О теплоизолированной панели SIP
Ограждающая стена дома должна быть одновременно и прочной, и «теплой» (т.е. плохо проводить тепло). До сих пор эти требования являются взаимоисключающими. Прочный материал содержит мало пор и поэтому хорошо проводит тепло. Чтобы защитить от холода, стены из прочного материала должны быть очень толстыми. Гораздо более толстыми, чем требуется критерием прочности. Чтобы удовлетворить современным российским требованиям по теплозащите, кирпичная стена должна иметь толщину 2-3 метра. Попытки повысить теплосопротивление строительных материалов (поризованный кирпич, пенобетон, пеностекло и др.) неизбежно приводят к снижению их прочности. Стены из таких материалов при значительном снижении прочности остаются недостаточно теплыми.
Другое решение — конструкция из двух материалов. Один материал обеспечивает тепловую защиту, другой — несущую способность. Пример такого решения в жилищном строительстве — высотные дома из монолитного бетона. Наружное ограждение таких зданий выполняется из материалов с улучшенными теплоизоляционными характеристиками, а вся нагрузка воспринимается железобетонным каркасом, состоящим из колонн и перекрытий. В промышленном строительстве — это несущие металлоконструкции, обшитые теплыми сэндвич-панелями. В индивидуальном строительстве это прежде всего каркасные дома, часто называемые канадскими (людям старшего поколения более знакомо название «финские дома»).
Если раньше технология каркасного строительства применялась из соображений экономии материалов, то сегодня на первый план выходит проблема энергосбережения. Каркасная технология строительства в связи с возможностью применения современных эффективных утеплителей имеет прекрасный потенциал. А строительство массивных стен из кирпича, бруса и других «традиционных» материалов с последующим утеплением выглядит в этом отношении, мягко говоря, непрактичным. Такая конструкция стен оправдана в случае утепления уже существующих домов, построенных по старым строительным нормам и правилам (СНиП).
Бетонные или железобетонные дома с наружным утеплением минватой, колодцевые кирпичные кладки, деревянные или металлические каркасы, заполненные утеплителями и т.д. Во всех этих конструкциях утеплитель нужен только для снижения теплопроводности стены, и практически не влияет на ее прочность.
Совсем другое дело — структурные теплоизолированные панели SIP (СИП). Сами по себе плиты обшивки OSB-3 (ОСП-3) толщиной 12 мм могут выдерживать большую продольную растягивающую нагрузку, а при продольном сжатии в силу своей гибкости гнутся (выпучиваются, теряют устойчивость) даже под собственным весом, а в свободном состоянии всегда имеют начальный прогиб. О несущей способности пенополистирола марки 25 в качестве материала стен говорить вообще не приходится. Но если эти два материала склеить в монолитную сэндвич-конструкцию типа ОСП-3/ПСБ-25/ОСП-3, получится удивительно прочная SIP панель.
В процессе склеивания под прессом плиты ОСП-3 становятся абсолютно плоскими (теряют начальный прогиб), а пенополистирол вынуждает обе наружные плиты ОСП-3 работать под нагрузкой совместно. При изгибе SIP панели под действием поперечной нагрузки одна плита обшивки сжимается, другая растягивается, как полки у балки двутаврового сечения. Для использовании SIP в качестве элемента стены наиболее важно то, что вклеенный пенополистирол не позволяет выпучиваться панелям обшивки при осевом сжатии и при сдвиге. Обычно этот момент забывают, когда пишут об особых свойствах SIP панелей. Насколько это важно, знает любой специалист по прочности (устойчивости) тонкостенных конструкций.
Стена из SIP может выдержать вертикальное продольное давление более 10 тонн на один погонный метр и поперечное давление – больше тонны на квадратный метр (при максимально требуемых 350 кг/м2 для коттеджей). Чтобы представить себе величину таких нагрузок вообразите себе нижний этаж дома из SIP панелей, а на нем 4 этажа кирпичных стен общей высотой 10 метров и толщиной полметра. На известном и растиражированном рекламном фото Мерседес М-класса весит 2 тонны. Испытания американских инженеров (видео) показали, что трехэтажный дом из SIP панелей имеет трехкратный запас прочности.
