Сэндвич-панели как способ повысить энергоэффективность здания

Сэндвич-панель – это трехслойное строительное изделие, как правило, состоящее из двух листов оцинкованной окрашенной стали и наполнителя между ними.

Технология производства сэндвич-панелей появилась благодаря американским архитекторам Франку Ллойду Райту и Олдену Б. Доу, которые в 1930-50-х годах впервые применили ее в своих проектах. Уже в 1959 году американская компания Koppers Inc. начала массовое производство сэндвич-панелей. Старейшими производителями сэндвич-панелей в Европе являются финская компания Rannila, известная сегодня под брендом Ruukki, ирландская Kingspan и итальянская Cannon.

Сэндвич-панели обладают хорошими эстетическими свойствами, отличными энергосберегающими характеристиками, а также быстро монтируются, поэтому широко применяются для строительства торговых и офисных зданий, быстровозводимых каркасных зданий, в том числе складских комплексов, промышленных объектов и сельскохозяйственных сооружений.

Виды сэндвич-панелей

Стеновая сэндвич-панель

Кровельная сэндвич-панель

В зависимости от назначения сэндвич-панели подразделяются на стеновые и кровельные. При выборе стеновых панелей ключевыми параметрами являются теплотехнические, прочностные и противопожарные характеристики, а для кровельных, в дополнение к этому, – несущая способность и долговечность.

Кровельные сэндвич-панели должны обеспечивать полную герметичность и необходимую прочность кровли, поэтому рекомендуется использовать панели с особым профилированием внешней обшивки в виде гребней.

Энергосбережение

EPDM уплотнитель

Энергосберегающие свойства сэндвич-панелей определяются видом наполнителя, герметичностью замка и наличием в нем уплотнителя. Уплотнитель может быть бутиловый, который устанавливается в момент монтажа панелей или EPDM (этилен-пропиленовый каучук), устанавливаемый в замок панелей при производстве, что обеспечивает лучшую герметичность и энергоэффективность замковой части сэндвич-панели.

Важнейшим параметром энергоэффективености сэндвич-панелей является термосопротивление (R0), учитывающее тепловые потери в замковой части конструкции. Минимальное приведенное сопротивление теплопередачи (при 25 °С) для качественных сэндвич-панелей ведущих европейских производителей представлено в таблице:

Панели, термосопротивление которых находится ниже указанных параметров, применять при строительстве энергоэффективных объектов не рекомендуется.

При использовании современных наполнителей, таких как минеральная вата и PIR, возможно строительство зданий даже с нулевым уровнем энергопотребления. Для возведения пассивных зданий и складов с регулируемой газовой средой необходимо использовать технические решения по герметизации всех примыканий, а также применять сэндвич-панели повышенной энергоэффективности, что позволяет практически полностью исключить энергопотери. Конструкция здания из сэндвич-панелей может считаться энергоэффективной если ее воздухопроницаемость составляет менее 1,5 м³/м²час. При этом лучшие образцы панелей могут достигать воздухопроницаемости в пределах 0,6-0,9 м³/м²час.

Наиболее инновационными решениями по энергосбережению являются сэндвич-панели с интегрированными фотоэлектрическими модулями (солнечными батареями).

Наполнители

Пенопластовый наполнитель Минераловатный наполнитель PIR наполнитель IPN наполнитель

Наполнитель (утеплитель) сэндвич-панелей отвечает за такие характеристики как прочность, тепло- звукоизоляцию и противопожарные свойства. При производстве сэндвич-панелей используются различные типы наполнителей; при этом наиболее распространенными являются минеральная вата, пенополиуретан (PU, PUR) и его модификации – пенополиизоцианурат (PIR, IPN), а также пенополистирол (пенопласт). Панели с наполнителем из пенопласта обладают наихудшими эксплуатационными характеристиками, поэтому, как правило, применяются для строительства временных сооружений со сроком эксплуатации до 10 лет, к которым не предъявляются требования по пожарной безопасности, поскольку пенопласт является горючим. К тому же пенопласт обладает плохим шумопоглощением и подвержен распространению плесени. Единственным преимуществом сэндвич-панелей с пенопластом является их низкая цена. Минеральная вата является самым распространенным материалом и всегда применяется в сэндвич-панелях с повышенными требованиями по огнестойкости (до EI 360), например, в противопожарных перегородках. Коэффициент теплопроводности минеральной ваты колеблется в пределах λ=0,038-0,044 Вт/мК. В зависимости от необходимых характеристик в конструкции сэндвич-панелей применяется минвата различной плотности: пониженной (ниже 90 кг/м3) – для внутренних перегородок, средней (95-115 кг/м3) – для наружных стен и кровельных панелей или повышенной (от 120 кг/м3) – в противопожарных перегородках и стеновых панелях повышенной несущей способности. Характеристики минеральной ваты обуславливают широкое применение сэндвич-панелей с таким наполнителем при строительстве складов горючих материалов, пожароопасных производств, а также зданий с повышенными акустическими требованиями. Сэндвич-панели из пенополиуретана удобны в монтаже благодаря малому весу (в большинстве случаев плотность пенополиуретана в панелях составляет от 32 до 40 кг/м3) и обладают повышенными по сравнению с минеральной ватой энергосберегающими характеристиками (λ=0,020-0,021 Вт/мК). Пенополиуретан не впитывает влагу, поэтому может успешно применяться в панелях для моек, бассейнов, производств с повышенной влажностью (солодовенные цеха пивных производств, грибные фермы и т.д.), а также объектов, расположенных вблизи водоемов. Сэндвич-панели с наполнителем из пенополиуретана применяются на объектах с низкими требованиями по пожарной безопасности, а также для складов холодного хранения (холодильников и морозильников, в том числе с регулируемой газовой средой). При этом для исключения мостов холода и уменьшения теплопотерь таких помещений необходимо применять полипропиленовые вставки в местах крепления панелей.

