О требованиях к теплоизоляционным изделиям для применения в НФС

Первая редакция статьи написана 2 ноября 2020 года. Тогда Александр Григорьевич принимал активное участие в создании этого материала, щедро делился опытом, который на сегодня бесценен для фасадной отрасли. Моё личное знакомство с Александром Григорьевичем длилось более 20 лет и за эти годы в его лице всегда была поддержка актуальных идей, профессиональная помощь, консультации, дружеские споры и долгие разговоры. Много было сделано благодаря опыту Александра Григорьевича. 28 ноября 2022 года Александра Григорьевича Шеремета не стало.

Его уход – большая потеря для меня лично и всей отрасли. Человека нет, а его мысли и дела остаются. В память об Александре Григорьевиче Шеремете публикуем статью, которая сохранила авторский стиль и стала нашим последним совместным партнерским и дружеским трудом.

Алехин С.В., Президент Фасадного Союза

О требованиях к теплоизоляционным изделиям для применения в НФС
В навесных фасадных системах с воздушным зазором (НФС) в теплоизоляционном слое применяются эффективные теплоизоляционные материалы, которые служат для обеспечения требуемого сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций (зданий). Теплоизоляция закрепляется к основанию элементами крепления (тарельчатые дюбели) и при необходимости в составе теплоизоляционного слоя применяется ветро- гидро-защитные материалы (мембраны).
До 2020 года на теплоизоляционные материалы выдавалось Техническое свидетельство МИНСТРОЯ России, которое на основании экспертизы проведенных исследований и испытаний подтверждало пригодность и соответствие заявленных характеристик, устанавливало область применения и давало потребителю четкое понимание о возможности применения конкретной продукции в НФС, СФТК, кровлях и т.д.
Сегодня такие возможности утеряны. Техническое свидетельство на теплоизоляционные материалы не выдается. Потребители вынуждены довольствоваться сертификатами соответствия на соответствие действующим российским стандартам или принимать для подтверждения характеристик декларации от производителя. Вероятность хаоса и непонимания «что хорошо, а что плохо и нельзя» использовать увеличивается. Потребителям и проектировщикам некогда разбираться и устанавливать характеристики материалов при проектировании конкретных объектов строительства.
Вероятность того, что производитель предоставит сертификат или декларацию и заявит несоответствующие характеристики, или намеренно эти характеристики изменит в своих декларациях в настоящий момент крайне высока. К таким «решениям» производителя подталкивает, в том числе ситуация, сложившаяся на строительном рынке в настоящее время, когда все строительные материалы подорожали, а строить и вводить в эксплуатацию незавершенные объекты необходимо.
Разумные производители, которые не снижают показатели и характеристики (таких мало) теплоизоляционных материалов уходят с крупных объектов на более экономически эффективные индивидуальные строительные площадки, а их место занимают, в том числе, к сожалению, «не чистые на руку» поставщики теплоизоляции. Поставщики, действующие по принципу – «продать и забыть. Сколько-то лет простоит».
Такая ситуация не устраивает фасадную отрасль. Отрасль, которая десятилетиями формировала требования с точки зрения ответственного и взвешенного подхода к применению фасадных систем и правил. Правил, которые обеспечивают безопасные, надежные и долговечные условия. В том числе и к материалам, применяемым в составе теплоизоляционного слоя в НФС.
Поэтому одна из задач, которую решают специалисты Фасадного Союза, это формулирование единых требований к производителям, материалам, элементам крепления, мембранам, и другим элементам НФС, от которых зависят вышеописанные условия. Данные требования формируются в стандарте Фасадного Союза. Рабочее название СТО «Навесные фасадные системы. Теплоизоляционный слой. Технические требования».
Для определения понимания работы и заявленных характеристик теплоизоляционных и защитных материалов в НФС, Президент Фасадного Союза Алехин Сергей вступил в диалог с Шереметом Александром Григорьевичем. Специалистом, который за время работы на посту ведущего специалиста Федерального центра нормирования, стандартизации и технической оценки соответствия в строительстве (ФАУ «ФЦС») провел оценку технической пригодности огромного количества производимых теплоизоляционных материалов. Специалиста, который не на словах понимает требования к этим изделиям. Специалиста с большой буквы, который годами выражал и формулировал требования и к теплоизоляции, и к самим фасадным системам. Специалиста, который посетил почти все действующие заводы на территории России и многие за рубежом.

