Этилентетрафторэтилен в жилищном строительстве

ETFE (этилентетрафторэтилен) состоит из модифицированных сополимеров этилена и тетрафторэтилена. Он тесно связан с ПТФЭ (политетрафторэтилен или тефлон) и обладает многими сходными свойствами. В последние годы он широко используется в строительной отрасли.

ETFE доступен в виде гибкой пленки. Это позволяет использовать его для создания изогнутых прозрачных фасадов. Это сверхлегкий материал; двухслойная подушка весит всего 0, 70 кг / м2, тогда как один слой стекла (толщина 6 мм) весит 15 кг / м2 (см. 1). Поскольку двухслойная подушка ETFE весит всего около 4, 5%, то требуется традиционная стеклянная несущая конструкция; уменьшая количество используемых материалов, сокращая время сборки и уменьшая затраты на строительство.

Было высказано предположение, что использование ETFE в строительстве может снизить затраты на строительство на 10% на небольшие проекты и до 60% на крупномасштабные проекты (ссылка 2). Затраты на строительство также сокращаются во время процесса установки, когда листы пленки ETFE могут быть сварены вместе с факелом и проходами до 180 футов, могут быть достигнуты с достаточной структурной поддержкой (ссылка 8). Это «термоформование» имеет отличную стабильность размеров; т.е. материал не сжимается и не расширяется при нагревании (ссылка 3).

ETFE очень прозрачен для освещения всего спектра видимого света и может позволить большому количеству естественного света в здании, создавая яркое и открытое пространство, которое может эмулировать улицу (ref 4).

ETFE может сохранить эту прозрачность и прочность более 30 лет (ссылка 5). Кроме того, ETFE имеет высокий уровень удержания тепла, сохраняя тепловое излучение длинной волны и создавая «парниковый эффект», что может снизить затраты на энергию до 30% (см. 8).

Структурные свойства ETFE могут быть показаны на кривой деформации напряжения (ссылка 6). Длинная широкая кривая указывает на пластичность материала; он может растягиваться при высоких нагрузках без трещин. Фактически, ETFE способен растягивать до трех раз первоначальную длину, не теряя при этом своей эластичности (Ref 2). Когда ETFE разрывается, его сильные межмолекулярные связи препятствуют разрыву или разрушению материала, как стекло.

В качестве фторуглеродного полимера ETFE имеет аналогичные антипригарные свойства для ПТФЭ, что делает его «самоочищающимся». При низком коэффициенте трения, обычно равном 0, 23 (ссылка 7), пыль или грязь, приземляющиеся на ETFE, смываются дождевой водой. Техническое обслуживание ETFE требуется примерно раз в 3 года.

Фторуглеродные полимеры относительно инертны и особенно не реагируют на погодные и химические атаки.

ETFE может противостоять температурам до 270 ° C из-за его очень стабильной молекулярной связи. Он является огнестойким, а также «самовентиляционным», который помогает в удалении дыма и других вредных газов и уменьшает потребность в дымообразовании.

Приложения

ETFE можно превратить в стеклянные листы или надуть в многослойные подушки и используется в некоторых из самых инновационных новых зданий по всему миру. ETFE, значительно возросла популярностью в качестве строительного материала благодаря своей универсальности, малой массе, прочности на растяжение и превосходным свойствам выветривания.

В течение 1990-х годов ETFE использовалась в офисах, университетах, медицинских учреждениях, выставочных залах и зоопарках по всей Европе. В 2000 году проект Eden в Корнуолле использовал ETFE для покрытия двух геодезических зимних садов. Его применение создало среду, способную выращивать виды растений со всего мира в тропических лесах и средиземноморском стиле. Проект Eden Project был широко известен как инженерное чудо, вызывающее рябь глобального интереса. Приложение EFTE в архитектуре позволяет дизайнеру «превратить архитектурную фантазию в реальность» (ссылка 8).

Другие виды использования:

устойчивость

Тот факт, что ETFE не деградирует; УФ-свет, солнечный свет, погода или загрязнение, означает, что ETFE может иметь жизнь около 50 лет (ссылка 12). Помимо самоочистки, ETFE также очень прост в ремонте, при этом слезы могут быть закреплены за счет замены пластырей на пораженный участок (Ref 18), которые могут быть выполнены снаружи здания, в отличие от стекла, что требует полного панели, подлежащие замене в случае повреждения. Листы ETFE легко демонтируются и подлежат вторичной переработке, причем 100% материала перерабатывается в новые материалы и продукты ETFE (Ref 11).