Таким образом, SIP-панель — это замечательный конструктивный элемент, в котором утеплитель играет ключевую роль в обеспечении прочности всего элемента.
Отметим, что SIP можно изготовить не только из плит OSB-3 и пенополистирола ПСБ (подробнее эти материалы мы рассмотрим ниже). За рубежом можно встретить комбинированные SIP панели с обшивкой OSB-3 с одной стороны и металлом с другой. Применяются такие панели для строительства крыш.
Идея, заложенная в основу SIP, широко используется вокруг нас. На рынке всё чаще появляются сэндвичи с обшивкой из пластика. Панели, используемые для заделки оконных откосов при установке окон ПВХ не что иное, как аналог SIP. Часто SIP панели из ДВЛ (оргалита) или фанеры с сердечником из пенополистирола используют для изготовления межкомнатных дверей и других предметов мебели. Другой интересный пример аналога SIP — вертолетная лопасть.
В России и за рубежом постоянно предпринимаются попытки найти альтернативу OSB-3 в конструкции SIP. В качестве обшивки пробуются в основном негорючие плитные материалы такие, как цементно-стружечные плиты (ЦСП), фибролитовые плиты, стекломагниевые листы (СМЛ). Каждый новый плитный материал обязательно рассматривается изготовителями SIP в качестве замены OSB-3. Пока, к сожалению, без особого успеха. Одно из основных требований к обшивке SIP панелей — она не должна быть хрупкой. Поэтому практически все негорючие материалы на минеральной основе мало или условно пригодны для изготовления SIP. Есть и другие моменты. Некоторые плитные материалы не проходят для наружного применения по морозоустойчивости (для Московского региона 150 циклов). Саморезы в плитах на основе минерального связующего в отличие от OSB-3 держатся плохо и подвержены коррозии. Получается, как в в известной поговорке: одно (горючесть) лечим, другое (прочность, надежность) калечим.
Недорогой гипсокартон, нашитый на OSB-3 без воздушного зазора, обеспечивает не меньшую защиту от открытого огня, чем другие негорючие плиты, приклеенные непосредственно к утеплителю.
В качестве утеплителя часто (особенно за рубежом) используют более эффективные, но и более дорогие пенополиуретан и экструдированный пенополистирол. Такая замена позволяет уменьшить толщину панели по теплотехническим требованиям. Другой причины для широкого применения подобных панелей нет.
Негорючие утеплители на основе минеральных волокон имеют низкую прочность на растяжение. Соответственно SIP с минеральным утеплителем получается непрочной, и её применение в конструкции дома ограничено. Для придания жесткости обшивку сэндвич-панели с минераловатным утеплителем обычно делают из профилированного металлического листа.
Только ленивый не думал об усовершенствовании конструкции SIP панели. Однако вариант SIP из утеплителя ПСБ-25С и плит OSB-3 получил наибольшее распространение в индивидуальном жилищном строительстве как оптимальный вариант. Оба материала достаточно экологичны и безопасны в пожарном отношении для индивидуального строительства (в соответствии с требованиями технического регламента). Дом из SIP панелей также экологичен, как и привычный деревянный дом. С другой стороны, такие панели SIP очень прочны. Они технологичны как в производстве, так и в последующей обработке.
В SIP панели утеплитель не дает усадки с течением времени, как это часто происходит с утеплителем в каркасах и в других конструкциях стен. Но самое важное достоинство SIP заключается в том, что это монолитная конструкция, свободная от недостатков, свойственных слоистым структурам.
SIP панели довольно легки. Вес одного квадратного метра панели около 15-20 кг.
OSB-3
Плиты OSB-3 это современный материал, разработанный в США (1980 г.) как замена ДСП. OSB (Oriented Strand Board – плита с ориентированной плоской стружкой) является продуктом глубокой переработки древесины путем прессования прямоугольной плоской щепы в условиях высокого давления и температуры, с использованием склеивающей водостойкой смолы. Это первая плита древесного происхождения разработанная специально для строительства, однако в настоящее время OSB находит все более широкое применение и в мебельной промышленности, вытесняя фанеру и ДСП, главным образом, из силовых элементов мебели.
