Теплоизоляционный материал — это тип материала, который используется для уменьшения или предотвращения передачи тепла между двумя объектами или областями.  Эти материалы часто используются в зданиях, чтобы помочь снизить потребление энергии и поддерживать комфортную температуру в помещении за счет создания барьера, уменьшая количество тепла, которое теряется или приобретается помещением.

В соответствии с рисунком 1, теплоизоляционные материалы разделяются на органические и неорганические. К наиболее распространенным классическим теплоизоляционным материалам относятся [1]:

1. Войлок из стекловолокна – относительно недорогой тип материала, изготавливаемый из скрученных стеклянных волокон и обычно используемый для изоляции стен, полов и потолков.
2. Целлюлозная изоляция — экологически чистый вариант, изготовленный из переработанной бумажной продукции, который обычно вдувают в стены, пол и потолок.
3. Минеральная вата — тип изоляции, изготавливаемый из каменных или шлаковых волокон и отличающийся высокой прочностью и огнестойкостью.
4. Изоляция распыляемой пеной – тип, распыляемый в виде жидкости и расширяемый для заполнения пространства, обеспечивая её герметичное уплотнение. В основном является популярным выбором для изоляции чердаков и подвальных помещений.

Рисунок 1. Виды теплоизоляционных материалов

По внешнему виду и форме теплоизоляционные материалы бывают штучные (плиты, скорлупы, сегменты, кирпичи, цилиндры); рыхлые и сыпучие (вата, перлит, песок); рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты) [2]. Внешний вид основных материалов представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Внешний вид основных теплоизоляционных материалов

Значительные инновации в теплоизоляционных материалах были разработаны в последние годы, а именно [3]:

1. Аэрогелевая изоляция: представляет собой суперизоляционный материал с достаточно низкой теплопроводностью среди всех твердых материалов. Изоляция из аэрогеля состоит из прочной сети частиц кремнезема. Легкий, огнестойкий и экологически чистый материал, обладающий отличными тепловыми свойствами и позволяющий снизить потери тепла более чем на 90%.
2. Вакуумные изоляционные панели: представляют собой высокоэффективный изоляционный материал, состоящий из сердцевины из жесткого микропористого материала, такого как стекловолокно, заключенного в вакуумно-герметичную панель. Вакуум внутри панели сводит к минимуму передачу тепла посредством теплопроводности и конвекции. Панели отлично подходят для приложений с ограниченным пространством, таких как холодильники, морозильники и небольшие сооружения.
3. Материалы с фазовым переходом: накапливают и выделяют тепловую энергию при переходе из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное. Материалы используются в строительстве и в других областях с целью снижения колебаний температуры внутри зданий. Они могут эффективно поглощать, выделять тепло и снижать потребление энергии до 50%.
4. Светоотражающая изоляция: относительно недорогой и простой в установке тип изоляции, который отражает лучистое тепло, а не поглощает его. Состоит из слоя металлической фольги, отражающий тепло обратно к его источнику, уменьшая потери тепла через структуру материала.
5. Переработанные материалы: хорошо работают для звукоизоляции и уменьшения тепловых мостов, то есть передачи тепла между внутренней и внешней частью здания. В основном, данный тип изоляции получается за счет переработки отходов, таких как: стекло, джинсовая ткань и пластиковые бутылки.

Есть несколько факторов, влияющих на выбор подходящего теплоизоляционного материала:

1. Теплопроводность материала, то есть его способность проводить тепло. Чем ниже коэффициент теплопроводности, тем лучше теплоизоляционные свойства материала, поэтому материалы с низкой теплопроводностью (к примеру стекловолокно, целлюлоза и пенопласт) являются обычными изоляционными материалами. На рисунке 3 произведено сравнение толщин материалов, обеспечивающих одинаковую величину теплоизоляции, в зависимости от коэффициента теплопроводности.