Процесс получения ETFE включает полимеризацию мономера TFE в ETFE, который представляет собой процесс на водной основе, не требующий применения растворителей (ссылка 12). Затем его экструдируют до требуемой толщины, что требует очень мало энергии (ссылка 12). Затем ETFE сваривают в большие листы, другой процесс с низким энергопотреблением.

Его низкий вес приводит к снижению выбросов CO2 (Ref 11) и требует гораздо меньшей структурной поддержки, чем другие прозрачные строительные системы, такие как стекло. Фактически углеродный след ETFE, как говорят, в 80 раз ниже, чем у сопоставимых прозрачных систем (Ref 13).

ETFE имеет высокоуровневое удержание тепла, которое в сочетании с его способностью допускать более естественный свет, чем стекло, может снизить затраты на энергию примерно на 30% по сравнению со стеклом (Ref 14). ETFE обычно используется в системе подушек, которая улучшает изоляционные свойства материала, обеспечивая при этом хорошую полупрозрачность. Обычно двухслойная пленочная система ETFE обеспечит значение U 2, 6 Вт / м2к (Ref 15), которое превосходит двойное стекло, которое составляет 2, 9 Вт / м2к (ссылка 15).

Обладая прозрачностью до 90% (ссылка 15), использование ETFE может значительно снизить затраты на освещение внутри помещений и, таким образом, способствовать снижению потребления энергии. ETFE также можно манипулировать, чтобы контролировать передачу света в соответствии с конкретными требованиями.

В целом система ETFE превосходит любые другие прозрачные материальные системы с точки зрения изоляции, полупрозрачности, вторичной переработки, веса и производственных затрат. Эдвард Пек (архитектор и ведущий дизайнер Foiltech, Северная Америка) предложил «Этот продукт дает вам много возможностей для дневного освещения, сокращения стали для опорных конструкций, экономии на транспорте. Если вы уменьшите тоннаж стали, уменьшите сырые строительные материалы, у нас будет реальная возможность осветить здание »(Ссылка 13).

Заключение

В целом, все более широкое использование ETFE в строительной отрасли может продолжаться в силу его неотъемлемых свойств и универсальности. Это стало подходящим материалом для тех, кто ищет альтернативу более традиционным материалам, таким как стекло.

Источник

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТИЛЕН-ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА (ЭТФЭ) В ПОКРЫТИЯХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Текст научной статьи по специальности « Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Кашина И.В., Киселев И.М., Евлахова Е.Ю.

USE OF ETHYLENE-TETRAFLUOROETHYLENE (ETFE) IN COVERINGS OF LARGE-SPAN BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

The article is for informational purposes. A new polymer material, ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), is being considered. All the properties of this material are described. Particular attention is paid to properties useful for construction, namely, for coatings of large-span structures. The problem of using this material in the Russian Federation is being raised. The structures of light coatings in which the use of the test material is possible are analyzed in detail. The experience of modern domestic and foreign construction of buildings and structures using ETFE is studied. The aesthetic, environmental and economic feasibility of using the studied material is substantiated by the example of comparison using glass for the same purposes. The functional purposes of buildings and structures using light structures covered with ETFE are considered. It is concluded that it is necessary to introduce the studied material and structures for its use into the wide practice of construction both in the Russian Federation and abroad. New options for using the material are proposed.

Текст научной работы на тему «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТИЛЕН-ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА (ЭТФЭ) В ПОКРЫТИЯХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТИЛЕН-ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА (ЭТФЭ) В ПОКРЫТИЯХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Кашина И.В., Киселев И.М., Евлахова Е.Ю.

Донской государственный технический университет (ДГТУ), 344000, ЮФО, Ростовская область, г.Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1 E-mail: igorek_kiselev@list.ru

Аннотация: Статья носит информационный характер. Рассматривается новый полимерный материал этилен-тетрафторэтилен (ЭТФЭ). Описываются все свойства этого материала. Обращается особое внимание на свойства, полезные для строительства, а именно для покрытий большепролетных сооружений. Поднимается проблема применения этого материала в Российской Федерации. Детально анализируются конструкции легких покрытий, в которых возможно использование исследуемого материала. Изучается опыт современного отечественного и зарубежного строительства зданий и сооружений с использованием ЭТФЭ. Обосновывается эстетическая, экологическая и экономическая целесообразность применения изучаемого материала на примере сравнения с использованием для этих же целей стекла. Рассматриваются функциональные назначения зданий и сооружений с применением легких конструкций, покрытых ЭТФЭ. Сделан вывод о необходимости внедрения в широкую практику строительства как в Российской Федерации, так и за рубежом изучаемого материала и конструкций для его применения. Предложены новые варианты использования материала.