Стоит отметить, что пенополиуретан относится к горючим материалам (группа горючести Г1) и подвержен распространению пламени (группа М1-М2), а огнестойкость сэндвич-панелей с пенополиуретановым наполнителем составляет EI 15.
Пенополиизоцианурат (PIR) представляет собой новое поколение полиуретановых наполнителей (λ=0,020-0,021 Вт/мК) с повышенными параметрами огнестойкости (до EI 45).

IPN и IPN nano – торговые марки модифицированного пенополиуретана (λ=0,020-0,022 Вт/мК), применяемого в сэндвич-панелях Kingspan. Недостатком IPN является отсутствие этого типа наполнителя в европейском стандарте ДСТУ Б EN 14509:2014, что усложняет подтверждение качественных характеристик продукции с таким наполнителем.

Архитектурная выразительность

Ассортимент представленных на рынке Украины сэндвич-панелей предоставляет практически безграничные возможности создания уникальной архитектуры объекта. Богатство цветовых решений, вариации направлений монтажа, различные типы профилирования и декорирования позволяют архитектору применять сэндвич-панели не только как конструкционный, а и как дизайнерский элемент здания.

Цвета сэндвич-панелей с облицовкой из стали с полимерным покрытием бывают стандартные (поддерживаемые производителями в наличии на своих складах) и поставляемые на заказ. Гамма возможных оттенков панелей определяется по международным цветовым стандартам RAL, RR или NCS.

При выборе цвета сэндвич-панели стоит учитывать способность металла различных оттенков к нагреванию и расширению, поскольку это во многом определяет долговечность и эстетические характеристики панели. Чем темнее цвет, тем сильнее нагревается внешняя обшивка, поэтому темные цвета не рекомендуется применять на кровлю, где панель будет сильнее нагреваться под воздействием солнца и со временем может стать волнистой, а облицовка отслоится от наполнителя. На южный фасад здания также не рекомендуется устанавливать сэндвич-панели темных оттенков, поскольку вероятен прогиб изделия и образование волнистости, особенно при длине панелей более 6 м.

Существует несколько типов профилирования обшивок сэндвич-панелей: микропрофильное, линейное, рифленое, гладкое, тисненое и синусоидальное. В силу технологических особенностей изготовления, гладкая поверхность и синусоидальное профилирование возможно только для изделий с наполнителем из пенополиуретана. Для помещений, в которых необходимо исключить накопление пыли или подверженных частым мойкам, следует применять панели с гладкой поверхностью или микропрофилированием.

Монтаж сэндвич-панелей может осуществляться в горизонтальном или вертикальном направлении. Сэндвич-панели допускается использовать даже при возведении криволинейных стен в случае, если радиус кривизны составляет 30 м и более. Для равномерного восприятия деформаций панелей каркасом здания рекомендуется осуществлять их монтаж по однопролетной схеме. Ряд ведущих производителей сэндвич-панелей предлагают дополнительные возможности по их декорированию, такие как нанесение на поверхность изделия любых цветных изображений или установку поверх панелей вентилируемых фасадов с декоративной облицовкой.

Видимый крепеж

Скрытый крепеж

Кроме внешней обшивки панели на визуальное восприятие здания также влияет крепеж, который бывает видимым или скрытым, а также стыкующие и обрамляющие элементы, нащельники, специальные угловые сэндвич-панели и т.д. Такие, казалось бы, незначительные детали в ряде объектов являются определяющими в архитектуре фасадов. Поэтому при необходимости создания выразительного дизайна здания рекомендуется привлекать к разработке проекта опытных специалистов.

