УДК 691

Выбор изоляционных материалов для коттеджей в Астане и Алматы: сравнительный анализ и рекомендации

Тислова Милена Александровна – магистрант кафедры «Инженерные системы и сети» Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева (г. Алматы, Республика Казахстан)

Бегимбетова Айнур Серикбаевна – PhD доктор, профессор Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева (г. Алматы, Республика Казахстан)

Пак Артем Борисович – магистрант кафедры «Инженерные системы и сети» Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева (г. Алматы, Республика Казахстан)

Аннотация: В данной статье проведен анализ эффективности различных типов изоляционных материалов для коттеджей, с учетом климатических особенностей городов Астаны и Алматы. Рассмотрены четыре основных типа изоляции: аэрогель, целлюлозная изоляция, отражающая изоляция и минеральная вата. Для каждого материала оценены теплопотери, стоимость, энергопотребление и прочие характеристики в соответствии с климатическими условиями каждого региона. На основе проведенного сравнительного анализа выделены наиболее эффективные материалы для обеспечения оптимальной теплоизоляции и снижения энергопотребления в каждом из городов. Результаты исследования могут быть использованы для принятия обоснованных решений при выборе изоляционных материалов для строительства и реконструкции жилых объектов в различных климатических зонах.

Ключевые слова: изоляционные материалы, аэрогель, целлюлозная изоляция, отражающая изоляция, минеральная вата, теплопотери, энергоэффективность, климатические особенности, выбор материалов, Астана, Алматы.

Введение

Выбор изоляционных материалов играет ключевую роль в обеспечении энергоэффективности и теплового комфорта в жилых зданиях, особенно в регионах с разнообразными климатическими условиями. Астана и Алматы, два крупнейших города Казахстана, представляют различные климатические вызовы, включая суровые зимы с сильными ветрами и жаркие лета с высоким уровнем влажности. В этом контексте выбор наиболее подходящих изоляционных материалов становится ключевым для снижения потерь тепла, уменьшения энергопотребления и повышения комфортности проживания.

Проведение сравнительного анализа изоляционных материалов позволит выявить наиболее эффективные варианты для достижения оптимальной теплоизоляции и снижения энергопотребления в коттеджах, расположенных в Астане и Алматы. Полученные результаты исследования будут полезны для архитекторов, строителей и владельцев жилья, помогая им принимать обоснованные решения при выборе изоляционных материалов для строительства жилых объектов в различных климатических зонах.

Таким образом, данное исследование способствует развитию устойчивых практик в строительстве, популяризации использования соответствующих изоляционных материалов, адаптированных к конкретным климатическим условиям Астаны и Алматы.

Целью исследования: является проведение всестороннего анализа эффективности различных типов изоляционных материалов для коттеджей, с учетом климатических особенностей городов Астаны и Алматы. Исследование направлено на выявление наиболее подходящих материалов, способных обеспечить оптимальную теплоизоляцию и снизить энергопотребление в различных климатических условиях, а также на оценку их экономической целесообразности. Полученные результаты будут полезны для принятия обоснованных решений при выборе изоляционных материалов для строительства жилых объектов в регионах с разнообразными климатическими характеристиками.

Материалы и методика

Материалы

Изоляционные материалы: аэрогель, целлюлозная изоляция, отражающая изоляция и минеральная вата. Данные о климатических условиях городов Астаны и Алматы: температура, влажность, продолжительность отопительного периода. Технические характеристики изоляционных материалов: коэффициент теплопроводности, стоимость, теплозащитные характеристики.

Методика

Сбор и анализ данных о климатических особенностях и энергопотреблении в городах Астане и Алматы. Использование стандартных методов измерения и оценки теплоизоляционных свойств изоляционных материалов. Расчет теплопотерь и энергопотребления для каждого из изучаемых материалов в соответствии с климатическими данными. Сравнительный анализ полученных результатов для выявления наиболее эффективных изоляционных материалов в каждом из рассматриваемых регионов. Оценка экономической целесообразности использования каждого из изучаемых материалов.

Технико-экономический расчет

Строители предпочитают использовать силикатный кирпич при возведении как одно-, так и многоэтажных конструкций. Этот вид кирпича эффективно применяется для создания несущих и самонесущих стен, внутренних перегородок, а также для отделочной работы дымоходов. Белый силикатный кирпич, созданный в 1880 году немецким ученым В. Михаэлисом, изготавливается путем обработки известково-песчаной смеси в автоклавах при использовании водяного пара. Этот процесс происходит при давлении 0,8 МПа, температуре 175-200°C и занимает от 8 до 14 часов. Силикатный кирпич обладает такими же размерами, маркой прочности и морозостойкостью, как и керамический кирпич.

Рисунок 1. Силикатный кирпич.

Использование силикатного кирпича сопряжено с несколькими недостатками:

• Он обладает высокими показателями теплопроводности, что может привести к значительным теплопотерям.
• Влажные условия способствуют поглощению кирпичом влаги, что увеличивает его теплопроводность и, следовательно, ухудшает прочность кладки.
• Кирпич подвержен деформации под воздействием внешних факторов, таких как давление, температура и влажность.

