Многослойные панели из древесины. CLT. MHM.

ДЕЛОВОЙ ЖУРНАЛ "ЛЕСНАЯ ИНДУСТРИЯ" – ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА БИЗНЕСА

Все помнят сказку про ледяной домик и лубяной? О том, почему деревянный дом лучше бетонного, подробно рассказывает профессор МГУЛ Анатолий Воякин в статье "Многослойные панели из древесины - деревянная альтернатива бетону".


Однако, даже изготовленные по современным технологиям, такие дома не всегда отвечают требованиям энергоэффективности. Это приводит к тому, что постоянно появляются новые, а также активно совершенствуются существующие технологии производства деревянных домов, учитывающие в том числе и фактор энергопотерь при эксплуатации. Реальной альтернативой перечисленным технологиям строительства являются массивные многослойные деревянные панели, в которых смежные слои досок между собой перекрестно соединены.

Такая конструкция обеспечивает стабильность размеров и формы панелей, хорошие теплофизические показатели, близкие к показателям утеплителей, и экологичность. Возможность изготовления панелей большой площади позволяет использовать преимущества методов крупнопанельного домостроения по аналогии с железобетонными стеновыми панелями.

Вследствие перекрестного расположения продольных и поперечных слоев досок снижается возможность разбухания и усыхания поверхности плиты до минимума. В результате статическая предельно допустимая нагрузка на такую стеновую панель возрастает в разы. При этом она может распределяться не только в одном направлении, как например, в опорных или несущих балках, но и во всех направлениях. Благодаря многослойной структуре, такие панели в плане противопожарной безопасности имеют ряд преимуществ перед каркасно-панельной и другими аналогичными технологиями.

Минимально допустимое время потери конструкцией несущей способности стен при пожаре составляет не менее 30 минут. В процессе горения на поверхности древесины появляется белесый угольно-пиролитический слой древесины, препятствующий проникновению огня и защищающий внутренние слои древесины, которые остаются неповрежденными огнем и достаточно холодными. Скорость обугливания древесины хвойных пород составляет порядка 0,7 мм в минуту. У домов, построенных по многослойной технологии, этот показатель гораздо лучше.

Еще одним преимуществом многослойных деревянных панелей является быстрота сборки. Готовые модули собираются с использованием так называемого метода сухого строительства. Бригада монтажников собирает такой дом площадью около 150–200 м2 на заранее подготовленный фундамент менее чем за неделю.

На заводе в стенах выполняются все необходимые врезки для монтажа стен, элементов потолков и крыши, выбираются каналы и отверстия под прокладку электрокабелей, водопроводных и канализационных труб, вентиляции, что также упрощает и ускоряет процесс сдачи дома в эксплуатацию. В такой дом можно заселяться непосредственно после его отделки, не дожидаясь высыхания древесины стен и их осадки. Сразу после монтажа стен можно устанавливать окна и двери. Снаружи такие панели можно отделывать любыми облицовочными материалами, придавая зданию желаемый внешний вид.

Недостатком многослойных деревянных панелей является то, что они достаточно габаритные и тяжелые, и монтаж такого дома без подъемного крана невозможен. На данный момент наибольшее распространение получила технология производства стеновых панелей так называемой перекрестной укладки (CLT – Cross laminated timber). Прототипом такой панели может служить многослойная паркетная доска с перекрестным расположением смежных слоев, отличающаяся высокой жесткостью и формоустойчивостью, либо лист фанеры.

Современные высотки из дерева
В производстве панелей по технологии CLT сухие доски смежных слоев склеиваются крест-накрест с помощью полиуретановых или меламиновых влагостойких клеев, не содержащих формальдегида. Такие клеевые композиции имеют соответствующие экологические сертификаты и допущены для производства несущих строительных деревянных элементов, устанавливаемых как снаружи, так и внутри помещений, поскольку их производство соответствует классу эмиссии 0.

