Дом из конструкционных изолирующих панелей: SWOT-анализ. Окончание
Неизбежность деструкции (лат. destructio — разрушение) полистирола обусловлена самой сущностью полимеризационных пластмасс. Под воздействием внешних факторов (тепло, свет, радиация, механические и биологическое воздействие и т.д.) у всех полимеров, в том числе и у полистирола, происходят разрушения макромолекул (отщепление микрорадикалов и деполимеризация), в результате чего изменяются химико-физические и эксплуатационные свойства. Деструкция пенополистирола существенным образом отлична от деструкции полистирола. В первую очередь это обусловлено развитой наружной поверхностью, характерной для всех вспененных пластмасс.
Д.х.н., профессор кафедры переработки пластмасс РХТУ им. Менделеева Л.М. Кербер о выделении стирола из современного пенополистирола: «В условиях обычной эксплуатации стирол окисляться никогда не будет. Он окисляется при гораздо более высоких температурах. Деполимеризация стирола действительно может идти при температурах выше 320°С, но всерьез говорить о выделении стирола в процессе эксплуатации пенополистирольных блоков в интервале температур от минус 40°С до плюс 70°С нельзя. В научной литературе имеются данные о том, что окисления стирола при температуре до +110°С практически не происходит».
Здание национальной школы Cherokee National School из SIP-панелей, Невада, США
Высокотемпературная фаза деструкции пенополистирола хорошо и обстоятельно исследована. Она начинается при температуре +160°С (механохимическая деструкция). С повышением температуры до +200°С начинается фаза термоокислительной деструкции. Выше +260°С преобладают процессы термической деструкции и деполимеризации. В связи с тем, что теплота полимеризации полистирола и поли-’’’α’’’-метилстирола одна из самых низких среди всех полимеров (71 и 39 кДж/моль соответственно), в процессах их деструкции преобладает деполимеризация до исходного мономера — стирола.
«…Дым от ППС в худшем случае имеет ту же токсичность, а в большинстве случаев — меньшую токсичность по сравнению с токсичностью дыма от сгорания природных материалов по всему температурному диапазону…», — утверждают в Ассоциации европейских производителей пенополистирола (EUMEPS). Исследования Европейской Ассоциации производителей пенополистирола показали, что продукты горения полистирола, используемого в качестве среднего слоя строительных конструкций, менее опасны, чем продукты горения целлюлозы, дерева и шерсти, широко распространенных в быту.
Еще год назад население пугали в основном только плитами OSB-3. Именно этот материал определяет экологию SIP, поскольку он располагается снаружи панели и очень хорошо изолирует от внешней среды то, что находится у нее внутри. Для Украины и других стран СНГ плиты OSB до сих пор новый малознакомый материал.
В развитых странах OSB используют в жилищном строительстве уже 30 лет. Причем этот материал был разработан специально для жилищного строительства! Из SIP в Северной Америке строят жилые дома, офисы, больницы, спортивно-оздоровительные, образовательные и детские учреждения. У многих OSB ассоциируется с плитами ДСП советских времен с их фенолами и формальдегидами. Время не стоит на месте. Уже давно научились делать безопасную для здоровья ДСП, отвечающую классу эмиссии формальдегида E1. А в технологии производства OSB-3 заложено использование на порядок меньшего количества связующего, чем при производстве ДСП. OSB-3 — это не переработанные отходы производства. Это такое же изделие, как клееный брус или фанера, т.е. «улучшенная древесина».
Контрафактного OSB-3 на рынке нет. В Украине и РФ плиты OSB-3 еще не производят (это очень капиталоемкое производство — минимум €100 млн.). Вся продукция поступает на наш рынок из Европы и Северной Америки, где самые жесткие в мире требования к экологической безопасности строительных материалов, применяемых в жилищном строительстве. Несколько цитат:
- Применение смол, состоящих из собственно смолы, наполнителя и отвердителя, позволяет производить экологически безопасную строительную плиту, поскольку процесс полимеризации окончательно завершается через несколько месяцев после прессования, и эмиссия формальдегидов, по истечении этого времени, не обнаруживается существующими измерительными приборами (компания «Egger», Германия).
- Количество формальдегида, эмитируемого OSB, которые используются в SIP, составляет менее 0,1 ppm (частей на миллион). Это значительно ниже допустимого министерством жилищного строительства и городского развития США (HUD) уровня (ассоциация Structural Insulated Panel Association — SIPA).
