ПРИМЕНЕНИЕ СОТОВОГО ПОЛИКАРБОНАТА В ПОДЗЕМНЫХ ТЕРМОС ТЕПЛИЦАХ

Нурдан Мукатай, Айбек Атыханов,

Амантур Оспанов, Анар Ушкемпирова

Казахский национальный аграрный университет

1 Что такое сотовый поликарбонат и где он применяется

Сотовый (или как его часто называют "ячеистый") поликарбонат радикально отличается от всех прочих прозрачных материалов. Полые панели толщиной 4, 6 и 8 мм состоят из двух слоев поликарбоната, соединенных продольными ребрами жесткости, получаемые из гранул поликарбоната методом экструзии, образующими воздушные прослойки (структура панелей сходна с гофрокартоном). Материалы большей толщины (10, 16, 20, 25, 32, 35, 40 мм), как правило, имеют более сложную структуру, включающую 3 и более слоев и усиленную скрещенными ребрами жесткости. Панели обладают исключительно высокой ударопрочностью. Наличие воздушных прослоек делает сотовый поликарбонат очень легким материалом и придает ему высокие показатели тепло- и звукоизоляции. Панели благоприятно рассеивают свет, задерживая при этом вредный спектр ультрафиолетовых лучей и пропуская, тем не менее, 55-86% видимого света и весь спектр полезных для человека и растений лучей солнца.

Рисунок 1.1 - Сотовый поликарбонат

Этот материал очень конструктивен - сочетание высокой прочности панелей, способных выдерживать значительные снеговые и ветровые нагрузки и теплоизоляционных свойств, не уступающих стеклопакету с аргоновым заполнением, делает этот пластик наиболее популярным при необходимости прозрачного перекрытия отапливаемых зданий [1].

Сотовый поликарбонат невозможно разбить, и это, в совокупности с его пожаробезопасностью выгодно отличает этот материал от других видов прозрачных материалов. Возможность интересных архитектурных решений и легкость изготовления различных строительных элементов и конструкций из ячеистого поликарбоната дают такие свойства этого материала, как гибкость (возможность создания арочных и купольных покрытий) и большие размеры панелей (до 2100 х 12000 мм) [2].

Наконец, для каждого вида конструкции Вы можете подобрать оптимальный функционально обоснованный вариант по толщине, цвету и светопропускающей способности. Максимальную освещенность дают прозрачные панели. Тонированные панели "бронза" несколько приглушают проникающий свет, оставаясь, тем не менее, прозрачными. Белые панели могут быть полупрозрачными или практически непрозрачными.

Спектр применения сотового поликарбоната в строительстве очень широк: неоценимую помощь он оказывает городскому строительству, сельскому хозяйству, дизайнерам, а также пользуется неизменным спросом индивидуальных застройщиков. Конструкции из сотового поликарбоната сегодня престижны, современны и являются показателем того, что их хозяин "не отстает от жизни". Сотовый поликарбонат изначально проектировался для использования в теплицах и других помещениях, где необходимо максимально сохранять необходимую температуру воздуха и пропускать солнечный свет. Основная область применения - сельское хозяйство (теплицы, оранжереи) и строительство (светопрозрачные кровля, арочные перекрытия, козырьки, навесы, автостоянки, торговые центры, спортивные сооружения, АЗС, павильоны для бассейнов, зимний сады). Одна из сфер применения сотового поликарбоната - это аграрный сектор. Сочетание высокой прозрачности с достаточно высоким светорассеиванием (исключающим ожоги растений прямыми солнечными лучами), очень низкой теплопроводностью (позволяющей снизить расходы на отопление примерно на 30 %), прочностью и долговечностью делает поликарбонатные панели незаменимым материалом[8]. Теплица, покрытая пленкой, по-видимому, навсегда останется в прошлом веке. Непрочность и недолговечность пленки (даже, если она не порвется, то под влиянием УФ-лучей солнца менее чем за три года она неизбежно придет в негодность, попросту разрушившись), необходимость снимать ее на зиму и устанавливать весной на прежнее место, да и просто неприглядный вид этого материала говорят о том, что сегодня пленка "устарела" и не имеет дальнейших перспектив. Стеклянные теплицы - более долговечны, но, тем не менее, необходимость почти ежегодной замены разбитых стекол удручает владельцев и этих теплиц. Кроме того, теплоизоляция одинарного остекления невелика, а устройство двойного остекления вызывает проблемы, и, прямо скажем, для простой теплицы - слишком дорогое удовольствие.

