Теплопроводность пенополистирола: коэффициенты, таблицы и характеристики

Пенополистирол (ППС) — материал, с которым мы сталкиваемся регулярно. Из этого пористого продукта изготавливают одноразовую посуду, его используют в производстве игрушек и мебели, с помощью вспененного полистирола строят дороги, также материал широко применяют в строительстве домов. Характеристики ППС, в том числе связанные с низкой теплопроводностью, делают его качественным утеплителем. Какова теплопроводность пенополистирола, что влияет на этот показатель, в чем преимущества, недостатки утеплителя — рассказываем в статье.

Пенополистирол: о материале

ППС известен многим под названием пенопласт. На самом деле термин «пенопласт» объединяет все вспененные полимеры, включая пенополистирол. Также к пенопластам относится экструдированный пенополистирол (ЭППС). С ППС их объединяет общий тип сырья — полистирол, технологии производства, тем временем, разнятся.

ППС или EPS производят следующим образом:

1. Гранулы полистирола вспенивают паром, в результате они превращаются в маленькие шарики, заполненные воздухом.
2. Шарики просушивают, дают им отлежаться, чтобы давление внутри них стабилизировалось.
3. Шарики нагревают, за счет чего они становятся еще больше, спекаются между собой. Полученную однородную ячеистую массу охлаждают.
4. Пенополистирольные заготовки еще раз просушивают.
5. Блоки пенополистирола разрезают на листы необходимых размеров.

В итоге получается белый очень легкий ячеистый материал, который на 98% состоит из воздуха.

ЭППС или XPS изготавливают иначе. Все те же гранулы полистирола плавят, перемешивают в специальном аппарате — экструдере. Под высоким давлением к сырью добавляют вспениватель. Затем массу выдавливают из экструдера, остужают, нарезают на листы. Плиты ЭППС обычно тоньше, чем плиты ППС. Экструдированный пенополистирол, как правило, цветной.

Сферы применения пенополистирола разнообразны. Например, с его помощью прокладывают дороги, строят мосты, создают насыпи для изменения ландшафта. Продукт используют в судостроении, самолетостроении, автомобилестроении. Из вспененного полимера изготавливают упаковки под различные товары: от продуктов питания до крупной бытовой техники. Также пенопласт применяют в производстве мебели, рекламной продукции, продукции для праздников.

Пенополистирол как утеплитель

Оба вида пенопласта (EPS, XPS) используют в качестве теплоизоляционного материала. Какие качества позволяют пенополистиролу быть хорошим утеплителем:

• небольшой коэффициент теплопроводности (поговорим о нем далее);
• высокая влагостойкость — продукт почти не впитывает жидкость, не теряет своих свойств под ее действием, так, влагопоглощение ППС составляет 1–4%, влагопоглощение ЭППС — 0,2–0,4%;
• высокая прочность на сжатие, на изгиб — продукт способен выносить значительные нагрузки, механические повреждения;
• биостойкость — на пенополистироле не селятся грибки и прочие вредные микроорганизмы;
• хорошее шумопоглощение — теплоизоляционный материал защищает от ударного шума (например, звуков падающих предметов), гасит структурные колебания, однако не препятствует звукам, передающимся по воздуху;
• долговечность — экструдированный пенополистирол служит около 50 лет, ППС — до века;
• экологичность — материал не выделяет никаких вредных веществ, его можно перерабатывать, использовать вторично;
• легкость, удобство для монтажа — утеплитель мало весит, поэтому его несложно поднимать на высоту, резать пенопласт можно обычным строительным ножом, при этом нет необходимости надевать специальный защитный костюм;
• невысокая стоимость и доступность.

ППС и ЭППС могут иметь высокий класс горючести, однако они не поддерживают горение. Добавление в сырье антипиренов делает материалы более безопасными. Так, пенополистирольные плиты KNAUF Therm® относятся к самозатухающим продуктам.

Параметр «теплопроводность»

Теплопроводностью называют способность проводить тепловую энергию от более нагретых частей материальных тел к менее нагретым путем хаотичного движения частиц. Теплопроводностью обладают жидкие, твердые, газообразные вещества.

