Гофрокартонная плита - эффективный теплоизоляционный материал Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 674.214

А.А. ЛУКАШ, канд. техн. наук ([email protected]), Н.П. ЛУКУТЦОВА, д-р техн. наук

Брянская государственная инженерно-технологическая академия (241037, г. Брянск, пр. им. С.Т. Димитрова, 3)

Гофрокартонная плита - эффективный теплоизоляционный материал

Предложен новый теплоизоляционный материал - гофрокартонная плита. Наличие внутри ее воздушных прослоек обеспечивает хорошие теплоизоляционные свойства, а возможность использования отходов от упаковки товаров - дешевизну изготовления. Гофрокартонная плита может изготавливаться путем склеивания по толщине в прессе. По другому способу изготовление гофрокартонной плиты производят без прессовой установки и клея путем соединения степлером по толщине кусковых отходов. Каждый слой гофрокартонной плиты собирают из полос (кусков) гофрированного картона таким образом, чтобы он равнялся площади готовой плиты. Следующий слой из полос гофрированного картона укладывается на предыдущий так, чтобы перекрыть стыки между его полосами. Установлено, что гофрокартонная плита является эффективным утеплителем для использования при строительстве жилого помещения. Коэффициент ее теплопроводности соизмерим с коэффициентами теплопроводности традиционных теплоизоляционных материалов - минеральной ваты, пенополистирола, пенополиуретана и стекловаты. Выполнен расчет толщины утеплителя из гофрокартона. Ограждающая конструкция с кладкой из керамического кирпича толщиной 0,12 м, утеплителем из гофрокартонной плиты толщиной 0,17 м с кладкой из сплошного глиняного кирпича отвечает санитарно-гигиеническим и строительным требованиям к теплопередаче ограждающих конструкций по температурному перепаду при условии герметичности утеплителя.

Ключевые слова: гофрокартон, теплопроводность, строительство, отходы, плита.

A.A. LUKASH, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]), N.P. LUKUTTSOVA, Doctor of Sciences (Engineering) Bryansk State Engineering-Technological Academy (3 S.T. Dimitrova Avenue, 241037 Bryansk, Russian Federation)

Corrugated Cardboard Plate - Efficient Heat Insulating Material

A new heat insulating material, a corrugated cardboard plate, is offered. The presence of air layers inside it ensures good insulation properties. The possibility of using waste of goods packing provides the cheapness of manufacturing. The corrugated cardboard plate can be manufactured by gluing in thickness in the press. According to another method the corrugated cardboard plate is manufactured without the press unit and glue by means of connection with a stapler in thickness of lump waste. Each layer of the corrugated cardboard plate is assembled from strips (pieces) of the corrugated cardboard so that it is equal to the square of the finished plate. The next layer of corrugated cardboard strips is put on the previous one thus to overlap the joints between its strips. It is established that the corrugated cardboard plate is an efficient insulant for using in construction of domestic premises. The coefficient of its thermal conductivity is comparable with the thermal conductivity coefficients of traditional insulation materials as mineral wool, foam polystyrene, foam polyurethane and glass wool. The calculation of the thickness of insulant from corrugated cardboard has been made. An enclosing structure with the ceramic brick masonry of 0.12 m thickness, the unsulant from corrugated cardboard plate of 0.17 m thickness with the masonry from solid clay brick meets the sanitary-hygienic and construction requirements for heat transfer of enclosing structures by temperature drop under the condition of insulant tightness.

Keywords: corrugated cardboard, heat conductivity, construction, waste, plate.

В настоящее время в промышленности строительных материалов остро стоит проблема создания эффективного, дешевого и экологически чистого утеплителя. Наиболее распространенные теплоизоляторы имеют существенные недостатки. Вата из минерального волокна является канцерогеном и пылит при установке. Пенополистирол пожароопасен — при его горении выделяются токсичные вещества.

Древесина и изделия из нее, как известно, обладают хорошими прочностными и теплоизоляционными свойствами. При ее обработке образуется большое количество отходов, из которых могут быть изготовлены теплоизоляционные материалы. Из опилок и стружки изготавливают композиционную фанеру с внутренними слоями из осмоленных древесных частиц и наружными слоями из лущеного шпона [1].

Из кускового шпона склеивают плиту фанерную ячеистую [2]. Наличие в такой плите зазоров между полосами шпона позволяет применять ее в качестве теплоизоляционного материала.

