Кіріспе
Құрылымдық оқшауланған панель немесе құрылымдық оқшаулағыш панель (SIP) – құрылыс индустриясында қолданылатын сэндвич панельдің бір түрі. SIP – бұл құрылыс материалы ретінде қолданылатын, екі құрылымдық қабаттың арасына қатты өзекті оқшаулағыш қабаттан тұратын сэндвич құрылымды композит. Қабаттар металл жақ, фанера, цемент, магний оксидінен (MgO) немесе бағытталған ағаш талшығынан (OSB) жасалуы мүмкін, ал өзегі кеңейтілген полистиролдан (EPS), экструдированный полистиролдан (XPS), полиизоцианурат көбігінен, полиуретан көбігінен немесе композиттік бал ұясынан (HSC) болуы мүмкін. SIP-тер I-нысан немесе I-баған сияқты құрылымдық қасиеттерге ие. SIP-тің қатты оқшаулағыш өзегі тор ретінде, ал сыртқы қаптама фланцтардың қызметін атқарады. SIP-тер дәстүрлі құрылыстағы тіректер мен қабырғалар, жылу оқшаулау, буды өткізбейтін және ауа өткізбейтін қабаттар сияқты бірнеше компонентті біріктіреді. Оларды сыртқы қабырғалар, шатырлар, едендер және фундамент жүйелері сияқты әртүрлі мақсаттарда қолдануға болады.
Тарих
Қалқанды өзекті панельдер 1970-ші жылдары назар аударуға лайық болғанымен, құрылыста кернеулі қабықталған панельдерді қолдану идеясы 1930-шы жылдары пайда болды. Технологияны зерттеу және сынау жұмыстары негізінен Висконсин штатының Мэдисон қаласындағы Forest Products Laboratory (FPL) жүргізді. Бұл, АҚШ Орман шаруашылығы қызметінің орман ресурстарын сақтауға бағытталған әрекеттерінің бір бөлігі болды. 1937 жылы шағын кернеулі қабықталған үй салынды, ол бірінші ханым Элеонора Рузвельттің назарын аударып, үйді салтанатты түрде ашуға шақырды. Мұндай панельді құрылымдардың беріктігіне дәлел ретінде, ол Висконсин климатының ауытқуларына төтеп берді және 1998 жылға дейін Висконсин университетінде (Мэдисон) балалар бағы ретінде пайдаланылды. Кейін, жаңа Фармация мектебінің құрылысына орын босату үшін бұзылып алынды. Кернеулі қабықталған панельдердің табысынан кейін, мықты қабықтар барлық құрылымдық жүктемені көтере алатыны және тіреу құрылымын мүлдем жоюға болатыны айтылды. Осылайша, 1947 жылы конструкциялық оқшауланған панельдерді (SIP) әзірлеу басталды, онда әртүрлі қабық материалдарымен – фанера, қатайтылған картон және өңделген картонмен – толқынды қағаз картонды өзегі сынақтан өтті. Ғимарат 1978 жылы демонтаждалды, ал панельдердің көпшілігі бастапқы күшін сақтап қалды, сыртқы ортаға төтеп беруге жарамсыз болған картонды қоспағанда. 1967 жылы ғимаратта полистирол өзекті және фанерамен қапталған қағаздан жасалған панельдер қолданылды, және 2005 жылға қарай панельдер жақсы көрсеткіштерді көрсетті. SIP жүйелерін 1965 жылдан 1984 жылға дейін Калифорния штатының Санта-Паула қаласындағы Woods Constructors компаниясы өз үйлері мен пәтерлерінде пайдаланды. Осы жұмыс Джон Томас Вудс, Пол Флатер Вудс, Джон Дэвид Вудс және Фредерик Томас Вудсқа 1989 жылдың 4 сәуірінде шығарылған модульді үйлерге арналған фундамент формасын (АҚШ патенты) патенттеу үшін ұқсас концепцияны пайдалануға негіз болды. Санта-Паула, Филлмор, Палм-Спрингс және айналасындағы көптеген үйлер SIP-ті негізгі құрылыс әдісі ретінде қолданады. Бұл жобаға (сол кездегі) ICBO және SBCCI, қазіргі ICC мақұлдады.
