ТЕРМОПРОФИЛЬ СЕТЧАТЫЙ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ С КАРКАСОМ ИЗ ТЕРМОПРОФИЛЯ СЕТЧАТОГО

Изобретение относится к строительным конструкциям, используемым в качестве стенового ограждения, перегородок, защитных экранов при строительстве каркасных жилых и производственных зданий и сооружений любой этажности, выполненных в виде каркасных теплоизоляционных панелей с прочностными характеристиками, соответствующими несущим элементам зданий и сооружений, в качестве каркасов в которых применяются термопрофили сетчатые, обеспечивающие облегчение массы панели и высокие теплозащитные свойства стен здания.
Центральным звеном внешних стен современных зданий является теплоизоляционная панель. Известно множество конструкций трехслойных теплоизоляционных панелей, состоящих из наружной и внутренней стенки и теплоизоляционного слоя между ними (Свидетельства на полезную модель №53689, Кл. МПК Е04В 2/42, опубл. 27.05.2006; №69534, Кл. МПК Е04В 2/42, опубл. 27.12.2007). В качестве материала обеих стен панели или одной из них является материал на основе бетонов (мелкозернистый бетон, фибробетон и др.). Основным недостатком всех этих конструкций теплоизоляционных панелей является высокая масса изделий, необходимость специальных подъемных агрегатов для установки таких панелей, невозможность использования быстрых методов строительства.
Для быстрого возведения зданий применяется каркасно-модульное строительство, основой которого является каркас. Современным методам строительства наиболее полно отвечает металлический каркас. Однако до недавнего времени металлические каркасы не использовались из-за их высокой теплопроводности, которая приводит к образованию мостиков холода по всему поперечному сечению стены, к выпадению конденсата и промерзанию внутренней поверхности стены.
В настоящее время разработаны металлические термопрофили, в которых отсекаются мостики холода за счет наличия на его опорных элементах сквозных просечек, в результате чего металлические конструкции приобретают теплоизоляционные характеристики, сопоставимые с деревом. Просечки увеличивают пути прохождения тепловых потоков, что позволяет при уменьшении несущей способности металлического термопрофиля за счет просечек примерно на 10% уменьшить теплопроводность на 80-90%.
Известные термопрофили выпускаются С- или П-образного сечения, имеют стенку с рядами продольных прорезей, равных по длине и расположенных в шахматном порядке со смещением на половину шага, и две боковые полки. По оси профилирования таких термопрофилей имеется канавка, которая является ребром жесткости и необходима для увеличения несущей способности термопрофиля. Такие термопрофили изготавливают фирмы "Lindab constru-ltine" (адрес в Интернете www.Lindab.com.), ИНСИ (адрес в Интернете www.Insi.ru.), Череповец-Профиль (адрес в Интернете www.profil35.ru.) и другие.
Недостаками таких термопрофилей являются:
- высокий расход металла, так как пробивка просечек, независимо от способа их получения (штампом или ротационной установкой) не влияет на ширину исходной заготовки;
- завышенная масса термопрофилей, а в последующем - завышенная масса панелей;
- сложный профиль конструкции, имеющей по центральной оси канавку, что усложняет процесс ее изготовления;
- в местах просечки нарушается цинковое покрытие металлического листа, что приводит к коррозии металла в этом месте.
Наиболее близким аналогом предлагаемой конструкции термопрофиля является термопрофиль сетчатый, в котором вместо прорезей на стенке термопрофиля нанесена сетчатая конструкция, сформированная за счет вертикальной вытяжки прорезей от крайних рядов заготовки к центру с образованием сетчатой конструкции, которая с помощью разглаживающих роликов смещается от центра к краям с одновременным горизонтальным выравниванием сетчатой конструкции. После этого осуществляется деформирование металла для получения термопрофиля сетчатого С- или П-образного поперечного сечения с канавкой по центральной оси (Патент РФ №2342504, Кл. МПК Е04С 3/07, опубл. 27.12.2008).
Данное решение позволяет в какой-то степени экономить металл за счет использования ленты металлической заготовки меньшей ширины, при сохранении геометрических характеристик и теплопроводности термопрофилей. Однако, конструкция термопрофиля сетчатого характеризуется близким перечнем недостатков, что и термопрофили предыдущего решения (конструкции "Lindab constru-ltine" и др. аналогичные), а именно:
- сложный профиль конструкции с ребрами жесткости по центральной оси, необходимые для обеспечения несущей способности каркаса, что усложняет процесс изготовления термопрофиля;
- ограничение числа рядов прорезей по плоскости стенки, что обеспечивает незначительную экономию металла при их растягивании;
- в местах просечек нарушается цинковое покрытие металлического листа, что приводит к коррозии металла в этом месте при эксплуатации таких термопрофилей.
