Экологические древесные материалы в современном строительстве

 

Деревянное домостроение  как вид строительства,  существует несколько тысячелетий. Изделия и конструкции из дерева надёжны, долговечны и доступны в обработке, а самое главное — экологичны.  Бытует ошибочное мнение о не долговечности деревянных домов в сравнении с кирпичными, на самом деле это не так. Одной из самых старых деревянных построек, храму Хорюдзи (Япония) сейчас примерно 1400 лет, а храм на острове Кижи (сейчас музей Кижи) построен в 17-ом веке.

И это не единичные примеры деревянных зданий, насчитывающих не одну сотню лет, хорошо сохранившихся до наших дней достаточно много во всем мире. В России деревянное домостроение отошло на второй план. Уступив место каменному, лишь в конце 19-го века, до этого же, из дерева на Руси строили всё: от простой деревянной изгороди до церквей, царских хором и крепостей, но этих строений практически не сохранилось из-за многочисленных войн и пожаров.

Технологии строительства деревянных домов:

Исторически так сложилось, что во всем мире здания из дерева строили во многих странах, однако, в каждой местности были свои особенности деревянного домостроения, начиная от архитектуры построек (фахверк в германии, сруб из кругляка на Руси и.д.)и заканчивая особенностями изготовления деталей и их монтажом. Позже эти особенности сформировались в различные технологии, существенно различающиеся между собой, каждая из которых имеет  свои достоинства и недостатки, ведь каждая из них была изначально приспособлена к определенным климатическим  и географическим особенностям [12]. Вот основные из них:

- Каркасные дома

- Дома рубленные вручную  из бревна и лафета

- Дома из оцилиндрованного  бревна

- Дома из строганного бревна

- Дома из клееного бруса

- Опорно-брусовые дома (фахверк)

В настоящее время наиболее перспективным  в массовом  деревянном домостроительстве считается каркасное домостроение, являющееся одной из самых гибких систем деревянного домостроения. Каркасное строительство даёт большие возможности для создания разнообразных архитектурно-планировочных решений, высокого эксплуатационного качества и ремонтопригодности.

По каркасной технологии можно проектировать и строить деревянные дома выше двух этажей. В Европе, США и скандинавских странах давно строят многоквартирные каркасные дома. В 2006 году компания Renggli AG в Сурзее (Швейцария) построила первый 6-этажный деревянный дом. В России успешно реализованы проекты строительства 2-х и 3-этажных многоквартирных домов в Перми.

В настоящее время пользуется большим спросом каркасно-деревянная технология для строительства загородных коттеджей. Экологичность каркасного дома во многом зависит от того, какие материалы используются при утеплении и обшивке стен. Поскольку утеплитель занимает значительное пространство внутри стенового каркаса, важно, чтобы в его составе не было опасного для здоровья людей фенола и формальдегида.

Использование экологичного утеплителя позволит успешно решить данную проблему и сделать жилище уютным, комфортабельным и безопасным. Часто с этой целью используются плиты и маты из льняного волокна, конопляной пеньки, особым образом переработанной целлюлозы, соломенные блоки и т.д. Все эти утеплители являются обработанными материалами растительного происхождения. Волокна, из которых состоит утеплитель, могут поглощать и отдавать влагу. При строительстве дома не обязательно использовать пароизоляцию. Достаточно установить дышащую мембрану, которая позволит влаге выходить через стены, улучшая, таким образом, воздух в помещении. На экологичность каркасного дома влияет также и материал внешней отделки. Используемые в качестве облицовки ориентировано-стружечные плиты (ОСП) прочны и надежны. Однако они имеют один недостаток – низкую паропроницаемость. Из-за этого должным образом не осуществляется выход пара через стены, что приводит к появлению сырости. В связи с этим рекомендуется использовать ОСП изнутри помещения. А вот для наружной отделки прекрасно подойдут древесноволокнистые плиты, поверх которых выполняются декоративные внешние отделочные работы[19].

Деревянный дом из бревен ручной рубки. Рубленое бревно не подвергается производственной обработке, сохраняя при этом естественный сбег бревна. Отличает рубленый дом возможность использования цельных бревен длиной до 12 метров, что дает возможность создавать в доме открытые пространства большой площади (openspace). Каждое рубленое бревно обрабатывается вручную и подвергается минимальной механической обработке, сохраняя свою природную форму и структуру. Бревно сохраняет естественную форму и верхний заболонный слой древесины, что продлевает срок службы бревна и строения в целом. Данный строительный материал отвечает всем требованиям предъявляемым к экологичному, теплому и надежному дому. Древесина бревна фильтрует воздух и регулирует влажность, являясь естественным кондиционером в доме. Смола, находящаяся в бревне, насыщает воздух бактерицидными веществами, поэтому проживание в рубленном доме оказывает благодатный эффект на здоровье человека.