При изготовлении ячеистой стеновой панели применяют бруски из низкосортной древесины [3]. Наличие внутренних воздушных прослоек между брусками позволяет использовать ячеистую стеновую панель как теплоизоляционный материал. Применение низкосортной древесины из местного сырья и возможность изготовления панели непосредственно на стройплощадке позволят значительно снизить себестоимость строительства. Но общим недостатком всех перечисленных материалов является необходимость применения дре-

весного сырья и оборудования для его переработки, что значительно увеличивает стоимость.

Актуальной является и проблема переработки, утилизации и вторичного использования отходов. Одним из массовых видов отходов является гофрированный картон. В крупных магазинах отходы от упаковки из гофрокартона собирают и направляют на вторичную переработку. Но население и мелкие магазины предпочитают отправлять отходы от упаковки из гофрокартона на свалку.

Гофрированный картон является одним из наиболее распространенных материалов в мире для использования в качестве упаковки для коробок. Используемый в промышленности как упаковочный материал, он отличается небольшой плотностью и дешевизной. Картон гофрированный выпускают согласно ГОСТ Р 52901—2007. Гофрированный картон предназначен для изготовления упаковки продукции — потребительской и транспортной тары, а также для изготовления вспомогательных упаковочных средств (вкладышей, решеток, обечаек, прокладок, амортизаторов) и другой продукции.

Наиболее распространен трехслойный гофрокартон, который состоит из двух плоских и одного гофрированного слоев. Высота гофра составляет 1—5,5 мм, шаг гофра — 1,5—9,5 мм. Такая композиция слоев придает жесткость гофротаре. Наличие в гофрокартоне воздушных прослоек дает возможность использования его как теплоизоляционный материал.

В Брянской государственной инженерно-технологической академии создан новый эффективный теп-

24

научно-технический и производственный журнал

октябрь 2014

ÍÁ ®

Рис. 1. Гофрокартонная плита

Рис. 2. Схема изготовления гофрокартонной плиты: l - толщина слоя плиты; к - общая высота плиты

лоизоляционный материал — гофрокартонная плита. При ее изготовлении использовали картон Т11 В ГОСТ Р 52901—2007 (трехслойный гофрокартон 1-го класса, марки Т11, с гофром В), толщиной 2,6 мм, (тара от упаковки мебели).

Склеивание производили холодным способом в гидравлическом прессе. Продолжительность выдержки под давлением 30 мин. Для обеспечения стабильной толщины применяли дистанционные прокладки. Для склеивания гофрокартона использовали дисперсию поливи-нилацетатную гомополимерную средневязкую марки Д 51С. Требования по ее качеству соответствовали требованиям 51С ГОСТ 18992—80. Эта дисперсия не содержит токсичных веществ и применяется при склеивании древесины и упаковки.

Для получения более прочной и гладкой поверхности можно применять картон электроизоляционный марки ЭВ, который выпускают согласно ГОСТ 2824—86. Электроизоляционный картон предназначен для работы в воздушной среде до 90оС, используется для электроизоляции. Также благодаря высокой износостойкости электроизоляционный картон используют в различных сферах производства. Плотность изготовленной таким образом гофрокартонной плиты составила 170 кг/м3, а гофрокартонной плиты с наружными слоями из электроизоляционного картона — 300 кг/м3. На рис. 1 представлены образцы гофрокартонной плиты.

Учитывая трудность применения прессового оборудования, был разработан способ изготовления гофрокар-

тонной плиты без применения клея и прессового оборудования. За прототип принят древесный слоистый материал — плита фанерная ячеистая, у которой слои соединены клеем в прессовой установке [4], а наличие внутренних воздушных прослоек обусловливает возможность использования такого материала в качестве теплоизолятора.

Гофрокартонная плита изготавливается из нескольких слоев гофрированного картона, которые соединяются по толщине скобами степлера, причем длина ножки скобы должна составлять более половины от толщины готовой плиты. Гофрокартонная плита может изготавливаться как из цельных (полноформатных) листов гофрированного картона, так из коробок, остающихся от упаковки товаров. В последнем случае из коробок должны быть предварительно вырезаны полосы. На рис. 2 показана схема изготовления гофрокартонной плиты.