Такая панель может без опасения подвергаться термической утилизации, причем отходов остается не более чем при утилизации древесины без клея. По этой технологии клей наносится на собираемые в панель доски автоматически. Расход клея составляет порядка 0,2 кг/м2. Качественное склеивание достигается (получается) благодаря высокому усилию прессования, достигающего 8 кг/м2. Некоторые фирмы осуществляют дополнительное склеивание досок еще и на гладкую фугу по их кромкам, а также пропиливают на нелицевой поверхности доски продольные (может быть, продольные доски, разгружающие пазы) разгружающие пазы.

Как правило, плиты склеиваются из нечетного числа (от 3 до 9) слоев досок. По боковым кромкам панелей могут быть выполнены шипы и пазы для плотной стыковки смежных стен. Размеры панелей различаются в зависимости от фирмы-производителя: при высоте 3 м и толщине 278 мм длина панели может достигать 16,5 м. Для продольных и поперечных слоев CLT-панели допускается склеивать доски по длине на зубчатый шип. Хорошая несущая способность таких панелей позволяет возводить дома со стенами толщиной от 90 мм, правда они требуют дополнительного утепления.

Для изготовления панелей, идущих под последующую отделку, используется низкосортная древесина только хвойных пород – ель, сосна или лиственница. Если панели используются в интерьере без отделки, тогда на наружные слои идет древесина высоких сортов. Клееные массивные панели благодаря своим большим размерам и высокой жесткости, исключающей усадку и коробление, позволяют строить дома различной планировки в несколько этажей для различных климатических условий.

Здания, собранные из таких панелей, отличаются повышенной сейсмоустойчивостью: построенный для испытаний семиэтажный дом высотой 22,5 м выдержал в лабораторных условиях имитацию землетрясения магнитудой 7,2 балла. Число объектов, построенных по данной технологии, давно перевалило за десяток. Так, в Лондоне из CLT-панелей за 12 недель было построено восьмиэтажное тридцатиметровое здание Bridport House. Есть идеи построить по аналогичной технологии в центре норвежского города Киркенес деревянное семнадцатиэтажное здание Barents House.

Многослойные, открытые для диффузии стеновые панели, изготавливаемые из древесины только хвойных пород, позволяют строить здания с различными параметрами теплопроводности, вплоть до нуля. Как показали испытания, трехслойные массивные панели, выполненные из досок толщиной 30 мм, являются практически ветронепроницаемыми, а лимитирующими элементами стены по этому параметру являются окна и двери.

С наружной стороны стены на клееные массивные панели наносится теплоизоляция. В зависимости от выбранного материала или от его коэффициента теплоизоляции достигаются комфортные условия защиты от холода. Предпосылками для этого является выполнение в первую очередь стыков панелей, а также мест установки окон и дверей без тепловых мостов и воздухопроницаемых соединений.

Сегодня технология производства панелей перекрестной укладки CLT для деревянного домостроения пришла и в Россию. Так, на Ладожском домостроительном комбинате в Ленинградской обл. создается производство массивных стеновых (и не только) клееных панелей. Проект производства разработан словенской фирмой Ledinek, она же поставляет основную часть деревообрабатывающих станков и технологического оборудования, а также системы механизации для производства клееных панелей.

Исключение составляют лишь специальные обрабатывающие центры с ЧПУ для дальнейшей машинной обработки панелей, поставляемые итальянской фирмой UniTeam, а также энергоэффективная система аспирации австрийской фирмы Scheuch. Центры UniTeam Extra предназначены для формирования в панелях оконных и дверных проемов, выборки пазов под электропроводку, элементы водоснабжения и канализации.

Технологическая линия производства клееных массивных панелей такова: после сушки пиломатериал погрузчиком подается на разборщик штабеля. Затем доски поштучно поступают в четырехсторонний продольно-фрезерный станок Superplan (Словения), где они калибруются по сечению и на их поверхностях вскрываются дефекты древесины.

Станок Superplan работает при скорости подачи заготовок 250 м/мин. Далее доски поступают в рентгеновский сканер Microtec (Германия) для сортировки по качеству и прочности, в первую очередь для наружных (лицевых) слоев будущих панелей. После укладки в плотный штабель доски поступают на участок оптимизации. Вакуумный разборщик штабеля послойно выдает доски на линию оптимизации, которая служит для поперечного раскроя длинных досок в заданный размер по длине и вырезания недопустимых пороков древесины.