Листы сотового поликарбоната выдерживают значительные снеговые и ветровые нагрузки и сохраняют все механические и оптические свойства в диапазоне температур от -60° до +80° С. Материал горит только в открытом пламени, не образует горящих капель и является самозатухающим. Кроме того, горение поликарбоната не сопровождается выделением ядовитых веществ.

2 Основные характеристики сотового поликарбоната

- Легкий вес - от 0,8 до 3.0 кг/кв. м

- Высокая степень прозрачности - до 86% (пропускает полный спектр солнечного излучения необходимый для развития растений)

- Благоприятное светорассеивание (при использовании в теплицах, растения не получают солнечные ожоги и равномерно освещаются)

- Отличные теплоизоляционные свойства (панели толщиной 6мм сопоставимы со стеклопакетом).

- Возможность сгибания в холодном состоянии (позволяет монтировать панели в зимнее время).

- Эстетическая привлекательность (имеются разные цвета - голубой, белый, коричневый, прозрачный).

- Высокая ударопрочность (в 190 раз прочнее стекла).

- Высокая несущая способность (при проектировании строительных конструкций следует учитывать, что максимальная прочность достигается при изгибе панелей поперек ребер жесткости).

- Пожаробезопасность (при очень высоких температурах материал плавится, но не допускает распространение огня и не выделяет ядовитых веществ).

- Стойкость к воздействию химикатов.

- Морозостойкость до -60 С.

- Максимальная температура применения до +120С

- Защита от жесткого ультрафиолетового излучения (панели сотового поликарбоната необходимо устанавливать слоем, защищенным от УФ-лучей наружу)

- Долговечность (гарантия до 10лет, срок службы теоретически равен 50 годам) [2].

Таблица 1.1 Технические характеристики сотового поликарбоната

Характеристики
Масса1м^2в, граммах. Расстояние между ячейками в, миллиметрах.	800 5,7	1300 5,7	1500 11	1700 11	2700 20
Светопропускание для прозрачного в, %. Светопропускание для матового в, %.	80 32/42	86 32/42	81 32/42	84 32/42	73 32/42
Коэффициент теплопередачи в, Вт/м^2*^0С	3,9	3,6	3,2	2,8	2,3
Водопоглощение за 24 часа в, %	0,35	0,35	0,35	0,35	0,35
Температурный рабочий диапазон в, ^0С.	от -60 до +120	от -60 до +120	от -60 до +120	от -60 до +120	от -60 до +120
Теплостойкость в, ^0С	150	150	150	150	150

Таблица 1.2 Свойства сотового поликарбоната

Свойства	Ед.изм.	Поликарбонат
Плотность	г/см^3	1.2
Модуль упругости при изгибе	МПа	2250
Твердость по Роквеллу		95
Ударная вязкость по Изоду, с надрезом	кДж/м^2	01.10.2015
Максимальная температура эксплуатации	^оС	120
Коэффициент линейного теплого расширения, м/м	^оС	(6,5-7,0)х10^-5
Температура размягчения по Вика	^оС	150
Температура устойчивости под нагрузкой (0,46Мпа)	^оС	136-144
Температура устойчивости под нагрузкой (1,8Мпа)	^оС	124-131
Воспламеняемость		В1

3 Сравнение покрытий теплиц

Таблица 1.3 Сравнение сотового поликарбоната с другими материалами, применяемыми в покрытии теплиц.