Александр Григорьевич, вы являетесь специалистом, который понимает необходимость применения теплоизоляции в составе фасадных систем. Какие основные задачи должен решать теплоизоляционный слой и какие, на ваш взгляд, главные требования к нему и к изделиям, из которых он выполняется?
– Одной из основных задач, для решения которых были разработаны НФС, является улучшение теплотехнических характеристик ограждающих конструкций зданий. Скорее всего, именно эта задача и является главной, так как снижение затрат на отопление является одним из ключевых факторов, обеспечивающих окупаемость затрат на устройство НФС.
Поэтому к устройству теплоизоляционного слоя следует подходить с пониманием важности этой задачи. Это означает, что в этом вопросе недопустимы компромиссы. То есть теплоизоляция должна выполняться из высококачественных эффективных и долговечных материалов, надежных, безопасных при выполнении работ и при последующей эксплуатации.
Главным требованием, которому должны соответствовать теплоизоляционные изделия, является низкая теплопроводность в диапазоне температур эксплуатации. Кроме того, они не должны препятствовать удалению водяных паров, выходящих из помещений через ограждающие конструкции, то есть обладать достаточной паропроницаемостью. Для обеспечения эффективности теплоизоляции за счет снижения эффекта конвекции материалы теплоизоляционных слоев должны также обладать достаточным сопротивлением воздухопроницанию. Для обеспечения пожарной безопасности НФС теплоизоляционные изделия должны быть негорючими (Примечание Шеремет А.Г.: Это не бесспорно).
Эти изделия не должны разрушаться под действием циклических механических нагрузок, циклического замораживания-оттаивания, а также агрессивных сред. Механические свойства теплоизоляционных изделий должны обеспечивать их плотное прилегание к изолируемым поверхностям.
Скажите, какие теплоизоляционные материалы на ваш взгляд допустимо применять в НФС. В чем их положительные и отрицательные стороны?
Низкой теплопроводностью обладают многие виды теплоизоляционных изделий, в том числе:
– ячеистые пластмассы (плиты из беспрессового пенополистирола, экструдированного пенополистирола, пенополиуретана, пенополиизоцианурата);
– плиты из пеностекла;
– плиты из каменной ваты;
– плиты из стеклянной ваты.
Изделия из других материалов не рассматриваются – незначительные объемы производства по сравнению с вышеперечисленными, более высокая теплопроводность, низкая долговечность и так далее.
Считаю, что ячеистые пластмассы не следует применять в НФС по причинам горючести и очень низкой паропроницаемости. Кроме того, поскольку в НФС применяется только механическое крепление, эти изделия ввиду жесткости и несжимаемости не предотвращают движение воздуха между ними и поверхностью ограждающих конструкций, а это приводит к теплопотерям. Если говорить о пеностекле, то оно является негорючим материалом, однако обладает теми же недостатками, что и ячеистые пластмассы. Вместе с тем пеностекло и плиты из экструдированного пенополистирола могут применяться на цокольных участках для предотвращения увлажнения («замачивания») теплоизоляции. Такая практика известна. (Примечание Шеремет А.Г.: Некоторые изготовители экструдированного пенополистирола и пенополиизоцианурата декларируют заниженные показатели теплопроводности, не подтвержденные заслуживающими доверия испытаниями).
Таким образом, для дальнейшего рассмотрения остаются плиты из минеральной (каменной и стеклянной) ваты. При этом наиболее распространена изоляция плитами из каменной ваты, обладающими оптимальным сочетанием всех требуемых свойств.
На ваш взгляд, в чем преимущество теплоизоляции из минеральной (каменной, стеклянной) ваты и какими основными требованиями должны быть эти изделия обеспечены?
– Эти плиты являются негорючими, имеют низкую теплопроводность и выпускаются в широком диапазоне толщин и связанных с ними механических характеристик. Важно понимать, что каменная вата для изготовления плит должна соответствовать следующим реально достижимым требованиям:
– модуль кислотности не ниже 1,8;
– средний диаметр волокон 3-6 мкм;
– водостойкость (рН) не более 3,5;
– содержание неволокнистых включений не более 4,5 % по массе.
Содержание синтетического связующего, в качестве которого используются фенолоформальдегидные смолы, не должно превышать 4,0% по массе.
Средний диаметр волокон стеклянной ваты составляет 2,5-4 мкм, невололокнистые включения отсутствуют, что является преимуществом по сравнению с каменной ватой. Однако при одинаковых значениях плотностей и даже при меньших плотностях содержание связующего в изделиях из стеклянной ваты на 25-40% выше, чем в изделиях из каменной ваты, вследствие чего такие изделия находятся на границе групп горючести НГ и Г1.