Материалы обшивок

Оптимальным выбором материала внешней обшивки сэндвич-панелей является оцинкованная сталь с полимерным покрытием, обеспечивающая изделию долгий срок эксплуатации с сохранением эксплуатационных характеристик.

Перед тем как купить сэндвич-панели, стоит обратить внимание на характеристики стальных обшивок. Согласно стандарта ДСТУ EN 10346:2014 при производстве панелей могут использоваться конструкционные марки сталей S280, S320, S350 с гарантированным пределом текучести 280-350 МПа. Не смотря на это, ряд производителей для удешевления стоимости применяют сталь марки DX51, которая не является конструкционной и поэтому использовать ее в ненесущих сэндвич-панелях недопустимо.

Тот же стандарт определяет необходимость применения оцинкованной стали с содержанием цинка не менее 190 г/м². При этом с наружной стороны листа толщина цинкового покрытия должна быть не менее 20 микрон, а толщина слоя полиэстера должна составлять не менее 25 мкм.

Согласно стандарта ДСТУ Б EN 14509:2014 толщина внешней обшивки сэндвич-панелей может быть от 0,4 до 0,7 мм. При этом, чем толще стальной лист, тем более ровной будет выглядеть поверхность фасада и меньше бликов будет на нем заметно в солнечную погоду. Толщина внутренней обшивки обычно находится в пределах от 0,4 до 0,6 мм и влияет на долговечность и несущую способность сэндвич-панелей.

В зависимости от предназначения и условий эксплуатации панелей, различают несколько видов полимерного покрытия, наиболее распространенными из которых являются следующие:

• Полиэстер (PE) – стандартное покрытие для большинства зданий без специфических требований.
• Поливинилхлорид (PVC) – единственное из представленных покрытий, являющееся пленочным, применяется на объектах с повышенной влажностью, в пищевой и фармацевтической промышленности, в агрессивных условиях воздействия моющих и истирающих средств.
• Полиуретан Pural – в дополнение к характеристикам поливинилхлорида обладает повышенной устойчивостью к коррозии, механическим повреждениям и воздействию высоких концентраций химически активных веществ.
• Полиуретан Pural Farm (CSafe) – наиболее устойчивое покрытие, отличающееся повышенной стойкостью к истиранию, воздействию агрессивной среды, загрязнению, выцветанию, а также воздействию химических соединений аммиачной группы и гидроксида натрия. Благодаря высокой устойчивости такое покрытие чаще всего применяется для объектов сельскохозяйственного назначения.
• Поливинилдифторид PVDF – устойчивое к выцветанию покрытие, которое сохраняет цветовую насыщенность со временем, поэтому рекомендуется для фасадов зданий, расположенных в зонах повышенной солнечной активности.

В особых случаях, например, когда внутри здания очень агрессивная среда от воздействия моющих и истирающих средств, а также в фармацевтической или пищевой промышленности рекомендуется применять обшивки сэндвич-панелей из нержавеющей стали. Такое решение является наиболее дорогостоящим, но в некоторых случаях единственно возможным.

Несущая способность

Несущая способность сэндвич-панели является важной характеристикой, поскольку в процессе эксплуатации изделия подвергаются воздействиям снега, ветра, сейсмической активности и т.д. При проектировании ограждающих конструкций с применением сэндвич-панелей необходимо строго учитывать требования ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия». Например, для строительства одного и того же здания в разных регионах значения как ветровой, так и снеговой нагрузки могут отличаться в несколько раз. Также необходимо учитывать конструктивные особенности здания, сервисные нагрузки и условия эксплуатации. Например, необходимо обращать внимание на то, что, в дополнение к снеговой нагрузке, кровля должна выдерживать еще и человека с инструментом для очистки.

В случаях применениях стеновых сэндвич-панелей на высотных зданиях особое внимание следует уделять выбору типа крепежа и количеству точек крепления.

В объектах где возможна взрывоопасная ситуация необходимо устройство легкосбрасываемых конструкции. В таких конструкциях применяются сэндвич-панели со специальными видами крепежей, которые в случае повышения внутреннего давления в здании обеспечивают разгерметизацию определенных участков фасада. Это позволяет избежать травмирования людей, находящихся в помещениях и возле объекта, а также повреждения конструкций здания.

Подбор необходимых характеристик сэндвич-панелей осуществляется по таблицам несущей способности или расчетным программам, поэтому перед покупкой стоит удостовериться в их наличии у поставщика.

Геометрические параметры

Толщина сэндвич-панели подбирается согласно теплотехнического расчета и может быть в пределах от 40 до 240 мм, а ее ширина составляет от 1,0 до 1,2 м. Длина панелей бывает от 2 до 13,5 м и ограничивается возможностями транспортировки. Исходя из удобства монтажа наиболее широкое применение находят сэндвич-панели длиной от 6 до 8 м.

