Особенности ППУ (PUR и PIR) теплоизоляции
За последние годы среди отечественных застройщиков увеличился интерес к строительству энергоэффективных домов. Сказывается постоянный рост цен на энергоносители и желание сократить расходы на отопление. Одной из базовых основ такого строительства является выбор оптимального способа утепления фундамента, стен и кровли.
Современный строительный рынок предлагает множество утеплителей. Наряду с общеизвестными видами, появились новые типы. Это — ППУ (PUR и PIR) теплоизоляция. Поэтому в рамках данной статьи мы, с помощью специалистов Национальной Ассоциации производителей панелей из ППУ (НАППАН), ответим на следующие вопросы:
Отличия PUR и PIR теплоизоляции
Прежде чем рассказать о технических особенностях PUR и PIR теплоизоляции, нужно понять, какими требованиями руководствуются профессиональные строители, возводя энергоэффективные коттеджи и здания коммерческого назначения. Среди ключевых параметров можно выделить: скорость, качество выполняемых работ, оптимизация всех технологических процессов, высокие теплотехнические характеристики строения, экологичность и долговечность.
Отсюда следует — для утепления дома нужен материал, который, наряду с высокой теплоизолирующей способностью, прочностью и удобством применения, имеет долгий срок службы (долговечность). Т.е. сохраняет свои теплоизоляционные свойства в течение всего периода эксплуатации здания. Исходя из этих требований, ключевым параметром, влияющим на характеристики любого утеплителя, является материал, из которого он сделан. Рассмотрим свойства PUR и PIR теплоизоляции.
Пенополиуретан (PUR или ППУ) и полиизоцианурат (PIR) – это два родственных класса полимеров, имеющих закрытоячеистую структуру. Ячейки наполнены вспенивающим агентом (газом) с низкой степенью теплопроводности (0.022 Вт/м*К). Это ниже, чем теплопроводность воздуха (0.025 Вт/м*К).
Для наглядности, сравним коэффициент теплопроводности пенополиуретана с другими теплоизоляционными материалами.
Некоторые производители, благодаря применению различных технологических особенностей, достигают еще более низких показателей теплопроводности, чем 0.022 Вт/м*К.
Эта особенность имеет огромное значение при утеплении помещения изнутри (мы не увеличиваем толщину утеплителя, а значит, сохраняем полезную площадь комнаты). В случае теплоизоляции пола (расстояние до потолка ограничено) или балкона (небольшая площадь помещения, поэтому нет возможности наращивать слой утеплителя). Кроме этого, благодаря применению более тонкого материала, мы экономим средства на доставке и материалоёмкости возводимых зданий. Т.к. на стены, для достижения нормируемого значения теплосопротивления ограждающей конструкции (зависит от региона строительства), монтируется слой утеплителя меньшего веса и толщины.
Нужно отметить, что с момента получения синтетических волокон из продуктов полиола и изоцианата немецким химиком-технологом Отто Байером в 1937 году, ППУ давно и прочно занял своё место в нашей жизни. Полиуретаны используются в медицине, гражданской, космической и оборонной промышленности. Поэтому можно сказать, что накоплен обширный практический опыт, подтверждающий способность материала сохранять низкую теплопроводность в течение длительного периода времени (40 и более лет).
Полиуретаны широко используются при производстве деталей интерьера автомобилей, офисной мебели, матрацев и мягкой мебели, подушек, обуви, клеев и герметиков, напольных покрытий.
В отличие от варианта использования полистирола, при устройстве кровельных систем любой площади с применением плит PIR не требуется устройство противопожарных рассечек.
Интересный факт: PIR применяется также для теплоизоляции баков ракетоносителей, в бронетехнике, т.к. в случае попадания зажигательных снарядов в машину материал моментально коксуется, что предотвращает распространение пламени.
Также материал имеет высокие прочностные характеристики. Это имеет особенное значение в случае применения PIR для утепления плоских кровель, т.к. жесткость основания является ключевым параметром сохранения эксплуатационных качеств гидроизоляционного кровельного материала.