Уникальные физико-механические параметры плиты объясняются размерами и характером укладки щепы – длинные тонкие щепы (длина – до 140 мм, толщина – до 0,6 мм) укладываются в ковре тремя слоями. Внешние слои образуются щепой, ориентированной параллельно длине готовой плиты. Во внутреннем слое щепа укладывается перпендикулярно длине готовой плиты. Благодаря такой ориентации плоской щепы мы получаем конструкционный материал с анизотропными свойствами – повышенной прочностью на изгиб и повышенной упругостью вдоль главной оси плиты. По сути, OSB – это «улучшенная древесина» – более прочная и эластичная за счет сохранения в плоской щепе всех полезных свойств массива древесины, при отсутствии таких дефектов как сучки и изменение направления волокон в связи с естественными условиями роста дерева.
Связующее и специальная обработка поверхности (ContiFinish) обеспечивают водо- и огнестойкость плит, значительно превышающие сходные характеристики массива древесины. Плиты OSB устойчивы к изменению погодных условий (влажность, температура), легко пилятся и обрабатываются любым инструментом, предназначенным для работы с древесиной. Существенным отличием плит OSB от других плитных материалов является то, что прочностные свойства и способность удерживать крепеж обеспечиваются не связующим, а характером укладки щепы – при нагружении в процессе эксплуатации длинные щепы передают нагрузку друг через друга, образуя единый конструкционный элемент, свободный от концентраторов напряжений, и сочетающий в себе высокую прочность с высокой эластичностью. Крепеж (шурупы, кольцевые гвозди, строительные скобы и пр.) удерживаются не плотностью связующего, а многочисленными тонкими щепами, ориентированными в плоскости, перпендикулярной к оси крепежных элементов.
В отличие от ДСП плиты ОСП на 95% состоят из отборной щепы, а не отходов производства. В этом отношении ОСП ближе к фанере, чем к ДСП. Причем не к обычной фанере, а к влагостойкой! Плиты ОСП прекрасно противостоят воздействию окружающей среды (влага, температура). Даже долговременное пребывание в воде не разрушает ОСП, и после просушивания ОСП восстанавливает свои свойства. Обшивка из ОСП прекрасно предохраняет утеплитель и от пара, и от грызунов.
По уровню эмиссии формальдегидов OSB относятся к классу E1, т.е. по экологичности мало отличаются от массива древесины, считающейся эталоном здорового материала.
ПСБ-С25
Пенополистирол безвреден для здоровья, а при горении выделяет не больше токсичных веществ, чем любая древесина. Специальные добавки делают пенополистирол самозатухающим (буква С в конце аббревиатуры ПСБ-С). С другой стороны пенополистирол, который до 98% состоит из воздуха, заключённого в ячеистую матрицу — один из лучших утеплителей.
Пенополистирол, как и многие другие строительные материалы, является горючим. Его применение определяется требованиями технического регламента о противопожарной безопасности и СНиП.
Вокруг пенополистирола (Expanded Polystyrene = EPS) возникло несколько мифов, связанных с использованием этого уникального по своим свойствам материала в строительстве. Отличные параметры этого теплоизоляционного материала никто не оспаривает. «Теплый на ощупь» — наиболее распространенная характеристика даже в среде специалистов. Пугают пожароопасностью, неэкологичностью и небольшим сроком службы. Все это абсурд. Написано в Интернете по этой проблеме так много, что повторяться здесь нет смысла. Много информации можно найти на сайте Ассоциации производителей и поставщиков пенополистирола: http://www.penoplast.ru
Отметим только, что в Великобритании компания по борьбе с ложной информацией о пенополистироле идет под девизом «EPS – Economy, Performance, Sustainability (Пенополистирол – это экономичность, высокие эксплуатационные характеристики, экологичность)”.
Пенополистирол получил самый высокий итоговый рейтинг A+ по всем четырем показателям, проверяемых в соответствии с последней и наиболее жёсткой Инструкцией по выбору экологичных материалов из представленных на мировом рынке (BRE Global Green Guide to Specification), изданной Ведомством по исследованиям в строительстве в Великобритании (подробнее).
