Технология теплоизоляционных и акустических материалов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации  

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования 

«Казанский национальный исследовательский 

технологический университет» 

 
 
 
 
 
 
 

А. Р. Мухтарова, Р. Р. Сафин, Р. Р. Хасаншин 

 
 

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ 

И АКУСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 

 
 
 

Учебное пособие 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Казань 

Издательство КНИТУ 

2019 

УДК 121600.186.4:534.8(075) 
ББК 38.637:22.32я7 

М92 

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета 
 

Рецензенты:  

д-р техн. наук Е. Ю. Разумов 
канд. техн. наук. Л. И. Аминов 

 
 
 
 
 
 

М92

Мухтарова А. Р.
Технология теплоизоляционных и акустических материалов : учебное
пособие / А. Р. Мухтарова, Р. Р. Сафин, Р. Р. Хасаншин; Минобрнауки
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2019. – 84 с.

ISBN 978-5-7882-2549-4

Содержит современные сведения о классификации, функциональных 

и строительно-эксплуатационных свойствах теплоизоляционных и акустических 
материалов, широко применяемых в различных отраслях народного хо-
зяйства. 

Предназначено для бакалавров направления подготовки 08.03.01 

«Строительство», обучающихся по курсу «Технология теплоизоляционных и 
акустических материалов». 

Подготовлено на кафедре «Архитектура и дизайн изделий из древесины». 
 


УДК 121600.186.4:534.8(075) 
ББК 38.637:22.32я7 

 
 
ISBN 978-5-7882-2549-4 
© Мухтарова А. Р., Сафин Р. Р.,  

Хасаншин Р. Р., 2019 

© Казанский национальный исследовательский  

технологический университет, 2019 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Теплоизоляционные материалы – разновидность строительных 

материалов, характеризующихся малой теплопроводностью. 

Как известно, тепловой поток через какое-либо ограждение, 

разделяющее среды с разными температурами, направлен от нагретой 
среде к холодной. Любой материал, из которого выполнено ограждение, 
в той или иной степени препятствует передаче тепла. Степень сопротивления 
ограждения теплопередаче можно существенно повысить 
путем увеличения толщины ограждения путем применения теплоизоляционных 
материалов, позволяющих значительно уменьшить толщину 
и, следовательно, материалоемкость ограждения.  

Малая теплопроводность теплоизоляционных материалов обу-

словлена их высокопористым строением. Воздух, заполняющий поры 
и находящийся в спокойном состоянии, является плохим проводником 
теплоты и создает вследствие этого большое сопротивление теплопередаче. 
Таким образом, отличительная особенность теплоизоляционных 
материалов – их высокопористая структура. Функциональное назначение 
теплоизоляционных материалов – устройство тепловой изоляции 
ограждающих конструкций зданий и сооружений, технологической 
аппаратуры, тепловых и холодильных установок и различных 
трубопроводов. 

В понятие «тепловая изоляция» вкладывают весьма широкое и 

не всегда одинаковое содержание. В наиболее общем и распространенном 

смысле 
под 
теплоизоляцией 
понимают 
технико-

экономические мероприятия по уменьшению потерь теплоты во внешнюю 
среду через ограждающие поверхности зданий и сооружений 
(строительная теплоизоляция), промышленных тепловых установок и 
теплопроводов (высокотемпературная теплоизоляция), различного рода 
холодильных установок помещений и емкостей, внутри которых 
поддерживается отрицательная температура (хладоизоляция). Выражение «
тепловая изоляция» часто употребляют для названия соответ-
ствующих конструкций, говоря об теплоизоляции стен, кровель, тру-
бопроводов и т.п. 

Теплоизоляционные материалы широко применяют в строи-

тельстве, промышленности, на транспорте. При этом достигается 
весьма большой технико-экономический эффект.  

В строительстве, применение, например, этих материалов по-

зволяет существенно снизить массу зданий и сооружений, т.е. сэконо-

мить материальные ресурсы, снизить расходы на транспорт и монтаж-
ные работы. Ведь одновременно со снижением массы зданий и соору-
жений сокращаются перевозки не только готовых строительных мате-
риалов и сборных конструкций на стройплощадку, но и сырьевых ма-
териалов от места их добычи на заводы-изготовители. Снижение мас-
сы строительных конструкций также позволяет увеличить их габари-
ты, т.е. повысить степень индустриализации производства, уменьшить 
затраты на основные строительные материалы: цемент, металл, древе-
сину, кирпич и др. К тому же создание и применение новых, более 
эффективных видов теплоизоляционных материалов, совершенствова-
ние тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий позволяют 
сократить расходы на отопление зданий и повысить комфорт в поме-
щениях. 

