+7 (495) 380-19-85

info@enginrussia.ru

Главная » Новости » 6 » НОВОСТИ ЗАРУБЕЖНОГО ИНЖИНИРИНГА. Выпуск №14 (октябрь-ноябрь/2012)

НОВОСТИ ЗАРУБЕЖНОГО ИНЖИНИРИНГА. Выпуск №14 (октябрь-ноябрь/2012)

12.12.2012

ВАКУУМНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ – ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ТЕПЛОЗАЩИТА ЗДАНИЙ (часть 2)

 

Уважаемый читатель!


Мы продолжаем знакомить Вас с возможностями современной теплозащиты помещений за счёт вакуумных изоляционных панелей. Популярность этого нового строительного материала растёт, а эксперты говорят об их большом потенциале. В этом выпуске мы расскажем об изоляционных характеристиках, пожаробезопасности, сроке службы и переработке изделий VIP (Vakuumisolationspaneele). Также Вы узнаете о вариантах монтажа вакуумной изоляции. Своими экспертными мнениями относительно панелей VIP поделятся инженер-испытатель и архитектор.




Рис. 12 Строительные элементы с вакуумной изоляцией – пример производственной линейки одного из производителей. Фото: Variotec



                                                                                 Элементы VIP для рынка

При выведении новых строительных материалов на рынок важную роль играет помимо функциональных свойств и практичности ряд так называемых пограничных условий. Одним из ключевых условий является, например, степень противопожарной защиты. Непосредственно для чувствительных элементов вакуумной изоляции с целью обеспечения их надежной эксплуатации важны такие условия как срок службы и обеспечение качества конструкции.

На сегодняшний день для вакуумных изоляционных панелей не существует общих технических норм (например, по классификации DIN). В связи с этим применяются общие строительные правила (нем.: abZ). До тех пор, пока конкретный продукт не регламентируется подобными правилами, в каждом отдельном случае необходимо подавать заявление на получение разрешения строительного надзора соответствующей федеральной земли – процедура, требующая много денег и времени. В общем и целом на рынке существуют четыре производителя, предлагающих продукцию VIP согласно общим строительным правилам:

• va-Q-tec AG, Вюрцбург;
• Porextherm Dämmstoffe GmbH, Кемптен;
• Variotec Sandwichelemente GmbH & Co. KG, Ноймаркт/Оберпфальц;
• Vaku-Isotherm GmbH, Россау.

Элементы VIP, контролируемые общими строительными нормами, представлены в «Каталоге общих строительных правил, область – строительные материалы и конструкции для термозащиты» Немецкого института строительных технологий (нем.: DIBt).



Рис. 13: На строительных площадках преимущество имеют проклеенные элементы VIP. Фото: IGEL, Wismar


В списке представлены объекты, на которые выдается разрешение, области применения, свойства и состав строительного продукта. Кроме того, здесь содержится информация относительно производства, упаковки, транспорта и хранения, а также обозначения и мероприятия по контролю качества. Для проектировщика основными являются требования к составлению проектов и определению размеров, включая показатель теплопроводности, минимальный показатель теплозащиты, а также класс теплозащиты. Общие строительные правила определяются сроком на пять лет с правом пересмотра.

Пожаробезопасность

Согласно строительным предписаниям все элементы VIP классифицированы как нормально воспламеняемые (класс строительного материала B2 согласно DIN 4102). В соответствии с техническими требованиями пожаробезопасности незащищенные VIP в наружных стенах оболочки здания могут монтироваться в высоту до семи метров. Проклеивание элементов соответствующими защитными слоями позволяет использовать панели в верхних частях конструкции (класс строительных элементов B1).

Переработка и экологический баланс


Изделия VIP, в которых на заводе или строительной площадке обнаружен брак, могут быть повторно использованы после переработки и прессования заполняющего материала. Пленка оболочки из металлизированной полимерной композиции подвергается только термической утилизации.


 
Рис. 15 Дом рядовой застройки, 1956 г., до реконструкции
Рис. 16 Южный фасад полностью покрыт солнечными коллекторами
Рис. 17 Изоляционная оболочка, юг, с окном



Рис. 14 Проклеенные VIP с резиновым гранулятом – защита от повреждений. Фото: Porextherm

При использовании полимерной пленки с алюминием, в которой толщина слоя фольги превышает 6 нм, целесообразно проводить восстановление алюминия.

При потере вакуума в VIP и как следствие истечении срока службы, отдельные компоненты панелей могут быть утилизированы. При этом исходят из того, что использованная кремниевая кислота (кремнезем) в наполнителе по прошествии времени может быть возобновлена отдельно от волокон и глушащих материалов и после просушки вновь быть использована в VIP элементах. Более затратным является восстановление из склеенных элементов, например, кэшированных материалов и соединительных конструкций.

