CC BY
24
Системы изоляции пола фермерских домов Farmhouse floor insulation systems
УДК 699.86+699.844 UDC 699.86+699.844
Сергей Козлов,
студент магистратуры Национального исследовательского Московского государственного строительного университета (НИУ МГСУ)
Армен Тер-Закарян,
студент бакалавриата Государственного университета управления (ГУУ)
Екатерина Жукова,
студентка бакалавриата Национального исследовательского Московского государственного строительного университета (НИУ МГСУ)
Sergey Kozlov,
graduate of National Research Moscow State University of Civil Engineering (NRUMGSU)
Armen Ter-Zakaryan,
undergraduate of State University of Management (SUM)
Ekaterina Zhukova,
undergraduate of National Research Moscow State University of Civil Engineering (NRU MGSU)
Аннотация: В изоляционных системах пола или перекрытий пенополиэтилен (рулонный или маты) выполняет функцию как тепло-, так и звукоизоляции, а так же пароизоляционной мембраны. Получение бесшовного изоляционного полотна, герметичного как по отношению прохождения тепла, паров воды и структурных шумов, позволяет проектировать перекрытия, максимально обеспечивающие комфорт в жилых помещениях.
В статье рассмотрены два типа конструкций: на металлических саморезах, используемых в качестве опор, и конструкция «плавающего пола». Для оценки деформируемости пенополиэтилена под нагрузкой был проведен эксперимент, подтвердивший возможность его применения в системах «плавающего пола».
Summary: Polyethylene foam (rolls or mats) functions as thermal and acoustic insulation as well as a vapor barrier membrane in both floor and ceiling insulation systems. The obtaining of a seamless insulating coating, which is hermetical towards thermal conductivity, steam passage and structure-borne noises as well, allows building the floor structures providing the highest comfort level indoors.
Two types of constructions have been regarded in the article: construction based on self-tapping screws used as a supporting structure and floating floor construction. The experiment implemented in order to estimate the level of polyethylene foam deformation under the load has proven its applicability within floating floor systems.
Ключевые слова: пенополиэтилен, сварка, бесшовная оболочка, звукоизоляция, теплоизоляция, «плавающий пол».
Keywords: polyethylene foam, welding, seamless coating, acoustic insulation, thermal insulation, floating floor.
Необходимость изоляции пола возникает в малоэтажных зданиях, когда потоки воздуха в вентилируемом подполье обуславливают интенсивное отведение тепла от поверхности пола, следовательно, увеличивают теплопотери и ухудшают комфортность помещений. В зданиях, где полы укладываются по грунту, основным фактором является снижение тепловых потерь через пол. В этом случае, учитывая непосредственный контакт с грунтом, необходимо использовать только водостойкую теплоизоляцию с низкой водопроницаемостью. Изоляция пола (или перекрытий) зданий любой этажности, в первую очередь направлена на повышение комфортности помещений, как за счет оптимизации тепловых потоков и потоков паровоздушной смеси, так и за счет звукоизоляции и защиты от шума [1-4]. Таким образом, эффективности систем изоляции пола обусловлена как непосредственной экономией тепла, а соответственно и снижением затрат на отопление, так и повышением комфортности помещений.
Пенополиэтилены характеризуются низкой теплопроводностью, звукоизолирующей способностью, эластичностью и гидроизоляционными свойствами. К преимуществам этой группы материалов относится так же возможность формирования бесшовного стыка [5-8]. Концепция формирования бесшовного стыка с применением рулонного пенополиэтилена (с теплоотражающим слоем или без него) основана на следующих положениях: - изделия из несшитого пенополиэтилена имеют не только низкую теплопроводность (не превышающую 0,039 Вт/(м-К) даже для условий эксплуатации по группе В), но и низкую паропроницаемость (не более 0,001 мг/(Па-м-с), и водопоглощение (не более 2 % по массе);
- формирование непроницаемого покрытия достигается за счет реализации соединения отдельных листов НПЭ (матов, рулонов) внахлест с последующей сваркой поверхностей контакта листов горячим воздухом с помощью строительного фена. Данная технология замкового соединения разработана и запатентована компанией Тепофол (патент №2645190);
- создание бесшовного покрытия (по глади стены или пола) минимизирует количество мостиков холода, а также неплотностей между отдельными теплоизоляционными элементами, через которые возможна миграция тепла и паровоздушной смеси из помещения наружу;
- низкая паропроницаемость бесшовной изоляционной оболочки и низкое водопоглощение пенополиэтилена позволяют исключить применение дополнительной паро- и гидроизоляции.