В промышленности теплоизоляционные материалы применяют 

с целью сокращения теплопотерь через ограждающие конструкции 
тепловых агрегатов и теплопроводов, экономии ценного огнеупорного 
сырья, тепловой защиты строительных конструкций и оборудования 
от вредного воздействия высоких температур, интенсификации техно-
логических процессов, создания оптимальных условий для работы 
людей в горячих цехах.  

Еще большую экономию энергии дает применение теплоизо-

ляционных материалов при транспортировке и хранении сжиженных 
газов, тепловой изоляции стационарных и передвижных холодильни-
ков (железнодорожные вагоны, суда-рефрижераторы и т.п.) и другого 
холодильного оборудования. 

Производство теплоизоляционных материалов – одна из наи-

более молодых подотраслей промышленности строительных материа-
лов. Однако в связи с высокой эффективностью применения этих ма-
териалов в народном хозяйстве их производство за последние 50 лет 
бурно развивалось. В связи с этим характерной чертой развития про-
изводства теплоизоляционных материалов, без которых трудно пред-
ставить дальнейшее развитие капитального строительства, в нашей 
стране, является преимущественное увеличение выпуска эффективных 
теплоизоляционных материалов. К таким материалам относятся: ми-
нераловатные изделия на синтетических связующих (жесткие плиты и 
плиты повышенной жесткости), а также минераловатные маты с об-
кладками и без них; стекловолокнистые плиты и маты; изделия из 
вспученного перлита; калиброванные плиты из ячеистого бетона со 

средней плотностью не выше 250 кг/м3; изделия из пластмасс высоко-
пористой структуры и пониженной горючести. 

Усилиями научных и производственных коллективов расширя-

ется номенклатура эффективных теплоизоляционных материалов, 
предназначенных для строительной и промышленной теплоизоляции, 
разрабатываются новые технологические приемы их получения, обес-
печивающие ресурсосбережение как в сфере производства, так и в 
сфере применения, все шире используются в качестве сырья отходы и 
побочные продукты других отраслей народного хозяйства. 

Второй группой рассматриваемых материалов являются аку-

стические, применение которых в строительстве и промышленности 
призвано создавать комфортные условия в жилых и общественных 
помещениях, снижать вредное воздействие шума на организм челове-
ка. Эти материалы по своему функциональному назначению подразде-
ляются на следующие виды: 

1) звукопоглощающие материалы, предназначенные для гаше-

ния воздушных шумов и регулирования акустических характеристик 
помещений; 

2) звукоизоляционные материалы, применяемые в качестве 

прокладок под «плавающими» полами и в многослойных ограждаю-
щих конструкциях для изоляции ограждений от ударного и воздушно-
го звуков; 

3) вибропоглощающие материалы, предназначенные для ос-

лабления изгибных колебаний, распространяющихся по жестким кон-
струкциям, для снижения излучаемого ими шума. 

Широкое применение звукопоглощающих и звукоизоляцион-

ных материалов в жилых, производственных и общественных зданиях, 
в зданиях и сооружениях культурно-массового назначения повысило 
возросшую культуру строительства в нашей стране, призванную обес-
печить повышенную комфортабельность для жизни, труда и отдыха 
людей. 

Особенно бурное развитие производства и применение акустических 
материалов в строительной практике получили в последние 
40 лет. При этом особое внимание уделялось и уделяется созданию 
наиболее эффективных материалов, сочетающих в себе акустические и 
декоративные свойства и получивших поэтому название декоративно-
акустических. К таким материалам относят жесткие минераловатные 
изделия в виде плит для навесных потолков с декорированной поверх-

ностью, газобетонные, пеногипсовые, комбинированные плитные изделия 
с фасонной или плоской поверхностью, перфорированные цветные 
листы и др. Поэтому создание новых видов акустических материалов, 
отличающихся более высокими функциональными и эксплуатационными 
свойствами, является в настоящее время весьма важной 
задачей научно-исследовательских, проектных и производственных 
коллективов строительной отрасли народного хозяйства. 