При анализе воздействия на окружающую среду, проведенном в Швейцарии, показатели производства VIP с центральным элементом из кремнезема и карбида кремния были аналогичны таким изоляционным материалам как стекловата, воздушный полистирол. Высокая доля электроэнергии для производства пирогенной кремниевой кислоты оказывает негативное влияние на экологический баланс, это влияние компенсируется, однако, значительно лучшими изоляционными характеристиками во время эксплуатации.

Срок службы

VIP элементы стареют: проникающие газы медленно и постепенно увеличивают показатель теплопроводности. Учитывая то, что барьерная эффективность блокирующей пленки для защиты от водного пара и газов зависит от температуры и влажности, эти характеристики влияют на общий срок службы панели. Повышенные температуры способствуют проникновению газа. Результаты проводимых в течение нескольких лет лабораторных испытаний, практического применения, моделирования и контрольных испытаний показывают, что теплопроводность элементов VIP в строительной области даже на протяжении десятилетий возрастает незначительно. Согласно общим строительным правилам расчетные параметры теплопроводности учитывают помимо прочего степень старения на протяжении первых 25 лет. Только после этого срока допустимо увеличение теплопроводности. В зависимости от продукта предполагаемая теплопроводность находится в диапазоне от 0,007 до 0,010 Вт/(м К).

При энергореконструкции дома рядовой застройки (стандарт пассивного дома) вакуумная изоляция предлагает множество преимуществ. Модернизация таких домов и установка плотной внешней изоляции связаны с проблемой геометрического, конструктивного и оптического смещений в сторону не обновленных соседних зданий. В данном случае утоненная изоляция VIP на крыше помогла бы сохранить высоту и небольшое расстояние до соседних домов. Наружные стены получили 9-сантиметровое покрытие VIP между деревом и новым открывающимся наружу окном. Применение VIP позволило также обеспечить эффективную изоляцию подвальных помещений. Тепловых мостов общих стен с соседними домами удалось избежать за счет применения элементов VIP на глубине 25 см.

При строительстве новых семейных домов с применением VIP появляется возможность избежать внешней громоздкости строения. Двухэтажный дом из массива дерева имеет фасад, выполненный из шведских красных плит (ель) с внутренней конструкцией из VIP, с южной стороны установлены солнечные накопители под увеличительными стеклами (призмы). Вакуумная изоляция расположена снаружи во внешней стене, а также в односкатной крыше над верхним этажом и во внешних дверях. Прежде всего, последовательная конструкция из древесины, а также высококачественные отделяемые материалы обеспечивают общий результат, эффективный с точки зрения экологии, функциональной составляющей и экономики. Тонкая структура стены обеспечивает увеличение полезной жилой поверхности на 15 м2.



Рис. 18 Вид с юга. Фото 15 - 18: Lichtblau Architekten
Рис. 19 Термографический снимок показывает высокую теплоизоляцию по сравнению с соседним зданием. Видны вертикальные деревянные планки и горизонтальные металлические шины на фасаде. Фото: ZAE Bayern

В обоих проектах предусмотрена возможность замены продуваемых VIP элементов в любое время. Монтаж между деревянными планками или металлическими полосами позволяет использовать стандартизированные размеры элементов, упрощая тем самым процесс установки. Тогда в 2000 году недостаточно внимания уделялось вопросам поставки и обеспечения качества.


                          Мониторинг VIP-проектов – исследовательский проект VIP-PROVE

Одна из неприятных тем, бросающих тень на высокоэффективную изоляцию на базе элементов VIP – сомнение в том, удастся ли сохранить вакуумную оболочку неповрежденной во время дальнейшей переработки. Сохранится ли качество вакуума на долгий срок? Учитывая поставленные вопросы, цель проекта VIP-PROVE заключалась в укреплении доверия к технологиям VIP. Данный проект включал в себя не только мониторинг существующих, преимущественно коммерческих объектов с VIP элементами, но и разработку документации для обучения и повышения квалификации специалистов проектировщиков, архитекторов и других рабочих, а также более тщательные подготовку и распространение информации, включая Интернет ресурс www.vip-bau.de.