Отмечу, что изделия из стеклянной ваты более чувствительны к увлажнению, в связи с чем быстрее теряют прочность на сжатие.Температура плавления (спекания) волокон каменной и стеклянной ваты составляет, соответственно, не ниже 1000○С и 600○С.
Перейдем к более практическим требованиям. Сегодня практика применения в НФС теплоизоляции позволяет разделить теплоизоляционный слой на несколько вариантов устройства. Преобладает двухслойное применение. При этом есть практика применения однослойного утепления. Какие нюансы стоит выделить для таких решений?
– Теплоизоляция в НФС может устраиваться в один или два слоя. Однослойную изоляцию целесообразно делать при небольших расчетных толщинах и при относительно небольших дефектах поверхности ограждающих конструкций. В основном же теплоизоляцию следует выполнять в два слоя, т.к. это позволяет:
– увеличивать при необходимости толщину до максимально возможных значений;
– использовать, в основном, более легкие и, соответственно, более дешевые плиты;
– снижать теплопотери за счет перекрытия стыков между торцами плит;
– компенсировать неровности ограждающих конструкций за счет более плотного контакта изоляционного материала с изолируемыми поверхностями.
Исходя из этих вариантов устройства теплоизоляции, можно сформулировать основные требования к применяемым в этих вариантах плитам.
Однослойная изоляция
Плиты из каменной ваты должны иметь предел прочности на растяжение перпендикулярно к лицевым поверхностям не менее 3 кПа. Это требование обусловлено следующими причинами:
– в процессе монтажа бывают промежутки по времени между установкой теплоизоляционных плит и монтажом облицовки, во время которых плиты подвергаются действию ветровых нагрузок, особенно на больших высотах;
– в процессе эксплуатации в воздушном зазоре может происходить движение воздуха, скорость которого зависит от многих факторов (ветровой район, высота здания, направление ветра, величина воздушного зазора, наличие и размеры зазоров между элементами облицовки), что также может оказывать механическое воздействие на утеплитель).
Этому требованию отвечают плиты обычной структуры номинальной плотностью 70-75 кг/м3. Такие плиты обладают также незначительной (2-3%) сжимаемостью, что обеспечивает удовлетворительный контакт при относительно небольших дефектах поверхности ограждающих конструкций. Применение плит большей плотности нецелесообразно по экономическим соображениям, а также из-за невозможности их полноценного прижатия к изолируемым поверхностям (разве только к идеально гладким).
Двухслойная изоляция
Как правило, двухслойная изоляция устраивается из разных по плотности и толщине плит. В качестве внутреннего слоя применяются плиты из каменной ваты номинальной плотностью 28-40 кг/м3. Сжимаемость таких плит составляет 30-35%, что обеспечивает полный контакт с изолируемыми поверхностями. вследствие чего снижается возможность вертикального перемещения воздуха между ограждающей конструкцией и теплоизоляцией. В сжатом состоянии плиты внутреннего слоя уплотняются, что способствует снижению естественной конвекции в теплоизоляционной конструкции.
В качестве внутреннего слоя применяются также плиты из стеклянной ваты. Минимально допустимой плотностью следует считать 14 кг/м3, оптимальной – не ниже 20 кг/м3. При использовании плит из стеклянной ваты надо учитывать, что их теплопроводность в значительной мере зависит от плотности (снижение плотности ведет к повышению теплопроводности и наоборот), в связи с чем следует предусматривать их значительное уплотнение при монтаже.
Толщина внутреннего слоя может составлять до 85% от общей толщины теплоизоляции. Для наружного слоя применяются плиты из каменной ваты, что, в том числе, продиктовано противопожарными требованиями. Основными требованиями к плитам для устройства наружного слоя являются:
– прочность на сжатие при 10%-ной деформации не менее 10 кПа;
– предел прочности при растяжении перпендикулярно к лицевым поверхностям не менее 3 кПа (аналогично плитам для однослойной изоляции).
Указанный уровень прочности на сжатие необходим для того, чтобы плиты наружного слоя выполняли функцию «пресса», уплотняющего плиты внутреннего слоя и обеспечивающего их плотный контакт с поверхностью ограждающих конструкций. При соблюдении этих требований номинальная плотность таких плит составляет 75-90 кг/м2.