Замок типа «шип-паз»

Сэндвич-панели могут поставляться с плоским или зигзагообразным замком. В плоском замке возможно появление конденсата и промерзание. В свою очередь зигзагообразный замок типа «шип-паз» является более герметичным и энергоэффективным. Важно учесть, что точные геометрические характеристики сэндвич-панелей в значительной степени влияют на герметичную стыковку замков, а также на сроки и качество монтажа. Несмотря на то, что на рынке Украины присутствует широкий ассортимент брендов панелей, лишь немногие производители могут гарантировать, что при монтаже панелей отклонение геометрических размеров будет в пределах допусков согласно ДСТУ Б EN 14509:2014.

Это обусловлено тем, что для изготовления изделий с точными геометрическими параметрами необходимо иметь высококлассное автоматизированное оборудование, которое имеется в наличии только у ведущих европейских производителей.

Необходимые сертификаты

Прежде чем купить сэндвич-панели, необходимо удостовериться в наличии у продавца перечня обязательных сертификатов и протоколов испытаний, к которым относятся:

• Сертификат соответствия Укрсепро.
• Протокол теплотехнических сертификационных испытаний.
• Протокол прочностных сертификационных испытаний.
• Протокол или сертификат пожарных испытаний, в котором указаны показатели по огнестойкости EI для стеновых панелей, RE для неэксплуатируемых кровель, REI для эксплуатируемых кровель и распространению пламени M.
• Гарантийный сертификат производителя или поставщика. Согласно ДСТУ Б В.2.7-169:2008 гарантийный срок должен быть не менее 1 года. Стоит отметить, что ведущие производители предоставляют гарантию на сэндвич-панели до 5 лет – на целостность изделия, до 25 лет – на эффективную эксплуатацию наполнителя и до 30 лет – на эстетические свойства обшивки.
• Санитарно-эпидемиологическое заключение (необходимо для объектов фармацевтической и пищевой промышленности).

Представленный выше перечень документов лишь отчасти подтверждает качество поставляемой продукции, поэтому рекомендуется запрашивать у поставщика дополнительные документы, подтверждающие характеристики сэндвич-панелей, такие как:

• СЕ декларацию или сертификат соответствия европейским нормам ДСТУ Б EN 14509:2014.
• Сертификат соответствия техническим регламентам.
• Протокол испытания наполнителя на горючесть (НГ или Г).
• Протоколы испытаний панелей согласно ДСТУ Б EN 14509:2014 на воздухо- и водонепроницаемость, долговечность, ползучесть, шумопоглощение и т.д.
• Протоколы испытаний полимерных покрытий обшивок согласно ДБН В.1.7-2002 на горючесть Г, распространение пламени по поверхности РП и т.д.
• Таблицы несущей способности сэндвич-панелей.
• Библиотека технических решений и инструкция по монтажу.

При использовании сэндвич-панелей на строительстве зданий в зонах повышенной сейсмической активности рекомендуется запрашивать у поставщика заключение на сейсмостойкость. А для полной уверенности в качестве поставляемых панелей необходимо также запрашивать отдельные сертификаты и протоколы на материалы, используемые при производстве конкретной партии панелей: сталь и наполнитель.

Аксессуары и монтаж

Покупая сэндвич-панели важно помнить, что даже самая лучшая продукция при использовании низкокачественных аксессуаров или при неправильном монтаже вряд ли прослужит заявленный производителем срок. Выбор крепежа, герметиков, нащельников и направляющих, как и выбор сэндвич-панелей, должен основываться на качественных характеристиках изделий, особенностях конкретного типа панелей и рекомендациях производителя.

Несмотря на кажущуюся простоту, монтаж сэндвич-панелей является достаточно сложным и ответственным этапом, от которого зависят последующие эксплуатационные расходы и срок службы здания. Поэтому монтаж сэндвич-панелей рекомендуется доверять специализированным монтажным компаниям с опытом работы, которые способны предоставить соответствующую гарантию.

Производители

Рынок сэндвич-панелей в Украине представлен следующими крупнейшими производителями: Balex, Gor-Stal, Isopan, Kingspan, Paneltech, Pruszynski, Ruukki, Интеко, Пантек, Промстан, Термобуд и ТПК.

Стоит помнить, что цена сэндвич-панелей – это не только первоначально вложенные средства в продукцию и монтаж. Приобретая более качественные изделия, собственник здания получает не только отличный внешний вид и безопасность здания, а и сможет компенсировать вложенные средства снижением расходов на отопление и кондиционирование, а также на отсутствии проблем с эксплуатацией кровли и фасадов в течение всего срока службы здания.