	Пленка	Стекло	Сотовый поликарбонат
Вес	Очень легкий, нуждается в надежном закреплении от ветра.	Тяжелый, требует фундамента.	Легкий, самонесущая конструкция без особых требований к опоре.
Долговечность	2-3 года, разрушение под действием солнца (УФ) и кислорода.	Раздавливается снегом, разбивается градом, неосторожным ударом, в т.ч. садовым инструментом. Стекло только ограждающий материал. Прямоугольные рамы нежесткие по определению. Морозное пучение грунта и последующее неравномерное оттаивание и просадка перекашивают рамы, стекло колется.	До 80 лет, не разрушается УФ и светом. Сотовый поликарбонат силовой элемент конструкции, теплица устойчива к перекосам.
Эстетика, внешний вид, шум	Страшная, пленка мутнеет очень быстро. Малейший ветер постоянно с шумом выгибает и треплет пленку.	Строгое и плоское. Прекрасный внешний вид после аккуратной мойки. Сильный ветер шумит на острых углах.	Модерновый. Пыль почти не видна, легко и просто моется. Аэродинамичная форма легко и просто обтекается воздухом
Безопасность	Не опасна	Хрупкое, осколки очень опасны. Падение людей на стекло и падение разбитого черенком лопаты стекла на человека случаются ежегодно. Вандалы легко могут нанести большой ущерб.	Прочный не травмоопасный, разбить практически нельзя.
Микроклимат	Ниже среднего	Средний	Высокие теплоизоляционные свойства. Конденсат скатывается на периметр, каплепадения на листья нет. Оптимальное светопропускание по длине волны, хорошее светорассеяние.
Цена	Низкая	Высокая	Средняя

Таблица 1.4 Теплоизоляционные свойства

Толщина, мм/количество стенок	Удельный вес, кг/м^2	Теплопроводность, Вт/м^2/^оС
		Поликарбонат	Стекло	Стеклопакеты
4Н/2	0,8	3,9	5,8	3,0
6Н/2	1,3	3,7	5,8	3,0
8Н/2	1,5	3,4	5,7	3,0
10Н/2	1,7	3,2	5,5	3,0
16Н/3, 16Х/3	2,7	2,4	-	3,0
16Н/6	2,7	2,1	-	3,0
20Н/2	3,7	1,8	-	3,0

Таблица 1.5 Сравнительный коэффициент теплопередачи структурных поликарбонатных листов в сравнении со стеклом.

Толщина, мм	Коэффициент теплопередачи, Вт/м^2/
	Поликарбонат	Одинарное стекло	Двойное стекло
4	4,1	-	-
6	3,7	5,8	3,0
8	3,6	5,7	3,0
10	3,4	5,7	3,0
16	2,2	5,5	3,0

Таблица 1.6 Сравнительная масса различных материалов для остекления со структурными поликарбонатными листами.

Толщина, мм	Вес, кг/м^2
	Поликарбонат	Одинарное стекло	Двойное стекло	Акриловый материал
4	0,8	-	-	-
6	1,3	5,8	3,0	-
8	1,5	5,7	40	3,5
10	1,7	5,7	5,0	-
16	2,7	-	-	-

Таблица 1.7 Сравнительная звукоизоляция одинарного остекления листа из сотового поликарбоната и обыкновенным силикатным стеклом.

Толщина, мм	Звукоизоляция, дб
	Поликарбонат	Одинарное стекло
4	16	30
6	18	31
8	18	32
10	19	33
16	21	34

4 Монтаж и основные способы крепления листов из сотового поликарбоната. Общие рекомендации

• Поверхность листов из сотового поликарбоната очень чувствительна к механическим воздействиям. Поэтому монтаж следует производить, не удаляя защитную пленку с обеих поверхностей листа

• Плиты нельзя крепить или зажимать слишком сильно, так как это будет препятствовать естественному тепловому расширению, вызывая отрицательное воздействие на конструкцию (напряжения и продольные изгибы). Необходимо предотвратить попадание влажности, пыли и насекомых в открытые концы листа. Для этого их необходимо обклеить соответствующими лентами и в случае необходимости одеть замыкающие профили для защиты лент от механических повреждений. Маленькие отверстия, просверленные в нижних профилях, служат для циркуляции воздуха, благодаря чему в большинстве случаев, будет предотвращена конденсация водяного пара внутри каналов. Верхний конец листа должен быть всегда тщательно закрыт.