Долговечность гидроизоляционного ковра на 80% определяется жесткостью его основания.
Использование неправильно подобранных теплоизоляционных материалов, которые в процессе эксплуатации теряют свои эксплуатационные характеристики (в том числе жесткость), приводит к неизбежному сокращению срока службы всей кровельной системы.
В Европе есть специальный термин walkability (вытаптываемость), который означает способность теплоизоляции выдерживать периодически появляющиеся переменные нагрузки. По данному показателю PIR значительно опережает минераловатные утеплители, что обеспечивает увеличение срока эксплуатации крыши.
Также следует отметить влагоустойчивость PUR и PIR теплоизоляции и способность сохранять свои геометрические размеры и однородность. Это важные параметры, т.к. при перенасыщении утеплителя водой увеличивается коэффициент теплопроводности материала, что в итоге приводит к уменьшению термического сопротивления ограждающей конструкции. А если утеплитель со временем усядет (потеряет жесткость и несущую способность), как часто бывает с волокнистыми материалами, и сползёт вниз, то верхняя часть ограждающих конструкций в случае сэндвич панелей останется вообще без утепления.
Кроме этого, полностью отверждённый полиизоцианурат является химически стабильным и инертным материалом, практически не теряющим своих механических и теплофизических свойств с течением времени. Материал не гниёт, влагоустойчив, не разлагается, не подвержен влиянию грызунов, химически стабилен и безопасен для окружающей среды.
Сэндвич-панели с PIR и PUR-утеплением – это трёхслойный композитный строительный материал, каждый слой которого выполняет определенную функцию.
Между двух слоёв обшивки сэндвич-панели находится слой утеплителя, в качестве которого может использоваться пенополиуретан (PUR) или пенополиизоцианурат (PIR).
В качестве обшивки утеплителя могут использоваться профилированные или плоские стальные листы, т.е. сэндвич-панель одновременно является теплоизоляционным и конструкционным материалом, сберегающим тепло и выполняющим роль внешней и внутренней обшивки, которая не требует отделки.
Т.к. сэндвич-панели производятся в условиях промышленного производства, они имеют чётко заданные геометрические размеры, что ускоряет процесс возведения здания. Сами панели имеют сравнительно небольшой вес. Это снижает нагрузку на фундамент, сокращает транспортные расходы и упрощает все технологические операции. При необходимости, здание из сэндвич-панелей можно демонтировать и перевезти на другое место. Также на стройплощадке отсутствует строительный мусор.
При монтаже сэндвич-панели соединяются с металлическим, железобетонным или деревянным каркасом, открытой или скрытой системой крепления.
Сэндвич-панели могут применяться как ограждающие и самонесущие конструкции при строительстве зданий и сооружений каркасно-панельным способом, или как облицовочный материал при реконструкции фасадов. Также сэндвич-панели могут служить звуко- и теплоизоляционными перегородками в зданиях коммерческого и промышленного назначения.
В отличие от других теплоизоляционных материалов, PIR сначала применялся только в сэндвич-панелях и только потом стал использоваться как утеплитель в виде плиты.
Следует заострить внимание на особенностях производства сэндвич-панелей и PIR-теплоизоляции. Технологический процесс требует, чтобы ППУ напылялся между двух облицовок, а т.к. нет склейки (полиуретан обладает повышенной адгезией к облицовкам), получается прочное соединение. В случае сэндвич панелей в качестве облицовок используется металлический лист, а в случае PIR плит существует множество вариантов. Комбинируя различные варианты подложки (используя стеклохолст, фольгу и т.п.), мы получаем материал с различными свойствами и областью применения.
Ещё одни важный нюанс — наличие замкового соединения типа «шип-паз».
Замки типа «шип-паз», лабиринтовое и пазовое соединения сэндвич-панелей обеспечивают создание сплошной поверхности, повышают несущую способность и сопротивление нагрузкам. Это значительно ускоряет и упрощает процесс монтажа конструкций.