Каждый слой гофрокартонной плиты 1 собирается из полос (кусков) гофрированного картона таким образом, чтобы он был равным площади готовой плиты. Следующий слой из полос гофрированного картона укладывается на предыдущий, так чтобы перекрыть стыки между полосами предыдущего слоя. После набора слоев, составляющих в сумме более половины толщины готовой гофрокартонной плиты, производят их соединение скобами степлера 2. Собранную часть плиты переворачивают на 180о, укладывают на нее оставшуюся часть слоев и производят крепление скобами аналогичным образом, после чего собранный пакет обрезают по формату. По данному способу изготовления гофрокартонной плиты была подана заявка на полезную модель.

Изготовленные образцы испытывали на определение коэффициента теплопроводности. Для этого согласно ГОСТ 7076-99 применяли прибор ИТП-МГЧ-100. Коэффициент теплопроводности у полученных образцов составил 0,052-0,057 Вт/(м-°С). Для сравнения, коэффициент теплопроводности минеральной ваты составляет 0,048-0,07 Вт/(м-оС); пенополистирола — 0,028-0,05 Вт/(м-оС); пенополиуретана - 0,0290,041 Вт/(м-оС); стекловаты - 0,038-0,061 Вт/(м-оС) [5].

Учитывая, что картон является легковозгораемым материалом, гофрокартонную плиту после установки необходимо закрывать огнестойким материалом, штукатуркой или гипсокартонной плитой. Для предотвращения попадания влаги от ограждающей конструкции необходимо использовать полиэтиленовую пленку.

Для расчета требуемой толщины утеплителя и вычисления приведенного сопротивления теплопередаче многослойной ограждающей конструкции для стены жилого помещения здания, расположенного в Москве, использовали методику теплотехнического расчета, заключающуюся в определении минимального достаточного значения сопротивления теплопередаче наружной ограждающей конструкции. При этом расчетное значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции должно быть не менее величины, требуемой по санитарно-гигиеническим и строительно-техническим показателям [6]. Исходные данные для расчетов представлены в таблице.

Параметры наружной среды, необходимые для расчета сопротивления теплопередаче, приведены в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [6] и

Исходные данные

Материал Плотность р0, кг/м3 Толщина б, м Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м.оС)

Кладка из керамического кирпича 1600 0,12 0,64

Плита гофрокартонная 170 ? 0,57

Кладка из полнотелого керамического кирпича 1800 0,25 0,81

Штукатурка 1800 0,2 0,93

Ы ®

научно-технический и производственный журнал

октябрь 2014

25

определяются по СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» [7]. К ним относятся:

— температура воздуха периода со среднесуточной температурой воздуха меньше 8оС, определяется по табл. 1 СП 131.13330.2012: ^ = ~3,1°С;

— продолжительность периода со среднесуточной температурой воздуха меньше 8оС, определяется по табл. 1 СП 131.13330.2012: 1Ы = 214 сут;

— средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, определяется по табл. 1

СП 131.13330.2012: te

-320C.

Параметры воздушной среды для обеспечения минимально допустимых условий комфортности внутри жилого помещения в холодный период года, определяемые по табл. 1 СП 23-101-20041, составляют:

— температура воздуха (ы = 20оС;

— относительная влажность воздуха jlnt = 55%.

Режим эксплуатации помещения в холодный период

года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха определяют по табл. 1 СНиП 23-02—2003: нормальный. Условия эксплуатации ограждающей конструкции определяются с учетом климатических показателей района строительства и режима эксплуатации зданий и помещений. Зона влажности района строительства (Москва) по климатическим показателям наружной среды согласно приложению «В» к СНиП 23-02—2003: нормальная. Условия эксплуатации ОК определяют по табл. 2 СНиП 23-02—2003. Для нормального режима эксплуатации помещения и нормальной зоны влажности условия эксплуатации ОК соответствуют параметру «Б».

Для расчета требуемого значения Яге11 термического сопротивления теплопередаче ОК и толщины слоя утеплителя приведенное сопротивление теплопередаче R0, м2-оС/Вт, ограждающих конструкций, а также окон и фонарей (с вертикальным остеклением или с углом наклона более 45о) принимается из условия не менее нормируемых значений Rreq, м2-оС/Вт, определяемых по табл. 4 СНиП 23-02—2003 в зависимости от градусо-суток отопительного периода района строительства Dd, оС-сут, который по формуле:

Dd = — ^ • Хн? (1)

Нормированное сопротивление теплопередаче Rreq, м2-оС/Вт, определяется по формуле (2):

Я

■req

а • Dd + b,

(2)

где коэффициенты a = 0,00035; b = 1,4 согласно «Примечанию» к табл. 4 СНиП 23-02—2003.