В качестве оптимизатора используется автоматическая торцовочная установка X-Cut с устройством для втягивания заготовок длиной до 6,2 м, шириной 75-320 мм и толщиной 23-165 мм. При этом скорость подачи заготовок может достигать значения 350 м/мин. Затем бездефектные заготовки поступают на линию сращивания по длине Kontizink производства фирмы Ledinek. Ее основой является станок для формирования зубчатых шипов, позволяющий получать сращенные ламели длиной от 3 до 16,5 м. Производительность линии составляет порядка 11 км ламелей за смену. Далее ламели торцуются на заданную длину для продольных или поперечных слоев панели и подаются на технологическую выдержку для полной полимеризации клея.

После высыхания клея ламели поступают для калибрования по сечению на четырехсторонний станок Rotoles фирмы Ledinek. Отличительной особенностью этого оборудования является использование в качестве процесса резания не привычного, широко распространенного в деревообработке плоского цилиндрического фрезерования, а торцового фрезерования многорезцовыми фрезерными головками.


Это позволяет не только получить качественную плоскую поверхность доски, но и создать условия для вскрытия капиллярных ходов в древесине для обеспечения наиболее благоприятных условий для впитывания клея в древесину и формирования качественного клеевого шва. Следом за калиброванием в зависимости от длины ламелей они раскладываются в два накопителя, где ожидают своей очереди на склейку продольных и поперечных слоев будущей панели.

Формирование панели осуществляется на подвижном столе пресса размерами по ширине 3,5 м и длине 16,5 м с помощью вакуумного укладчика ламелей, который в определенной последовательности подает их из накопителя, последовательно выстилая продольные и поперечные слои с нанесением на них клея. На верхний, лицевой слой ламелей клей не наносится.

Клеенаносящее устройство также разработано фирмой Ledinek и обеспечивает нанесение клея по всей ширине панели, которая может достигать 3,5 м. При этом конструкция устройства позволяет оптимизировать расход клея в зависимости от породы древесины панелей, их ширины, температуры окружающей среды. Кроме того, она обеспечивает гибкость и точность в эксплуатации в зависимости от вида применяемого клея – меламинового или полиуретанового. Такое оборудование оригинально по конструкции и достаточно дорого.

Вакуумный укладчик позволяет формировать на столе «бутерброд» из нескольких панелей, лишь бы их суммарная толщина не превысила просвет пресса X-Press, который составляет 500 мм. Сам же X-Press состоит из жесткой массивной опорной рамы, внутри которой смонтирован передвижной рабочий стол. В образованный рамой и рабочим столом просвет пресса по рельсовым направляющим загрузочный стол подает сформированный пакет панели.

На загруженный пакет опускается верхняя плита пресса, одновременно пакет обжимается по бокам с двух сторон продольными вертикальными плитами. Плиты X-Press смыкаются на строго определенное время в зависимости от вида применяемого клея. Так, для двухкомпонентной меламиновой клеевой композиции фирмы Akzo Nobile время полной полимеризации – 35–40 минут. Давление прессования составляет при ширине панели до 2800 мм – 1,0 Н/мм2, до 3500 мм – 0,8 Н/мм2 и обеспечивается с помощью комплекта пневматических цилиндров. Производительность такого пресса в автоматическом режиме составляет восемь запрессовок в смену. Для повышения производительности в проекте предложены две станции вакуумной укладки и два X-Press длиной 16 м.

После прессования и выдержки склеенные панели поступают по рольгангам на обрабатывающие центры Uniteam Extra (Италия). Там панели опиливаются по требуемому формату, формируются сквозные проемы под двери и окна, происходит выборка глухих пазов для прокладки электропроводки и сантехнических труб, а также формируются вдоль кромки стены стыковочные соединения «паз-гребень» со смежной стеной или выборкой четверти под последующую сборку угла дома.

По технологии CLT трехслойные плиты уже выпускаются в России, например, Волосовским лесопромышленным комбинатом под Санкт-Петербургом. Комбинат предлагает плиты толщиной от 13 до 60 мм, шириной до 2 м и длиной до 6 м. Эти плиты могут использоваться в мебельной промышленности в качестве мебельных щитов, в деревянном домостроении для перегородок и элементов интерьера, в строительстве и ряде других производств. В таких панелях кромки досок в каждом слое склеены на гладкую шлифованную фугу клеем на основе меламиновой смолы, а затем перекрестно склеены в трехслойную плиту.