При возведении энергоэффективного здания важно обеспечить замкнутый теплоизоляционный контур и убрать все мостики холода. При соединении «шип-паз» в случае применения теплоизоляции ППУ (PUR, PIR), соединение панелей происходит «по пене».
Например, для теплоизоляции скатных кровель замковое соединение, вкупе с высокими прочностными характеристиками, позволяет выполнить теплоизоляцию кровли поверх обрешетки, что позволяет полностью избавиться от мостиков холода (дерево обладает достаточно высокой теплопроводностью).
Подведение итогов
Особенности материала определяют сферу его применения. Сэндвич-панели и PIR-теплоизоляция имеют нулевое влагопоглощение, отличаются прочностью и долговечностью, позволяют быстро возводить энергоэффективные здания. Если основная сфера применения сэндвич-панелей – коммерческое и промышленное строительство, то в случае теплоизоляционных плит на основе PIR (их ещё называют панели в мягкой облицовке) — это строительство кровель (как плоских, так и скатных). Также плиты используются для утепления наружных и внутренних ограждающих конструкций, пола, стен в саунах, балконов. Кроме этого, т.к. изготовление сэндвич-панелей и PIR-теплоизоляции возможно только на высокотехнологичном и дорогостоящем производстве, исключается вероятность подделки продукции.
Материал подготовлен при участии специалистов Ассоциации «НАППАН».
Особенности утепления плоских кровель теплоизоляционными плитами и сэндвич-панелями на основе PIR
Материал подготовлен при участии экспертов Ассоциации «НАППАН».
В первой части материала мы подробно рассказали о ключевых свойствах и областях применения утеплителей из пенополиуретана (PUR) и пенополиизоцианурата (PIR). Поэтому в этой статье сконцентрируемся на практических советах и расскажем об особенностях утепления плоских кровель теплоизоляционными плитами и сэндвич-панелями на основе PIR.
Особенности эксплуатации плоской кровли
Плоские крыши давно стали визитными карточками городского пейзажа. На зданиях коммерческого назначения, а также промышленных предприятиях чаще всего обустраивают плоскую кровлю. Это связано с удобством её монтажа (по плоской поверхности проще ходить рабочим), технологичностью и возможностью разместить на такой крыше инженерное оборудование.
Несмотря на устойчивую ассоциацию, что плоская крыша — неизбежный атрибут многоэтажки, а не загородного коттеджа, в последнее время среди частных застройщиков значительно вырос интерес к конструкциям подобного типа. Помимо модного архитектурного тренда, позволяющего придать дому эффектный внешний вид, плоская кровля — это ещё и дополнительная площадь, на которой можно разместить солнечные батареи, гелиоколлектор, вентиляционное оборудование или обустроить приватную зону отдыха.
В связи с ожидаемым ростом интереса к плоским кровлям в частном домостроении, надо работать на опережение. На Западе этот сегмент рынка пользуется популярностью, позволяя строить нестандартные дома. Причём, в нашей стране многие думают, что плоская кровля слишком сложна в обслуживании, и с неё постоянно придётся счищать снег зимой.
Европейский и североамериканский опыт показывает, что снежный покров на правильно выполненной плоской кровле (с рассчитанной, в зависимости от региона проживания, снеговой нагрузкой) является дополнительным теплоизолятором, увеличивающим теплоэффективность здания.
Несмотря на множество плюсов, пока широкому распространению плоских крыш в малоэтажном строительстве препятствует ряд технических особенностей, связанных с условиями её эксплуатации. В первую очередь, плоская кровля подвергается усиленному воздействию неблагоприятных погодных условий. Снег, дождь, град, ультрафиолетовое излучение, резкие температурные перепады, частый переход через 0 оказывают негативное воздействие на плоскую кровлю.
В результате нарушений технологии монтажа, использования материалов, не имеющих долгий срок службы или не обладающих необходимыми техническими данными, плоская кровля быстро приходит в негодность. Её приходится ремонтировать, что приводит к большим материальным затратам.