Требуемое условное сопротивление теплопередаче без учета теплотехнической неоднородности RJ01^, м2-°С/Вт, определяют по формуле (3):

= Rreq / r, (3)

где r — коэффициент теплотехнической неоднородности, «глади», глухой части стены. В рассматриваемом варианте принимаем r = 0,87.

Требуемое значение сопротивления теплопередаче слоя утеплителя из гофрокартонной плиты Лур, м2-оС/Вт, согласно п. 8 СП 23-101—2004 определяется по формуле (4):

Лур = Л0усллр - (R + ^.изв + Ян), (4)

где Яв = 1/alnt — коэффициент сопротивления теплоотдаче внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 7 СНиП 23-02—2003, в соответствии с которой aint = 8,7 м2-оС/Вт; Ян = 1/aext — коэффициент сопротивления теплоотдаче наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 8 СП 23-101—2004 для наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами: aext = 23 м2-оС/Вт;

^изв — сумма сопротивления теплопередаче известных слоев ограждающей конструкции:

^,Изв = 61Л1 + ...+ 6„Д„,

где б1 — толщина 1-го известного слоя ограждающей конструкции, м; — коэффициент теплопроводности 1-го известного слоя ограждающей конструкции, Вт/(м-оС); п — количество слоев многослойной ограждающей конструкции.

Расчетную толщину утеплителя буг, м, находим по формуле (5):

бут Щрр Яу. (5)

Подставляем в расчеты исходные данные (см. таблицу) и находим фактическую толщину утеплителя. Из конструктивных соображений округляем полученный выше результат до целых сантиметров в большую сторону:

бфт = 0,17 м.

Для проверки полученного результата находим приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены R^0, м2^С/Вт, по формулам (6) и (7):

лу

усл.тр_

Лв + ^изв + лн;

Я = лу

усл.тр ф

(6) (7)

Фактическое приведенное сопротивление теплопередаче не меньше требуемого, так как выполняется условие:

Rq = 3,18 > Rreq =3,13.

Расчетный температурный перепад At0, оС, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции в соответствии с п. 5.8 СНиП 23-02—2003 определяют по формуле (8):

А?0 = n (tint - text)/ (Ro • aint), (8)

где n — коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху. По табл. 6 СНиП 23-02—2003 принимаем: n = 1; tint — температура внутреннего воздуха здания, принимаемая по минимальным значениям оптимальной температуры для жилого помещения (табл. 1 СП 23-101—2004): tint = 20оС; text — температура наружного воздуха в холодный период года, оС, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92. По табл. 1 СП 131.13330.2012: text = -32оС.

Подставляя в формулу соответствующие значения, получим:

At0 =1 • (20 — (-32))/ (3,2 • 0,87) = 1,87.

Проверяем условие:

Ato < Atn,

где Atn— нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 5 СНиП 23-02—2003: Atn= 4оС:

1,87оС < 4оС.

Следовательно, принятая конструкция стены отвечает санитарно-гигиеническим и строительным требованиям к теплопередаче ограждающих конструкций по температурному перепаду.

Таким образом, установлено:

1. Гофрокартонная плита является эффективным, дешевым и экологически чистым утеплителем. Коэффициент ее теплопроводности составил 0,052—0,057 Вт/(м-°С), что соизмеримо с коэффициен-

научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" 26 октябрь 2014 ~ Ы ®

тами теплопроводности традиционных теплоизоляционных материалов — минеральной ваты, пенополисти-рола, пенополиуретана и стекловаты.

2. Гофрокартонная плита может быть изготовлена как из цельных листов гофрокартона, так и из отходов, остающихся от упаковки, что обеспечивает ее низкую стоимость; при ее изготовлении и в процессе эксплуатации не выделяется вредных веществ.

3. Ограждающая конструкция с кладкой из керамического кирпича толщиной 0,12 м, утеплителем из гофрокартонной плиты толщиной 0,17 м с кладкой из полнотелого керамического кирпича отвечает санитарно-гигиеническим и строительным требованиям к теплопередаче ограждающих конструкций по перепаду значений температуры при условии герметичности утеплителя.

Список литературы

1. Лукаш А.А., Дьячков К.А. Строительные изделия из измельченной древесины // Строительные материалы. 2009. № 1. С. 54-55.

2. Лукаш А.А., Плотников В.В., Савенко В.Г., Ботаговский М.В. Новые строительные материалы — рельефная фанера и плита фанерная ячеистая. Строительные материалы. 2006. № 12. С. 38—39.