Учитывая то, что вспененный полиэтилен является горючим материалом, во всех системах его применения должны быть предусмотрены конструктивные способы его защиты от контакта с внешними средами.
Другой, не менее интересной для строителя областью применения НПЭ являются конструкции «плавающего пола», в которых пенополиэтилен выполняет функцию как тепло-, так и звукоизоляции. Полученное единое изоляционное полотно является герметичным, то есть в нем отсутствуют щели и стыки, что препятствует выходу теплового потока наружу. Такой подход к утеплению обеспечивает сохранение тепла внутри и существенно повышает теплосберегающие свойства системы изоляции. Препятствует прохождению пара и формированию акустических мостиков [9, 10].
Рис. 1. Пол по лагом с фиксацией наклонными саморе ими При утеплении деревянного пола укладку рулонной теплоизоляции Тепофол рекомендуется производить по всей площади пола на лаги (рис. 1). Замковые системы на стыке двух рулонов привариваются друг к другу таким образом, чтобы получилось герметичное теплоизоляционное полотно. При этом по всему периметру теплоизоляционное полотно плотно фиксируется к основанию.
Сверху на слой утеплителя укладываются деревянные бруски, которые крепятся к лагам непосредственно через теплоизоляционный слой по особой схеме посредством специальных саморезов из нержавеющей стали диаметром 8 мм и длиной 300-320 мм (рис. 2).
Рнс 2. Систсмл утспленн» лсрсмшюго пела
Схемой размещения саморезов предусматривается, что саморезы крепятся попарно под углом 45° друг к другу так, что расстояние между шляпками саморезов не превышает 100 мм. Расстояние между каждой такой парой саморезов, фиксирующей бруски через теплоизоляционную оболочку к лагам по указанной схеме, составляет не менее 500 мм.
В результате применённого особого способа крепления утеплителя к лагам образуется ферма, посредством которой нагрузка пола равномерно перераспределяется с утеплителя на бруски и болты. Далее на бруски собирается финишное покрытие из половой доски. За счёт брусков между половой доской и теплоизоляционным слоем остаётся воздушная прослойка (зазор), которая повышает теплозащитные свойства конструкции и способствует снижению теплопотерь объекта в целом. Следовательно, воздушная подушка функционирует как теплоизолятор.
Строительная практика показывает, что, как сточки зрения тепло- и пароизоляции, так и с токи зрения акустических свойств, требуемые результаты можно получить при применении плавающего пола. Основа концепции плавающего пола заключается в создании конструкции с изолированной от перекрытия и стен несущего покрытия финишного пола. При этом основание может быть любое: железобетонная плита перекрытия, деревянный черновой пол и др., а изоляционная оболочка должна обладать минимальной проницаемостью. В качестве покрытия могут использоваться заливаемая армированная бетонная стяжка или могут использоваться элементы сухой сборки: гипсокартонные листы, древесно-волокнистые или ориентированно-стружечные плиты.
Пенополиэтилен является эластичным материалом (деформирующимся под нагрузкой), поэтому для оценки возможности его применения в системах плавающего пола был осуществлен эксперимент.
Прочность при сжатии образцов вспененного полиэтилена определялась в интервале деформаций от 0 до 12 %. Испытывались изделия из вспененного полиэтилена (без фольги и фольгированные), размером 100x100x100 мм; 100x100x50 мм и 200x200x50 мм с отношением площади и толщины (геометрический фактор S/h, м2/м): соответственно 0,1; 0,2; 0,4 и 0,75 (м).
i*
1
■ Г"---г
- - -г I
.Id**
Рис. 3. Записнлкчль прсннсти! прнсвдтн обращав ЕГГТ'Зат л^форшгшн iipit кипим ic\ гсамеср1П«К№а фшпсра iJWi): I - Ü.i st-.'м; 1 L«.j м-.'м; J 0,4 u:-4i; А - Ü..-8 HfVu
По результатам испытаний установлено, что металлизирование изделий и климатическое воздействие влияния на механические свойства образцов пенополиэтилена практически не оказывает. Повышение прочности за счет металлизирования плёнкой не превышает 2,1 %, что является меньшим, чем статистическая ошибка эксперимента, равная 4,9 %.