Первое, о чём следует знать любому застройщику, задумавшему строительство плоской крыши, независимо от того, будет ли она эксплуатируемая или нет, — плоская кровля нуждается в постоянном контроле и обслуживании. Проще говоря, на крышу придётся регулярно выходить и передвигаться по её поверхности. Поэтому к материалам для плоской кровли предъявляются более жесткие требования, чем к материалам, используемым в обычных кровлях.
Соответственно, утеплитель для плоской крыши должен обладать следующими характеристиками: низкой теплопроводностью, жёсткостью, прочностью, пожаробезопасностью, небольшим весом, долговечностью и технологичностью укладки. Рассмотрим эти параметры применительно к теплоизоляции PIR и ответим на вопрос, чем лучше утеплить плоскую кровлю.
Особенности утепления плоской кровли PIR теплоизоляцией
Коэффициент теплопроводности PIR-плит ниже, чем у минваты и экструзионного пенополистирола — материалов, чаще всего используемых при утеплении плоских кровель. Поэтому при требуемой норме термического сопротивления потребуется меньший слой и, соответственно, объём PIR-утеплителя. Также сократятся все транспортные расходы, упростится подъём и монтаж утеплителя на кровлю.
Кроме этого, в силу структуры материала, PIR-плиты имеют низкое водопоглощение, а это способствует долговечности материала. Т.к. исключается возможность разрушения влагонасыщенного утеплителя из-за воздействия знакопеременных температур.
Срок службы материалов, образующих ограждающую конструкцию (стены, перекрытие) и теплоизоляционного материала, использованного для утепления плоской крыши, должны быть сопоставимы. Подобный подход служит гарантией того, что утеплитель не придётся демонтировать раньше, чем потребуется капитальный ремонт всего здания. А срок безремонтной эксплуатации кровли составит 15-20 и более лет.
Поэтому при выборе материалов для плоской кровли, в первую очередь, надо рассмотреть, как уже было сказано выше, их долговечность. Это позволит увеличить срок межремонтных периодов.
При передвижении по плоской кровле (а плоская кровля — это в любом случае повышенный траффик) на материал основания оказывается существенная нагрузка. Если для теплоизоляции использовался утеплитель, не способный долговременно выдерживать повышенные нагрузки (например, минераловатный), то со временем материал теряет форму, проседает. Кровельный ковер, основанием для которого является утеплитель, испытывает дополнительные напряжения. На слое гидроизоляции возникнут трещины, разрывы и т.д. Это приведёт к тому, что вода проникнет в толщу конструкции, утеплитель намокнет, и он потеряет свои теплоизоляционные свойства.
Вода при замерзании и увеличении объёма начнёт рвать материалы кровли, приводя к их ускоренному износу, а крыша начнёт протекать. Отсюда: прочность и жесткость утеплителя и его теплотехнические свойства оказывают ключевое влияние на срок службы плоской кровли.
Устойчивость к нагрузкам теплоизоляции на основе PIR
В Европе есть специальный термин — walkability (вытаптываемость), который означает способность теплоизоляции выдерживать периодически появляющиеся переменные нагрузки.
PIR-плиты имеют высокую прочность на сжатие. Этот показатель имеет величину не ниже 120 кПа и может достигать значений в 200 кПа, что выше, чем у волокнистых утеплителей.
В связи с этим интересны результаты испытаний плиты PIR на вытаптываемость (плиту подвергали нагрузке, имитирующей пешеходную, продолжительностью 5, 10 и 30 циклов), проведённых «ЦНИИПромзданий» по методу BDA Marathon Man Test в апреле 2015 г. Испытания показали, что в соответствии с Таблицей 1, теплоизоляция на основе PIR относится к 3 классу по сопротивляемости пешеходным нагрузкам. Т.е. её прочность за время испытаний практически не изменилась. См. Таблицу 2.