Мониторинг 26 объектов показал, что в среднем около 12% поверхности с большой долей вероятности продувается – на первый взгляд – показатель, заставляющий задуматься. Тем не менее, исходя из этой статистической оценки и при выборочном анализе трех объектов, было выявлено, что эта доля ниже 5%. Принимая во внимание, что проектировщики и исполнители впервые столкнулись с данной изоляционной технологией – этот показатель будет в дальнейшем значительно сокращен. Положительно можно оценить тот факт, что при повторно проведенных исследованиях со временем не было выявлено никаких отклонений. Даже в тех областях применения, где VIP элементы используются уже более 10 лет, начиная с момента установки изначально определялись «вероятно обдуваемые» панели.

Важной является работа с материалами на строительной площадке. После установки VIP высокая эффективность изоляции остается стабильной на протяжении многих лет. Это подтверждают многочисленные научные исследования и опыт первых опытных применений.

  Рис. 2 Три примера из программы мониторинга VIP-PROVE. Источник: ZAE Bayern.


Контроль качества и методы испытаний


Учитывая, что оптимальная теплоизоляция VIP достигается только в условиях сохранения вакуума, данная технология требует более жесткую, в отличие от стандартных материалов, систему контроля и проверки качества во время всего процесса производства и переработки.

Правила и нормы Строительного института Германии (нем.: DIBt) предписывают строгий производственный контроль на заводе и постоянное внешнее наблюдение за процессом. При этом ежедневно проводится проверка соответствия исходного материала, структуры, размеров, теплопроводности, предела прочности и внутреннего давления показателям, указанным в нормативных документах.

Производители, входящие в Объединение по совместной охране качества продукции (нем.: Güteschutzgemeinschaft Hartschaum e.V.), группа – вакуумные изоляционные панели, при производстве ориентируются на общие строительные нормы и обеспечивают дополнительные виды контроля продукции. Материалы, соответствующие данному процессу, обозначаются знаком качества согласно RAL-GZ 960.

Некоторые производители выбирают свой путь. Например, специальный запатентованный датчик производит относительно точный выходной контроль на каждой панели со сравнительно низкими затратами.

В то время как производство осуществляется в контролируемых условиях обученным персоналом и обеспечивает высокое качество продукта, транспорт, хранение и в особенности работа с VIP элементами на строительной площадке представляют определенный риск. В связи с этим DIBt в общих строительных правилах для VIP элементов предписывает – установка данных панелей может производиться только специально обученным персоналом. Специалистами, обладающими достаточным опытом бережного обращения с панелями при застройке.

Вакуумная изоляция без проблем

На сегодняшний день панели VIP значительно превосходят по цене традиционные изоляционные материалы с аналогичным коэффициентом теплопередачи. Ориентировочная стоимость VIP толщиной 2 см составляет 50 – 100 евро за квадратный метр. К этой базе добавляются процессы проектирования, застройки и контроля качества, что в свою очередь увеличивает затраты. Тем не менее, использование этих элементов оправдывает себя в случаях:

  • Когда для стандартной изоляции недостаточно места, например на границе с пешеходной зоной, в подвальных перекрытиях;
  • Когда применение утоненных VIP позволяет сэкономить на дополнительных мероприятиях, например, при перемещении оконных и дверных перемычек, при изоляции террас или пола;
  • При наличии заявленного показателя теплопроводности и необходимости максимального использования полезной площади, например в районах с высокой плотностью населения и высокими ценами на землю, на небольших или неэффективно расположенных строительных площадках;
  • Когда необходимо учесть оформление здания, например, сохранить геометрические пропорции при ремонте, при работе с закрытыми элементами или памятниками.

Рис. 21 Области применения (синий) – например фасады (внутри и снаружи), балюстрады, полы, перекрытия, террасы или лоджии. Источник: FHNW



Рис. 22 Возможность последующей изоляции полов элементами VIP в проектах с ограничением строительной высоты. Фото: Fraunhofer IBP


Возведение нового торгового и жилого комплекса.
Компания Pool Architekten, Martin Pool, Мюнхен


Жилой и торговый комплекс в Мюнхене – первое крупное строение, полностью реализованное с применением концепции VIP элементов. Главная причина использования данного типа изоляции – экономическое преимущество от экономии места за счет уменьшения толщины фасада. В качестве дополнительных преимуществ – увеличение эффективности накопления солнечной энергии и улучшенная перспектива за счет утонения внутренних поверхностей.



Рис. 23 Шестиэтажный комплекс в Мюнхене включает в себя семь квартир, шесть офисных помещений, общая обогреваемая площадь – 1 350 м2, потребляемое тепло 22 кВтч/м2а. Фото: Sascha Kletzsch, München
Рис. 24 Термография показывает отсутствие отклонений. Фото: ZAE Bayern
Рис. 25 Большие стеклянные поверхности на скругленных углах здания – в областях минимального затенения – накопление солнечной энергии. Фото: Michael Heinrich, Мюнхен


Изоляционная толщина VIP не превышает 2 сантиметров, дополнительно усиленная несущая пластина для штукатурки толщиной 8 см. Подобная изоляционная система обеспечивает защиту от механических повреждений и атмосферных условий, а также сверхизоляцию тепловых мостов на местах креплений и соединений. При использовании традиционных изоляционных материалов для обеспечения аналогичной степени изоляции необходима толщина слоя в 25 сантиметров.