Такие плиты выпускаются трех видов качества в зависимости от назначения. Кроме того, под заказ они производятся шлифованными либо с одной, либо с двух пластей. Средний слой плиты, как правило, имеет большую толщину, чем наружные слои.

Производство создано на базе технологии и оборудования австрийской компании Fill, известного производителя оборудования для изготовления многослойной паркетной доски, где также использован принцип перекрестного склеивания ряда слоев древесины. Годовая производительность предприятия составляет 1 млн м2 трехслойных плит в год.

Технология МНМ для частных домов
Из Центральной Европы в Россию пришла и уже успешно освоена рядом отечественных предприятий технология производства массивных стеновых панелей, разработанная немецкой фирмой Massiv-Holz-Mauer (МНМ). В ее основу положено производство стеновых панелей из сушеных боковых обрезных досок хвойных пород толщиной 24 мм. В отличие от панели CLT, где каждая из досок в ряду стыкуется на гладкую фугу, все доски в панели МНМ по боковым кромкам имеют выборку четверти (фальца) для стыковки со смежной доской панели.

А на нелицевой пласти доски по всей ее поверхности выбраны продольные пазы размерами 2х3 мм, способствующие оптимальным значениям показателей теплопроводности и воздухопроницаемости стеновой панели, в отличие от панели CLT, где между каждыми смежными слоями древесины нанесен слой клея. Смежные слои досок укладываются друг на друга крест-накрест (как в CLT), но скрепляются не клеем, а алюминиевыми гвоздями, поскольку при дальнейшей механической обработке гвозди не представляют угрозы для дереворежущего инструмента.

Причем каждый фрагмент доски, контактирующий с другой, взаимно перпендикулярной доской, прибивается к ней двумя гвоздями, располагаемыми друг от друга на возможно большем расстоянии. Следует отметить, что для стен могут использоваться доски разной ширины. Особых требований к качеству пиломатериалов не предъявляется – для панелей подбирается древесина, как правило, 3–4 сорта тангентального распила без сортировки.

Производственная линия рассчитана на выпуск панелей МНМ, имеющих меньшие размеры, особенно по длине, чем панели CLT: высота – 3,25 м, длина – до 6 м. По технологии число слоев досок должно быть нечетным, и в зависимости от климатической зоны толщина наружных панелей стен может составлять от 340 мм (15 слоев досок) до 160 мм (7 слоев). Толщина панелей внутренних стен дома составляет 160 или 115 мм.

Конструкции стен из панелей МНМ были подвергнуты в исследовательской лаборатории испытаниям по целому ряду параметров – шумо- и теплоизоляции, устойчивости к огню, радиации. Технология изготовления МНМ предполагает, что после сборки дома деревянные стены будут отделаны как снаружи, так и внутри помещений. В этом случае стеновые панели при наружной и внутренней облицовке благодаря своей структуре позволяют достичь уровня шумоизоляции, соответствующего 48 дБ.

Сравнение по теплопроводности стены толщиной 340 мм, изготовленной по описанной технологии с внешней и внутренней облицовкой, с кирпичной стеной толщиной 365 мм, оштукатуренной с двух сторон, показало, что деревянная стена имеет на 17% лучшую теплоизоляцию. Если технология изготовления таких стен достаточно проста, то для серийного производства требуется оригинальное оборудование, позволяющее автоматизировать технологический процесс, увеличить производительность, по максимуму исключив ручной труд.

Процесс производства элементов стен начинается с сушки обрезных досок толщиной 24 мм различной ширины до влажности 12%. Поскольку в дальнейшем для сборки панели требуются доски двух длин, соответствующих ее длине и высоте, доски торцуются по длине на два типоразмера. После торцовки на заданные длины доски подаются на технологическую производственную линию, разработанную и изготовленную немецкой фирмой Hundegger.

