Фасадная панель для облицовки и утепления строительных сооружений

Полезная модель относится к области строительства, а именно к конструкциям фасадных панелей, предназначенных для облицовки и утепления фасадов вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений.
Известна стеновая панель для облицовки и утепления строительных сооружений, содержащая фасадный элемент, к которому посредством клеящей композиции присоединен теплоизоляционный слой с выполненными в нем пазами, образующими с фасадным элементом вентиляционные каналы (патент РФ №100793 на полезную модель, МПК E04F 13/00, публ. 08.09.2010). Для вентилирования фасада и снижения влажности теплоизоляционного материала, в каждой ламели, выполняют пазы, которые с фасадным элементом образуют вентиляционные каналы. По каналам происходит движение воздуха, который вентилирует теплоизоляционный материал. Количество и размеры вентиляционных каналов определяются расчетным путем.
Недостаток данной стеновой панели заключается в том, что для предотвращения образования конденсата в теплоизоляционном слое необходимо предусмотреть значительное количество вентилируемых каналов, обеспечивающих удаление излишней влаги, что приводит к снижению теплозащитных свойств панели.
Известна фасадная панель для облицовки и утепления строительных сооружений, содержащая фасадный элемент из материала с низким коэффициентом влаго- и паропроницаемости, внутреннюю обшивку из паропроницаемого материала и теплоизоляционный слой, расположенный между фасадным элементом и внутренней обшивкой, при этом теплоизоляционный слой выполнен из отдельных ламелей теплоизоляционного волокнистого материала с пазами, образующими с фасадным элементом вентиляционные каналы, где торцевые ламели выполнены цельными, а теплоизоляционный волокнистый материал гидрофобизирован, и волокна материала ламелей ориентированы перпендикулярно фасадному элементу (патент на полезную модель РФ №170175, МПК E04F 13/07; E04F 13/075; E04F 13/077, публ. 18.04.2017 г.). В качестве материала с низким коэффициентом влаго- и паропроницаемости фасадного элемента может быть выбран тонколистовой металл, полимерный материал, композитный материал, гипсокартон, фанера, ОСП (ориентированно-стружечная плита), СМЛ (стекломагниевый лист), ламинаты высокого давления, напыляемые покрытия, например пробковое. В качестве материала обшивки может быть выбран стеклохолст, стеклоткань, стеклокомпаунд, напыляемые продукты.
Недостатком данной фасадной панели является то, что рассматриваемые материалы внутренней обшивки обладают высокой паропроницаемостью и соответственно не являются барьерным слоем, создающим сопротивление паропроницанию для парообразной влаги, проникающей из помещения здания в теплоизоляционный слой, что может приводить к его сверхнормативному увлажнению.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран патент РФ №205938 на полезную модель, публ. 12.08.2021, в котором предлагается фасадная сэндвич- панель для облицовки и утепления строительных сооружений содержащая фасадную обшивку, имеющую в двух противоположно расположенных торцевых частях замковые элементы и выполненную из тонколистового металла с защитным полимерным покрытием, внутреннюю обшивку и теплоизоляционный слой, расположенный между фасадной и внутренней обшивками. Между горизонтальными рядами фасадной панели выполняется технологический разрыв шириной 50 мм для объединения вентилируемых каналов и обеспечения вентиляции. Материал внутренней обшивки выполнен из перфорированной фольма-ткани, представляющей собой стеклоткань, которая ламинирована фольгой, а в каждом поперечном сечении панели имеется не больше одного стыка ламелей.
Однако применение для внутренней облицовки такого материала, как перфорированная фольма-ткань, имеющая высокие показатели паропроницаемости, не обеспечивает достаточную пароизоляцию для предотвращения поступления и конденсации влаги в теплоизоляционном слое.