Влияние геометрического фактора (отношения площади образца материала к его толщине S/h) очень велико (рис. 1). Это объясняется условиями деформации образца при сжатии и структурой материала. Пенополиэтилен является эластичным материалом с высокой прочностью при растяжении. Поры вспененного полиэтилена заполнены газом, а мембраны, разделяющие ячейки практически газонепроницаемы.
1 ■ 1 1 -1
+■ 4 Ж
1 1 ♦ в. - 1 Ii t " 9-
*
Г —1 1 1
Рнъ\ 4. Сима лгформвчнн-оОраэша пиюгю-.ткли.'кклНПЭ) :нц нагрузкой [Р): □- ]аш ¿шлшыние напряжения: I аЛпаиги [Лраша раБиаилтс? ш расширяют. II - оашпюбриоа рЛЮнюшив на сюлк: I - гюкркиоли пресса. 2* образец РШЭ
На ранних стадиях нагружения, когда напряжения в мембранах еще не превысили критическое, ячейки материала центральной области работают на сжатие, а расширение образца происходит в тангенциальном направлении (рис. 4). Упругая деформация растяжения пропорциональна тангенциальным напряжениям (ох) в образце. А сопротивляемость сжатию - пропорциональна нормальным напряжениям (оп) и
определяется упругостью газа в ячейках полиэтилена и прочностными характеристиками полимера.
Чем больше площадь образца (отношение площади образца к его толщине), тем большая его площадь работает на сжатие, и тем выше его сопротивляемость этому сжатию под нагрузкой Р. Этот эффект проявляется в той степени больше, чем более отношение S/h, а это в свою очередь предопределяет применение полотен (рулоном, соединенных в замок с последующей сваркой горячим воздухом) из НПЭ в качестве изоляционной основы плавающего пола.
Tul. S. Cltld мплаыошпьм 1ШП1 .ша*. J - TjLV'lHttjc ..viLjiiuuiL. 1- .ü-1 ы: 1 - idLkjUjuumiuhXiJll niril its длшшмчШПЭ. J - учкюкглшиоги iriL-
.шяшпкг IDJ luma. ltplbJblknh.mui:[i' У milium, f - кущи шиш; jíill.jiij':-.итШ EUCUUUUIIKJ: 6- п^шп: iukpbi:iii! flu.U I j(y¡jiuA LÜilkÉ. HUMtUM); T - фИИШИЛлж iKikplitHc íht.U. t - [lihhe^l1. 9 - ц*1Ыс1Ле W - C№
■u: ] 1 - kpcILbciUae if ilcüisjujjhiijim k. ixaubaimio
Рекомендуемая конструкция плавающего пола (рис. 5) включает: сплошное основание (1), уложенное по лагам (2). В качестве основания рекомендуется обрезная доска толщиной не менее 25 мм. Все деревянные части конструкции пола, включая сплошное основание, которые будут покрыты слоем утеплителя, рекомендуется обработать специальными средствами. По сплошному основанию укладывается теплоизоляционный слой из рулонного НПЭ «Тепофол®» (3), толщиной 100 мм.
• в
Рис в Прткр выпашет» уVI» праптклта пшношло поля к стене (а) и фиашкпи 1Я1ШЮиплюииого рутою к оенлммню (б)
Утеплитель плотно прижимается к стене несущей конструкции в распор и на расстоянии до 150 мм от стен несущей конструкции по всему периметру крепится к сплошному основанию пола. Для надёжной и долговременной фиксации материала размещать саморезы по всему периметру поверхности следует достаточно часто, в среднем, на расстоянии 100-150 мм друг от друга. После укладки слоя теплоизоляции замковые системы, расположенные на стыках рулонов, свариваются между собой (под тепловым воздействием) таким образом, чтобы получилось единое герметичное теплоизоляционное
полотно. Затем края теплоизоляционного полотна, фактически замковые части утеплителя толщиной 30 мм, заводят на поверхность стен и по всему периметру через брусок или деревянную рейку фиксируют саморезами к стенам так, чтобы слой материала вплотную примыкал к участку стены. При этом высота теплоизоляции, край которой заводится на стены, равна высоте пола до финишного покрытия. Таким образом, по линии «пол-стена» не образовывается зазор, и обеспечивается надёжное утепление самого уязвимого участка пола - всего периметра и углов. Далее на теплоизоляцию укладывают защитное покрытие (6): два слоя ОСБ-плит и финишное покрытие пола (7). В качестве финишного покрытия рекомендуется использовать половую доску, паркет, паркетную доску, ламинат, линолеум. Плинтус по периметру помещения (8) прикрепляют к стене (9).
