Кровли из сэндвич-панелей PIR: замена традиционному способу устройства плоских кровель с утеплителем из минеральной ваты

В повседневной работе мы всегда используем конструктивные решения, однажды ставшие шаблонными. Так, проектировщики из проекта в проект переносят решение по утеплению крыш минеральной ватой и кровельным ковром из полимерной мембраны.  Помните, каким прогрессивным было это решение на фоне крыш с основанием под кровлю из цементно-песчаного раствора? Ведь исключался слой стяжки, разгружалась крыша, исчезали мокрые процессы..

Но, как говорится, мир на месте не стоит, материалы и технологии совершенствуются. Поэтому давайте поговорим об относительно новом конструктивном решении для плоских кровель - сэндвич-панелях с сердечником из пенополиизоцианурата (PIR). PIR является эволюционным развитием пенополиуретановой теплоизоляции, и уже давно и активно применяется в Европе и Америке. В чем же его преимущества?

Конструкции крыш с минеральной ватой

Если говорить о достоинстве кровельных конструкций с минватой, то это - их высокая огнестойкость, обусловленная тем, что каменная вата относится к негорючим материалам (НГ). Этот показатель актуален там, где требуется обеспечить повышенные требования пожарной безопасности, например, в зданиях I степени огнестойкости.

В других же случаях на первый план выходит такое качество минеральной ваты как паропроницаемость. Именно это свойство определяет нежелательные процессы, с высокой долей вероятности протекающие в крышах с таким утеплителем.

Высокая паропроницаемость определена структурой минеральной ваты. Волокна, скрепленные фенол-фомальдегидной смолой, образуют мелкие воздушные поры, по которым попавший внутрь кровельного пирога водяной пар может перемещаться как по толще утеплителя, так и в плоскости всего покрытия. Способов попасть внутрь утеплителя у водяного пара много – это и негерметичные стыки полотнищ пароизоляции, и ее неправильная укладка в местах примыканий к парапетам, и множество отверстий от пронизывающего утеплитель и пароизоляцию механического крепежа и др.

При снижении температур, например, зимой, водяной пар конденсирует, и, если зона конденсации находится близко к кровельному покрытию, сконденсированная влага может замерзнуть. В результате термическое сопротивление такой крыши существенно понизится, а вот затраты на отопление такого здания пропорционально возрастут.

Следующий момент, на который хочется обратить внимание, это взаимосвязь между структурой минераловатного утеплителя и его прочностью.

Сами по себе волокна ваты не отличаются высокой устойчивостью к нагрузкам. Форму и прочность вате задают связи между волокнами. При этом их несущая способность относительно невелика и под равномерно распределенной нагрузкой (например, снеговой) компенсируется их количеством. В случае же с кровельным ковром из полимерных мембран слой, способный распределить нагрузку на большую площадь утеплителя, отсутствует. И связи между волокнами разрушаются под воздействием сосредоточенных нагрузок, которые возникают даже на неэксплуатируемых кровлях при перемещении персонала – при плановом осмотре элементов кровли (воронок, ендов и т.п.), при обслуживании расположенного на крыше технологического оборудования.

Наиболее негативные последствия на вату оказывает одновременное сочетание двух факторов – сосредоточенных нагрузок и увлажненности, что приводит к необратимому разрушению ее структуры.

Так, эксперты в области плоских крыш отмечают, что средний срок службы до капремонта кровли, уложенной по минеральной вате, примерно в 2 раза меньше, чем при использовании изоляции с замкнутыми ячейками и большей прочностью на сжатие.

Андрей Кашабин, эксперт  Ассоциации НАППАН,  представитель  компании-производителя  сэндвич-панелей:

Стоит отметить еще одну особенность, свойственную панелям с минеральной ватой. При появлении условий для протечки осадков, например при недостаточных нахлестах обшивки панелей или разгерметизации стыков и т.п.) создаются все предпосылки к насыщению водой не только поврежденного участка крыши, но и всего ската, расположенного ниже этого участка.

Безусловно, волокна минваты подвергаются обработке гидрофобизирующими добавками, но в условиях работы в крыше между облицовками сэндвич-панели они не могут остановить проникновении воды по капиллярам между волокнами ваты.

Конструкции сэндвич-панелей с сердечником из PIR

К преимуществам сэндвич-панелей с PIR, наиболее важным в кровельных конструкциях, следует отнести существенно более низкую паропроницаемость и водопоглощение, малый вес, низкую теплопроводность и высокую прочность, которые вкупе обеспечивают надежность и долговечность. А теперь по порядку.