Принципиально важным для рассмотренных фасадных панелей является вопрос по подбору количества и размеров вентилируемых каналов, которые бы обеспечивали необходимую вентиляцию панели и соответственно отвод влаги из теплоизоляционного слоя. При малом количестве каналов и/или их небольших размерах возрастает сопротивление паропроницанию фасадного слоя панели и соответственно возрастает вероятность накопления влаги в теплоизоляционном слое панели. При большом количестве каналов и увеличении их размеров увеличивается теплотехническая неоднородность панели, и соответственно снижаются теплотехнические характеристики панели.
μ
δ
μ
δ
δ
Согласно выполненным в Институте теплофизики СО РАН экспериментальным исследованиям авторами заявки процессов нестационарного тепло- и влагопереноса в рассматриваемых фасадных панелях (M.I. Nizovtsev, V.N. Letushko, V. Yu. Borodulin, A.N. Sterlyagov. Experimental studies of the thermo and humidity state of a new building facade insulation system based on panels with ventilated channels// Energy and Buildings 206 (2020), и теоретических расчетов (Yu. Borodulin, M.I. Nizovtsev. Modeling heat and moisture transfer of building facades thermally insulated by the panels with ventilated channels// Journal of Building Engineering 40 (2021) 102391) установлено, что с увеличением влажности внутреннего воздуха и увеличением сопротивления паропроницанию наружного слоя фасада существенно увеличивается накопление влаги в теплоизоляционном слое панели в зимний период года. В результате расчетов обнаружено техническое решение, что накопление влаги в панели можно существенно снизить, если увеличить сопротивление паропроницанию внутренней обшивки панели. Идея, положенная в основу заявляемой полезной модели фасадной панели, заключается в использовании в качестве внутренней обшивки панели тонкого барьерного слоя. В качестве барьерного слоя панели предлагается использовать различные тонколистовые материалы, пароизоляционные мембраны или пленки. В частности, роль барьерного слоя может выполнять внутренняя обшивка панели. Барьерный слой представляет собой тонкую пленку или мембрану с расчетным сопротивлением паропроницанию Sd. Величина Sd определяется коэффициентом сопротивления паропроницанию материала барьерного слоя , который показывает во сколько раз сопротивление паропроницанию материала больше сопротивления паропроницанию неподвижного воздуха, и толщиной слоя : Sd [м] =  × [м]. Данная величина показывает, какой толщине слоя воздуха эквивалентен по паропроницанию материал толщиной .
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в конструктивном решении фасадной панели, способствующим повышению качества утепления фасадов зданий и обеспечению оптимальной влажности материалов фасадов  в соответствии с требованиями п.8 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» из условий недопустимости накопления влаги выше нормативных значений за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха и не накопления в целом за годовой период.
Поставленная задача решается благодаря конструктивной особенности фасадной панели, содержащей фасадную обшивку, выполненную из тонколистового металла, внутреннюю обшивку и расположенный между ними теплоизоляционный слой с вентилируемыми каналами. Внутренняя обшивка выполнена в виде барьерного слоя с расчетным сопротивлением паропроницанию Sd, определенным в зависимости от сопротивления паропроницанию наружного фасадного слоя, в следующем соотношении: при сопротивлении паропроницанию наружного слоя фасада Sd в диапазоне от 0,2 м до 1 м, применяют барьерный слой с сопротивлением паропроницанию Sd, равным 1 м, а при сопротивлении паропроницанию наружного фасадного слоя Sd в диапазоне от 1 м до 5 м  применяют барьерный слой с сопротивлением паропроницанию Sd, равным 5 м, при этом величину сопротивления паропроницанию барьерного слоя рассчитывают по формуле:
μ × δ
Sd [м] = [м],
μ
где  - коэффициент сопротивления паропроницанию материала барьерного слоя;
δ
- толщина барьерного слоя.
Положительным эффектом является повышение теплотехнических характеристик фасадной панели.