Однако силикатный кирпич обладает и рядом преимуществ:

• Он достаточно прочен и морозоустойчив.
• Экологически безопасен.
• Обладает звукоизоляционными и теплоаккумулирующими свойствами.
• Универсален в применении и имеет хороший внешний вид.

В связи с этими характеристиками предлагается провести технико-экономический расчет теплопотерь от использования силикатного кирпича для строительства коттеджа в городе Астане. Рассматривается общая площадь 108 квадратных метров с оконной и дверной проемами общей площадью 36 квадратных метров. Для расчета теплопотерь учитывается температура воздуха на улице, которая зимой составляет -25°C, а летом +30°C. Коэффициент теплопроводности кладки из силикатного кирпича оценивается на 0,7 Вт/(м*°C).

Коэффициент теплопроводности определяет, сколько тепловой энергии будет передаваться через каждый метр толщины материала при изменении температуры на 1 ºC на метре. Этот параметр позволяет оценить скорость передачи тепла через материал, например, силикатный кирпич. Чем ниже коэффициент теплопроводности, тем лучше материал сохраняет тепло, и, следовательно, тем меньше теплопотери через него. Для расчета теплопотерь можно использовать формулу:

Где  (Q) - теплопотери

• (U) - коэффициент теплопроводности материала (в Вт/(м²·К))
• (A) - площадь поверхности (в м²)
• (ΔT) - разница температур (в К)

Сначала рассчитаем теплопотери для зимнего времени года:

Теперь рассчитаем теплопотери для летнего периода:

Из проведенного анализа видно, что при сохранении максимальной температуры в +25 ºC в течение всего летнего периода теплопотерь отсутствует, поскольку внутренняя температура в помещении выше, чем на улице. Однако в условиях нестабильной климатической среды столицы, а также при сильных и холодных ветрах, отсутствие теплоизоляции при строительстве коттеджа не является эффективным решением.

Если рассмотреть аналогичную конструкцию в городе Алматы, где максимальные значения температуры составляют:

зимой -9°C,

летом +31°C,

то получим следующие результаты.

Теперь проведем расчет теплопотерь для зимнего времени года:

Теперь рассчитаем теплопотери для летнего периода:

Из расчетов видно, что теплопотери летом в два раза ниже, чем зимой. Тем не менее, влажные условия климата могут привести к быстрому остыванию здания при ночных, более прохладных температурах.

Давайте сравним полученные результаты для коттеджа площадью 108 м² в городах Астана и Алматы.

Таблица 1. Теплопотери коттеджа без изоляции, при условии, что помещение не будет отапливаться, ограждающая конструкция – силикатный кирпич.

№ п/п	Без изоляции	Астана, Вт	Алматы, Вт
1	Зима	4158	3024
2	Лето	378	1663,2

Для сокращения теплопотерь, экономии энергии и предотвращения излишней влаги в здании крайне важно выбирать качественные материалы для теплоизоляции.

Современное строительство стремится к созданию энергоэффективных и комфортных зданий, и одним из ключевых моментов является правильный выбор материалов для изоляции стен. Коэффициент теплопроводности материала определяет его способность сохранять тепло в помещении.

Сухой полнотелый силикатный кирпич имеет значительно более низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с керамическим кирпичом, что делает его более эффективным для сохранения тепла в здании.

Коэффициент теплопроводности сухого полнотелого силикатного кирпича составляет 0,56 Вт/(м * ºC), а для кладки из него он равен 0,69 Вт/(м * ºC) (приблизительно 0,7 Вт/(м * ºC)). В то время как теплопроводность кладки полнотелых керамических кирпичей составляет около 0,98 Вт/(м * ºC).

В строительстве каждый материал играет свою роль, особенно в контексте теплоизоляции. Для эффективного сохранения тепла зимой и обеспечения комфортной температуры в помещении летом необходимо тщательно выбирать материалы, учитывая их теплопроводность и тепловое сопротивление.

Материалы с низкой теплопроводностью и высоким тепловым сопротивлением идеально подходят для утепления стен дома. Они способны эффективно задерживать тепло внутри помещения и предотвращать его потерю через стены. Примерами таких материалов являются минеральная вата, базальтовая вата и пенопласт.

Теплопроводность строительных материалов определяется количеством тепла, которое они передают через себя за единицу времени. Чем меньше этот показатель, тем лучше материал сохраняет тепло. Тепловое сопротивление, напротив, показывает способность материала препятствовать прохождению тепла. Материалы с высоким тепловым сопротивлением идеально подходят для теплоизоляции.

Для обеспечения оптимальной теплоизоляции здания необходимо анализировать не только теплопроводность отдельных материалов, но и их сочетание в конструкции стен, пола и потолка. Общая теплоизоляционная способность конструкции зависит от суммарного теплового сопротивления всех слоев материала.

