XPS, PIR ТА ПІНОПОЛІСТИРОЛ

Пінополістирол є одним з найпоширеніших утеплювачів у світі, представлений у двох основних формах: спінений пінополістирол (EPS) та екструдований пінополістирол (XPS). Хоча обидва матеріали виготовляються з полістиролу, технології виробництва суттєво відрізняються, що призводить до різних експлуатаційних характеристик.

EPS (Expanded Polystyrene), або звичайний пінополістирол, виготовляється шляхом спінювання гранул полістиролу під дією пари. Цей процес формує матеріал з відкритою комірчастою структурою, де повітряні порожнини не повністю ізольовані одна від одної. Це надає EPS гарні теплоізоляційні властивості (типове λ-значення 0.035-0.045 Вт/(м·К)), але робить його більш чутливим до водопоглинання та менш стійким до механічних навантажень. Водопоглинання EPS може досягати 2-5% за об’ємом при тривалому зануренні, що обмежує його застосування у вологих умовах. Коефіцієнт дифузії водяної пари μ для EPS зазвичай становить 20-50, що вказує на помірну паропроникність.

XPS (Extruded Polystyrene), або екструдований пінополістирол, виробляється методом екструзії, при якому розплавлений полістирол змішується з піноутворювачем і продавлюється через фільєру. В результаті утворюється однорідна закрита комірчаста структура, яка забезпечує XPS значно вищу механічну міцність (від 200 кПа до 700 кПа на стиск при 10% деформації), низьке водопоглинання (до 0.2% за об’ємом) та стабільно низьку теплопровідність (λ-значення 0.028-0.034 Вт/(м·К)). Ці властивості роблять XPS ідеальним для застосування в умовах високої вологості та значних механічних навантажень, таких як утеплення фундаментів, цоколів, покрівель та підлог. Коефіцієнт дифузії водяної пари μ для XPS становить 80-200, що свідчить про його високу пароізоляційну здатність, а значення Sd може досягати 4-10 метрів для типових товщин. З урахуванням вимог ДБН В.2.6-31:2021 до опору теплопередачі, XPS дозволяє досягти необхідних показників при меншій товщині матеріалу порівняно з EPS.

Обидва матеріали мають легку вагу, зручні в монтажі та стійкі до біологічного розкладання. Однак, їхні відмінності у структурі та, як наслідок, у властивостях, вимагають ретельного аналізу при виборі для конкретного будівельного проєкту в Україні, де кліматичні умови можуть варіюватися від помірно-континентальних до вологих, вимагаючи від утеплювачів максимальної стійкості до зовнішніх чинників.

Поліізоціануратні плити (PIR) представляють собою високотехнологічний клас теплоізоляційних матеріалів, що базується на хімічній реакції ізоціанатів та поліолів, з додаванням антипіренів та каталізаторів. Ключовою відмінністю PIR від поліуретанів (PUR), з якими його часто плутають, є більш високе співвідношення ізоціанатів, що формує міцнішу кільцеву структуру, більш стійку до високих температур.

PIR-плити характеризуються надзвичайно низькою теплопровідністю, λ-значення якої зазвичай знаходиться в діапазоні 0.022-0.028 Вт/(м·К). Це робить PIR одним з найбільш ефективних утеплювачів на ринку, дозволяючи досягати високих показників опору теплопередачі (R-value) при мінімальній товщині. Наприклад, для стін, де ДБН В.2.6-31:2021 вимагає мінімальний R_опр на рівні 3.3 м²·К/Вт для більшості регіонів України, PIR-плита товщиною 120 мм може бути достатньою, тоді як для досягнення аналогічного показника EPS чи мінеральної вати знадобиться значно більша товщина.

Однією з ключових переваг PIR є його підвищена вогнестійкість. Завдяки модифікованій хімічній структурі, PIR при впливі відкритого полум’я не плавиться і не утворює крапель, а карбонізується, формуючи захисний шар (так званий ‘шар кокси’), який перешкоджає поширенню вогню та захищає основну конструкцію. Клас вогнестійкості PIR-плит часто досягає В-s1,d0 або В-s2,d0 за європейською класифікацією EN 13501-1, що значно перевершує показники EPS (E) та XPS (E). Це робить PIR пріоритетним вибором для об’єктів з підвищеними вимогами до пожежної безпеки, таких як промислові будівлі, громадські об’єкти та висотні споруди.

PIR також має дуже низьке водопоглинання (близько 0.5% за об’ємом) завдяки своїй закритій комірчастій структурі та високу стійкість до деформацій. Його високі показники міцності на стиск (до 150 кПа) та стабільність розмірів протягом тривалого терміну служби (понад 50 років) роблять його надійним рішенням для утеплення плоских покрівель, вентильованих фасадів та інших критичних конструкцій. У поєднанні з низькою питомою вагою та зручністю монтажу, PIR-плити стають оптимальним вибором для проєктів, де важливі енергоефективність, безпека та мінімальна товщина ізоляційного шару.