Домостроение из клееного (клеёного бруса):

Идея соединения деревянных брусьев с помощью клина принадлежит архитектору Филиберу Делорму. В 1548 году он впервые применил этот метод соединения деревянных частей при проектировании и строительстве арочных частей зданий дворцового масштаба.  В последствии эта технология претерпела много изменений.  В строительстве деревянный каленый брус применяется для возведения деревянных зданий различной сложности и значимости.  Прочность и несущая способность таких зданий очень высока, а вес при этом незначителен. По этим качествам, конструкции из клееного бруса выигрывают  в сравнении с аналогичными конструкциями из оцилиндрованного бруса.  Преимуществами этого материала можно так же считать и то, что здания, построенные из клееного бруса, дают минимальную  усадку, высокую огнестойкость, отсутствие сквозного растрескивания, высокую теплоизоляцию в сравнении с цельной древесиной, прочность и долговечность, «мебельное» качество, не требующее выполнения какой либо внутренней отделки.

Но технология строительства зданий из клееного бруса имеет один серьезный недостаток, который на сегодняшний день не позволяет ей стать массово распространенной: здания из клееного бруса, в сравнении с деревянными технологиями, самые дорогие. Дороговизна их объясняется высокой стоимостью самого материала, который производится на очень высокотехнологичном оборудовании, а сам процесс производства требует привлечения квалифицированных кадров.

Опорно - брусовые дома ( фахверк).

Фахверковое домостроительство в Европе начало набирать обороты начиная с 13-го века.  Дом, построенный по фахверковой технологии, называется фахверкхаус. Фахверк – это один из древнейших типов строительных построек. Несущей конструкцией фахверкового здания служит деревянный каркас, образованный системой клееных балок и колонн. Фахверковые дома отличает высокая степень безопасности и экологичности, а также хорошая адаптация к меняющимся климатическим условиям. Безопасность для человека и экологичность фахверковых домов объясняется использованием натуральных строительных материалов. В частности, таким материалом являются хвойные породы дерева. Сегодня при  строительстве фахверк по-прежнему используется дерево, но в качестве утеплителей применяют минеральную вату или другие синтетические материалы. Данная конструкция позволяет строить жилые дома или общественные здания с очень низкими затратами на электроэнергию. Современные фахверковые дома относятся к элитному классу, благодаря своей неповторимой архитектуре. Технология фахверк позволяет создавать большие площади остекления, придавая зданиям прозрачность, элегантность и уникальность. Особенно популярна технология фахверк в Германии и Англии.

 

1.9 Вторичное использование древесных ресурсов

 

Основным потребителем продукции лесоперерабатывающих предприятий является строительная индустрия. Пиломатериалы востребованы как для строительства зданий, так и для внутренней облицовки, для настила полов, возведения кровельной обрешетки, опалубки, и даже для строительства лесов и многих других основных и вспомогательных строительных сооружений.

Целая индустрия работает для того, чтобы сначала спилить деревья, вывезти их  на лесоперерабатывающие предприятия, а затем готовые изделия направить на строительные нужды. Во всей этой цепочке появляется масса древесных отходов, которые хороший хозяйственник не выбрасывает (тем более что утилизация стоит денег), а  направляет на вторичное использование.

Впрочем, альтернативное применение щепок, стружек, опилок хорошо известно. Испокон века их использовали в качестве дров. Однако новые подходы подразумевают стандартизацию «древесных отопительных единиц», в частности производство пеллет,  изготовление брикетов и других видов древесных энергоносителей [3]. 

Эксперты отмечают, что  использование древесных отходов в качестве энергоресурсов также имеет непосредственное отношение к строительной индустрии. Промышленность выпускает котлы, работающие на древесном топливе, а инженеры, проектирующие загородную недвижимость, конечно же, предусматривают способы отопления строящегося объекта. Таким образом, лесоперерабатывающая промышленность «построив и обустроив» дома  деревянной начинкой и облицовкой, еще и привносит свой вклад в их энергетическое обеспечение.