Таблица 1
Таблица 2
Второй момент, на котором следует заострить внимание — это пожаробезопасность.
PIR-плита обладает высокими огнестойкими свойствами. Т.к. это термореактивный материал, то под воздействием пламени полиизоцианурат обугливается и образует корку, которая защищает неповрежденные слои полимера и не образует горящих капель расплава.
Утепление плоской кровли плитами и сэндвич-панелями на основе PIR
Скорость обустройства плоской кровли — ещё один фактор, влияющий на выбор материалов, используемых при её возведении. PIR теплоизоляцию (т.к. она не впитывает влагу, и последняя легко удаляется с поверхности облицовки) можно использовать при неблагоприятных погодных условиях, что продлевает строительный сезон.
Низкая плотность материала PIR-плит и их лёгкость (объемный вес плит 32 кг/м³) снижает металлоёмкость строительства.
В конструкциях крыш с профнастилом минеральная вата составляет до 55% от её общего веса, включая вес несущих элементов. При использовании PIR-плиты на долю утеплителя приходится до 11%. Таким образом, применение PIR-плит сокращает нагрузки на каркас здания и обеспечивает снижение металлоёмкости проектируемых несущих конструкций.
PIR сэндвич-панели традиционно используются при строительстве плоских кровель зданий промышленного и коммерческого назначения.
При возведении промышленных объектов важно обеспечить ещё более длительные сроки межремонтной эксплуатации плоской кровли, долговечность и надёжность гидроизоляции, чем при обычном строительстве. Т.к. любая протечка при эксплуатации коммерческого здания приведёт к значительным материальным затратам, связанным с необходимостью устранения аварии.
Также при коммерческом строительстве к материалам для обустройства плоской кровли предъявляются ещё более жесткие требования по пожарной безопасности.
Поэтому на плоских кровлях промышленных зданий важно использовать пожаробезопасный материал группы горючести Г1, чему соответствует PIR (ПИР).
Ряд компаний разработали PIR (ПИР) сэндвич-панели с классом конструктивной пожарной опасности К0, что ставит их в один ряд с сэндвич-панелями на основе минваты.
Кроме этого, в коммерческом строительстве ещё более важна скорость возведения здания и уменьшение материалоёмкости конструкций.
Кровельные PIR сэндвич-панели отлично подходят для строительства быстровозводимых зданий, где они заменяют сложные многослойные кровельные пироги. Главная особенность кровельных сэндвич-панелей — легкость их монтажа, что уменьшает сроки строительства и сокращает смету.
Также пенополиуретан обладает отличной адгезией к различным оболочкам (стальным листам), используемым при изготовлении сэндвич-панелей. Соответственно, отсутствует этап склейки, а конструкция сэндвич-панели получается цельной и крепкой.
Исследования показали, что при одинаковой нагрузке на сэндвич-панели на основе минваты и на основе PIR (ПИР) последние выдерживали гораздо большие нагрузки. А PIR сэндвич-панели в два раза легче панелей, сделанных на основе минваты. Это также увеличивает скорость монтажа и упрощает все технологические операции, т.к. уменьшается материалоёмкость возводимых каркасных конструкций и сокращается количество металла, используемого для возведения прогонов.
В случае использования в качестве заполнителя сэндвич-панелей минваты, стык панелей является проблемным звеном. Его необходимо дополнительно загерметизировать, что предъявляет повышенные требования к квалификации рабочих. При ненадлежащем качестве данной работы влага проникнет внутрь панели, и минвата намокнет. При этом увеличится вес утеплителя, и может произойти его отслоение от металла сэндвич-панели. Это приедет к снижению срока службы кровли и вызовет необходимость дорогостоящего ремонта.
Кроме этого, PIR сэндвич-панели стыкуются «по пене».
Это, в отличие от варианта наборной кровли на основе минваты, уложенной на профлист, обеспечивает полную герметичность соединения, что позволяет обойтись без использования пароизоляции при устройстве плоской кровли. Это также упрощает и удешевляет технологию строительства.