Разработанная в рамках данного проекта конструкция основывается уже на имеющейся системе с общими строительными правилами и нормами для изоляционных систем (нем.: WDVS) с PU-изоляцией. Другие системы проигрывали, прежде всего, по объему затрат и времени контрольных процедур, необходимых для получения разрешения в исключительных случаях.

Данное сооружение получило премию Deutschen Bauphysikpreis 2005 (в области строительной физики), Bayerischen Energiepreis 2006 (в области энергосбережения) и dena-Preis „Energieeffizienz und gute Architektur" (энергоэффективность и архитектура) 2009.

В рамках проекта VIP-PROVE этот объект подвергался детальному исследованию. Из общей площади VIP элементов в 750 м2 термографию удалось осуществить для 450 м2. Отклонений обнаружено не было.



Рис. 26 Учитывая, что элементы VIP подвержены механическому воздействию существуют специальные предписания для установки. Рис. 27 Этот элемент VIP проклеен с наружной стороны защитной тканью из стекловолокна. Фото: Lichtblau Architekten Фото: va-Q-tec


Варианты монтажа вакуумной изоляции

Вакуумные изоляционные панели представлены на рынке в разных форматах. Сократить затраты на проектирование и избежать специального изготовления может помочь использование размеров по модульной системе строительства. Специальное изготовление, подгоночные элементы, анкера приводят к удорожанию конструкции и требуют дополнительной подготовки производства.

Для строительных целей элементы VIP предлагаются в проклеенном, непроклееном состоянии или как готовый элемент. Ожидается, что на рынок выйдет множество продуктов и строительных систем с интегрированными панелями VIP.

Незащищенные VIP

За десять лет эксплуатации вакуумные изоляционные панели разных производителей уже успели зарекомендовать себя. Преимущество их применения помимо уменьшенной толщины, состоит в том, что вплоть до монтажа их качество поддается качественному контролю. При соответствующем проектировании дефектные панели могут быть заменены. VIP элементы с качественными отклонениями подвергаются переработке или утилизации. Большой недостаток – панели должна монтировать команда квалифицированных специалистов.

Проклеенные VIP гарантируют сравнительно хорошую механическую защиту, на строительной площадке при наличии проклеенных пограничных областей их можно подогнать по размеру. Дополнительный слой в свою очередь увеличивает общую толщину, дополнительно усложняется система контроля.

С целью увеличения прочности панели и/или для применения в определенных условиях, некоторые производители проклеивают VIP с обеих сторон. Материал для кэширования – начиная от аналогичных WDVS для наружной изоляции, деревянных или пластиковых пластин для внутренней конструкции до дополнительных резиновых слоев для усиления ударной шумовой изоляции, применяемых в перекрытиях полов.



Рис. 28 Предварительное изготовление строительных элементов на заводе обеспечивает хорошую защиту VIP. На строительной площадке такие элементы обрабатываются как панели с традиционными изоляционными системами. Фото: Variotec

Интеграция VIP в строительные элементы

Предварительно заготовленные строительные элементы с вакуумной изоляцией для фасада и крыши предлагаются в конструкции типа «сэндвич», бетонные элементы или элементы, сделанные по принципу изолирующего стекла. Кроме того, на рынке представлены отдельные компоненты, включая двери, оконные перемычки, короба жалюзи. В таких готовых деталях VIP устанавливаются на заводе с высокой точностью и при контролируемых условиях. Таким образом, минимизируются риски повреждения. При соответствующем проектировании удается избежать применения дорогостоящих деталей для подгонки и зон допуска, которые пришлось бы на месте заполнять традиционным изоляционным материалом. Проблема готовых элементов заключается в уменьшенной толщине и легкости. В подпорочных конструкциях прозрачные и непросвечивающие элементы с высоким уровнем теплоизоляции с одинаковой толщиной элементов могут быть скомбинированы в общую монтажно-крепежную систему.

Существующие методы контроля не предназначены для готовых элементов с интегрированными панелями VIP, так как для этого требуется свободный доступ к поверхности фольги VIP.