Розуміння теплотехнічних характеристик утеплювачів є фундаментальним для проєктування енергоефективних будівель. Основними показниками є коефіцієнт теплопровідності (λ, лямбда) та коефіцієнт опору теплопередачі (R, або його обернений U-фактор).

Коефіцієнт теплопровідності (λ) вимірюється у Вт/(м·К) і вказує на здатність матеріалу проводити тепло. Чим нижче λ-значення, тим кращі теплоізоляційні властивості матеріалу.

• EPS: Типові значення λ варіюються від 0.035 до 0.045 Вт/(м·К) залежно від щільності. Більш щільні плити мають трохи кращі показники.
• XPS: Завдяки своїй закритій, однорідній структурі, XPS демонструє λ від 0.028 до 0.034 Вт/(м·К). Це робить його на 20-30% ефективнішим за EPS за однакової товщини.
• PIR: Лідер за цим показником, з λ у діапазоні 0.022-0.028 Вт/(м·К). Це дозволяє досягати високого рівня теплоізоляції при мінімальній товщині шару.

Коефіцієнт опору теплопередачі (R) вимірюється у м²·К/Вт і є оберненою величиною коефіцієнта теплопередачі (U-фактора). Він показує, наскільки добре конструкція протистоїть втратам тепла. Вищі значення R означають кращу теплоізоляцію. Розраховується як R = d/λ, де d – товщина матеріалу в метрах.

Українські будівельні норми, зокрема ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’, встановлюють мінімальні вимоги до опору теплопередачі для огороджувальних конструкцій житлових та громадських будівель. Наприклад:

• Для зовнішніх стін: R_опр ≥ 3.3 м²·К/Вт (для більшості кліматичних зон України).
• Для покриттів (горищних перекриттів та плоских дахів): R_опр ≥ 4.95 м²·К/Вт.
• Для перекриттів над неопалювальними підвалами та підлог по ґрунту: R_опр ≥ 3.0 м²·К/Вт.

Розглянемо приклад: для досягнення R_опр = 3.3 м²·К/Вт для стіни:

• EPS (λ = 0.040): Потрібна товщина d = R · λ = 3.3 · 0.040 = 0.132 м (132 мм).
• XPS (λ = 0.032): Потрібна товщина d = R · λ = 3.3 · 0.032 = 0.106 м (106 мм).
• PIR (λ = 0.025): Потрібна товщина d = R · λ = 3.3 · 0.025 = 0.083 м (83 мм).

Цей розрахунок демонструє, як вибір матеріалу впливає на необхідну товщину утеплювального шару, що має значний вплив на загальну площу будівлі, вартість матеріалів та монтажу. При будівництві з CLT-панелей, де оптимізація товщини стін критична, PIR може стати особливо цінним рішенням.

Вогнестійкість утеплювачів є одним з найважливіших показників безпеки будівлі, особливо в контексті громадських та житлових споруд. В Україні застосовуються європейські стандарти класифікації, зокрема EN 13501-1 ‘Пожежна класифікація будівельних виробів та елементів будівель. Частина 1: Класифікація за результатами випробувань на реакцію на вогонь’. Цей стандарт визначає класи реакції на вогонь (Euroclasses) від A1 (негорючі) до F (легкозаймисті).

• Клас A1, A2: Негорючі матеріали.
• Клас B, C, D, E: Горючі матеріали з різним ступенем горючості та виділення тепла.
• Клас F: Матеріали, які не пройшли випробування або не відповідають вимогам для класу E.

Окрім основної літерної класифікації, додаються індекси, що характеризують додаткові показники:

• s (smoke, дим): s1 (відсутність/незначна кількість диму), s2 (середня кількість диму), s3 (велика кількість диму).
• d (droplets, краплі/частки): d0 (відсутність крапель), d1 (незначна кількість крапель), d2 (значна кількість крапель).

Розглянемо, як XPS, PIR та EPS класифікуються за цими критеріями:

EPS (Спінений пінополістирол): Більшість стандартних EPS без спеціальних добавок класифікуються як Клас E. Це означає, що вони легкозаймисті і підтримують горіння. При горінні EPS виділяє значну кількість токсичного диму (s3) і утворює палаючі краплі (d2), що може сприяти поширенню вогню. Існують модифіковані версії EPS з антипіренами, що можуть досягати класу E-s2,d2, але їхня ефективність все ще обмежена.