• Материал способен впитывать влагу из атмосферы. Снижение относительной влажности может привести к образованию конденсата внутри каналов листа, удалить который уже в собранной конструкции будет нелегко. Поэтому перед монтажом необходимо выдержать материал несколько суток в сухом помещении, а затем заклеить торцы самоклеющейся алюминиевой лентой. В случае если конденсат уже образовался, его можно удалить, продувая пустоты сжатым воздухом.

• Не следует применять на поверхности сотового поликарбоната газо- и паронепроницаемые материалы (например, полиэфирные и металлизированные пленки). Влага, выпарившаяся на поверхность, образует тонкий слой воды между сотовым поликарбонатом и нанесенной пленкой. Следствием может явиться образование пузырей, отслоение пленки или почернение металлизированного слоя.

• Крыши из сотового поликарбоната следует всегда проектировать с наклоном как минимум 5 (около 90 мм/м), чтобы обеспечить сток дождевой воды.

• Запрещается ходить непосредственно по листам.

В случае необходимости следует применять доски, опирающиеся, как минимум, на несколько ребер листа. Складировать сотовый поликарбонат необходимо на деревянных брусьях шириной не менее 100 мм, в стопку один на один высотой не более 1000 мм. Стопку листов необходимо закрыть непрозрачным материалом. При хранении под интенсивным солнечным светом защитная пленка может склеиться с поверхностью листа. По возможности листы должны храниться в изолированном от внешних атмосферных воздействий помещении.

5 Монтаж сотового поликарбоната

Для правильного монтажа, следует все настоящие рекомендации соотнести с особенностями конструкции и с условиями, в которых будет происходить монтаж.

Крепление сотового поликарбоната должно быть последней операцией монтажа. Несущая конструкция должна быть полностью подготовленной: все составляющие ее элементы закреплены на своих местах, если конструкция окрашивалась или покрывалась специальными растворами, то все они должны быть высушены.

Рис.2.1. Крепление листов сотового поликарбоната алюминиевым профилем к несущей.

Сотовый поликарбонат имеет слой, устойчивый от воздействия УФ. Эта сторона покрыта пленкой с многочисленными надписями (содержащими рекомендации по складированию, обработке, монтажу и т.д.). Листы следует монтировать указанной стороной вверх (наружу). Незадолго до монтажа, необходимо отсоединить защитную пленку с обеих сторон листа на расстоянии около 50 мм от краев листа и опорных поверхностей. Это сократит до минимума возможность повреждения или царапанья листа во время монтажа. Полностью защитную пленку следует снять только после завершения монтажа.

Листы нужно устанавливать так, чтобы направление ребер соответствовало направлению наклона крыши (плоскость ребер - вертикальная), что обеспечит более эффективный отвод конденсата (см. рис. 2.3).

Рис.2.2. Защита внутреннего пространства каналов.

Каналы должны быть защищены от проникновения пыли и насекомых, а также от излишней влаги (см. рис. 2.3). Верхний край листа должен быть плотно закрыт. Для этого применяется липкая непроницаемая лента HDPE (маркировка TZ-Z…) шириной, соответствующей ширине листа. Нижний край листа защищается липкой, пропускающей водяной пар, лентой HDPE (маркировка TZ-P…) соответствующей ширины. Она не позволяет проникать в каналы пыли и насекомым, но пропускает в каналы воздух, благодаря чему происходит выравнивание парциального давления водяного пара в воздухе, находящемся в каналах, и снаружи. При этом изоляционные свойства листа не ухудшаются.