Материалдар
SIP-тер көбінесе кеңейтілген полистиролдан (EPS), экструдированный полистиролдан (XPS) немесе қатты полиуретан көбіктен жасалған көбік ядросын қамтитын OSB панельдерінен жасалады. OSB орнына фанера, төменгі қабаттағы іргетас қабырғалары үшін қысыммен өңделген фанера, болат, алюминий, Hardiebacker сияқты цемент тақтасы және тіпті тот баспайтын болат, талшықты пластмасса және магний оксиді сияқты экзотикалық материалдар да қолданылуы мүмкін. Кейбір SIP-тер панельдер үшін талшықты цемент немесе фанера парақтарын, ал ядро үшін бидай сабаны сияқты ауылшаруашылық талшықтарын пайдаланады. SIP-тің үшінші құрауы – SIP-тер арасындағы жалғауыш немесе байланыстырушы бөлік. Көлденең ағаш жиі қолданылады, бірақ ол жылу көпірін құрады және жылу оқшаулау қасиеттерін төмендетеді. Жалғауыш арқылы жоғары жылу оқшаулау қасиеттерін сақтау үшін өндірушілер оқшауланған ағаш, композиттік жалғауыштар, механикалық құлыптар, OSB панельдерін жабыстыру немесе басқа да креативті әдістерді қолданады. Таңдалған әдіске байланысты, толық қадау беттері немесе арттырылған құрылымдық беріктік сияқты қосымша артықшылықтар пайда болуы мүмкін.
Өндiру әдiстерi
SIP көбінесе дәстүрлі зауытта өндіріледі. Өңдеу жабдықтары қысым мен жылуды біркелкі және тұрақты түрде реттеу үшін қолданылады. SIP өзегіне қолданылатын материалдарға сәйкес екі негізгі өңдеу әдісі бар. Полистирол өзегі бар панельді өндіру кезінде, жабыстырушы желімнің толық еніп, қатаюын қамтамасыз ету үшін қысым мен жылу қажет. Әр түрлі нұсқалары болғанымен, көбік өзегі әдетте жабысқақпен жабылады, содан кейін сыртқы қабат орналастырылады. Үш бөлік үлкен қысым құрылғысына орналастырылып, қысым мен жылу қолданылады. Желім толық қатайғанша үш бөлік құрылғыда қалдырылуы керек. Полиуретан өзегі бар панельді өндіру кезінде, қысым мен жылу көбік процесіндегі көбіктің кеңеюінен туындайды. Сыртқы қабаттар қалып қызметін атқаратын үлкен қысым құрылғысына орналастырылады. Сұйық полиуретан материалдары құрылғыға ағып кіруі үшін сыртқы қабаттар бір-бірінен ажыратылып ұсталуы тиіс. Құрылғыға енгеннен кейін көбік көтеріле бастайды. Қалып/пресс, әдетте химиялық көбіктенуден пайда болатын жылу мен қысымға төтеп беруге бейімделген. SIP қалыпта/престе сәл қатайтылады және алынғаннан кейін бірнеше күн бойы толық қатаюын жалғастырады. Бұған дейін осы екі процесс те зауытта жүргізілетін. Алайда, соңғы жетістіктер SIP өңдеу жабдықтары арқылы SIP-терді құрылыс алаңында өндіруге мүмкіндік беретін балама ұсынды. Бұл дамып келе жатқан елдердегі құрылысшылар үшін қуантарлық жаңалық, себебі бұл технология жылыжай газдарының шығарындыларын азайтуға және тұрғын үйлердің тұрақтылығын арттыруға ең қолайлы, бірақ бұрын қол жетімсіз болған.