Пенполиэтиленовые рулоны заводят на стену (рис. 6) и надежно фиксируют саморезами с шайбами к основанию. Этим полностью обеспечивается основная задача плавающего пола - создание изоляционной оболочки с минимальным количеством стыков и теплопроводящих элементов при отделении конструкции покрытия пола от его несущих элементов.
Изоляционные элементы пола, как и междуэтажных перекрытий, выполняют две основных функций: защиту от передачи структурного шума; изоляцию как от движения паровоздушной смеси из нижележащих помещений, так и ограничивают теплопередачу через перекрытие. Последнее свойство становится особо актуальным, если перекрытие располагается над аркой уличного прохода. Основные требования к подобным конструкциям отражены в СП 54.13330.2011 (Здания жилые многоквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31-01-2003) и СП 29.13330.2011 (Полы. Актуализированная редакция СНиП 2.03.13-88).
Оценка деформативных свойств пенополиэтилена, а так же возможности его применения в системах плавающего пола была проведена в рамках реализации договоров между ООО Тепофол и НИУ МГСУ «Разработка расчётной схемы конструкции для применения несшитого вспененного полиэтилена «Тепофол®», а звукоизоляция проверялась по в соотвествии с договором НИИСФ РААСН (лаборатория «Стройфизика-ТЕСТ»): «Определение эксплуатационных характеристик теплоизоляционного материала из вспененного полиэтилена марки ТЕПОФОЛ®». Исследования касались типовых проектных решений, определения эксплуатационных характеристики материала, а так же проведения натурного обследования жилого частного дома, утепленного вспененным полиэтиленом.
Список использованной литературы
1. Жук П.М., Жуков А.Д. Нормативная правовая база экологической оценки строительных материалов: перспективы совершенствования // Экология и промышленность России. 2018. № 4. С. 52-57.
2. Жуков А.Д., Тер-Закарян К.А., Заяфаров А.В., Петровский Е.С., Тучаев Д.У. Системы изоляции скатных крыш // Крыши и кровли. 2017 №6. С. 27-29.
3. Жуков А.Д., Наумова Н.В., Мустафаев Р.М., Майорова Н.А. Моделирование свойств высокопористых материалов комбинированной структуры // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 7. С. 48-51.
4. RumiantcevB.M., ZhukovA.D., BobrovaE.Yu, RomanovaI. P., ZelenshikovD.B., SmirnovaT.V. The systems of insulation and a methodology for assessing the durability. / MATEC Web of Conferences. Vol. 86 (2016). DOI:http://dx.doi.org/10.1051/ matecconf/ 20168604036.
5. RumiantcevB.M., Zhukov A.D., Zelenshikov D.B.,Chkunin A.S.,Ivanov K.K., SazonovaYu. V. Insulation systems of the building construtions / MATEC Web of Conferences. Vol. 86 (2016). DOI: http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/ 20168604027
6. Gnip I.J., Kersulis V.J., Vaitkus S.J. Analytical description of the creep of expanded polystyrene under compressive loading. Mechanics of Composite materials. 2005; 41(4): 357364.
7. Жуков А.Д., Бессонов И.В., Сапелин А.Н., Мустафаев Р.М. Композиционные материалы с регулируемой пористостью / Промышленное и гражданское строоительство. 2014. № 6. С. 58-61.
8. Патент РФ № 2645190 «Замковая технология теплоизоляционного материала для бесшовной сварки соединительных замков» зарегистрирован 16 февраля 2018 г.
9. Жуков А.Д., Тер-Закарян К.А., Тучаев Д.У., Петровский Е.С. Энергоэффективное утепление продовольственных складов и овощехранилищ // Международный сельскохозяйственный журнал. 2018. № 1. С. 65-67.
10. Семенов В.С., Тер-Закарян К.А., Жуков А.Д., Сазонова Ю.В. Особенности реализации изоляционных систем в условиях Крайнего Севера // Строительные материалы. 2018. № 4. С. 65-69.