Здание индейского университета University of Montana Native American Center в г. Миссоула, штат Монтана, США
Материалы по уровню излучаемого формальдегида делятся на три класса: Е1 (до 0,1 ppm), Е2 (0,1...1,0 ppm) и E3 (1,0...2,3 ppm). Формальдегид содержится во многих природных объектах, в том числе и в эталоне экологичности — древесине.
Говорить, что одни материалы выделяют формальдегид, а другие — нет, неправильно. Выделяет формальдегид практически все, даже древесина. Только одни материалы в принципе не могут выделять формальдегид в большом количестве. Тогда класс либо не присваивается вообще, либо присваивается E1 без исследований. А есть материалы, которые должны доказать свою безопасность. E1 — это высший класс безопасности.
Плиты OSB, соответствующие уровню эмиссии Е1, испускают свободного формальдегида столько же или чуть больше, чем массив древесины. В частности, немецкая компания EGGER производит плиты OSB, у которых уровень эмиссии формальдегида меньше 0,03 ppm. Они содержат такое же количество формальдегида, как и натуральная древесина. В рекламных целях на таких материалах часто указывают E0. На самом деле, это класс E1 (класс Е0 не стандартизирован).
Соответствие строительных материалов европейскому классу Е1 (российский менее строг) делает всякие опасения в отношении вреда для здоровья беспочвенными. Материалы класса E1 предназначены для жилых помещений, для изготовления детской мебели и т.д. Такой привычный материал как фанера часто соответствует российскому классу Е2.
Заботясь о здоровье, больше внимания следует уделять отделочным материалам (краскам, обоям, МДФ, напольным покрытиям и т.п.). Даже отдельные предметы мебели могут представлять большую угрозу для здоровья, чем весь конструктив SIP-дома.
SIP-панели — недешевый материал. При строительстве своими руками Вы это сразу заметите. Это плата за заводское изготовление теплой многослойной конструкции. В общем случае, строя энергоэффективный дом своими руками по классической каркасной технологии, результат можно получить с меньшими денежными затратами.
Американские специалисты считают, что удорожание домов из SIP по сравнению с некоторыми каркасными домами с течением времени окупается более высокими потребительскими качествами. Конечно, есть каркасные дома, которые много дороже домов из SIP. В основном это зависит от количества, калибра и сорта древесины брусьев, использованных для каркаса.
SIP-технология позволяет создавать криволинейные конструкции стен и перекрытий
Обычно для утепления стен на основе деревянного каркаса применяют минеральные утеплители. Чтобы каркасные стены стали такими же теплыми, как стены из SIP толщиной 174 мм, придется сделать каркас из стоек шириной 200–250 мм, а не 100–150 мм, как обычно, и утеплить его слоем минваты 200–250 мм. Поэтому эквивалентные по энергосбережению каркасные стены даже по материалам получаются не намного дешевле стен из SIP. Кроме того, использование SIP для строительства стен дает и значительное сокращение строительно-монтажных работ и улучшение прочностных и других характеристик по сравнению с каркасными стенами.
Применение SIP в конструкции межэтажного перекрытия ничего кроме удорожания не дает и даже делает перекрытие более уязвимым в отношении ударного шума (смотрите ниже).
Целесообразность использования SIP в нулевом (цокольном) перекрытии и крыше определяется конкретной ситуацией. В балочных перекрытиях обеспечить высокую теплозащиту (шумоизоляцию) не проблема. Высота сечения балки перекрытия определяется расчетом перекрытия на жесткость и составляет обычно не меньше 200 мм. Заложить утеплитель между горизонтальными балками несравнимо проще, чем в вертикальный каркас с раскосами. Проблемы усадки утеплителя в перекрытиях нет. Поэтому при строительстве дома своими руками балочные перекрытия и стропильная крыша — серьезная альтернатива SIP-конструкциям.
Сверхпрочность SIP-дома мы обсуждали раньше (см. «Окна. Двери. Витражи» №3-2011, стр. 41–48, и «Окна. Двери. Витражи» №4-2011, стр. 41–48). Еще один нюанс. Речь шла о прочности канадского дома как конструкции. В этом ему нет равных. Но SIP-стену можно прострелить. Кому это важно, тот нуждается в доме, где есть, по меньшей мере, обкладка стен декоративным кирпичом.
« — Дом поросенка должен быть крепостью! — спокойно ответил им Наф-Наф, продолжая работать» (С.В. Михалков, «Сказка про трех поросят», 1936 г.).