Таблицы коэффициентов теплопередачи для различных материалов помогают выбирать оптимальные варианты в зависимости от условий и требований. Эти данные используются для расчетов и определения состава и толщины материалов, необходимых для достижения заданного уровня теплоизоляции.

При выборе материалов для теплоизоляции важно учитывать условия эксплуатации. Некоторые материалы могут быть более эффективными в условиях повышенной влажности, поэтому их характеристики играют решающую роль в процессе выбора.

Давайте рассмотрим коэффициенты теплопроводности рассматриваемых материалов, используемых в качестве ограждающих конструкций.

Таблица 2. Коэффициенты теплопроводности.

№ п/п	Материал	Теплопроводность, Вт/ (м* ºС)
1	Полнотелый силикатный кирпич	0,69 (0,7)
2	Аэрогель	0,013
3	Целлюлозная изоляция	0,038
4	Отражающая изоляция	0,03
5	Минвата	0,05

За счет лучших теплоизоляционных характеристик силикатный кирпич предпочтителен для применения при строительстве фасадов зданий. Помимо этого, он превосходит керамический кирпич по морозостойкости, что делает его более долговечным и надежным материалом для эксплуатации в разнообразных климатических условиях.

Потребление энергии конструкцией зависит от нескольких факторов, включая оболочку здания, вентиляцию, горячее водоснабжение и бытовые устройства (освещение, электроприборы). От 20% до 80% энергопотерь обусловлены именно оболочкой здания.

Рисунок 2. Пример теплопотерь для дома.

При строительстве или ремонте дома одним из важнейших аспектов является эффективная теплоизоляция, так как потери тепла могут происходить по разным механизмам, включая трансмиссионные и вентиляционные потери.

Трансмиссионные потери тепла происходят из-за разницы температур между внутренней и внешней средой и возникают через ограждающие конструкции здания, такие как стены, крыша, окна и пол. Вентиляционные потери тепла зависят от разности давлений воздуха внутри и снаружи здания и могут быть вызваны обеспечением кратности воздухообмена в помещениях или инфильтрацией наружного воздуха через неплотности в тепловой оболочке.

Рекуператоры представляют собой один из способов снижения вентиляционных потерь тепла, так как они позволяют использовать тепло отработанного воздуха для нагрева вновь поступающего воздуха. А чтобы минимизировать потери тепла, связанные с инфильтрацией воздуха через неплотности в оболочке здания, необходимо герметизировать здание, устраняя щели и брешь в конструкциях, таких как межпанельные стыки, оконные проемы и двери.

Путем учета обоих механизмов потери тепла и применения соответствующих методов и материалов можно значительно сократить теплопотери дома. Это не только улучшит условия проживания, но и снизит энергопотребление, что положительно скажется на окружающей среде.

Подсчет площадей осуществляется путем суммирования площадей всех внешних стен и крыши здания по его внутренним измерениям, измеренным в квадратных метрах.

Рисунок 3. Теплопотери для коттеджа.

Для оценки теплопотерь используем менее академичный, но более удобный PHI-методом. Примем за основу общую площадь коттеджа из двух этажей, равную 108 м.

Габариты дома 6*9 каждый этаж, высота потолков по 3 м. Общая площадь оконных и дверных проемов 1,8*5+4*6+2,5=36 м².

Периметр=(6+9)*2=30 м (один этаж), 60 м (два этажа).

Высота = 3*2 (высота помещения)+0,25 (толщина пола)+0,25 (толщина изоляции) = 6,5 м.

Площадь вертикальных ограждений: P*H = 60*6,5=390 м².

Окна = 36 м².

Стены: 390-36=354 м².

Полы (нижнее перекрытие) = 6*9 = 54 м². – периметр теплотеряющей плоскости *2 = 108 м².

Потолок (верхнее перекрытие) = 6*9 = 54 м²*2=108 м².

Итого: 390+108+108=606 м²

Рассчитаем коэффициенты теплопотерь для каждого вида изоляции.

Условное сопротивление = сумма сопротивления слоев – R=λ+_se,si [4].

Таблица 3. Экспресс-оценка сопротивлений теплопередаче.

№ п/п	Группа	Конструктив	Сопротивление теплопередаче
1	Нижнее перекрытие, пол по грунту	Подполье, 15 см ППС	3+1=4
		Пол по грунту, 15 см ЭППС	3,75+3,5=7
2	Стена	Силикатный кирпич 250*120*65 мм, 19,5 см	19,5/0,7=27,8
		150 мм аэрогель	0,15/0,013=11,5
		150 мм целлюлозной изоляции	0,15/0,038=3,94
		150 мм отражающей изоляции	0,15/0,03=5
		150 мм минваты	0,15/0,05=3
3	Заполнение объемов	Окна и двери хорошего качества	0,8

Количество теплоты, равное потерям тепловой энергии через теплозащитную оболочку здания в единицу времени при перепаде температуры в 1 ºС.

Таблица 4. Теплозащитная характеристика здания.