Проклеенные VIP
Реконструкция детского сада


Institut für Gebäude + Energie + Licht Planung (IGEL), Висмар

Отдел строительной физики и строительных элементов FIW Мюнхен, измерение и расчеты показателей по VIP, а также системы контроля общих строительных норм и предписаний по заказу производителя, принимает участие в исследовательских проектах по оптимизации VIP.

В исследовательском проекте, инициированном BMWi, изоляционные элементы VIP использовались в безоконных фронтонах – этот проект ознаменовал одно из самых масштабных (по площади) применение панелей VIP в реконструкции. При этом испытания и сравнение проходили две различные системы.

На западном фасаде панели VIP интегрировались в существующую изоляционную систему одним из коммерческих подрядчиков (2 сантиметра вакуумной изоляции + 3 сантиметра склейка). Подобная конструкция позволила сократить показатель теплопередачи с 1,25 Вт/(м2К) до 0,18 Вт/(м2К). Для восточного фасада применяли новые элементы VIP, которые в случае обнаружения повреждений или отклонений можно было заменить. При этом VIP были усилены прочными керамическими пластинами с наружной стороны. В данной конструкции расчетный показатель теплопроводности был уменьшен до 0,34 Вт/(м2К).

В рамках проекта VIP-PROVE оба типа конструкций проходили проверку относительно практической пригодности и срока службы. Вновь разработанные элементы, установленные на восточном фасаде здания, считаются пока «сырыми». Помимо некоторых продуваемых элементов VIP (ок. 5%) на термографии были выявлены термически слабые места – в местах соединений фасадных элементов.

Менее заметны тепловые мосты на западном фасаде. По результатам контрольных испытаний 2006 года продуваемыми были две панели и три небольших переходника на торце дома. Три года спустя повторные исследования не выявили никаких других отклонений.



Рис. 29 Энергопотребление, состояние постройки, невыгодное положение стало причиной реконструкции. Фото: IGEL, Wismar



Рис. 30 За керамическими синими пластинами расположена вакуумная изоляция. Фото: IGEL, Wismar

Инженер-испытатель и архитектор – два экспертных мнения

«FIW (исследовательский институт по вопросам теплоизоляции), Мюнхен уже на протяжении многих лет оказывает поддержку производителям VIP при разработке новых продуктов.

Мы измеряем и рассчитываем теплотехнические и механические свойства продуктов в рамках испытаний на соответствие общим строительным нормам.

Факт существования общих строительных нормативов говорит о том, что панели VIP «взрослеют» и выходят из стадии исследований. Новые разработки показывают стабильно низкие свойства теплопроводности после производства. Они незначительно меняются с течением времени, что говорит о продолжительности службы элементов после монтажа. За последние несколько лет значение теплопроводности постепенно снижалось и на сегодняшний день у большинства производителей составляет 0,007 Вт/(м K). Даже если одна из панелей выходит из строя и регистрируется продув, этот показатель находится на уровне 0,020 Вт/(мК), что является минимальным пороговым значением. Попадание талых вод и образование плесени на стенах и перекрытиях за обдуваемыми панелями удается предотвратить. Теплопроводность и механические свойства разрешенных панелей постоянно проверяются внешними наблюдателями, что улучшает общий уровень качества панелей».

«К моменту основания компании в 1987 году мы успешно провели эксперимент с прозрачной тепловой изоляцией (нем.: TWD). Впоследствии мы продолжили заниматься строительными элементами, в том числе вакуумной изоляцией. Уже в 1998 году наша компания получила запрос от ZAE Bayern (Центр энергоиследований в Баварии) на сопровождение исследовательского проекта с двумя прототипами. Мы согласились. С тех пор не было ни одного проекта без новых VIP элементов.

Архитектор Florian Lichtblau
Вместе с братьями Wendelin управляет компанией Lichtblau Architekten BDA, которая уже более 20 лет занимается научно-исследовательскими разработками в области перспективного строительства

Являясь ответственными проектировщиками, мы постоянно сталкиваемся с конструктивными особенностями, учитывающими возможность демонтажа элементов. Чем проще изготовлена деталь, тем быстрее и экономичнее можно заменить VIP панель. Мы рассчитываем на большой потенциал развития, в особенности это касается текущих исследовательских проектов в области промышленного производства модульных фасадов для высокоэффективной реконструкции зданий. Принимая во внимание развитие деревянного домостроения, систем вакуумного остекления, интеграции солнечной техники и т. д. мы предвещаем развитие новых концепций в рамках будущего развития строительной области. Мы называем эту тенденцию «второй шанс для архитектуры».



Источник: Bine Informationsdienst
Над выпуском работали:

ВЕРЕЩАГИН Викентий, ЗАХАРОВА Анна

Возврат к списку