3. Лукаш А.А., Плотников В.В., Ботаговский М.В. Ячеистые стеновые панели из древесных материалов // Строительные материалы. 2009. № 2. С. 72—73.

4. Патент РФ 2252865, МПК 0B27D1/06, В32В3/22. Способ склеивания древесных слоистых материалов / В.Г. Савенко, А.А. Лукаш; заявитель и патентообладатель БГИТА. № 2003135692/03. Заявл. 08.12.2003. Опубл. 27.05.2005. Бюл. № 15. 2 с.

5. СП 23-101—2004. Проектирование тепловой защиты зданий. Взамен СП 23-101—2000. Введ. 01.06.2004. М.: НИИСФ, 2004. 122 с.

6. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. Взамен СНиП 23-01-99. Введ. 01.10.2003. М.: НИИСФ РААСН, 2003. 36 с.

7. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Взамен СП 23-101-2000. Введ. 01.01.2013. М.: НИИСФ, 2012. 88 с.

References

1. Lukash A.A., Dyachkov K.A. Building articles made of veneer and grinded timber waste. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2009. No. 1, pp. 54-55. (In Russian).

2. Lukash, A.A., Plotnikov V.V., Savenko V.G., Bota-govsky M.V. New building materials — relief plywood and cellular laminwood. Stroitel'nye Materialy Construction Materials. 2006. No. 12, pp. 38—39. (In Russian).

3. Lukash, A.A. Plotnikov V.V., Botagovsky M.V. Cellular wall panels made of timber materials. Stroitel'nye Materialy Construction Materials. 2009. No. 2, pp. 72— 73. (In Russian).

4. Patent RF 2252865, IPC С1В27D1/06, В32В3/22. Sposob skleivaniya drevesnykh sloistykh materialov [The glueing method of laminated wood-based materials]. V.G. Savenko, A.A. Lukash; patentee — Bryansk State Engineering and TechnologyAcademy. №2003135692/03. Declared 08.12.2003. Published 27.05.2005. Bulletin No. 15. 2 p. (In Russian).

5. Set of Rules 23-101-2004. Design of thermal protection ofbuildings. Instead of Set of Rules 23-101-2000. Entered 01.06.2004. Moscow: NIISF, 2004. 122 p. (In Russian).

6. Construction Norms and Rules 23-02-2003. Thermal protection of buildings. Instead of Construction Norms and Rules 23-01-99. Entered 01.10.2003. Moscow: NIISF RAASN, 2003. 36 p. (In Russian).

7. Set of Rules 131.13330.2012. Building climatology. Instead of Set of Rules 23-101-2000. Entered 01.01.2013. Moscow: NIISF, 2012. 88 p. (In Russian).

ГОБОВШОВ АН И E «ИНТА-CT РОЙ»

ЩЙЯрРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

000 «ТД «ИHTA-СТРОЙ», 644113, Омск, ул. 1-я Путевая, 10Q

Тел.: (38121 35 65 44, 35 65 45. E-mail: [email protected]. Http: www.mta.ru

Основные характеристики:

• производительность [при съеме 10% влажности] кг/ч - ЭООО;

• установленная мощность, кВт 1Q.5:

МЫ ЗВЕНЬЯ~ОДНОЙ ЦЕПИ ^

Назначение

• Сушка сыпучих материалов в технологии полусухого прессований кирпича и других отраслях промышленности. Преимущества:

габариты (дл.. шир„ выс.], мм - 21800,1900, 3600; масса, кг - 1500Q.

- снижение затрат на сушку;

- увеличенное соотношение длины барабана к его диеметру повышает эффективность сушки;

- противоточное движение газов и сырья, с использованием рециркулята;

- герметичность торцевых уплотнений;

- теплоизоляционный мат ериал, уложенный между продольными стрингерами жесткости;

- автоматизация и датчики контроля;

- обрезиненные приводные катки снижают шум и вибрацию;

- высокая степень заводской готовности;

- поставляется с выдвижной топкой и горелкой.

1*1

V rJ

Iм

В!

г

г,

|м

(

и

к

s

К

■н

МЫ ЗВЕНЬЯ ОДНОЙ ЦЕПИ '

МЫ ЗВЕНЬЯ ОДНОЙ ЦЕПИ

Реклама

fj научно-технический и производственный журнал

® октябрь 2014 27~