Процесс поиска новых принципов производства высокопорис-

тых материалов продолжается и в настоящее время. В нем участвуют 
научные коллективы ряда научно-исследовательских институтов. Основной 
задачей текущего момента и на перспективу является вовлечение 
в сферу производства максимально возможных объемов побочных 
продуктов других отраслей и промышленных отходов, образующихся 
в весьма большом количестве, исчисляемом миллиардами тонн, 
при добыче и сжигании углей, выплавке черных и цветных металлов, 
производстве и применении стекол, переработке нефти, производстве 
удобрений, добыче и переработке руды и нерудных полезных 
ископаемых и т.п. Решение этой проблемы, кроме значительного 
технико-экономического эффекта, имеет также огромное значение для 
экологии. 

 

 
 

1. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. ТРЕБОВАНИЯ  

К ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫМ МАТЕРИАЛАМ 

 

1.1. Основные представления о теплопередаче 

 
Процесс передачи теплоты (теплопередачи) весьма сложен и 

зависит от множества факторов, знание которых и управление которыми 
позволяют технологам и конструкторам создавать наиболее эффективные 
теплоизоляционные материалы и конструкции для разных 
условий службы. 

Борьба с шумом в производственных помещениях и создание 

комфортных условий в жилых, общественных, учебных, лечебных и 
других зданиях являются одним из важнейших мероприятий по сохранению 
и укреплению здоровья людей. Знание закономерностей распространения 
звука в различных средах при различных его параметрах 
позволяет целенаправленно проводить мероприятия по борьбе с шумом: 
создавать эффективные акустические материалы и конструкции, 
использовать различного рода экраны, позволяющие существенно 
снижать интенсивность шума в помещениях. 

Передача теплоты, происходящая в твердых телах, жидкостях 

и газах, неоднозначна и определяется существующими для каждой из 
них закономерностями. 

Теплопередачей называют теплообмен между двумя теплоносителями 
через разделяющую их твердую стенку или через поверхность 
раздела между ними. 

Количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность 
в единицу времени, называют тепловым потоком и измеряют 
в Вт (Дж/с). Интенсивность теплового потока прямо пропорциональна 
разности температур на нагретой и холодной поверхностях, т.е. 
температурному градиенту, который является вектором и имеет положительный 
знак при возрастании температуры. 

Температурный градиент есть не что иное, как предел отноше-

ния изменения температуры Δt к расстоянию между изотермами по 
нормали Δn при условии, что Δn→0, т.е. 

 

lim 

Δt
Δn Δn→0= 

∂t
∂n = grad t.                                (1.1) 

 

Это выражение справедливо для стационарного теплово-

го режима. 

Тепловой поток, отнесенный к единице поверхности тела, че-

рез которое осуществляется процесс теплопередачи, называют поверх-
ностной плотностью теплового потока: g = Q/F, Вт/м2. Величина: 
g ‒ вектор, направление которого противоположно направлению тем-
пературного градиента, так как тепловая энергия самостоятельно рас-
пространяется только в сторону убывания температуры. 

Любой материал, из которого выполнена стенка, разделяющая 

теплую и холодную среды, оказывает большее или меньшее сопротивле-
ние тепловому потоку. Величина этого сопротивления зависит от спо-
собности вещества (материала) проводить теплоту, т.е. от его теплопро-
водности, которая для каждого вещества имеет свое определенное зна-
чение и зависит от многих причин: агрегатного состояния вещества, его 
структуры, плотности, влажности, давления и температуры. 

Основной закон теплопроводности сформулирован Фурье: 

плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры: 
 

Q = λFgradt,                                           (1.2) 

 

где λ – множитель пропорциональности, характеризующий способ-
ность вещества (материала) проводить теплоту, т.е. его теплопровод-
ность. 

Из уравнения (1.2), которое является математическим выраже-

нием основного закона распространения теплоты путем теплопровод-
ности (закон Фурье), следует, что теплопроводность λ, Вт/(м·К) или 
Вт/(м·°С) определяет интенсивность теплового потока, проходящего 
через 1 м2 поверхности при температурном градиенте 1 К/м (1 °С/м), 
т.е. при разности температур на горячей и холодной сторонах мате-
риала толщиной 1 м в 1 К или 1 °С. 

Перенос теплоты теплопроводностью характерен для веществ 

(материалов), находящихся в любом агрегатном состоянии. Он имеет 
место в сплошной среде, т. е. при непосредственном соприкосновении 
тел или частиц одного тела, имеющих различную температуру. В об-
щем же виде теплоперенос представляет собой сложный теплофизиче-
ский процесс, в котором можно выделить кроме теплопроводности 
еще два элементарных вида переноса теплоты: конвенцию и тепловое 
излучение. 