№ п/п	Конструкция	Площадь, м2	Сопротивление ТП. R. м2* ºС/Вт	Теплозащитная характеристика, Вт/ ºС
1	Стены силикатный кирпич	354	27,8	354/27,8=12,7 без изоляции
	150 мм аэрогель			11,5+12,7=24,2
	150 мм целлюлозной изоляции			3,94+12,7=16,64
	150 мм отражающей изоляции			5+12,7=17,7
	150 мм минваты			3+12,7=15,7
2	Окна-двери	36	0,8	36/0,8=45
3	Пол	108	7	108/7=15
4	Крыша	108	5	108/5=22
	Итого:	606	606/94,7=6,4	94,7 без теплоизоляции

Теплопотери без изоляции по стенам составляют 12,7 Вт на градус, итого 94,7 Вт на м². С изоляцией характеристики существенно повышаются, наиболее теплостойким является аэрогель.

У потребления энергии два измерения:

• мощность (пиковое потребление), кВт [5];
• количество (общий расход за сезон), кВт-ч.

Рассчитаем потребление энергии для указанного коттеджа в 108 м² для г. Астаны, в случае утепления аэрогелем.

Таблица 5. Характеристика климатических параметров по г. Астана.

Характеристика климата	Значение
Температура холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92	-31,2 ºС
Продолжительность отопительного периода	209 суток
Средняя температура воздуха отопительного сезона	-6,3 ºС
Относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца	74%
Количество градусо-суток отопительного периода ГСОП	5705,7 ºС*сут.

Таблица 6. Теплопотери по стенам для аэрогеля.

Показатель	Результат
Теплозащитная характеристика k (силикатный кирпич+аэрогель)	12,7+24,2=36,9 Вт/ ºС
Климат и образ жизни (расчетные температуры, ) (температура в коттедже-температура на улице зимой)	25-(-30)=55 ºС
Климат (интенсивность отопительного периода), ГСОП, ГЧОП = ГСОП*24	5705,7 ГСОП, 5705,7*24=136 936,8 ГЧОП
Пиковые теплопотери (мощность)	36,9*55=2,029 кВт
Общий расход энергопотребления за год	36,9*136 936,8=5053 кВт*ч

Таблица 7 – Теплопотери для целлюлозной изоляции.

Показатель	Результат
Теплозащитная характеристика k (силикатный кирпич+целлюлозная изоляция)	12,7+16,64=29,34 Вт/ ºС
Климат и образ жизни (расчетные температуры, ) (температура в коттедже-температура на улице зимой)	25-(-30)=55 ºС
Климат (интенсивность отопительного периода), ГСОП, ГЧОП = ГСОП*24	5705,7 ГСОП, 5705,7*24=136 936,8 ГЧОП
Пиковые теплопотери (мощность)	29,34*55=1,61 кВт
Общий расход энергопотребления за год	29,34*136 936,8=4018 кВт*ч

Таблица 8. Теплопотери для отражающей изоляции.

Показатель	Результат
Теплозащитная характеристика k (силикатный кирпич+целлюлозная изоляция)	12,7+17,7=30,4 Вт/ ºС
Климат и образ жизни (расчетные температуры, ) (температура в коттедже-температура на улице зимой)	25-(-30)=55 ºС
Климат (интенсивность отопительного периода), ГСОП, ГЧОП = ГСОП*24	5705,7 ГСОП, 5705,7*24=136 936,8 ГЧОП
Пиковые теплопотери (мощность)	30,4*55=1,67 кВт
Общий расход энергопотребления за год	30,4*136 936,8=4163 кВт*ч

Таблица 9. Теплопотери для минваты.

Показатель	Результат
Теплозащитная характеристика k (силикатный кирпич+целлюлозная изоляция)	12,7+15,7=28,4 Вт/ ºС
Климат и образ жизни (расчетные температуры, ) (температура в коттедже-температура на улице зимой)	25-(-30)=55 ºС
Климат (интенсивность отопительного периода), ГСОП, ГЧОП = ГСОП*24	5705,7 ГСОП, 5705,7*24=136 936,8 ГЧОП
Пиковые теплопотери (мощность)	28,4*55=1,56 кВт
Общий расход энергопотребления за год	28,4*136 936,8=3889 кВт*ч

Таблица 10. Характеристика климатических параметров по г. Алматы.

Характеристика климата	Значение
Температура холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92	-20,1 ºС
Продолжительность отопительного периода	164 суток
Средняя температура воздуха отопительного сезона	0,4 ºС
Относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца	65%
Количество градусо-суток отопительного периода ГСОП	3214,4 ºС*сут.

Таблица 11. Теплопотери по стенам для аэрогеля.

Показатель	Результат
Теплозащитная характеристика k (силикатный кирпич+аэрогель)	12,7+24,2=36,9 Вт/ ºС
Климат и образ жизни (расчетные температуры, ) (температура в коттедже-температура на улице зимой)	25-(-9)=34 ºС
Климат (интенсивность отопительного периода), ГСОП, ГЧОП = ГСОП*24	3214,4 ГСОП, 3214,4*24=77145,6 ГЧОП
Пиковые теплопотери (мощность)	36,9*34=1,254 кВт
Общий расход энергопотребления за год	36,9*77145,6=2847 кВт*ч

Таблица 12. Теплопотери для целлюлозной изоляции.