Эта линия включает в себя специальный комбинированный четырехсторонний станок проходного типа NFA, на котором доскам для стен придается заданный профиль по сечению, сборочный станок Wandmaster, осуществляющий послойную сборку пакета досок алюминиевыми гвоздями, и далее – на портальный обрабатывающий центр РВА, где происходит окончательная механическая обработка панели по габаритам и назначению.

На станке NFA выполняются за один проход три технологические операции: калибрование доски по толщине, фрезерование четвертей по обеим кромкам доски под последующую сборку и пропиливание продольных пазов. При обработке доски подаются вальцовым приводом. На станке установлен «следящий» вертикальный суппорт, контролирующий с помощью ролика ширину поступающей на обработку доски и осуществляющий выборку четверти на ее левой кромке независимо от ширины доски в диапазоне от 100 до 300 мм.

Сверху над заготовкой установлена торцевая многоножевая фреза, обеспечивающая плоскостность лицевой поверхности доски и калибрующая ее в размер по толщине. Набор дисковых пил, установленных на шпинделе следом за торцевой фрезой, формирует гребенку пазов на нелицевой, нижней пласти доски. При наличии на предприятии свободного четырехстороннего продольно-фрезерного станка можно обойтись и без приобретения оборудования NFA, тем более что при принятой у нас технологии сортировки обрезных досок они поставляются одинаковой ширины, поэтому необходимости в следящем шпинделе нет.

Поскольку линия рассчитана на выпуск панелей МНМ размером до 6 м, установка оборудования оптимизации и сращивания досок по длине нецелесообразна. Далее эти доски поступают на станок с компьютерным управлением Wandmaster для сборки заготовки пакета стены. Основой станка является горизонтальный подъемный стол с базирующими планками, загружаемый с двух взаимно перпендикулярных сторон досками, длина которых соответствует длине и ширине будущей стены.

Доски вручную подаются на приводные конвейеры, с которых они поступают на загрузочные траверсы, перемещающиеся как вдоль, так и поперек стола. На траверсах доски базируются по одному торцу, а затем послойно укладываются на поверхность стола. При этом на обе наружные поверхности панели оператор укладывает доски лицевой стороной (без пазов). Длина досок наружных (нечетных) слоев соответствует высоте стены. После формирования первого (нечетного) слоя оператор переходит ко второму конвейеру, загружая его вручную досками для формирования слоя второй траверсой, подающей и укладывающей второй слой досок перпендикулярно первому. Во всех четных слоях панели доски располагаются вдоль длины стены. Эти операции могут быть автоматизированы.

Доски в одном слое укладываются таким образом, чтобы каждая последующая доска своим фальцем входила бы под предыдущую доску. Вдоль стола слева направо по направляющим перемещается портал, несущий пневматический гвоздезабивной суппорт, оснащенный двумя гвоздезабивными головками, расположенными относительно сбиваемых кромок досок панели под углом 45С°.

Это позволяет за один проход суппорта вдоль портала одновременно по заданной программе прибить правую сторону предыдущей доски и левую – последней. На суппорте установлено следящее устройство, благодаря чему каждый фрагмент доски, контактирующий с другой, взаимно перпендикулярной доской, прибивается к ней диагонально двумя гвоздями на возможно большем расстоянии для обеспечения наиболее прочного соединения.

Также на суппорте расположены прижимные ролики, подпрессовывающие в зоне гвоздезабивной головки прибиваемую доску к предыдущей для создания плотного контакта двух смежных досок по фальцам. После крепления каждого слоя стол опускается на толщину доски, подготавливаясь к настилу следующего слоя. По данной технологии из производственной цепочки производства (изготовления) панели, в сравнении с CLT, исключаются еще и достаточно дорогие виды оборудования – станция нанесения клея и клеильно-сборочный пресс, заменяемые на типовой портал, несущий пневматический гвоздезабивной суппорт, оснащенный двумя гвоздезабивными головками. Это значительно снижает инвестиции в технологическое оборудование.