Низкая паропроницаемость и водопоглощение обусловлены структурой PIR – полимер представляет  собой множество замкнутых ячеек. При этом стенка одной ячейки одновременно является и стенкой соседней ячейки. Именно поэтому ни водяной пар, ни вода не могут пройти через такую структуру и повлиять негативно на ее свойства.

Владимир Илюшкин, эксперт Ассоциации НАППАН, представитель компании-производителя сэндвич-панелей:

Если теплопроводность кровельной минваты находится в интервале 0,037 Вт/мК-0,048 Вт/мК, то теплопроводность PIR почти в два раза ниже - 0,022Вт/мК-0,024Вт/мК, и практически не изменяется со временем. Подтверждением этому являются исследования полиуретановой изоляции, изъятой из строительных конструкций объектов со сроком эксплуатации в несколько десятилетий (28 лет и 33 года).

Изыскания выполнял авторитетный исследовательский институт теплоизоляции FIW (Германия), который подтвердил, что теплоизоляция полностью годна для эксплуатации и продолжает соответствовать всем заявленным значениям и характеристикам.

Плотность сердечника PIR составляет около 40кг/м.куб. Сравните с минеральной ватой – 100-110кг/м.куб. Применение сэндвич-панелей PIR позволяет разгрузить каркас здания, уменьшить его металлоемкость, упростить и ускорить технологию монтажа панелей.

Фактор прочности на сжатие для кровельных сэндвич-панелей имеет большое значение.

Прочность панелей PIR значительно выше, чем у панелей с минватой. Объяснение этому тоже простое: при одинаковых облицовках панелей прочность сердечника PIR свыше 100-150кПа, а минеральной ваты, как правило, не превышает 60-70кПа.

Надежность сэндвич-панелей PIR считается также выше. Дело в том, что в панелях PIR не три, а два компонента – это сердечник и обшивка. Третий компонент, - клей, -  не требуется, так как при изготовлении панелей PIR сырье вспенивается прямо между обшивками, образуя единую монолитную конструкцию.

Как следствие такой системы, мы получаем:

• герметичность конструкции при локальных повреждениях (даже при негерметичной облицовке ни вода, ни пар через сердечник не пройдут),
• более высокую прочность на сжатие,
• более высокие расчетные характеристики по несущей способности,
• возможность использовать облицовку с любым рисунком поперечного профиля (пена в любом случае заполнит весь объем панели).

Сэндвич-панели PIR с трапециевидной профилировкой верхней обшивки применяют при уклонах кровли от 3° и выше. В зависимости от угла наклона крыши меняется величина торцевой нахлестки панелей, призванная обеспечить герметичность их стыков по длине ската, при этом в диапазоне уклонов от 3° до 5° стыковка панелей по длине (по торцам) не допускаются.

Алексей Горохов, исполнительный директор Ассоциации НАППАН:

«Для крыш с таким углом наклона и большой длиной ската следует применять специальные PIR панели для плоской кровли, или конструкции крыш послойной укладки с применением той же PIR-изоляции в виде жестких PIR-плит и кровельным ковром из полимерной мембраны»

Стоит отметить и показатели пожарной опасности для сэндвич-панелей PIR.

PIR является огнестойкой разновидностью пенополиуретанов и сэндвич-панель PIR относится к слабогорючим материалам. Тем не менее, сэндвич-панели PIR, как правило, соответствуют классу пожарной опасности К1 и уступают по этому показателю панелям на каменной вате с показателем К0.

Но даже с таким показателем сэндвич-панели PIR могут применяться в крышах зданий и сооружений с классом конструктивной пожарной опасности С1-С3, имеющих II-V степень огнестойкости.

Андрей Кашабин, эксперт  Ассоциации НАППАН,  представитель  компании-производителя  сэндвич-панелей:

«Если 5-7 лет назад производились только сэндвич-панели с пенополиуретаном PUR, которые имеют показатель пожарной опасности не лучше К2(15), что соответствует требованиям, предъявляемым к примерно 15% всех нежилых зданий, то с появлением PIR изоляции в качестве сердечника такие сэндвич-панели уже соответствуют требованиям, под которые попадает около 70% всех нежилых (производственных, торговых, общественных и др.) зданий, которые строятся в России»

Итак, использование кровельных сэндвич-панелей PIR является прогрессивным конструктивным решением, которое обречено стать шаблонным. Данное решение развязывает руки архитекторам при подборе материалов с нужными характеристиками, снимает вопросы по долговечности и надежности для заказчиков, значительно повышает скорость монтажа и эффективность строительства.

Сэндвич-панели PIR применимы во всех проектах зданий и сооружений с соответствующими требованиями к пожарной безопасности, и не стоит забывать, что таких зданий в стране более половины (не учитывая жилые здания).

Автор: Илья Юмалин.
Материал подготовлен при участии специалистов Ассоциации «НАППАН»