Плиты из стеклянной ваты могут применяться и в качестве однослойной изоляции или наружного слоя при двухслойном выполнении изоляции. Однако при двухслойном выполнении изоляции с внутренним слоем в виде плит из стеклянной ваты по противопожарным требованиям наружный слой выполняется плитами из каменной ваты.
Толщина наружного слоя определяется по результатам огневых испытаний НФС и составляет 30-50 мм. (Примечание Шеремет А.Г.: Толщина наружного слоя устанавливается, по-видимому, произвольно, т.к. не обосновывается).
Альтернативой послойному выполнению двухслойной изоляции является применение двухслойных плит заводского изготовления.
Выше Вы отразили основные требования к теплоизоляционному слою и изложили Ваш взгляд на минимально допустимые характеристики при выполнении однослойной и двухслойной теплоизоляции в НФС. Существуют также и другие изделия. Например, производятся плиты с покрытием стеклохолстом. Давайте обсудим необходимые параметры применения таких изделий.
– Плиты из каменной и стеклянной ваты выпускаются также с покрытием в виде стеклохолста. Плиты с таким покрытием могут применяться в качестве однослойной изоляции или наружного слоя при двухслойном выполнении изоляции. Практического смысла в этом нет, так как такие плиты дороже аналогичных без покрытия, а наличие покрытия не меняет технические характеристики исходных плит. И главное: стеклохолсты являются горючими, вследствие чего плиты с покрытием переходят в группу трудногорючих (Г1) материалов вместо негорючих (НГ).
Исключением может быть применение плит с покрытием холстом черного цвета в НФС со светопрозрачной облицовкой (по эстетическим соображениям). Строго говоря, плиты с покрытием стеклохолстом являются условно горючими, т.к. их основа из минеральных волокон является негорючим материалом. Применение таких плит приводит только к ограничениям применения в НФС (исключение зданий классов Ф1.1 и Ф4.1).
Дискутабельным является также вопрос о необходимости установки противопожарных отсечек при применении плит с покрытием. Отсечки устанавливаются для предотвращения падения горящих капель расплава, образующихся при горении термопластичных полимерных покрытий (полиэтилен, полипропилен). Стеклохолсты не содержат таких полимеров, следовательно, расплав не образуется. С другой стороны, необходимо знать, распространяют ли и насколько плиты с покрытием в виде стеклохолста пламя по поверхности (определение группы РП). Такие испытания проводятся только в отношении напольных покрытий (Примечание Шеремет А.Г.: Этот вопрос обсуждался с ВНИИПО. Получен ответ: нормами не предусмотрено).
И еще важный вопрос, который беспокоит потребителей – необходимость применения ветрогидрозащитных мембран и тканей. В начале пути становления НФС в России применение таких материалов в составе НФС было обязательным. Сегодня вопрос применения этих материалов отдан на откуп проектировщикам. Проектировщики, не разбираясь в теме вопроса говорят о том, что они не будут применять защитные материалы в связи с тем, что им проще их не использовать, чем доказывать их необходимость. И это навеяно общим непониманием и мнением органов пожарной безопасности. Ваше мнение? Нужны ли эти материалы в составе НФС и зачем?
– Волокнистые теплоизоляционные материалы, как и любой пористый материал и, тем более, с открытыми порами, подвержены действию конвекции, вследствие чего происходит унос тепла. Конвекция подразделяется на естественную и вынужденную, где естественная конвекция заключается в перемещении воздуха внутри материала и снижается при увеличении его плотности, а вынужденная бывает двух видов.
С одной стороны, это движение воздуха в промежутках между ограждающей конструкцией и теплоизоляционным материалом. При применении теплоизоляционных плит, физико-механические характеристики которых позволяют обеспечить их полный контакт с поверхностью ограждающих конструкций, влияние этого явления значительно снижается. С другой стороны, это движение внутри теплоизоляционного материала воздуха, вовлеченного из воздушного зазора. Это явление зависит от нескольких факторов:
– величина воздушного зазора;
– высота здания;
– ветровой район;
– скорость воздуха в зазоре;
– сопротивление воздухопроницанию теплоизоляционного слоя.
Сопротивление воздухопроницанию находится в прямой зависимости от толщины материала и в обратной зависимости от его воздухопроницаемости. При наличии сформулированных требований к величине сопротивления воздухопроницанию и знании показателей воздухопроницаемости теплоизоляционных плит могут выполняться расчеты для подтверждения или корректирования результатов теплотехнических расчетов.