Требование стойкости стен к взлому или локальному механическому разрушению вовсе не безусловно, когда речь идет о таких сооружениях, как тюрьма или хранилище дензнаков. Даже в таких случаях предпочтительнее вкладывать деньги в системы охраны.
Дом из SIP-панелей снаружи обложен декоративным отделочным кирпичом.
На крыше — два солнечных термо-коллектора и 30 солнечных фотовольтаических панелей
Ни каменные стены, ни решетки на окнах и не замки не защитят Ваш дом от краж. Но надо учитывать, что в силу своих конструктивных особенностей панель SIP чрезвычайно крепка, и кувалдой ее сразу не пробьешь. Поэтому в отношении взлома канадский дом прочнее обычного каркасного дома.
И во время землетрясения или урагана все-таки лучше оказаться в SIP-доме. Многие из тех, кому довелось пережить этот природный катаклизм, переехали впоследствии в эти безопасные дома. Например, в Японии после унесшего 5000 жизней землетрясения 1995 года в г. Кобэ выстояли все шесть SIP-домов, что послужило мотиватором для их строительства при восстановлении города.
Вопрос шумоизоляции для индивидуального частного дома не стоит настолько остро, как для многоквартирного дома, расположенного на оживленной городской улице. Уже одно отсутствие беспокойных соседей «сверху» или за стеной обеспечивает тихую и спокойную жизнь.
Стены из SIP-панелей, несмотря на небольшую толщину, тихие. Как и все аналогичные слоистые конструкции типа «масса-упругость-масса» SIP-панель эффективно изолирует от воздушных шумов особенно в области высоких частот.
Через SIP-панель 174 мм, облицованную с двух сторон гипсокартоном, шум от телевизора или разговора из соседней комнаты практически не проникает — звук кажется более тихим, чем тиканье кварцевых часов.
В области низких частот легкие стены проигрывают массивным. Но это теоретически. На практике, чтобы услышать шум проходящего недалеко поезда, в доме из SIP придется специально прислушаться, а докричаться с улицы до хозяев практически невозможно.
В отношении ударного шума SIP-панель в силу своей жесткости и малого веса особыми достоинствами не обладает. Это следует учитывать при устройстве межэтажных перекрытий из SIP-панелей. Но опять же, в индивидуальном доме проблема ударного шума для перекрытий не стоит очень остро. Как правило, второй этаж — это зона отдыха, а не занятий спортом. Если пол второго этажа застелить ковролином, шаги не будут донимать при любой конструкции перекрытий.
Необходимость хорошей вентиляции считают недостатком SIP-домов. Но это требование для любого хорошо теплоизолированного дома, где мало утечек через стены и щели!
Любое жилое помещение обязательно должно хорошо вентилироваться! По СНиП 2.08.01-89 воздух в жилом помещении должен обновляться примерно каждый час. В том числе и в деревянном доме, поскольку способность деревянных стен впитывать влагу и выводить токсичные продукты жизнедеятельности человека наружу лишь незначительно влияет на состояние воздуха в жилом помещении. Воздухопроницаемость древесины тоже сколько-нибудь существенного значения не имеет. Положительный эффект от применения древесины, кирпича, пенобетона и других материалов для устройства стен составляет всего несколько процентов в лучшем случае.
Ощущение свежести воздуха в деревянных конструкциях возникает по причине многочисленных щелей, через которые свежий воздух постоянно подсасывается снаружи (инфильтрация). Говоря техническим языком, воздухопроницаемость деревянной конструкции часто в несколько сотен раз превышает воздухопроницаемость самой древесины.
Небольшая инфильтрация не повредит. А вот чрезмерная инфильтрация воздуха через стены нередко становится серьезнейшей проблемой в деревянных домах. Приходится снимать отделку и забивать образовавшиеся щели. Имеются случаи, когда клиенты выбирают SIP-технологию именно после неудачного опыта эксплуатации деревянных домов.
С «проблемой» вентиляции сталкиваются и при замене старых «дышащих» деревянных окон на современные стеклопакеты. Наличие многочисленных щелей в старых деревянных рамах обеспечивает постоянный приток свежего воздуха с улицы. Достаточно ли этого притока по гигиеническим нормам, определяется состоянием оконных рам. Регулируется такой воздухообмен известным способом: зимой щели деревянных рам забивают ватой и оклеивают бумажной лентой. Летом, наоборот, открывают форточку.