Материалы и методы: При проведении данного исследования били изучены публикации зарубежных авторов, литературные и научные источники, а также нормативная база Российской Федерации, некоторые Европейские нормативные документы. Использованы методы анализа и синтеза, дедукции и сравнения.

Результаты: Изучены свойства нового полимера ЭТФЭ, рассмотрены варианты его применения в строительстве, предложены новые варианты его применетия. Выполнено сравнение с другими материалами, применяемыми в конструкциях легких покрытий, в частности стекло, сделан вывод об эстетической, экономической и экологической эффективности применения ЭТФЭ.

Выводы: Данная статья может быть полезна для преподавателей и учащихся по направлению 08.04.01 «Строительство», практикующих проектировщиков, архитекторов и инженерам по экологической безопасности

Ключевые слова: Легкое покрытие, уникальный, этилен-тетрафторэтилен (ЭТФЭ), подушка, светопропускаемость, медиа-фасад.

новых искусственных материалов, которые удовлетворяли бы всем требованиям проектировщиков, экологов, экономистов и архитекторов.

Сегодня человечеству требуются материалы, выдерживающих большие перепады температур не теряя при этом изолирующие способности и прочности. А архитекторы настаивают на том, чтобы солнечный свет максимально проникал здание или сооружение. Ведь витамин D так необходимый для костей человека вырабатывается только при ультрафиолете. Или как помочь людям в городе, где почти круглый год зима, а они тоже хотят позагорать, погреться на солнышке?

Именно этим вопросам и посвящена статья.

Цель исследования: изучить применение материала ЭТФЭ в покрытиях большепролетных

здании и сооружении, предложить доступные методы применения данного материала при строительстве более простых объектов.

Задачи исследования: во-первых, показать примеры применения материала ЭТФЭ в конструкциях покрытии, во-вторых, рассмотреть проблемы, связанные с применением материала, в-третьих, сравнить эстетическую, экологическую и экономическую эффективность применения ЭТФЭ.

В 1996 году архитектор Николас Гримшоу (Nicholas Grimshaw) предложил воплотить в жизнь идею Ричарда Фуллера о строительстве геодезического купола, под которым будет организован специальный микроклимат. Это был ботанический сад «Eden Project» в графстве Корнуолл, Великобритания. Для превращения идеи в жизнь нужен был новый материал, который мог бы пропускать солнечную радиацию, так как традиционное стекло ее не пропускает. А ультрафиолет так необходим для жизнедеятельности растений, в частности для фотосинтеза. На помощь пришли ученые компании «DuPont», как оказалось полученный ими материал ЭТФЭ как раз подходит для этого проекта. Такой интеграции материала в строительство послужили личные качества архитектора: его нетрадиционный подход к архитектуре позволил ему рисковать, использовать то, что раньше никто не использовал. Здания и сооружения, построенные Гримшоу поражают своей экстравагантностью. Большинство из них выполнены с использованием ЭТФЭ [1]. К слову, в 2019 году архитектор номинирован на получение золотой медали RIBA [2].

В строительстве материал применяется в виде многослойных подушек в которые под давлением подается воздух. Этим достигается красивый внешний вид, теплоизоляция, а также возможность регулировать светопропускание.

Свойства материала ЭТФЭ, полезные для строительства:

Рис. 1. Пример легкости и эстетики архитектурных форм: фасад и покрытие перехода на вокзале

Fig. 1. An example of the lightness and aesthetics of architectural forms: the facade and the cover of the

transition at the station

Во-вторых, пожаробезопасность. Пленка ЭТФЭ относится к группе горючести Г1, не распространяет горение и не образует капель расплава. При пожаре в мембране образуются большие отверстия, через которые продукты горения улетучиваются, а температура в зоне горения резко уменьшается, что не позволяет огню распространится дальше. Иногда в больших конструкциях (атриумах, куполах и т.п.) специально под пленкой прокладываются электрические греющие провода, которые в случае пожара или при срабатывании специальной сигнализации нагреваются и разрезают мембрану для пожаротушения.

В-шестых, пленка само очищается. Это свойство пришло из тефлона, к которому ничего не прилипает. Материал ЭТФЭ не имеет микропор, что увеличивает гладкость поверхности и снижает адгезионные свойства. Временно осаждающиеся частицы смываются дождем или сдуваются ветром.