Выполненный комплекс расчетов показал, что в зависимости от сопротивления паропроницанию наружного слоя фасада сопротивление барьерного слоя выбирается следующим образом: при сопротивлении паропроницанию наружного слоя фасада Sd в диапазоне от 0,2 м до 1 м (0,2 м<Sd<1 м) следует применять барьерный слой с сопротивлением паропроницанию Sd, равному 1 м (Sd=1 м).
Пример 1
Рассмотрим случай утепления реконструируемого здания с кирпичными стенами фасадными панелями с вентилируемыми каналами и минераловатным утеплителем толщиной 160 мм в климатических условиях г. Новосибирска. В данном случае сопротивление паропроницанию наружного фасадного слоя (с учетом наличия вентилируемых каналов и поэтажных щелей горизонтальных технологических разрывов) составляет Sd, равным 0,3 м (Sd = 0,3 м). Если в качестве внутренней обшивки панели использовать перфорированную фольма-ткань (согласно выполненным в Институте теплофизики СО РАН испытаниям на паропроницание, перфорированная фольма-ткань толщиной 0,2 мм имеет сопротивление паропроницанию Sd, равное 0,031 м), то, как показывают расчеты, в данных условиях в холодный период года возможно увеличение массовой влажности минераловатного утеплителя панели до 5%, что превышает допустимые 3%. Если в качестве внутренней обшивки панели применять барьерный слой с сопротивлением паропроницанию Sd, равным 1 м (Sd = 1 м) (например, пароизоляционную мембрану «Elt-Kraft VCL»), то увеличение влажности минераловатного утеплителя панели в холодный период года не превысит 1,5%. Как показывают расчеты в этом случае можно использовать панели с сопротивлением паропроницанию наружного фасадного слоя Sd, равным 1 м, что соответствует уменьшению количества вентилируемых каналов в 2 раза или сокращению количества горизонтальных технологических разрывов. В результате увеличение влажности минераловатного утеплителя в панели в холодный период года не превысит 3%.
Таким образом, применение барьерного слоя с расчетным сопротивлением паропроницанию позволяет снизить требования к паропроницаемости наружной облицовки фасада и соответственно уменьшить количество и размеры вентилируемых каналов.
Техническим результатом является повышение теплотехнических характеристик фасадной панели, за счет снижения влажности теплоизоляционного слоя фасадной панели в зимний период года, и понижение требований к паропроницаемости наружной облицовки панели и соответственно к количеству и размерам вентилируемых каналов в теплоизоляционном слое за счет использования в качестве внутренней обшивки панели барьерного слоя с расчетным сопротивлением паропроницанию.
Существенным отличием предлагаемой полезной модели фасадной панели от известных решений является применение барьерного слоя из материала с расчетным сопротивлением паропроницанию, который позволяет снизить влажность теплоизоляционного слоя в холодный период года, а также уменьшить количество и размеры вентилируемых каналов в теплоизоляционном слое и соответственно повысить теплотехнические характеристики фасадной панели.
Источники информации:
1. Патент на RU №100793 на полезную модель, МПК E04F 13/00, опубл. 08.09.2010;
2. Патент на полезную модель RU №170175, МПК E04F 13/07; E04F 13/075; E04F 13/077, опубл. 18.04.2017 г;
3. Патент RU №205938 на полезную модель, опубл. 12.08.2021,
4. M.I. Nizovtsev, V.N. Letushko, V. Yu. Borodulin, A.N. Sterlyagov. Experimental studies of the thermo and humidity state of a new building facade insulation system based on panels with ventilated channels// Energy and Buildings 206 (2020)
5. Yu. Borodulin, M.I. Nizovtsev Modeling heat and moisture transfer of building facades thermally insulated by the panels with ventilated channels// Journal of Building Engineering 40 (2021) 102391.
6. Заключение по результатам определения сопротивления паропроницанию и паропроницаемости перфорированной фольма-ткани 160-11, наклеенной на минераловатную плиту, г. Новосибирск, ИТ СОРАН, 2021г, 4 с.