Производство древесного топлива

На западе производство биотоплива из древесных отходов давно поставлено на широкую ногу.  Во-первых, там принято  рачительное отношение к «дарам природы», а, во-вторых, энергоносители весьма дороги, а потому нет смысла выбрасывать отходы, которые можно превратить в энергетическое сырье

По мнению специалистов, появления новой техники, предназначенной для производства брикетов, пеллет и других древесных горючих материалов – это  шаг к рациональному использованию природных ресурсов и экономному ведению хозяйства. 

Эксперты отмечают, что пеллеты, применяемые  в качестве топлива, имеют определенные стандарты. Одно из условий производства качественной продукции – это надежное оборудование. Также необходимо качественное сырье, которое получают из древесины хвойных или мягких лиственных пород. В отличие от других видов древесного топлива  (куда можно замешивать сучки, кору, ветки и прочие древесные отходы), пеллеты должны содержать минимальное количество коры, поскольку, когда  ее содержание превышает пять процентов,  это приводит к заметному увеличению зольности гранул. Для качественных пеллет характерно содержание коры не более одного процента.

Не менее важен уровень влажности сырья перед прессованием. Эксперты отмечают, что влажность должна находиться в пределах 12 – 14 процентов. Более  сырые гранулы, во-первых, имеют  меньшую прочность, а, во-вторых,  пеллеты с повышенной влажностью обладают более низкой энергетической ценностью, и, соответственно, имеют меньший КПД.  Таким образом, уровень влажности напрямую характеризует качество горючего материала и влияет на его цену.

Основное отличие топливных брикетов от пеллет в том, что последние предназначены исключительно для автоматизированных котлов. Их, конечно, можно  забрасывать и в обычную печку, но это нецелесообразно и неэффективно, поскольку мелкие гранулы проваливаются через решетку.  А вот брикеты, напротив, не предназначены для автоматизированных котлов (хотя есть исключения, но об этом – ниже). В целом для отопления зданий брикетами походят обычные твердотопливные топки, предназначенные для дров и угля.

Еще одно важное преимущество брикетов, по сравнению с дровами, - высокая калорийность первых. Эксперты приводят такие сравнительные данные: влажность свежих дров (усредненное значение) составляет 50 процентов. Такие дрова обладают калорийностью (или иначе говоря - теплотворностью) около 2000 ккал\кг.  Влажность брикетов примерно в шесть – семь раз меньше, чем у свежих дров, что существенно  увеличивает их калорийность, по сравнению с дровами. А, кроме того, брикеты, обладающие  стандартными размерами, и упакованные должным образом, имеют  плотность в 2 – 3 раза большую, чем дрова, если сравнивать их по объему. Соответственно, и вес брикетов в одном кубометре значительно больше, чем вес дров, а уж тем более велика их теплоотдача.

Еще один высокоэффективный вид древесного топлива – это древесный уголь.  Обычно его получают при нагревании  древесины, без доступа воздуха (данный процесс называется пиролизом). Однако в последнее время для получения древесного угля стали использовать также брикеты.  В результате получается твердый и пористый высокоуглеродистый материал, который большими партиями производят для нужд предприятий.  В частности, древесный уголь широко используют в химической промышленности, в приборостроении, металлургии и других отраслях народного хозяйства.

Одним из многочисленных полезных продуктов, получаемых из древесины (или из вторично  переработанных древесных отходов) является древесная мука.     Это высушенные частницы сухой древесины, имеющие размеры порядка 1 мм. Эксперты отмечают, что чаще всего в качестве сырья для древесной муки используют стружки, щепки, опилки, а также кусковые отходы деревообрабатывающей промышленности.  Полученное сырье имеет широкое применение, в том числе, в строительной индустрии.

Для древесной муки разработан ГОСТ, который отражает ряд требований к строительному материалу. Например, стандарт регламентирует размеры частиц древесной муки для каждой марки, а также содержание примесей, смол, масел, кислот,  насыпную плотность и другие характеристики.  По мнению специалистов, производство древесной муки расширяется в последние годы. Появляется новое оборудование, а вместе с ним предприятия разрабатывают ТУ (технические условия), которые дополняют имеющиеся ГОСТы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СООТВЕТСТВИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

 

 

2.1 Технология производства экологически чистых строительных материалов с использованием высокодисперстной древесины

 

 

В последнее время научно-внедренческая деятельность по адаптации безотходной технологии получения материалов и их ингредиентов на основе высокодисперсной древесины (ВДД) для строительства и производства товаров народного потребления носит ярко выраженную экологическую направленность.