Нужно убедиться в том, что все вспомогательные средства, использованные в ходе монтажа, не влияют отрицательным образом на лист.

Следует обеспечить необходимую ширину опорной поверхности листа в крепящем профиле не менее 20 мм (см. рис. 2.2. и 2.4.).

Важно помнить, что, по крайней мере, одно ребро должно быть установлено и закреплено в профиле несущей системы. Ввиду теплового расширения поликарбонатных листов, которое, как правило, выше, чем у остальных материалов, применяющихся в конструкции, эти листы не могут быть закреплены слишком плотно. Установка без достаточного зазора приведет к температурным напряжениям и боковому выпучиванию! На практике, требуемый зазор может быть определен как 3,5 мм на каждый метр длины либо ширины формата.

Рис.2.3. Крепление листов сотового поликарбоната алюминиевой системой.

Для того чтобы обеспечить листу свободу смещения при расширении, связанного с изменением температуры, в случае листа длиной 2000 мм, отверстия должны иметь диаметр, как минимум, на 6 мм больше чем диаметр крепящего винта, а отверстия для грибкообразных прокладок - диаметр не менее 18 мм. Каждая очередная 1000 мм длины листа требует увеличение диаметра отверстия на 2,5 мм. Запрещено чрезмерно крепкое крепление и зажим листов, ибо это ограничивает свободу расширения и отрицательно сказывается на конструкции.

Рис.2.4. Крепление листов сотового поликарбоната к несущей с помощью грибкообразного соединителя и поликарбонатного профиля.

Рис.2.5. Дополнительное крепление листов сотового поликарбоната.

На коньковых навесах, а также в местах больших ветровых нагрузок необходимы дополнительные крепления. Для этого применяются грибкообразные прокладки из полиамида (Рис. 2.5. и 2.6.). В этом случае не следует сильно зажимать винты. Максимальное провисание листа на коньковый навес должно составлять 50-60 мм, что обеспечит правильный сток дождевой воды в сточную трубу[3].

Выводы

Сотовый поликарбонат - наилучший материал для покрытия теплиц на сегодняшний день. Даже самые тонкие панели по теплоизоляционным свойствам значительно превосходят простое остекление.

Панели легко гнутся, а один лист способен перекрыть сразу 24 кв.м. Гарантийный срок такого покрытия - не менее 10 лет. Поликарбонатные соединительные профили надежно закрепят листы на металлической или деревянной основе каркаса и придадут теплице законченный и очень красивый вид. Легкость этого материала позволяет применять в теплицах простейшие терморегуляторы для открывания форточек. Целесообразно использовать панели толщиной от 6 до 10 мм (для неотапливаемых теплиц) и толщиной 16 мм, если теплица отапливается.

Поликарбонат конструктивен сочетание высокой прочности панелей, способных выдерживать значительные снеговые и ветровые нагрузки и теплоизоляционных свойств. Срок службы поликарбоната напрямую зависит от области применения и внешних факторов. Теплоизоляция сотовых панелей почти в три раза лучше, чем у стекла. Сотовый поликарбонат невозможно разбить, и это, в совокупности с его пожаробезопасностью выгодно отличает этот материал от других видов прозрачных материалов.

Литература

1. Касымбаев Б.М., Атыханов А.К., Караиванов Д.П. Состояние солнечного теплоснабжения теплиц в учебно-производственном хозяйстве КазНАУ. Материалы международной научно-практической конференции «УАЛИХАНОВСКИЕ ЧТЕНИЯ – 18» 25-26 апреля. Том 7. 38-41стр. Көкшетау, 2014г.

2. Атыханов А.Қ., Касымбаев Б.М., Юсупов Ж. Е. Көпсалалы гелиокептіргіш- жылыжайдың тиімділігі. «Ізденістер, нәтижелер» журналы. №4.2012 ж. 152-155 б.

3. Завьялов А.Ю., Старжинский В.Н., Совина С.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ДВОЙНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ШУМА В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕХАХ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6.