Показатель	Результат
Теплозащитная характеристика k (силикатный кирпич+целлюлозная изоляция)	12,7+16,64=29,34 Вт/ ºС
Климат и образ жизни (расчетные температуры, ) (температура в коттедже-температура на улице зимой)	25-(-9)=34 ºС
Климат (интенсивность отопительного периода), ГСОП, ГЧОП = ГСОП*24	3214,4 ГСОП, 3214,4*24=77145,6 ГЧОП
Пиковые теплопотери (мощность)	29,34*34=0,997 кВт
Общий расход энергопотребления за год	29,34*77145,6=2263 кВт*ч

Таблица 13. Теплопотери для отражающей изоляции.

Показатель	Результат
Теплозащитная характеристика k (силикатный кирпич+целлюлозная изоляция)	12,7+17,7=30,4 Вт/ ºС
Климат и образ жизни (расчетные температуры, ) (температура в коттедже-температура на улице зимой)	25-(-9)=34 ºС
Климат (интенсивность отопительного периода), ГСОП, ГЧОП = ГСОП*24	3214,4 ГСОП, 3214,4*24=77145,6 ГЧОП
Пиковые теплопотери (мощность)	30,4*34=1,033 кВт
Общий расход энергопотребления за год	30,4*77145,6=2345 кВт*ч

Таблица 14. Теплопотери для минваты.

Показатель	Результат
Теплозащитная характеристика k (силикатный кирпич+целлюлозная изоляция)	12,7+15,7=28,4 Вт/ ºС
Климат и образ жизни (расчетные температуры, ) (температура в коттедже-температура на улице зимой)	25-(-9)=34 ºС
Климат (интенсивность отопительного периода), ГСОП, ГЧОП = ГСОП*24	3214,4 ГСОП, 3214,4*24=77145,6 ГЧОП
Пиковые теплопотери (мощность)	28,4*34=0,965 кВт
Общий расход энергопотребления за год	28,4*77145,6=2190 кВт*ч

Сравним теплопотери (общий расход за год) для одного и того же коттеджа в г. Астане и г. Алмате.

Таблица 15. Теплопотери за год в кВт для двух городов.

Изоляция	Астана, кВт	Алматы, кВт
Аэрогель	2,029	1,254
целлюлозная изоляция	1,61	0,997
отражающая изоляция	1,67	1,033
минеральная вата	1,56	0,965

Сравним материалы по стоимости:

• теплоизоляционный аэрогель;
• целлюлозная изоляция;
• отражающая изоляция;
• минеральная вата [6].

 Условно возьмем за основу коттедж 108 м².

Таблица 16. Расход на изоляцию.

Теплоизо- ляционный материал	Тип материала	Цена	Количество рулонов/общая стоимость
Аэрогель	Cryogel Z, 10 мм	15652,88 тенге за рулон	Площадь, которую покрывает 1 рулон материала при толщине 10 мм: 0,010 м*108 м2=1,08 м2. Для покрытия всей площади коттеджа: 108 м2/1,08 м2/рулон=100 рулонов. При необходимой толщине в 15 мм, потребуется 150 рулонов. Сумма составит: 150*14530,81=2 176 621,5 тенге
Целлюлозная изоляция (эковата)	15 мм	11312 тенге за штуку	15 мм эковаты можно утеплить 1,67 м2. Количество мешков: 108 м2*0,15 м=16,2 м3. 16,2 м3/ (1,67 м2*0,15 м)=64,864 мешка. Сумма составит: 65 мешков*11312=735 280 тенге
Отражающая изоляция	AkvaHit, толщина 15 мм, длина 15 м	19787 тенге за рулон	Площадь одного рулона=0,015 м*15 м=0,225 м2. Количество рулонов: 108 м2/0,225 м2/рулон=480 рулонов. Сумма составит: 480*19787=9 501 360 тенге
Минеральная вата	Утеплитель минераловатный, длина 6,25 м, в рулоне 15 м2, 50 мм.	16 244 тенге за рулон	Площадь рулона: 6,25 м*0,050 м=0,3125 м2. Количество рулонов: 108 м2/0,3125 м2/рулон=346 рулонов. Сумма составит: 346*16244=5 618 024 тенге

Цены на материалы взяты с сайта Ozon.ru.

Таким образом, самым экономичным вариантом для ограждения конструкций является целлюлозная изоляция (эковата).

Таблица 17. Рабочая температура изоляции.

№ п/п	Теплоизоляционный материал	Рабочая температура, ºС
1	Аэрогель	от -200 до +1000
2	Целлюлозная изоляция (эковата)	от -60 до +200
3	Отражающая изоляция	от -60 до +200
4	Минеральная вата	от -200 до +700

Заключение

Давайте взглянем на характеристики изоляционных материалов, которые были включены в наш расчет.