Для численного обозначения теплопроводности используют ее коэффициент (λ), измеряемый в Вт/мК. Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество тепловой энергии передается через материал с площадью поперечного сечения один квадратный метр и толщиной один метр за одну секунду при разности температур в один градус.

Показатель зависит от плотности вещества, от размера частиц. Так, наиболее высокий коэффициент у металлов. Например, у серебра он составляет 430 Вт/мК, у меди — 401 Вт/мК. Для сравнения: λ воздуха равняется 0,022 Вт/мК. Чем выше λ, тем лучше материал передает тепло.

Теплопроводность бывает внутренней, когда тепло передается внутри одного тела, а также внешней, когда энергия передается между телами.

Почему показатель λ имеет большое значение для утеплителей? Потому что свидетельствует о том, насколько надежно продукт сможет удерживать тепловую энергию внутри дома. Чем ниже коэффициент теплопроводности пенополистирола, тем лучше он будет защищать от холодов, не давая теплому воздуху ускользнуть наружу.

Пенополистирол: характеристики — теплопроводность и не только

Теплоизоляционный материал из полистирола обладает низкой теплопроводностью за счет газонаполненности. Как мы уже отмечали, у воздуха λ = 0,022 Вт/мК. У пенополистирола показатель немного выше.

Вилка коэффициента теплопроводности ППС — 0,031–0,044 Вт/мК, ЭППС — 0,03–0,037 Вт/мК. Эти показатели считаются одними из наиболее низких, что делает утеплители надежными, востребованными.

Что влияет на коэффициент теплопроводности экструдированного пенополистирола и ППС?

1. Плотность. Плотностью называют отношение массы тела к занимаемому этим телом объему. Например, у сухого воздуха она равна 1,293 кг/м³. Согласно ГОСТ 15588-2014, наименьшей теплопроводностью обладают резаные плиты марки ППС25 (то есть с плотностью 25 кг/м³), резаные плиты с добавлением графита марки ППС20Ф (фасадный пенополистирол), термоформованные плиты марки ППС30.
2. Состав сырья и технология производства. Так, наименьшую теплопроводность фасадному утеплителю обеспечивает добавление в него графита. Поэтому коэффициент ППС20Ф составляет всего 0,031–0,033 Вт/мК, для сравнения у резаного ППС20 без добавления графита — 0,036–0,038 Вт/мК.
3. Гидрофобность или влагостойкость. Чем меньше материал впитывает жидкость, тем надежнее он защищает от потери тепла. Поэтому теплопроводность экструдированного пенополистирола с водопоглощением 0,2–0,4% в целом немного ниже, чем у ППС с водопоглощением 1–4%.
4. Температура среды. Повышение температуры незначительно влияет на повышение λ ППС. Так, резаный пенополистирол с плотностью 10 кг/м³ при температуре +10 °С имеет коэффициент 0,041 Вт/мК, а при +25 °С — 0,044 Вт/мК.

Толщина теплоизоляционного слоя также имеет значение. Считается, что в средней полосе России для надежной защиты дома от холодов необходим слой пенополистирола около 15 сантиметров.

Пенополистирол: сравнение теплопроводности

Опираясь на ГОСТ 15588-2014, приведем данные о коэффициентах теплопроводности для разных марок ППС.

Резаный пенополистирол: 

Показатель	ППС10	ППС12	ППС13	ППС14	ППС16Ф	ППС17	ППС20	ППС23	ППС25	ППС30	ППС35
Плотность, кг/м³	10	12	13	14	16	17	20	23	25	30	35
Теплопроводность в сухом состоянии при 10±1 °С, Вт/мК	0,041	0,04	0,039	0,038	0,036	0,037	0,036	0,035	0,034	0,035	0,036
Теплопроводность в сухом состоянии при 25±5 °С, Вт/мК	0,044	0,042	0,041	0,04	0,038	0,039	0,038	0,037	0,036	0,037	0,038

 

Резаные пенополистирольные плиты с добавлением графита:

Показатель	ППС15Ф	ППС20Ф
Плотность, кг/м³	15	20
Теплопроводность в сухом состоянии при 10±1 °С, Вт/мК	0,032	0,031
Теплопроводность в сухом состоянии при 25±5 °С, Вт/мК	0,034	0,033

 

Термоформованные плиты:

Показатель	ППС15	ППС20	ППС25	ППС30	ППС35	ППС40	ППС45
Плотность, кг/м³	15	20	25	30	35	40	45
Теплопроводность в сухом состоянии при 10±1 °С, Вт/мК	0,037	0,036	0,036	0,035	0,036	0,036	0,036
Теплопроводность в сухом состоянии при 25±5 °С, Вт/мК	0,039	0,038	0,038	0,037	0,038	0,038	0,038

Как правильно применять пенополистирол? Плотность, теплопроводность материалов влияет на область применения.

Рассмотрим, как используют для теплоизоляции зданий некоторые типы пенополистирольных плит KNAUF Therm®. Данные также представим в виде таблицы.

Название	Сфера применения	Соответствие марке	Теплопроводность
KNAUF Therm® Дом	Утепление каркасных стен, полов по лагам, скатной кровли частного дома.	ППС13	0,042
KNAUF Therm® Кровля	Теплоизоляция скатных кровель, мансард, плоских кровель по железобетонному основанию и металлическому профлисту.	ППС17	0,037
KNAUF Therm® Пол	Обустройство и утепление различных типов полов, цоколя, отмостки, стен фундамента глубиной до трех метров.	ППС20	0,036
KNAUF Therm® Стена	Теплоизоляция каркасных домов, обустройство трехслойных кирпичных стен по технологии «колодезной кладки».	ППС10	0,041
KNAUF Therm® Фасад	Утепление фасадов.	ППС13	0,036

 

Обратите внимание, что не только теплопроводность и плотность, но и другие свойства (например, прочность, влагостойкость) влияют на сферу применения утеплителя.

Пенополистирол и минеральная вата

Основной конкурент пенополистирола на строительном рынке — это минераловатные утеплители. Их также применяют для теплоизоляции различных элементов зданий. Коротко рассмотрим, какими характеристиками минвата похожа на вспененный полистирол, в чем отличия материалов.

• Сырье. Минвата бывает трех видов: шлаковая, стеклянная, каменная. В строительстве применяют два последних вида. Стекловату производят из расплава стекла, каменную вату — из расплава горных пород. Следовательно, сырье для минваты, в отличие от пенополистирола, имеет натуральное происхождение.
• Теплопроводность. Низкий λ ППС и ЭППС обеспечивает ячеистая структура. У ваты структура волокнистая, между волокнами также присутствует воздух. Теплопроводность ваты и пенополистирола сопоставима. Так, у минераловатных материалов в зависимости от марки коэффициент равен 0,036–0,06 Вт/мК. Подробнее прочитать о марках ваты можно в ГОСТ 9573-2012.

• Влагостойкость. Минвата более гигроскопична, чем вспененные материалы. Так, при частичном погружении в жидкость вата поглощает от шести до 30% влаги. Из-за этой особенности в теплоизоляционном «пироге» минераловатные плиты нужно дополнительно защищать гидро- и пароизоляционными пленками.
• Прочность. Пенополистирол более прочный, чем минвата.
• Горючесть. Многие марки минваты относятся к негорючим материалам. В этом их преимущество перед пенополистиролом.
• Шумопоглощение. Ватные материалы лучше задерживают шумы, чем вспененные продукты.
• Долговечность. Вата служит до 50 лет, как и ЭППС, ППС при правильной эксплуатации не изменяет своих характеристик до века.
• Экологичность. Оба типа теплоизоляционных материалов не наносят вреда людям и окружающей среде.
• Особенности монтажа. При работе со стекловатой обязательно нужно защищать кожу, слизистые оболочки. Мельчайшие частицы стекловаты способны вызвать раздражение, могут накапливаться в легких. Работать с пенопластом проще, безопаснее.