XPS (Екструдований пінополістирол): Стандартний XPS також зазвичай класифікується як Клас E. Його горючість та поведінка при пожежі схожі на EPS, хоча за рахунок більш щільної структури може бути деяка затримка займання. Виділення диму (s3) та краплеутворення (d2) також характерні.

PIR (Поліізоціанурат): PIR-плити демонструють значно кращі показники вогнестійкості завдяки своїй хімічній структурі. Вони можуть досягати класів B-s1,d0 або B-s2,d0. Це означає, що вони важкогорючі, мають обмежене виділення диму (s1 або s2) і не утворюють палаючих крапель (d0). При високих температурах PIR утворює карбонізований шар, який захищає внутрішні шари та уповільнює поширення вогню. Ця властивість робить PIR незамінним для об’єктів з підвищеними вимогами до пожежної безпеки, таких як промислові цехи, торгові центри, висотні житлові будинки та медичні установи. Застосування PIR у модульних будинках дозволяє значно підвищити їхню безпеку.

Важливо завжди перевіряти сертифікати відповідності та протоколи випробувань для конкретної марки утеплювача, оскільки виробники можуть пропонувати модифіковані версії з покращеними показниками вогнестійкості.

Ефективність теплоізоляції будівлі залежить не лише від властивостей самого матеріалу, а й від якості проєктування та виконання монтажу критичних вузлів. Саме в місцях з’єднань різних конструктивних елементів (кути, примикання до віконних та дверних прорізів, цоколі, парапети) виникають так звані ‘містки холоду’, які можуть нівелювати всі переваги високоякісного утеплення. ДБН В.2.6-31:2021 акцентує на необхідності уникнення таких містків і досягнення оптимального показника термічної однорідності.

Утеплення цоколя та фундаменту: Для цієї зони, що контактує з ґрунтом і вологою, ключовим є використання матеріалів з низьким водопоглинанням і високою міцністю на стиск. XPS є оптимальним вибором. Його закрита комірчаста структура запобігає капілярному підняттю вологи, а міцність дозволяє витримувати тиск ґрунту та навантаження від будівлі. Проєктування вузла включає укладання XPS плит на зовнішню сторону фундаменту з перекриттям гідроізоляційного шару та захистом від механічних пошкоджень (наприклад, екран з геомембрани або штукатурка по армувальній сітці). Важливо забезпечити безперервність теплоізоляційного контуру, уникаючи щілин між плитами.

Утеплення покрівлі (плоска покрівля): Тут висока міцність на стиск та стійкість до вологи також критичні, особливо для експлуатованих покрівель. PIR-плити є лідерами завдяки своїм високим теплоізоляційним властивостям та міцності. Вони дозволяють зменшити товщину покрівельного ‘пирога’, що важливо для зменшення навантаження на конструкцію. Проєктування включає укладання PIR плит безпосередньо на несучу основу (наприклад, профнастил або залізобетон), пароізоляційний шар, а зверху – водоізоляційну мембрану. Також враховується формування ухилів для відведення води.

Утеплення стін: Для стін часто використовується EPS у системах ‘мокрого’ фасаду (ETICS) через його цінову доступність та легкість обробки. Однак, при проєктуванні вузлів, особливо кутів, отворів та примикань до інших матеріалів, необхідно ретельно проклеювати всі стики плит, використовувати армуючі кутові профілі та забезпечувати надійне кріплення дюбелями. Там, де є ризик підвищеної вологості (наприклад, цокольна частина або зони навколо водостоків), може бути доцільним комбінувати EPS з XPS для цих окремих ділянок, оскільки Sd значення EPS (20-50) значно відрізняється від XPS (80-200).

Містки холоду: Для мінімізації містків холоду, які можуть призвести до конденсації вологи та грибка, необхідно:

• Забезпечувати нахльост плит на кутах та перев’язку.
• Утеплювати віконні та дверні укоси, використовуючи матеріали з високими теплоізоляційними властивостями.
• Проєктувати терморозриви в балконних плитах та інших елементах, що проходять крізь теплоізоляційний контур.

Правильне проєктування та деталізація вузлів з урахуванням особливостей XPS, PIR та EPS є запорукою довговічності та енергоефективності будівлі, що відповідає сучасним будівельним стандартам України.

При виборі теплоізоляційних матеріалів важливо враховувати не лише початкову вартість матеріалу та монтажу, а й загальну вартість володіння (Total Cost of Ownership, TCO) протягом усього життєвого циклу будівлі. TCO включає капітальні витрати (CAPEX) та операційні витрати (OPEX), що дозволяє отримати більш повну картину економічної ефективності інвестицій в утеплення.

