металлические поверхности защитной фосфатной плёнкой.
Целесообразно использовать жидкие термоизоляторы в качестве защиты от образования конденсата в помещениях, что позволяет не только навсегда избавиться от грибковых образований и плесени, но и опосредованно устранить промерзание стен. В летний период покрытие термокраской, нанесенное на стены и крыши зданий с наружной стороны, снижает проникновение теплового потока внутрь помещений.
Между жидкими и традиционными
Некоторым особняком ввиду иного состава и структуры в ряду жидкой термоизоляции стоит напыляемая кремовая теплоизоляция с открытыми и закрытыми ячейками компании Demilec. Основными компонентами этого экологичного пенополиуретана являются соя, овощные масла и отходы пластмасс.
Это также новый продукт на рынке теплоизоляционных материалов с большим количеством преимуществ по сравнению со стандартной стекловолоконной изоляцией.
Стекловолокнистая изоляция снижает свою эффективность благодаря утечке воздуха. В результате изоляционный коэффициент многих конструкций может быть на 50% ниже коэффициента сопротивления теплопередачи изолирующего материала, который в них применён.
В отличие от стекловолокнистой изоляции, конструкция, в которой напыляется кремовая теплоизоляция, не теряет своих свойств и показывает коэффициенты сопротивления теплопередачи близкие к лабораторно тестированным, а также изолирует полости в конструкции от прохода воздуха. Продукты Demilec значительно увеличиваются в объёме после распыления, полностью заполняя любую полость и формируя непрерывный воздушный барьер, прилегая к другим строительным материалам. Такого эффекта не могут достигнуть стандартные утеплители. Каждый промежуток или пустота в обычной изоляции имеет коэффициент сопротивления теплопередачи почти нулевой.
Послесловие. Или вступление?
Таким образом, несмотря на существующую на сегодняшний день неоднозначность в оценке эффективности и перспективности жидкой керамической изоляции, можно с надеждой смотреть в будущее. Во всяком случае, в будущее развитие теплоизоляционных материалов, без которых, увы, невозможен комфорт проживания в собственном доме. Дыма, как известно, без огня не бывает, и рано или поздно производители некачественной продукции и подделок вынуждены будут уйти с рынка строительных материалов, а существующие технологии эволюционируют – в плане устранения сегодняшних недостатков.
В начале сентября в Казахстане на выставке «Инновационные технологии в сфере ЖКХ» были презентованы совместные казахстанско-российские проекты, в том числе и жидкая керамическая теплоизоляция.
К тому же научно-технический прогресс не стоит на месте и, к примеру, в Стэндфордском университете в США недавно была разработана теория создания материалов на основе фотонных кристаллов, обладающих меньшей, чем даже идеальный вакуум, теплопроводностью. В её основе лежит довольно революционная на сегодняшний день мысль – теплопроводность не зависит от толщины материала и определяется эффективным показателем преломления материала. На практике это может быть подтверждено созданием многослойных структур с фотонными кристаллами, способными с высокой эффективностью подавлять распространение света определённых длин волн – и, в том числе, в инфракрасной области спектра. Предполагается, что структура толщиной 100 мкн, состоящая из 10 слоёв фотонных кристаллов толщиной 1 мкм каждый, разделённых вакуумными промежутками шириной 90 мкм, способна снизить теплопроводность по сравнению с «чистым» вакуумом примерно в два раза.
Текст: Эдуард Доминов
Консультанты: компания «Аймак», официальный дилер продукции Демилек в России.
«Загородное строительство» № 10 (60), октябрь 2010 г