В целом минвата не уступает пенополистиролу. Однако применяется не для всех теплоизоляционных работ. Например, вату не используют в местах с высокой влажностью (для утепления подвалов, фундаментов). В то же время пенополистирол редко применяют в системе вентилируемого фасада, в этом случае предпочтительно использовать вату.

Вот основные данные о пенополистироле, его положительных характеристиках и нюансах, а также сравнение вспененных продуктов с минераловатными.

Как видим, качества ППС и ЭППС позволяют использовать их для теплоизоляции большинства элементов зданий. Выбирая пенополистирол, вы на десятилетия создаете в своем доме комфортный микроклимат.    

FAQ

Что такое коэффициент теплопроводности и как его читать?
Коэффициент теплопроводности (λ) показывает, какое количество тепловой энергии проходит через материал толщиной 1 м и площадью 1 м² за 1 секунду при разнице температур в 1 °C. Измеряется в Вт/мК. Чем ниже λ, тем лучше материал удерживает тепло. Для сравнения: у меди λ = 401 Вт/мК, у воздуха — 0,022 Вт/мК, у ППС — 0,031–0,044 Вт/мК.

Как сравнить теплопроводность пенополистирола с другими утеплителями?
ППС (0,031–0,044 Вт/мК) и ЭППС (0,03–0,037 Вт/мК) относятся к материалам с одними из наиболее низких коэффициентов теплопроводности среди доступных утеплителей. Для сравнения: минеральная вата — 0,035–0,045 Вт/мК, эковата — 0,037–0,042 Вт/мК. При этом пенополистирол значительно выигрывает по влагостойкости и долговечности.

Какие марки пенополистирола имеют наименьшую теплопроводность?
По ГОСТ 15588-2014 наименьшим коэффициентом теплопроводности при +10 °C обладают резаные плиты с добавлением графита: ППС20Ф — 0,031 Вт/мК и ППС15Ф — 0,032 Вт/мК. Из стандартных марок без графита наилучший показатель у ППС25 — 0,034 Вт/мК и у термоформованного ППС30 — 0,035 Вт/мК.

Что влияет на теплопроводность пенополистирола?
Четыре ключевых фактора: плотность материала, состав сырья и технология производства, влагостойкость и температура среды. Например, добавление графита в фасадные марки снижает λ с 0,036 до 0,031 Вт/мК. ЭППС с влагопоглощением 0,2–0,4% имеет в целом более низкую теплопроводность, чем ППС с влагопоглощением 1–4%.

Влияет ли температура на теплопроводность пенополистирола?
Да, незначительно. При повышении температуры λ немного растёт. Например, резаный ППС10 при +10 °C имеет коэффициент 0,041 Вт/мК, а при +25 °C — 0,044 Вт/мК. Именно поэтому в ГОСТ теплопроводность указывают для двух температурных режимов: 10±1 °C и 25±5 °C.

В каких областях применяется пенополистирол с низкой теплопроводностью?
Низкая теплопроводность ППС делает его востребованным в строительстве: утепление фасадов, кровли, перекрытий, полов, фундаментов и отмосток. Также пенополистирол применяют в дорожном строительстве, судо- и самолётостроении, производстве СИП-панелей, упаковки и мебели.

Чем ЭППС лучше ППС по теплозащитным характеристикам?
ЭППС имеет более низкую теплопроводность (0,03–0,037 Вт/мК против 0,031–0,044 Вт/мК у ППС) и в 10 раз меньшее влагопоглощение. Влага повышает теплопроводность любого материала, поэтому во влажных условиях ЭППС лучше сохраняет исходные теплозащитные свойства. Именно поэтому его чаще используют для фундаментов и отмосток.

Какой толщины слой пенополистирола нужен для надёжного утепления?
Толщину рассчитывают по формуле: d = R × λ, где R — нормируемое теплосопротивление для вашего региона (из СП 50.13330.2012), λ — коэффициент теплопроводности выбранной марки. Например, при R = 3,5 м²·°C/Вт и λ = 0,036 Вт/мК необходимо около 126 мм утеплителя. В среднем для средней полосы России достаточно около 150 мм ППС. Подобные расчеты можно выполнить в специализированных онлайн-калькуляторах.