Рис. 2. Пекинский национальный плавательный комплекс «Водяной куб», Китай. Fig. 2. Beijing national swimming complex «Water cube», China.

Все эти свойства дали материалу широкое применение в строительстве. Особенно в области строительства высотных и большепролетных зданий и сооружений.

Варианты строительных конструкций Использование ЭТФЭ в строительных конструкциях дает возможность архитекторам и

дизайнерам придумать необычные и, что очень важно, эффектные сооружения. Конструкции могут быть однослойными и многослойными. Различные кровли, навесы, козырьки, зонтики и другие оригинальные сооружения организовываются с помощью однослойных конструкций

Рис. 3. Навес из ЭТФЭ Fig. 3. The canopy of ETFE

Этилен-тетрафторэтилен, в отличие от стекла, абсолютно пропускает ультрафиолетовое излучение солнца, что позволяет использовать материал в конструкциях оранжерей, ботанических и зимних садов, аквапарков и других подобных объектов. На слои подушки возможно нанесение затемняющего или солнцезащитного принта. Например, при пректировании кровли штаб-квартиры компании «FESTO» использовали технологию

интеллектуальной системы полезного

использования солнечной энергии. Кровля выполнена из трехслойных подушек ЭТФЭ. На внешний и средний слои пневмолинзы были нанесены затемняющие принты со сдвигом в пол периода. Компрессор подключен к компьютеру и к датчикам освещенности. С помощью изменения давления в камерах подушки средний слой перемещается относительно внешнего,

На верхний слой пленки возможно напыление фотогальванических элементов, позволяющих получить из солнечной радиации электрическую энергию. Такая возможность изучена и применена в системе «Texlon Solar». Таким образом покрытие может обеспечить само себя электроэнергией, что очень удобно, например, если конструкция запроектирована как медиа фасад.

Рис. 4. Конструкция навеса из ЭТФЭ: а) металлический каркас; б) крепление подушки ЭТФЭ к каркасу Fig. 4. ETFE canopy design: a) metal frame; b) fixing the ETFE cushion to the frame

Возможностей применения многослойных подушек огромное количество. Ограничения лишь в фантазии дизайнера и профессионализме проетировщика. Однако в силу большого количества задач, требующих решения при проектировании, производстве и монтаже пневмолинз сегодня проетированием и строительством зданий с применением мембранных конструкций занимаются всего несколько огромных компаний. Поэтому их чаще всего используют в уникальных здания, где нужно показать возможности заказчика, его современность и оригинальность. В силу этих причин, каждое здание или сооружение, попадающее под понятие уникальное, в процессе проектирования и строительства подвергается натурным испытаниям, чтобы соответствовать требованиям прочности, жесткости, устойчивости и другим. [5]

Примеры объектов «Альянс Арена». Мюнхен, Германия.

Рис. 5. «Альянс Арена» Мюнхен, Германия: а) конструкция фасада; б) вид готового фасада Fig. 5. Allianz Arena Munich, Germany: a) facade design; b) view of the finished facade

Водяной куб». Пекин, Китай.

«Хан шатыр». Нур-Султан, Казахстан.

Самый большой шатер в мире находится в столице Казахстана Нур-Султане. Несмотря на задержки по срокам, построен достаточно быстро и открыт 6 июля 2010.

Задержки были обусловлены климатическими условиями Казахстана и расположением города вдали от транспортных магистралей.

круглый год, расположенный на самом верхнем этаже. Такое стало возможным, благодаря свойству ЭТФЭ пропускать ультрафиолетовое излучение, то есть на пляже можно получить естественный загар, а воздух в подушках сохраняет тепло.

Идея и проект сооружения принадлежит архитектору Норману Фостеру.

