Дома из СИП панелей

О теплоизолированной панели SIP

Стены жилого дома должны быть прочными и «теплыми» (т.е. плохо проводить тепло). Для строительных материалов требования прочности и низкой теплопроводности являются взаимоисключающими. Все прочные (конструкционные) материалы хорошо проводят тепло. Чтобы защитить от холода, стены из прочного материала должны быть очень толстыми. Гораздо более толстыми, чем требуется критерием прочности. К примеру, чтобы удовлетворить действующим с 2003 г. российским требованиям по теплозащите жилых зданий, кирпичная стена в Тольятти должна иметь толщину 2-3 метра.

Наоборот, материалы, которые эффективно препятствуют теплопередаче, (утеплители) недостаточно прочны, поскольку большей частью состоят из воздуха.

Теплосопротивление традиционных конструкционных материалов повышают увеличением их пористости (пенобетон, поризованный кирпич, пеностекло и другие), что неизбежно снижает их прочность. Стены из таких материалов при значительном снижении прочности остаются недостаточно теплыми.

Другое решение — конструкции из двух материалов. Один материал (утеплитель)обеспечивает тепловую защиту, другой (конструкционный) — несущую способность. Сюда относятся все стены с утеплением. Например, кирпичная или деревянная стена, утепленная снаружи пенополистиролом или минватой. Но самый яркий пример — это каркасные конструкции, в которых нагрузку от веса здания и внешних воздействий несет прочный каркас (бетонный, металлический или деревянный), а свободное пространство между элементами каркаса заполнено эффективным утеплителем.

Например, современная многоэтажка — это железобетонный каркас из колонн и перекрытий с наружным ограждением из материалов с улучшенными теплоизоляционными характеристиками:


В индивидуальном строительстве наиболее распространены дома с деревянным каркасом, часто называемые канадскими.

В каркасных домах конструкционный материал используется наиболее рационально. Древесины на каркас уходит многократно меньше, чем на монолитные стены из бруса или бревна. Именно это всегда являлось основным аргументом в пользу выбора каркасной технологии для индивидуального строительства. Другими словами, раньше каркасная технология применялась исключительно из соображений экономии материалов! Но времена изменились. Цивилизованный мир занят решением проблемы энергосбережения. А каркасная технология строительства благодаря удачному сочетанию в конструкции современных эффективных утеплителей и каркасаобладает прекрасным потенциалом в области энергосбережения.

В большинстве строительных конструкций утеплитель на прочность самой конструкции не влияет. Принципиальное отличие SIP панели состоит в том, что утеплитель в ней играет ключевую роль в обеспечении прочности всего элемента.

Сама по себе тонкая деревянная плита OSB-3 (ОСП-3) может выдержать большую продольную растягивающую нагрузку, но при продольном сжатии легко изгибается (выпучивается, теряет устойчивость). О несущей способности пенополистирола марки 25 в качестве материала стен говорить вообще не приходится (хотя в Японии уже строят одноэтажные дома из  пенополистирола ). Но если эти материалы объединить в сэндвич-конструкцию, то получится удивительно прочная SIP панель:

В процессе склеивания SIP панели под прессом плиты ОСП-3 становятся плоскими (теряют начальный прогиб), а плотный пенополистирол вынуждает обе наружные плиты ОСП-3 работать под нагрузкой совместно. При продольном сжатии (и при сдвиге) пенополистирол не позволяет выпучиваться обшивке, которая принимает всю нагрузку на себя. Эффект хорошо известный любому специалисту по прочности (устойчивости) тонкостенных конструкций.

Испытания промышленно изготовленных SIP панелей показали, что они выдерживают продольную нагрузку более 10 тонн на погонный метр. Представьте себе пятиэтажный дом, в котором первый этаж собран из SIP панелей, а на нём четыре этажа кирпичных стен толщиной полметра! Вот почему двухэтажный индивидуальный дом из SIP панелей получается сверхпрочным.

Рисунок  ниже выполнен в масштабе:

Небольшой одноэтажный домик из SIP выдерживает нагрузку 315 тонн, превышающую вес Боинга-747 в полтора раза!

При поперечном изгибе благодаря пенополистиролу одна плита обшивки SIP сжимается, а другая растягивается как полки у балки двутаврового сечения. Это обеспечивает большую жесткость SIP на изгиб. Испытания показали, что SIP выдерживает давление в поперечном направлении больше 2 тонн.

Это более чем достаточно. По СНиП расчетная нагрузка на эксплуатируемое перекрытие составляет 150 кг/м2, расчетная максимальная снеговая нагрузка для Московского региона — 180 кг/м2. В стенах, перекрытиях и крыше индивидуального дома SIP панель имеет многократный запас прочности по поперечной (эксплуатационной, снеговой и ветровой) нагрузке.

Испытания американских инженеров ( видео ) показали, что трехэтажный дом из SIP панелей имеет трехкратный запас прочности. Такие огромные запасы прочности позволяют совершенно не опасаться за прочность правильно построенных домов из SIP.

Специалистам высокие прочностные свойства конструкций типа SIP давно известны. Интересный пример аналога SIP — вертолетная лопасть.