Аэрогель представляет собой инновационный материал с уникальными свойствами, который активно используется для повышения энергоэффективности зданий. Он обладает целым рядом преимуществ, делающих его предпочтительным выбором для изоляции ограждающих конструкций.

Первое его преимущество заключается в гибкости и легкости обработки. Благодаря этим свойствам аэрогель легко адаптируется под различные формы и размеры. Сравнительный анализ показывает, что по теплоизоляционным характеристикам аэрогель значительно превосходит традиционные материалы, такие как пенополистирол.

Аэрогель - это материал, который переворачивает представление о теплоизоляции. Его низкая теплопроводность делает его идеальным выбором для защиты от потерь тепла, особенно в холодных климатических условиях. Благодаря его химической стойкости, аэрогель способен выдерживать экстремальные факторы, такие как высокие температуры, влага и ультрафиолетовое излучение, обеспечивая долговечность изоляционного слоя. Его пористая структура обеспечивает хорошую воздухопроницаемость, что помогает предотвратить образование влаги и плесени в стенах здания. Кроме того, легкий вес аэрогеля упрощает процесс установки и не создает лишней нагрузки на конструкцию здания.

Аэрогель – один из самых передовых материалов в сфере строительства. Его универсальность позволяет использовать его для утепления стен, крыш, полов и других элементов здания. По сравнению с традиционными материалами, аэрогель обеспечивает более высокую теплоизоляцию при меньшей толщине слоя, что позволяет экономить место внутри помещений и эффективно использовать пространство здания. Его высокая стойкость к различным внешним воздействиям делает его идеальным для использования в различных климатических условиях, а химические свойства обеспечивают надежную защиту от коррозии и разрушения даже в самых экстремальных температурных условиях.

Пористая структура аэрогеля обеспечивает естественную циркуляцию воздуха, что помогает предотвратить образование конденсата и снизить вероятность появления грибка и плесени. Этот материал идеально подходит для климата Алматы.

Благодаря своему легкому весу, аэрогель легко транспортировать и устанавливать. Он также помогает снизить нагрузку на фундамент и не оказывает негативного влияния на структурную прочность здания.

Аэрогель является экологически безопасным материалом, не содержащим вредных химических веществ и не выделяющим токсичных испарений. Поэтому его можно считать безопасным как для здоровья людей, так и для окружающей среды.

Целлюлозный утеплитель, также известный как целлюлозная вата или "эковата", представляет собой изоляционный материал серого или светло-серого цвета. Этот материал в основном состоит из переработанной газетной бумаги или макулатуры, а также содержит нелетучие пламегасящие вещества, такие как борная кислота и бура. Целлюлозный утеплитель имеет уникальные характеристики, делающие его популярным выбором для строительства и реконструкции зданий.

Волокна этого материала содержат лигнин, который при увлажнении помогает связать волокна и элементы конструкции, обеспечивая дополнительную прочность и устойчивость к влаге. Он обладает хорошими показателями тепло- и звукоизоляции, что делает его конкурентоспособным на рынке изоляционных материалов. Коэффициент теплопроводности целлюлозного утеплителя составляет 0,037-0,042 Вт/(м*K), что находится на уровне лучших образцов изоляционных материалов.

Благодаря капиллярной структуре целлюлозных волокон, этот материал способен удерживать до 20% влаги в верхних слоях, при этом почти не теряя своих теплоизоляционных свойств. Он также легко отдаёт влагу в окружающую среду при высыхании.

Целлюлозный утеплитель - материал с разнообразными положительными характеристиками, делающими его привлекательным выбором для использования в строительстве и ремонте зданий.

Его плотность применения обычно варьируется от 28 до 65 кг/м3, а горючесть зависит от спецификаций производителя, как правило, соответствует умеренно горючим и умеренно воспламеняемым материалам.

Целлюлозный утеплитель характеризуется низкой воздухопроницаемостью и паропроницаемостью, а его высокая сорбционная способность позволяет впитывать влагу до 16% за 72 часа согласно ГОСТ 17177.5.

Среднее значение pH составляет 7,8-8,3, что свидетельствует о его безопасности и химической инертности, а также отсутствии коррозии. Долговечность обеспечивается высокой устойчивостью к механическим воздействиям.

Легкость переработки и утилизации способствует снижению негативного воздействия на окружающую среду. Благодаря этим свойствам, целлюлозный утеплитель применим как для новых, так и для старых зданий, позволяя проводить их реконструкцию и модернизацию.

Помимо теплоизоляционных свойств, он также способен снижать уровень шума и вибрации внутри здания. Безопасность для здоровья подтверждается отсутствием формальдегидов и других опасных химических веществ, а также отсутствием выделения токсичных испарений, что особенно важно для людей с аллергиями или респираторными заболеваниями

Целлюлозный утеплитель привлекателен своей экономической выгодой и долговечностью, что делает его идеальным выбором для утепления как внешних, так и внутренних стен.