Компоненти TCO для утеплення:

1. Початкові капітальні витрати (CAPEX):
   • Вартість матеріалу (XPS, PIR, EPS).
   • Вартість транспортування.
   • Вартість монтажних робіт (клеї, дюбелі, армуюча сітка, штукатурка, праця).
   • Додаткові витрати, пов’язані зі зменшенням товщини стін (економія на площі фундаменту, покрівлі, інших елементах, якщо це дозволяє проєкт).
2. Операційні витрати (OPEX) та економія:
   • Вартість опалення/охолодження (основний фактор економії завдяки зниженню тепловтрат).
   • Витрати на ремонт або заміну теплоізоляції (актуально для матеріалів з меншим терміном служби або стійкістю).
   • Витрати на усунення наслідків від містків холоду (конденсат, пліснява), якщо вони виникли через неякісне утеплення.

Порівняльна фінансова модель (умовні показники для України, термін 30 років):

*NPV – це складна розрахункова величина, яка залежить від багатьох факторів (ціни на енергоносії, дисконтна ставка, площа, клімат). У таблиці надано лише якісну оцінку.

Висновок TCO: Хоча PIR та XPS мають вищі початкові капітальні витрати, їхня виняткова теплоізоляційна ефективність, довговічність та стійкість до зовнішніх факторів забезпечують значно більшу економію на операційних витратах протягом тривалого періоду. Це призводить до кращого показника TCO та вищої чистої поточної вартості інвестиції. У контексті постійного зростання цін на енергоносії в Україні, вибір більш ефективних, хоча й дорожчих на початковому етапі, матеріалів стає стратегічно виправданим. Перед вибором ділянки для будівництва, варто також продумати і майбутні витрати на опалення.

Україна характеризується помірно-континентальним кліматом з холодною зимою та теплим літом, що створює значне навантаження на огороджувальні конструкції будівель. Це вимагає від утеплювачів високих теплоізоляційних характеристик, стійкості до перепадів температур, вологи та достатньої паропроникності або пароізоляції залежно від типу конструкції.

Кліматичні зони та вимоги ДБН В.2.6-31:2021: Згідно з чинними ДБН, Україна поділяється на дві температурні зони, для яких встановлюються різні мінімальні показники опору теплопередачі (R) для огороджувальних конструкцій. Для більшості областей України (Перша температурна зона) ці вимоги є досить високими, що підкреслює необхідність використання ефективних утеплювачів.

• EPS в українських умовах: Завдяки своїй доступності та простоті монтажу, EPS широко використовується для утеплення зовнішніх стін у системах ETICS (External Thermal Insulation Composite System). Проте, через його помірне водопоглинання та паропроникність (Sd = 1-2 м для 100 мм товщини), важливо забезпечити належну гідроізоляцію та вентиляцію фасаду, особливо у вологих регіонах. Не рекомендується для цоколів та підземних частин без додаткового захисту від вологи.
• XPS в українських умовах: Ідеально підходить для утеплення фундаментів, цоколів, підлог по ґрунту та плоских покрівель, де потрібна висока стійкість до вологи та механічних навантажень. Його практично нульове водопоглинання та висока міцність на стиск забезпечують довговічність цих критичних елементів у вологих ґрунтах та при значних снігових навантаженнях. Ефективні системи вентиляції також важливі для забезпечення комфортного мікроклімату. Sd значення XPS (близько 4-10 м для 100 мм товщини) вказує на його високу пароізоляційну здатність, що необхідно враховувати при проєктуванні ‘дихаючих’ стін.
• PIR в українських умовах: Завдяки найнижчому коефіцієнту теплопровідності (λ = 0.022-0.028 Вт/(м·К)), PIR є відмінним рішенням для об’єктів з високими вимогами до енергоефективності, де потрібно мінімізувати товщину утеплювача. Це особливо актуально для міського будівництва, де кожен квадратний метр цінний. Його підвищена вогнестійкість робить його безпечним вибором для висотних будівель, промислових об’єктів та об’єктів з масовим перебуванням людей. PIR також підходить для покрівель та фасадів, забезпечуючи високу ефективність та довговічність у різних кліматичних умовах України. Sd значення PIR (близько 10 м для 100 мм товщини) також свідчить про його високу пароізоляційну здатність.

Рекомендації:

• При проєктуванні завжди керуватися ДБН В.2.6-31:2021, враховуючи специфіку кліматичної зони та функціональне призначення будівлі.
• Комбінувати матеріали: наприклад, XPS для цоколя та фундаменту, а PIR або EPS для стін та покрівлі, оптимізуючи співвідношення ‘ціна-якість-ефективність’.
• Приділяти особливу увагу деталям монтажу, забезпечуючи герметичність стиків та відсутність містків холоду.
• Використовувати сертифіковані матеріали, що відповідають українським та європейським стандартам якості та безпеки.