Пайдасы мен кемшіліктері
SIP-ті пайдалану дәстүрлі қаңқалы құрылысқа қарағанда көптеген артықшылықтар мен кейбір кемшіліктер әкеледі. АҚШ-та SIP-тің құны салыстырмалы қаңқалы құрылыс материалдарынан жоғарырақ; алайда, бұл басқа елдерде осылай болмауы мүмкін. SIP-ті пайдаланып салынған жақсы үйдің жылу жоғалтуы азырақ болады және қабырғалардың жылу сақтау қасиеттері жоғарылайды, бұл суық ауаның кіруін азайтып, пайдалану шығындарын төмендетеді. Сонымен қатар, SIP-тің стандартизацияланған және жиынтық сипатының арқасында құрылыс уақыты қаңқалы үйге қарағанда қысқа болуы мүмкін, сондай-ақ аз мамандықтарды қажет етеді. Панельдер еден, қабырға және шатыр ретінде қолданылуы мүмкін, ал панельдерді еден ретінде пайдалану, төмендегі оқшауланбаған кеңістік үстінде қолданғанда, ерекше пайдалы. Нәтижесінде, SIP-мен салынған ғимараттың толық өмірлік цикл құны, әдетте, дәстүрлі қаңқалы ғимаратқа қарағанда 40%-ға дейін төмен болуы мүмкін. Жалпы құрылыс құнының (материалдар мен еңбекақы) дәстүрлі қаңқалы құрылысқа қарағанда төмен болуы, жағдайларға, соның ішінде жергілікті еңбек нарығына және ғимарат дизайнының біріншісі немесе екіншісі үшін қаншалықты оңтайландырылғанына байланысты болады. OSB қаптамасы бар жүйе, кейбір жағдайларда, әсіресе осьтік жүктемеге төзімділікте, дәстүрлі қаңқалы құрылыстан жоғарырақ өнімділік көрсетеді. SIP-тер, жеке дизайнды енгізген кезде, қаңқалы үйлерге ұқсас әмбебаптықты сақтайды. Сондай-ақ, SIP-тер қаңқа, жылу оқшаулау және сыртқы қаптама ретінде қызмет етеді және нақты жұмыс үшін зауытта алдын ала кесілуі мүмкін, сондықтан сыртқы құрылыс қабырғасы тез салынуы мүмкін. SIP панельдері сонымен қатар жеңіл және ықшам болып келеді, бұл алаудағы құрылысқа көмектеседі. SIP-тің қоршаған ортаға тигізетін әсері де, олардың ерекше жылу оқшаулау қабілетіне байланысты өте жақсы. Олар сондай-ақ ылғал мен суыққа байланысты проблемаларға, мысалы, қысылудан жиырылуға және суық көпірлерге қарсы тұрады, бұл ағаш пен дәстүрлі құрылыс материалдарымен салыстыруға келмейді. Зертханалық жағдайларда сынағанда, қабырға, негіз, еден немесе шатыр жүйесіне енгізілген SIP тұрақты жағдайда (ауаның кіруі жоқ) орнатылады; шыны талшығынан жасалған жылу оқшаулауды қамтитын жүйелер тұрақты жағдайда орнатылмайды, өйткені олар ылғалды жою үшін желдетуді қажет етеді. Құрылымдық металдарды, мысалы, болатты қоспағанда, барлық құрылымдық материалдар уақыт өте келе деформацияланады. SIP-терде EPS немесе полиуретан көбік ядросы бар OSB қаптамалы SIP-тің деформациялану мүмкіндігі зерттелді және деформациялануды есепке алу бойынша ұсыныстар бар. Дәстүрлі емес қаптамалар мен ядролық материалдарды пайдаланудың ұзақ мерзімді әсерін анықтау үшін материалға тән сынақтар жүргізіліп, деформациялануды есепке алу шамаларын сандық түрде анықтау қажет.