Отражающая изоляция, в свою очередь, становится всё более востребованным решением для обеспечения комфорта и энергоэффективности в жилищах. Этот инновационный материал из металлизированной пленки обладает уникальными свойствами.

Он отражает тепловое излучение обратно в помещение, что значительно снижает теплопотери через стены и обеспечивает стабильную внутреннюю температуру. Помимо этого, отражающая изоляция способна отражать солнечные лучи, предотвращая перегрев помещений, особенно в жаркое время года.

Благодаря легкому весу и простоте монтажа, этот материал легко устанавливается в новых строениях или при ремонте, что делает его доступным и привлекательным для широкого круга потребителей.

Также отражающая изоляция обладает высокой стойкостью к влажности и грибку, что делает её идеальным выбором для утепления стен в условиях повышенной влажности или влажного климата. Это помогает предотвратить развитие грибка и плесени внутри стен, обеспечивая здоровье и комфорт жильцов.

Комбинирование отражающей изоляции с традиционными материалами, такими как минеральная вата или пенополистирол, помогает улучшить теплоизоляционные свойства стен и повысить их энергоэффективность.

Минеральная вата, изготавливаемая из базальтовых пород или стекловолокна, является одним из востребованных материалов для утепления стен. Ее волокнистая структура обеспечивает высокий уровень теплоизоляции и звукоизоляции.

Одним из главных преимуществ минеральной ваты является ее способность задерживать тепло внутри помещения благодаря мелким волокнам и воздушным карманам в ее структуре. Это снижает расходы на отопление и создает комфортные условия проживания.

Кроме того, минеральная вата обладает отличными звукоизоляционными свойствами, что делает ее предпочтительным выбором для защиты от внешнего шума. Это особенно важно для домов, расположенных в шумных районах или у дорог.

Еще одним преимуществом минеральной ваты является ее огнеупорность. Она не поддерживает горение и не выделяет токсичных газов при нагревании, что делает ее безопасным материалом. Минеральная вата часто используется в качестве огнезащитного утеплителя для стен и потолков.

Все перечисленные материалы изоляции представляют собой привлекательные варианты для использования в строительстве частных домов, но их применимость может различаться в зависимости от климатических условий и требований конкретного проекта.

Например, аэрогель отлично подходит для обеспечения высокой теплоизоляции и низкого веса, что делает его эффективным в условиях как холодного, так и жаркого климата. Однако его стоимость установки может быть довольно высокой.

Целлюлозная изоляция, считающаяся экологически чистым и безопасным материалом, может быть доступным выбором, но ее эффективность может снижаться в условиях повышенной влажности.

Отражающая изоляция прекрасно отражает тепло и эффективна в жарких климатических условиях, однако ее эффективность может быть ограничена в холодных регионах.

Минеральная вата хорошо сохраняет тепло и обладает отличными звукоизоляционными свойствами, что делает ее универсальным выбором для различных климатических условий.

Поэтому при выборе изоляционного материала для конкретного проекта важно учитывать не только его теплоизоляционные характеристики, но и климатические особенности региона и требования к конструкции здания.

Учитывая климатические особенности городов Алматы и Астаны, выбор изоляционных материалов для строительства коттеджа является важным аспектом для обеспечения комфортного и энергоэффективного проживания.

Для Алматы, где важны как теплоизоляция, так и защита от жары, наиболее подходящими вариантами являются аэрогель и минеральная вата. Оба материала обладают высокими теплоизоляционными характеристиками и способны эффективно удерживать тепло в здании при жарком климате.

В Астане, где преобладают сильные ветры, более предпочтительными являются целлюлозная изоляция или минеральная вата. Эти материалы обеспечивают хорошую ветрозащиту, что важно для сохранения тепла в здании в условиях резко-континентального климата с сильными ветрами.

Добавление выбранного изоляционного материала значительно повысит теплоизоляционные характеристики здания из силикатного кирпича, снизив теплопотери и обеспечив комфортные условия проживания. Наиболее эффективной изоляцией среди рассмотренных является аэрогель.

Таким образом, применение изоляционных материалов является необходимым для обеспечения энергоэффективности и комфортного проживания в строениях в различных климатических условиях.

Учитывая климатические особенности, были произведены расчеты для двух городов по вопросу теплопотерь. При поддержании температуры +25 ºC в коттедже в Астане при наружной температуре до -30 ºC, общее энергопотребление за год для различных изоляционных материалов будет следующим:

Аэрогель: 5053 кВт*ч

Целлюлозная изоляция: 4018 кВт*ч

Отражающая изоляция: 4163 кВт*ч

Минеральная вата: 3889 кВт*ч

Такие значения показывают, какой материал эффективнее в условиях отопительного сезона в Астане.

Следовательно, для ограждающих конструкций коттеджа из силикатного кирпича площадью 108 м2 в городе Астана наиболее подходящими вариантами являются минеральная вата и целлюлозная изоляция. Однако стоит также учитывать цену на изоляцию. Согласно расчетам, стоимость аэрогеля для коттеджа составит 2176621,5 тенге, целлюлозной изоляции - 735280 тенге (наиболее выгодный вариант по стоимости), отражающей изоляции – 9501360 тенге, минваты – 5618024 тенге.