Рисунок 3. Сравнение толщины теплоизоляционных материалов

2. Влагостойкость. Влага может снизить изоляционные свойства материала, поэтому материалы, устойчивые к влаге (к примеру минеральная вата) часто используются в помещениях, подверженных влаге.
3. Огнестойкость. Огнестойкость является важным фактором для изоляционных материалов, особенно в местах, где присутствуют легковоспламеняющиеся предметы. Такие материалы, как минеральная вата и стекловолокно, обладают естественной огнестойкостью, в то время как другие, такие как пенопласт, необходимо обрабатывать огнестойкими химикатами.
4. Совместимость с другими материалами. Изоляционные материалы должны быть совместимы с другими материалами в оболочке здания, такими как кровельные материалы, чтобы они не разрушались со временем.
5. Воздействие на окружающую среду, которое становится все более важным фактором при выборе изоляционных материалов. Материалы с низким воздействием на окружающую среду (к примеру целлюлоза) пользуются большой популярностью. Например, изоляция «Airgel» состоит на 90% из воздуха, что делает её очень устойчивой. С другой стороны, традиционные изоляционные материалы (к примеру стекловолокно и минеральная вата) обладают высокой энергоемкостью и не столь экологичны.
6. Стоимость. При выборе изоляционных материалов следует учитывать стоимость. Хотя некоторые материалы могут быть более дорогими, они могут обеспечивать лучшие изоляционные свойства или иметь более длительный срок службы, что делает их лучшими долгосрочными инвестициями. Например, изоляция из аэрогеля может стоить до 10 раз дороже, чем стоимость традиционного изоляционного материала, однако она обеспечивает значительную экономию затрат на энергию, что делает её экономически эффективными в долгосрочной перспективе.
7. Простота установки. Изоляционные материалы должны быть просты в установке, особенно при модернизации объекта. В таких ситуациях часто используются материалы, которые можно легко резать и подгонять (к примеру войлок из стекловолокна).

По опыту применения инновационных теплоизоляционных материалов в мире [4] в сравнении с традиционными материалами можно сделать вывод, что инновационные теплоизоляционные материалы, такие как аэрогели, вакуумные изоляционные панели, фазовые переходные материалы и другие, обладают высокой эффективностью и потенциалом для повышения энергоэффективности зданий. Они обладают низкой теплопроводностью и отличными теплоизоляционными свойствами, что позволяет снизить энергопотребление и улучшить теплорегуляцию внутри помещений.
Также опыт применения инновационных теплоизоляционных материалов в мире показывает их положительное влияние на экономию энергии и снижение затрат на отопление и кондиционирование. Они способствуют сокращению выбросов углекислого газа и других вредных веществ, что является важным аспектом с точки зрения экологии и устойчивого развития.

В России за последние годы также был сделан значительный прогресс в области использования материалов, что позволяет снижать теплопотери и улучшать комфорт внутри помещений [5]. В нашей стране также наблюдается рост интереса к использованию экологически чистых теплоизоляционных материалов. Некоторые из них включают в себя натуральные компоненты, такие как древесная стружка, льняное волокно и другие биоразлагаемые материалы. Опыт их применения показывает, что они не только обеспечивают хорошую теплоизоляцию и снижают энергопотребление, но и вносят свой вклад в экологическую устойчивость строительства.

В Санкт-Петербурге также были проведены исследования, включающие измерение теплопроводности и теплотехнических характеристик различных материалов. Применение инновационных теплоизоляционных материалов в Санкт-Петербурге позволило значительно снизить расходы на отопление и кондиционирование зданий.

Подводя итоги анализа и сравнения, можно утверждать, что теплоизоляция имеет важное значение в современном проектировании зданий, и в последние годы в этой области произошли значительные инновации. Изоляция аэрогелем, вакуумные изоляционные панели, материалы с фазовым переходом, отражающая изоляция и переработанные материалы — это лишь некоторые из последних разработок в области теплоизоляционных материалов. Применение инновационных теплоизоляционных материалов способствует созданию комфортного внутреннего климата и снижению негативного воздействия на окружающую среду. Рекомендуется дальнейшее изучение и применение инновационных теплоизоляционных материалов во всем мире для достижения устойчивого развития и снижения энергетических потерь.