Өлшемі мен сипаттамалары
Америка Құрама Штаттарында SIP панельдерінің ені 4 футтан (1,22 м) 24 футқа (7,32 м) дейін болады. Басқа елдерде типтік өнімнің өлшемдері 300, 600 немесе 1200 мм енімен және 2,4, 2,7 және 3 м ұзындығымен келеді, ал шатырлық SIP панельдерінің ұзындығы 6 м-ге дейін жетеді. Кішірек бөліктер тасымалдау мен орнатуды жеңілдетеді, бірақ ең үлкен панельді пайдалану мүмкіндігінше жақсы жылу оқшауланған ғимаратты құруға мүмкіндік береді. 15–20 кг/м2 салмақтағы ұзын панельдерді крансыз орнату қиынға соғуы мүмкін, сондықтан бұл фактор шығындар мен құрылыс алаңының шектеулеріне байланысты ескерілуі керек. Сонымен қатар, ерекше жағдайларда, мысалы, ұзын шатыр үшін, қажет болған жағдайда ұзындығы арттырылған панельдерді сұрауға болады. АҚШ-тағы панельдердің стандартты биіктігі 2,44-тен 2,75 метрге дейін (8-9 фут) болады. Панельдердің ені 4-тен 12 дюймға дейін өзгереді және АҚШ-та олардың құны шамамен 4–6 доллар/фут2 құрайды. 2010 жылдың 4-тоқсанында радиус, синусоида, арка және түтік тәрізді SIP панельдерін жасаудың жаңа әдістері коммерцияландырылды. Арнайы пішіндерді жасау және бекітудің күрделілігіне байланысты, мұндай панельдердің бағасы стандартты панельдерге қарағанда үш-төрт есе жоғары болады. EPS – қолданылатын көбіктердің ең көп таралғаны, оның жылу өткізгіштігі (R мәні) 25 мм қалыңдыққа шамамен 4 °F·ft2·h/BTU (немесе 0,7 K·m2/W) тең. Осылайша, панельдегі көбіктің R мәні 13,8-ге жетеді (ескерту: материалдың сызықтық емес жылу қасиеттеріне байланысты, R мәнін қалыңдық бойынша экстраполяциялау дәл болмауы мүмкін). Бұл көрсеткіш сыртқы қабырғаға арналған 13 R-дәрежелі шыны талшығымен салыстыруға болады, бірақ стандартты каркасты үйлерде жылуды жақсы өткізетін ағаш көп пайдаланылатындықтан, R 13,8 SIP қабырғасының жылу тиімділігі айтарлықтай жоғары болады. SIP үйлерінің ауа тығыздығының арқасында, АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің Energy Star бағдарламасы үйдің ауа өткізгіштігін бағалау үшін әдеттегі «есік сынағынан» гөрі тексеру протоколын енгізді. Бұл процесті жылдамдатуға және құрылысшының/үй иесінің ақшасын үнемдеуге мүмкіндік береді.
Стандарттау және жобалау
Халықаралық құрылыс кодексі SIP-терді жобалау үшін АПА, фанералық конструкция ерекшелігі 4 – «Фанералық сэндвич панельдерді жобалау және өндіру» стандартына сілтеме жасайды. Бұл құжат SIP-тің негізгі инженерлік принциптерін қарастырады, бірақ нақты бір өндіруші ұсынған панельдердің конструкциялық қасиеттерін көрсетпейді. 2007 жылы OSB қаптамалы SIP-терге арналған нормативтік жобалау ережелері алғаш рет 2006 жылғы Халықаралық тұрғын үй кодексінде енгізілді. Бұл ережелерде SIP-терді тек қабырға панельдері ретінде пайдалану бойынша нұсқаулар келтірілген. Осы авторлық құқықтары жоқ стандарттардан басқа, SIP индустриясы авторлық құқықтары бар кодты бағалау есептеріне көп жүктеледі. 2009 жылдың басында SIPA үшінші тарап өнімдерді бағалауды сертификациялайтын ICC NTA, LLC агенттігімен серіктестік құрып, барлық SIPA мүшелеріне қолжетімді болатын алғашқы салалық кодтық есепті жасады. Бұрынғы кодтық есептерден өзгеше, SIPA кодтық есебіндегі нормативтік ережелер инженерлік жобалау әдістемесіне негізделген, бұл жобалаушы маманға кодтық есепте қарастырылмаған жүктеме жағдайларын ескеруге мүмкіндік береді.