Таким образом, мы имеем третье направление поиска новых строительных материалов — увеличение прочности утеплителей до возможности использования их в качестве конструкционных материалов. В SIP панели это достигается приклеиванием обшивки к утеплителю. Таким образом, мы имеем дело с современным композитным материалом.

Это еще не всё. Легкий конструкционный материал меняет технологию строительства. Появляется возможность изготовления больших элементов для ручного монтажа.  SIP панель стандартного размера — это стена площадью 3,5 квадратных метра! В развитых странах активно развиваются технологии строительства индивидуальных домов методом PRE-CUT, когда элементы дома изготавливаются промышленным способом по строительным чертежам, а на стройплощадке осуществляется только монтаж. СИП технология идеально подходит для строительства методом PRE-CUT.

Кроме этого, SIP панель привносит и другие полезные особенности в технику сборки строительных конструкций. Но об этом мы поговорим на других страницах сайта.

Теперь по выбору материалов для производства SIP. SIP панели можно изготовить не только из плит OSB-3 и пенополистирола ПСБ. Вариантов много. Например, за рубежом можно встретить SIP панели с обшивкой OSB-3 с одной стороны и металлом с другой. Применяются такие панели для строительства крыш.

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).

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. Резать OSB-3 можно обычной ножовкой. С плитами на основе минеральных связующих дело обстоит сложнее. Инструмент для обработки древесины не подходит. Потребуется болгарка, специальные диски и др. А длина пропилов в среднем по размерам индивидуальном доме исчисляется сотнями метров.

Некоторые плитные материалы не проходят для наружного применения по морозостойкости, а для SIP это очень важно, поскольку обшивка SIP являетсянесущей. Морозоустойчивые фибролитовые плиты, например, стоят дорого. Поэтому такие плиты используются в основном для декоративной отделки фасадов.

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 ( видео ).

Кстати, из-за хрупкости нежелательно использовать в строительстве панели со слишком тонкой обшивкой из OSB-3 (стандарт 12 мм). Уже при перевозке и погрузо-разгрузочных работах у SIP панелей с тонкой обшивкой часто обламываются кромки.

В качестве сердечника SIP нередко используют более эффективные, но и более дорогие пенополиуретан (ППУ) и экструдированный пенополистирол (XPS). Такая замена позволяет уменьшить толщину панели по теплотехническим требованиям. Другой причины для широкого применения подобных панелей нет.

Негорючие утеплители на основе минеральных волокон имеют очень низкую прочность на растяжение. Соответственно SIP с минеральным утеплителем получается непрочной, и её применение в конструкции дома ограничено. Дом, построенный из таких панелей, мало чем отличается от обычного каркасника.

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. К примеру, в 2007 году в США и Канаде было произведено 6,5 млн. квадратных метров SIP, и только 3% составила доля панелей, в которых использовались в качестве обшивки материалы на основе цемента, гипса и других.

OSB-3

Плиты OSB-3 это современный материал, разработанный в США (1980 г.) как замена ДСП. OSB (Oriented Strand Board – плита с ориентированной плоской щепой) является продуктом глубокой переработки древесины путем прессования специально изготовленной прямоугольной плоской щепы в условиях высокого давления и температуры, с использованием склеивающей водостойкой смолы.

Сегодня  в развитых странах OSB-3 является основным материалом для строительства жилых и коммерческих зданий на основе деревянного каркаса. Применяется в основном для обшивки каркаса:

Но материал настолько хорош, что даже вытесняет древесину из таких элементов каркаса как балки перекрытий. Двутавровые балки со стенкой из OSB-3 по прочности и жесткости могут поспорить с массивным деревянным брусом.

OSB-3 — 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 специально изготовленной 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.

Самыми качественными на российском рынке заслуженно считаются плиты OSB-3 немецкого производства.

ПСБ-С25

Утеплитель ПСБ — это один из видов пенополистирола. Аббревиатура технического названия материала «пенополистирол суспензионный беспрессовый». Зарубежное название — Expanded Polystyrene  (EPS). Родина этого материала — Германия.

Современные научные исследования позволяют однозначно утверждать, что ПСБ, как и многие другие полистиролы,  безвреден для здоровья человека.

При горении ПСБ выделяет меньше токсичных веществ, чем древесина. Специальные добавки делают пенополистирол самозатухающим (буква С в конце аббревиатуры ПСБ-С).

С другой стороны, ПСБ-С25, который на 98% состоит из воздуха, заключённого в ячеистую матрицу — один из лучших утеплителей. Цифра после аббревиатуры ПСБ-С характеризует плотность материала в кг/м3 по классификации ГОСТ.

ПСБ, как и многие другие строительные материалы, классифицируется как горючий. Его применение определяется требованиями технического регламента о противопожарной безопасности и СНиП.

Вокруг пенополистирола возникло (сфабриковано, распространено) несколько слухов, связанных с использованием этого уникального по своим свойствам материала в строительстве. В Великобритании компания по борьбе с ложной информацией о пенополистироле идет под девизом “EPS – Economy, Performance, Sustainability (ПСБ – это экономичность, высокие эксплуатационные характеристики, экологичность)”.

Пенополистирол ПСБ имеет самый высокий итоговый рейтинг A+ по всем  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 ).

Подробно вопросы, связанные экологической и пожарной безопасностью OSB-3 и ПСБ, рассмотрены здесь.

По материалам сайта: http://mial-stroi.ru