В случае, если необходимая величина сопротивления воздухопроницанию не достигается при применении плит, марки и толщины которых определены теплотехническими расчетами, возможны следующие варианты корректирования:
– изменение соотношения толщин наружного и внутреннего слоев;
– увеличение общей толщины теплоизоляции;
– применение более плотных плит для наружного или обоих слоев.
При невозможности осуществления этих вариантов по конструктивным, экономическим или другим причинам, следует применять ветрозащитные материалы, препятствующие проникновению воздуха в теплоизоляционный материал и, следовательно, повышающие сопротивление воздухопроницанию всего теплоизоляционного слоя. Эти материалы подразделяются на пленочные (из полиэтилена или полипропилена) и текстильные, представляющие собой стеклянные ткани с полимерной пропиткой неназванного происхождения. Пленочные материалы полностью соответствуют главному назначению, т.к. практически непроницаемы для воздуха. К их недостаткам относится горючесть, что несколько ограничивает область применения с их использованием (исключение зданий Ф1.1 и Ф4.1). Кроме того, могут возникать проблемы с удалением влаги из-за низкой паропроницаемости.
Технические характеристики текстильных материалов, кроме прочностных, остаются неизвестными. Эти материалы позиционированы как негорючие. При этом, однако, не указывается, при каком содержании пропиточного состава подтверждается эта характеристика. Есть основания предполагать, что эта цифра не превышает 10%, а также есть основания считать, что при таком содержании пропиточного состава основная цель не достигается и такие материалы вряд ли могут считаться ветрозащитными.
По-видимому, не следует предъявлять к этим материалам обязательное требование негорючести. Доля объектов, на которых запрещается применение НФС с горючими компонентами, невелика. К тому же такие объекты, как правило, являются малоэтажными и на них вряд необходимо применять ветрозащиту. Кроме того, для пропитки стеклотканей не применяются полимерные составы, образующие при горении капли расплава, в связи с чем необходимость установки противопожарных отсечек в воздушном зазоре не представляется очевидной. В данном случае, как и в ситуации с применением плит с покрытием в виде стеклохолста, необходима информация о возможности распространения пламени по поверхности.
Спасибо за четко выраженную позицию в отношении ветрогидрозащитных мембран и тканей. Требования к этим изделиям, отраженные в нормах сегодня, только формируются. Какие Вы видите отсутствующие методы испытаний необходимы для подтверждения их характеристик?
– Для определения возможности и целесообразности применения стеклянных тканей с пропиткой в качестве ветрозащитных материалов необходимо провести косвенные измерения сопротивления воздухопроницанию.
Суть проблемы в том, что прямое измерение при малой толщине материала не даст достоверных результатов. Предлагается провести испытания про следующей схеме: проводится измерение по ГОСТ EN 29053 сопротивления воздухопроницанию образца плиты из каменной ваты. Далее с наружной стороны этот образец закрывают образцом стеклоткани и повторяют испытание для определения разницы в величине сопротивления воздухопроницанию. При этом также должна фиксироваться поверхностная плотность стеклоткани и содержание в ней пропиточного состава, а также органолептически горючесть.
Целесообразно провести серию таких испытаний на образцах стеклотканей с разным содержанием пропиточного состава для установления минимально необходимого содержания при достижении главной цели.
Благодарю за детальный и обстоятельный разговор в отношении теплоизоляции и требований, которые необходимо предъявлять и устанавливать в отношении теплоизоляционного слоя в НФС. Напомню начало разговора и попрошу сформулировать что, на Ваш взгляд, должно стать спасением для потребителя при оценке возможности использования конкретных изделий и возможности их применения в НФС. Где он должен почерпнуть эти знания?
– Если Фасадный Союз сможет сформулировать все необходимые требования с учетом вышеперечисленного в едином стандарте, с учетом требований по монтажу, эксплуатации, условиям применения мембран (тканей) и крепежным элементам, то это станет достойным документом в дополнение к существующим схемам подтверждения соответствия или декларирования. При этом не надо отвергать значимость обобщающего заключения на теплоизоляционные материалы. Раньше таким документом служило Техническое свидетельство. Сегодня эту процедуру надо сохранить, включив в ее проведение все лучшее, что есть в рамках оценки подтверждения пригодности.

Шеремет Александр Григорьевич
Главный Специалист ФАУ «ФЦС»

Алехин Сергей Владимирович
Президент Фасадного Союза