Современные окна герметичны. Если они будут постоянно закрыты, то вентиляция возможна только через щели в стенах и дверях. В деревянном доме это некритично — щелей хватает и в стенах. В каменных домах хозяевам уже приходится вспоминать о регулярном проветривании, а изготовителям — вносить в конструкцию окон различные усовершенствования типа щелевого (зимнего) проветривания и т.п.
Более дорогой и современный путь — устройство системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла.
В SIP-доме человек или автоматика управляет проветриванием помещения вплоть до полного (теоретически) перекрытия поступления воздуха снаружи. Но это не недостаток, а преимущество! Возможность управления воздухообменом в таком доме позволяет оптимизировать этот процесс с точки зрения экономии на отоплении. Помещения, которые используем редко, реже проветриваем, и наоборот. Зашел в кабинет поработать — приоткрыл на несколько минут окно. Перед сном проветрил спальню и т.д. Зимой возникает соблазн минимизировать воздухообмен с холодной улицей. Именно чрезмерная экономия тепла за счет проветривания и вызывает проблему состояния воздуха.
Для кухни и санузлов требуется более интенсивный воздухообмен. В этих помещениях и располагают естественные или принудительные вытяжки. Свежий воздух поступает через окна и щели сначала в жилые комнаты, затем — в подсобные помещения, где расположены вытяжки. Естественным образом в подсобных помещениях получается более интенсивный воздухообмен.
Многие связывают проблему вентиляции с низкой паропроницаемостью SIP-панелей. На самом деле, низкая паропроницаемость — это достоинство SIP. Влага внутри стен — это всегда плохо.
Из-за того, что точка росы в холодное время года оказывается внутри стены, проникший в стену пар не выходит наружу, а скапливается в стене в виде конденсата. Снижается теплосопротивление стены и срок ее службы. Из-за сырости образуется грибок, плесень, ухудшается микроклимат в помещениях.
Дом из SIP-панелей защищен от сквозняков, которые приносят в помещение с приточным воздухом жару летом и холод зимой
Важный фактор для микроклимата внутреннего помещения и качества воздуха — предотвращение размножения бактерий, плесени и грибов и их проникновения через ограждающую конструкцию здания. В США Ассоциация переработчиков пенополистирола (EPSMA) в 2004 году спонсировала испытательную программу по исследованию возможности образования плесени на пенополистироле. Испытательная лаборатория компании SGS провела исследования в соответствии с национальным американским стандартом ASTM C1338 «Метод определения сопротивлению образования плесени теплоизоляционных и облицовочных материалов». Испытательные образцы из пенополистирола были подвергнуты тесту для проверки скорости роста плесени на пять различных типов плесени. Результаты показывали, что в идеальных для роста плесени лабораторных условиях грибы на пенополистироле не росли, и плесень не образовывалась.
«Дышащие стены» — это реклама. Термин «дыхание стен» не является техническим. Количество водяного пара, проходящее через внешнюю стену диффузионным способом, не влияет на микроклимат в помещении. Это научный факт. Паропроницаемость у кирпича в два раза выше, чем у древесины поперек волокон, поэтому посмотрим на «дыхание» кирпичных стен. Поток водяного пара, проходящий через стены из кирпича, составляет 0,5–3% всего потока водяного пара, устраняемого из жилища. Кирпичные стены не в состоянии, даже частично, заменить вентиляцию в функции устранения водяного пара из помещений (подробнее). По научным данным получается, что комнаты в канадском доме нужно проветривать максимум на 3% чаще, чем в кирпичном доме.
Вопрос устройства вентиляции волнует многих. Ответ такой. Современная система принудительной вентиляции является обязательным атрибутом любого дома! В Канаде без таких систем дома уже не строят. В наших условиях вполне можно обойтись привычным проветриванием через форточку. Система вентиляции — такая же замечательная и полезная вещь, как, например, «теплый пол» или зональный климат-контроль. Удобно, но дороговато. В помещениях с повышенной влажностью (кухня, санузлы) обязательно нужно сделать вытяжку. В других помещениях достаточно регулярного проветривания через окна. Однако приток со свежим воздухом жары летом, а зимой — холода, то есть нарушение комфортного теплового режима — вот именно тот фактор, который заставляет озаботиться и установить систему вентиляции с рекупераций тепла. Этот же фактор влияет на общие затраты энергии на отопление и кондиционирование воздуха.
