Тепловые потери в зданиях и сооружениях возникают из‑за двух физических явлений:
Теплопроводности материалов ограждающих конструкций (пола, стен, потолка) — передачи тепла от более нагретых участков к менее нагретым.
Проникновения воздуха через естественные поры и неплотности конструкций (естественной вентиляции).
Для борьбы с каждым типом потерь применяют разные подходы:
Потери из‑за теплопроводности снижают за счёт использования материалов с низкой теплопроводностью.
Потери из‑за воздухопроницаемости минимизируют с помощью:
воздухонепроницаемых ограждающих конструкций;
эффективных систем искусственной вентиляции.
Сэндвич‑панели успешно решают обе задачи: они обладают низкой теплопроводностью и высокой воздухонепроницаемостью, что делает их эффективным решением для тепловой защиты зданий.
Толщина теплоизоляционного слоя зависит от назначения здания и климатических условий региона. Расчёты выполняют на основе:
СП 23‑101‑2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»;
СНиП 23‑02‑2003 «Тепловая защита зданий».
Разберёмся в базовых терминах термодинамики:
Теплопроводность — процесс переноса теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в ходе их теплового движения. Кинетическая энергия передаётся от более нагретых участков тела к менее нагретым или другому телу при контакте. Этот процесс возможен в любых телах с неравномерным распределением температуры.
Коэффициент теплопроводности (λ) — количественная характеристика способности материала проводить тепло. Измеряется в Вт/(м⋅К). Это свойство зависит исключительно от внутренней структуры материала, а не от его формы или размеров.
Для стационарного потока тепла через стену из сэндвич‑панелей тепловые потери между листами обшивки рассчитываются по формуле:
Q=δλ⋅S⋅ΔT,
где:
Q — полная мощность тепловых потерь в единицу времени;
S — площадь стенки;
ΔT — перепад температур по обе стороны панели;
δ — толщина теплоизоляционного слоя;
λ — коэффициент теплопроводности материала.
В таблице приведены значения λ для распространённых материалов:
Материалλ, Вт/(м⋅К)Алюминий202–236Сталь47–60Стекло1,15Кирпич строительный0,87Бетон сплошной1,7Пенобетон0,14–0,30Дерево0,15Минеральная вата0,041–0,046Пенополистирол0,04Пеноизол0,035Воздух (сухой неподвижный)0,024–0,031Пенополиуретан (PUR/PIR)0,021–0,023
При теплотехнических расчётах важно различать два показателя:
Декларируемый коэффициент (λdeclared) — значение, характеризующее не менее 90 % изделий с вероятностью 90 % в сухом состоянии (по EN 14509). Это «базовое» значение, полученное при средней температуре образцов 10 ∘C без учёта старения материала.
Расчётный коэффициент (λdesign) — показатель, пригодный для теплофизических расчётов. Учитывает старение материала и другие эксплуатационные факторы.
В странах ЕС действует единый стандарт EN 14509, который регламентирует методики определения параметров сэндвич‑панелей, включая расчётный коэффициент теплопроводности. При этом:
расчётный λ учитывает старение материала (улетучивание газового реагента из ячеек ППУ и его замещение воздухом);
воздействие влаги не рассматривается, так как сэндвич‑панели имеют влагозащищённую металлическую обшивку;
для панелей с металлической обшивкой расчётный λ указывается с приращением +0,001 Вт/(м⋅К) (EN 13165‑2008).
В России (по СНиП 23‑02‑2003 и ГОСТ 54855‑2011) учитывают влияние влажности:
коэффициент теплопроводности указывают для условий эксплуатации:
А — 2 % увлажнения по массе;
Б — 5 % увлажнения по массе.
При этом не учитывается, что ППУ в сэндвич‑панелях защищён от влаги обшивкой. Воздействие влаги критично только при ошибках монтажа (негерметичные стыки).
Для пенополиуретана (ППУ, PUR/PIR) основной фактор старения — диффузия и улетучивание газового реагента, заполняющего ячейки. Периодические изменения влажности не влияют на структуру ППУ.
Для минеральной ваты влажность — главный фактор старения.
Температура окружающей среды также влияет на λ, но ни EN 14509, ни ГОСТ 54855‑2011 не требуют предварительного нагрева образцов для определения расчётного коэффициента.
Вывод: сэндвич‑панели с пенополиуретаном (PUR/PIR) — эффективное решение для снижения тепловых потерь благодаря:
низкому коэффициенту теплопроводности (0,021–0,023 Вт/(м⋅К));
высокой воздухо- и влагонепроницаемости;
долговечности при правильном монтаже.
Выбор расчётного коэффициента теплопроводности зависит от нормативной базы (ЕС или РФ) и условий эксплуатации. Учёт этих факторов позволяет точно спроектировать тепловую защиту здания и обеспечить его энергоэффективность.