Конвекцией называют перенос теплоты в жидкостях, газах или 

сыпучих средах потоками вещества. Этот вид теплообмена свойствен 

движущимся жидкостям и газам. При этом различают два вида кон-
векции: естественную, при которой происходит самопроизвольное пе-
ремешивание частей жидкости или газа с различной температурой, и 
вынужденную, когда движение частиц вызывается внешними воздей-
ствиями (принудительным перемешиванием, продувкой и т.п.). 

Интенсивность конвективного теплообмена (теплопереноса) 

характеризуется коэффициентом теплопередачи ɑ, определяемым по 
формуле Ньютона: 

Q = ɑFΔt‚                                            (1.3) 

 

где F – поверхность теплообмена. 

Значения ɑ и, следовательно, интенсивность теплообмена зави-

сят от множества параметров этого процесса: формы, размеров и тем-
пературы конструкций, скорости движения, температуры и физиче-
ских свойств (вязкости, теплоемкости, плотности и т.д.) газов или 
жидкостей и ряда других факторов. 

Однако при прочих равных условиях ɑ зависит главным обра-

зом от условий движения среды. Поэтому значение конвективного те-
плообмена в ограждающих строительных конструкциях и теплоизоля-
ционных материалах определяется размером воздушных полостей и 
пор, а также степенью связанности этих полостей и пор между собой. 

Чем больше размер воздушных полостей в конструкции или 

пор в теплоизоляционном материале, чем больше сечение воздушных 
ходов, соединяющих эти полости или поры, тем выше ɑ и, следова-
тельно, доля конвективного переноса теплоты в общем объеме тепло-
передачи в данной ограждающей конструкции или данном теплоизо-
ляционном материале, тем выше общий баланс переноса теплоты. 

Тепловым излучением называют перенос теплоты в виде элек-

тромагнитных волн с двойным взаимным превращением: тепловой 
энергии в лучистую на поверхности тела, излучающего теплоту, и лу-
чистой энергии в тепловую на поверхности тела, поглощающего лучи-
стую теплоту. Этот вид теплопередачи возможен лишь в газообразной 
среде или в вакууме. 

Долю теплообмена лучеиспусканием определяют по формуле 

 

Q = ɛпСоF [(Т1/100)4‒(Т2/100)4],                           (1.4) 

 

где ɛп – приведенная степень черноты тел, между которыми происхо-
дит лучистый теплообмен; Со ‒ коэффициент излучения черного тела, 

равный 5,7 Вт/(м2·С4); Т1 и Т2 – температуры поверхностей, между ко-
торыми происходит теплообмен. 

В данной формуле наиболее значимой величиной являются 

температуры, которые находятся в четвертой степени. Следовательно, 
лучистый теплообмен решающим образом зависит от температуры 
материала или, вернее, от разности температур между излучающей 
теплоту поверхности и поверхности, поглощающей теплоту. 

Если рассмотреть элементарную пору в каком-то теплоизоля-

ционном материале, заполненную воздухом или газом, то, опираясь на 
закономерность, выраженную формулой (1.4), можно сделать сле-
дующее заключение. Чем больше диаметр поры, тем больше разница 
температуры между более и менее нагретыми ее поверхностями, тем, 
следовательно, более интенсивен теплообмен излучением. 

С другой стороны, анализ формулы позволяет сделать заклю-

чение о том, что при повышении степени нагретости тела (при повы-
шении температуры эксплуатации материала) передача теплоты излу-
чением возрастает. Практика показывает, что этот вид теплопереда-
чи имеет существенное, а иногда и превалирующее значение толь-
ко при изоляции промышленного оборудования, т.е. при высоких тем-
пературах. 

 
1.2. Требования к теплоизоляционным материалам 

 

Для снижения интенсивности теплопередачи через строитель-

ные ограждающие конструкции необходимо применение теплоизоля-
ционных материалов, оказывающих большое сопротивление конвек-
тивному переносу теплоты и характеризующихся малой теплопровод-
ностью. 

Следовательно, эти материалы должны характеризоваться вы-

сокой общей пористостью, так как воздух, заполняющий поры, ‒ пло-
хой проводник теплоты и не имеет сплошного каркаса из основного 
материала. С другой стороны, для снижения конвективного переноса 
теплоты необходимо стремиться к максимально возможному умень-
шению размеров пор и ходов, соединяющих эти поры. 

При этом теплоизоляционные материалы должны быть защи-

щены от увлажнения, хорошо противостоять процессам гниения, за-
мораживания и оттаивания, т.е. характеризоваться высокими эксплуа-
тационными показателями.