Здание представляет собой гигантский шатер высотой 150 м (шпиль), сконструированный их сети стальных вант, на которых закреплено прозрачное полимерное покрытие ЭТФЭ. Именно шпиль вызвал некоторые задержки в строительстве, поскольку предполагалось собирать его в проектном положении, однако это было невозможно из-за отсутствия необходимого крана. Поэтому было предложено собрать шпиль на земле, а потом с помощью тросовых домкратов и шарнирного механизма поднять его в проектное положение. Установка несущих тросов покрытия и монтаж подушек ЭТФЭ также вызвали задержку. До этого никто и никогда не монтировал их в зимнее время. А при температуре ниже нуля градусов, эластичность подушек снижается, а время монтажа увеличивается с 10 минут до 2-3 часов, а также существует риск, что материал потрескается или порвется. Именно на этом объекте рискнули и смонтировали покрытие несмотря на погоду, установив на практике было установлено, что материал сохраняет целостность и свойства, а только увеличивается время и трудоемкость установки подушек в проетное положение. Благодаря особому химическому составу, этилен-тетрафторэтилен защищает внутреннее

Рис. 6. «Хан Шатыр» Нур-Султан, Казахстан. Медиа подсветка Fig. 6. «Khan Shatyr» Nur-Sultan, Kazakhstan. Media backlight

Материал ЭТФЭ позволяет эффективно и достаточно недорого решить многие проблемы, связанные с проектированием и строительством современных зданий и сооружений. Стоимость многослойных мембранных конструкций колеблется в пределах от 400 до 3800 евро за 1 метр квадратный.

1. Интернет источник: https://www.transcoolpolymers.ru/fluoropolymers/etfe TRANSCOOL специальные полимеры. Дата обращения: 01.12.2019.

2. O. Wainwright. Architect Nicholas Grimshaw wins RIBA gold medal. The Guardian, 2018, № от 28 сентября // O. Wainwright

3. Интернет источник: https://nomitech.ru/articles-and-blog/svoystva_etfe Свойства ЭТФЭ. Дата обращения: 10.12.2019.

5. Мороз А.А. Преимущества новейшего полимерного материала — пленки ЭТФЭ. Евростройпрофи, 2015 г., № от 28 мая, с. 2-4 // А. А. Мороз.

6. Мороз А.А. Мягкая сила. Мембранные технологии в архитектуре и строительстве. Современная архитектура, 2015 г., № от 8 июня, с. 130-139// А.А. Мороз

1. Internet source: https://www.transcoolpolymers.ru/fluoropolymers/etfe TRANSCOOL special polymers. Date of appeal: 12/01/2019. (In Russian)

2. O. Wainwright. Architect Nicholas Grimshaw wins RIBA gold medal. The Guardian, 2018, No. 28 of September // O. Wainwright

3. Internet source: https://nomitech.ru/articles-and-blog/svoystva_etfe Properties of ETFE. Date of appeal: 12/10/2019. (In Russian)

6. Moroz A.A. Soft power. Membrane technologies in architecture and construction. Modern architecture, 2015, No. 8 of June, p. 130-139 // A.A. Moroz. (In Russian)

USE OF ETHYLENE-TETRAFLUOROETHYLENE (ETFE) IN COVERINGS OF LARGE-SPAN

BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

I.V. Kashina, I.M. Kiselev, E.Y. Yevlakhova

Summary: The article is for informational purposes. A new polymer material, ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), is being considered. All the properties of this material are described. Particular attention is paid to properties useful for construction, namely, for coatings of large-span structures. The problem of using this material in the Russian Federation is being raised. The structures of light coatings in which the use of the test material is possible are analyzed in detail. The experience of modern domestic and foreign construction of buildings and structures using ETFE is studied. The aesthetic, environmental and economic feasibility of using the studied material is substantiated by the example of comparison using glass for the same purposes. The functional purposes of buildings and structures using light structures covered with ETFE are considered. It is concluded that it is necessary to introduce the studied material and structures for its use into the wide practice of construction both in the Russian Federation and abroad. New options for using the material are proposed.

Subject: Covers of large-span buildings and structures, ethylene-tetrafluoroethylene. The problem of use in the Russian Federation is the climate in most of it, since the disadvantage of ETFE is the difficulty of installation in the cold season.

Materials and methods: During this study, publications of foreign authors, literary and scientific sources, as well as the regulatory framework of the Russian Federation, and some European regulatory documents were studied. The methods of analysis and synthesis, deduction and comparison are used.

Results: The properties of the new ETFE polymer were studied, options for its use in construction were considered, new options for its application were proposed. A comparison is made with other materials used in the construction of light coatings, in particular glass, a conclusion is drawn on the aesthetic, economic and environmental efficiency of using ETFE.

Conclusions: This article may be useful for teachers and students in the direction 04/08/01 «Construction», practicing designers, architects and environmental safety engineers.

Key words: Lightweight coating, unique, ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), pillow, light transparency, media facade.

Источник

Этилентетрафторэтилен в жилищном строительстве

Пленка ETFE

Особенные свойства защитной плёнки ETFE:

Крупнейшими производителями ETFE являются