Затем собранная из нечетного числа слоев готовая заготовка стеновой панели поднимается на исходный уровень стола и передается по приводному рольгангу на рабочий стол портального центра РВА. На нем закреплены деревянные балки, позволяющие производить сквозную обработку панели по толщине для выхода режущего инструмента. Поскольку панель имеет значительную массу, дополнительного прижима ее к столу не требуется. На портале центра, перемещающемся вдоль стола по длине стены, установлен ряд суппортов с различным режущим инструментом для окончательного изготовления стеновой панели. Порядок выполнения технологических операций и соответствующие перемещения режущего инструмента выполняются по заданной системой ЧПУ станка программе.

Первой операцией, выполняемой на центре, является обработка поверхности панели торцевой фрезой диаметром 320 мм, выведение в «плоскость» внутренней поверхности стены и калибрование ее в заданный размер по толщине. После калибрования панель опиливается по требуемому формату с помощью пятиосевого пильного суппорта, несущего дисковую пилу диаметром 1000 мм. Затем формируются сквозные проемы под двери и окна. Кроме сквозной обработки панели этот суппорт позволяет выбирать, например, вдоль кромки стены четверть под последующую сборку угла дома.

С помощью фрезерного суппорта, несущего концевую фрезу, происходит выборка несквозных пазов в панели под дальнейшую разводку электропроводки, водопроводных и сантехнических труб и т.д., что значительно облегчает в дальнейшем процесс сборки дома и его сдачу в эксплуатацию.

В базовой комплектации обрабатывающий центр оснащен еще и двумя вертикальными сверлильными головками, позволяющими выполнять в панели сквозные отверстия, в том числе и технологические: при формировании проемов под двери и окна образуются массивные отходы, которые удаляются кран-балкой с креплением тросов с помощью таких отверстий. В настоящее время в России успешно работает по предложенной фирмой МНМ технологии на оборудовании Hundegger ряд домостроительных предприятий, в том числе и компания EcoMassiv (Московская обл.).

Плюсы и минусы многослойных плит из древесины
Каждая из двух рассмотренных технологий имеет свою нишу. Сами габариты применяемого (убрать) оборудования диктуют область применения панелей. Большие габариты пресса линии CLT на Ладожском ДСК предполагают выпуск крупных панелей длиной до 16 м, что характерно для строительства в первую очередь многоквартирных жилых домов повышенной этажности, общественных, офисных и производственно-технических зданий, животноводческих комплексов.

Такое предприятие должно иметь развитую инфраструктуру и значительные финансовые ресурсы, высокопроизводительное комплексное оборудование, соответствующие площади для его размещения, стабильную сырьевую базу и, естественно, кадровый потенциал. Производство панелей по технологии МНМ ориентировано на массовое строительство, в основном индивидуальных жилых домов и многоквартирных домов малой этажности, таун-хаусов, а также различных общественных зданий. Изготовление панелей МНМ может осуществляться практически в автоматическом режиме.

Состав оборудования минимален, достаточно гибок и, следовательно, требует меньше производственных площадей, обслуживающего персонала и финансовых вливаний при организации и функционировании производства. Производительность комплектной линии при работе в одну смену составляет порядка 18 тыс. м2 плит в год и требует производственной площади всего 45х12 м. Благодаря высокой степени автоматизации входящих в линию станков, линия может полностью эксплуатироваться одним оператором.

Стены из панелей МНМ являются экологически чистыми, абсолютно безвредными как для человека, так и окружающей среды, поскольку в них используется только древесина (без применения каких-либо клеевых композиций), которая после достижения конечной влажности становится структурно прочной и устойчивой, в том числе и к насекомым–вредителям древесины. Некоторые наиболее придирчивые, привередливые покупатели отдают предпочтение сугубо деревянным панелям МНМ, поскольку их беспокоит наличие в панели CLT даже небольшого количества пусть даже экологически чистого полиуретанового клея, мешающего «дышать» панели.

Отмечается и ослабление радиационного воздействия на людей, проживающих в таких домах, в том числе и из-за экранирующего влияния значительного числа имеющихся в панелях МНМ алюминиевых гвоздей. Порой у жителей таких домов возникают проблемы с сотовой и телевизионной связью на внутренние антенны. Как видно, свои достоинства и недостатки есть и у панелей CLT, и у панелей, произведенных по технологии МНМ. Так что выбор того или иного оборудования будет зависеть только от целей и возможностей компании, приобретающей его.