Малая теплоемкость стен из SIP-панелей, упоминавшаяся выше как преимущество, в некоторых условиях может быть и недостатком. Дело в том, что массивные теплоемкие стены летом могут выполнять функцию пассивного регулятора температуры в помещениях за счет суточной разницы температур. Остывшие за ночь стены охлаждают днем поступающий с улицы жаркий воздух, и наоборот. Такая регуляция полезна, когда среднесуточная температура воздуха комфортна для человека. Но если ночью не слишком прохладно, а днем очень жарко, то без кондиционера в обычном каменном или кирпичном доме уже не обойтись.
А SIP-дом, как термос, длительное время сохраняет прохладу ночного воздуха. Жаркий июль 2010 г. позволил на практике проверить прекрасные эксплуатационные характеристики домов из SIP-панелей.
Зимой массивные наружные стены в качестве регулятора климата абсолютно бесполезны. Зимой холодно днем и ночью. Если дом отапливается не постоянно, а периодически, например, дровами, то в качестве аккумулятора тепла нужна массивная каменная печь, а не кирпичные наружные стены. Чтобы наружные стены стали аккумулятором тепла зимой (прохлады летом) их нужно хорошо утеплить снаружи!
SIP-панели позволяют обычный дом превратить в энергосберегающий: дом из киприча был полностью снаружи окружен верандами и пристройками из SIP-панелей и энергосберегающих стеклопакетов, что превратило его в пассивный энергоэффективный дом с массивным стабилизатором (накопителем) тепла комфортной температуры (кирпичные стены)
Это будет тот же дом из SIP, но с внутренним аккумулятором тепла. В доме из SIP можно устроить аккумулятор тепла (сделать каменную печь и (или) внутренние стены из бруса, облицевать стены гипсокартоном в два и более слоев и т.п.), но практика показывает, что в этом нет необходимости.
Как правило, тепла (холода), накопленного домашними вещами, мебелью, отделкой (несколько тонн гипсокартона), вполне хватает для поддержания комфортной температуры в SIP-доме в течение длительного времени.
Единственное, что необходимо — не экономить на отоплении за счет вентиляции. Деньги, потраченные на подогрев или охлаждение свежего воздуха — это вложение в собственное здоровье. Другое дело, когда утечка тепла происходит через ограждающие конструкции за счет безудержного теплообмена. Именно это — пустые траты и вред окружающей среде.
Часто, ссылаясь на зарубежные компании, пишут о 150-летнем сроке службы SIP-дома. Вообще, долговечность дома зависит не столько от выбора материала, сколько от того, как он построен, как устроена его гидроизоляция и крыша, как дом обслуживается. Самые старые близкие по конструкции каркасные фахверковые дома простояли уже более половины тысячелетия. Обычные деревянные сараи без фундаментов и биозащиты стоят более полувека. Сейчас более актуален вопрос о моральном старении дома и способности к реконструкции и перестройке, что SIP-технолгия позволяет делать, пожалуй, как ни одна другая нынешняя.
4. ВЫВОДЫ
По совокупности показателей SIP-панели — лучший материал для возведения несущей конструкции энергоэффективного индивидуального дома. Из всех достоинств SIP-технологии можно особо выделить три:
- высокие теплоизоляционные характеристики ограждающих конструкций из SIP в течение всего срока службы, что обеспечено изготовлением панелей в стационарных условиях и мало зависит от качества монтажа;
- высокие прочностные свойства обеспечивают экономичность и долговечность;
- простота монтажа: у SIP-технологии нет конкурентов, особенно если речь идет о строительстве дома своими руками.
Хотелось бы упомянуть еще и об одном из мифов, широко распространившемся в нашей строительной среде: «Дома из SIP на Западе предназначены для нищих и бездомных». Убедиться в том, что это не так, очень просто. Много фотографий зданий, построенных из SIP, имеется на сайте SIPA (США).
Более того, никем не утверждается, что SIP-технология — самая дешевая! Она эффективная. И экологичная. Данная технология позиционируется на западном рынке как технология «зеленого» строительства (Green Building) и энергосбережения (Energy Star). Строят из SIP от садовых домиков до замков и офисных зданий, в том числе и многоэтажных. Роскошь отделки и обстановки отдельных домов из SIP впечатляет, потому что декор — другая история, больше художественная, чем строительная.
SIP-дом не для бедных, а для умных.
Окончание. Начало и продолжение см. в «Окна.Двери.Витражи» №3-2011, стр. 41-48, и «Окна.Двери.Витражи» №4-2011, стр. 41-48.
По материалам SIPA, НИИСФ РААСН, innovida.com.ua, servusbud.com.ua, howticle.com, stroyoffis.ru