Следовательно, для Астаны целлюлозная изоляция и минвата являются приемлемыми вариантами, обеспечивающими защиту от теплопотерь в ветряные дни. Даже если стоимость минваты выше, ее долговечность превосходит другие варианты.

Если рассматривать коттедж в г. Алматы, где поддерживается температура +25 ºС, а на улице до -9 ºС, то общий расход энергопотребления за год для различных материалов составит:

аэрогель - 2847 кВт*ч;

целлюлозная изоляция - 2263 кВт*ч;

отражающая изоляция - 2345 кВт*ч;

минвата - 2190 кВт*ч.

Таким образом, для коттеджа в г. Алматы наиболее подходящими вариантами также являются минеральная вата и целлюлозная изоляция. Однако, для этого климата также возможно использование аэрогеля, который дороже, но более долговечен и устойчив к жаре и влаге.

Список литературы

1. Aspen Aerogels: Copyright 2001-2018 Aspen Aerogels, Inc - Режим доступу: https://www.aerogel.com/Enabling-the-Future-of-Energy/
2. Illera, D.; Mesa, J.; Gomez, H.; Maury, H. Cellulose Aerogels for Thermal Insulation in Buildings: Trends and Challenges. Coatings 2018, 8, 345. https://doi.org/10.3390/coatings8100345
3. Kojiro Uetani & Kimihito Hatori (2017) Thermal conductivity analysis and applications of nanocellulose materials, Science and Technology of Advanced Materials, 18:1, 877-892, DOI: 10.1080/14686996.2017.1390692
4. Rasmussen, T.V. Assessment of the performance of organic and mineral-based insulation products used in exterior walls and attics in dwellings / T.V. Rasmussen, A. Nicolajsen // Build. Environ. – 2007. – Vol. 42, № 2. – P. 829–839.
5. Ueno, K. BA-1501: Monitoring of Double-Stud Wall Moisture Conditions in the Northeast About / K. Ueno, 2015. – 72 p.
6. Vatin N.I., Pestryakov I.I., Sultanov Sh.T., Ogidan T., Yarunicheva Y.A., Kiryushina A.P. WATER VAPOUR BY DIFFUSION AND MINERAL WOOL THERMAL INSULATION MATERIALS // Magazine of Civil Engineering. №5 (81). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/water-vapour-by-diffusion-and-mineral-wool-thermal-insulation-materials (дата обращения: 03.05.2023).
7. Vinha, J. Drying rate of timber-framed external wall assemblies in Nordic climate / J. Vinha, P. Käkelä // Performance of Exterior Envelopes of Buildings IX. – Florida, 2004. – P. 11.
8. Бабашов В. Г., Варрик Н. М., Карасева Т. А. ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОГЕЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. №6 (78). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-aerogeley-dlya-sozdaniya-teploizolyatsionnyh-materialov-obzor (дата обращения: 03.05.2023).
9. Баталин Б.С., Красновских М.П. Долговечность и термическая устойчивость пенополистирола // Construction materials. 2014. №8. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/dolgovechnost-i-termicheskaya-ustoychivost-penopolistirola (дата обращения: 03.05.2023).

• Васильева И. Л., Немова Д. В. Перспективы применения аэрогелей в строительстве //Alfabuild. – 2018. – №. – С. 135-145. URL: https://alfabuild.spbstu.ru/userfiles/files/AlfaBuild/AlfaBuild_2018_6/12_6.pdf
• Колосов Е. В. Утепление и гидроизоляция дома и квартиры. – Рипол Классик, 2013. - 256 с. URL: https://biblio.rii.kz/wp-content/uploads/Books/RUS/PSM/12/Утепление%20и%20гидроизоляция%20дома%20и%20квартиры.pdf
• Копылов И. А. PUR и PIR-новые для России теплоизоляционные материалы //Кровельные и изоляционные материалы. – 2016. – №. 4. – С. 14-17. URL: http://www.krovizomat.ru/pdf/2016-04/14-17.pdf
• Симашев Ф. Преимущества возведения промышленных зданий из PIR и PUR сэндвич-панелей //Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. – 2017. – №. 1-2. – С. 25-28.
• Современное строительство: аэрогель для изоляции и спрей для получения солнечной энергии [Электронной ресурс]: 2018 Олимпстрой - инновации в строительстве - Режим доступу:http://scos.ru/materials/13-sovremennoe-stroitelstvo-aerogel-dlya-izolyacii-i-sprey-dlya-polucheniya-solnechnoyenergii.html.
• Чиликина К.В., Халиуллина Л. Ф. Аэрогелевая изоляция в строительстве // Сборник трудов конференции «Новое слово в науке: стратегии развития». Чебоксары. Изд-во: ООО «Центр научного сотрудничества «Интерактивплюс». 2018. С. 198-200.