Наиболее близкой к заявляемой конструкции теплоизоляционной панели является теплоизоляционная панель, состоящая из каркаса, выполненного из известных термопрофилей, выпускаемых фирмами "Lindab constru-ltine", и теплоизоляционного слоя, располагаемого в каркасе, например, фасады челябинской компании «ИНСИ» (адрес в Интернете www.Insi.ru). В качестве теплоизоляционного слоя чаще всего применяют минеральную вату или эковату. Ширина панели определяется шириной термопрофиля, который в свою очередь определяется толщиной утеплителя, подбираемой в соответствии с требованиями СНиП по теплоизоляции здания. Самонесущим элементом в стенах зданий с каркасной теплоизоляционной панелью является металлический каркас из термопрофилей.
Недостатками таких теплоизоляционных панелей являются следующие:
- для реализации теоретических теплозащитных показателей теплоизоляционной панели при монтаже утеплителя в каркасе из термопрофилей нельзя допускать полости или зазоры, например, в углах между изоляционными плитами или между плитами и каркасом термопрофиля, что трудно реализовать без жесткого крепления теплоизоляционного слоя со стенкой термопрофиля;
- несущим элементом стены здания является только каркас из термопрофиля. Теплоизоляционный слой, свободно вложенный в каркас, не может являться дополнительным несущим элементом в стене, так как не обладает достаточными для этого прочностными свойствами;
- при возведении стены здания теплоизоляционные панели собираются друг с другом присоединением двух соседних металлических каркасов встык. В местах стыков может возникать промерзание стены;
- за счет нарушения коррозионного покрытия металла при нанесении просечек по плоскости стенки термопрофиля, при эксплуатации панели возможна коррозия металла в местах просечек;
- завышенная масса панели, так как каркас изготавливается из известных термопрофилей фирм "Lindab constru-ltine".
Изготовление каркаса для теплоизоляционной панели из термопрофилей сетчатых согласно патенту РФ №2342504 не исключает вышеприведенные недостатки известной конструкции теплоизоляционной панели.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание высокоэкономичных, многофункциональных, облегченных термопрофилей сетчатых и создание теплоизоляционной панели с каркасом из таких термопрофилей с высокой теплотехнической однородностью и высокими несущими характеристиками, с надежным креплением теплоизоляционного слоя со стенкой термопрофиля и повышенной конструктивной полезностью панели.
Техническим результатом изобретения является экономия металла на изготовление термопрофиля, упрощение конструкции термопрофиля, возможность изготовления из таких термопрофилей теплоизоляционных панелей с высокими теплотехническими и несущими свойствами. Техническим результатом изобретения является также снижение массы панели, повышение ее теплотехнической надежности, повышение конструктивной полезности панели, а также защита металла от коррозии в местах просечек.
Поставленная задача решается тем, что в термопрофиле сетчатом, включающем стенку и боковые полки, в котором конструкция стенки выполнена сетчатой за счет вытяжки продольных сквозных прорезей, равных по длине и расположенных на стенке в шахматном порядке, сетчатая конструкция выполнена по всей плоскости стенки с тангенсом угла, образованного боковой полкой и стороной ячейки сетки, равным 0,05-0,2.
Поставленная задача решается также тем, что в теплоизоляционной панели, включающей каркас из металлического термопрофиля, содержащего стенку и боковые полки, и теплоизоляционный слой, размещенный в каркасе, термопрофиль имеет стенку сетчатой конструкции, выполненной по всей плоскости стенки с тангенсом угла, образованного боковой полкой и стороной ячейки сетки, равным 0,05-0,2, а теплоизоляционный слой жестко соединен с сетчатой стенкой термопрофиля.
Дополнительно поставленная задача решается тем, что боковые полки термопрофиля сетчатого имеют Н- или Т-образные просечки, перпендикулярные сетчатой плоскости.
Жесткое соединение теплоизоляционного слоя с сетчатой стенкой термопрофиля обеспечено клеющими составами, а также тем, что в области сетчатой стенки дополнительно сформирована армированная диафрагма из жесткого теплоизоляционного слоя, связанная с теплоизоляционным слоем, размещенным в каркасе, клеющими составами.
Кроме того, с внешней стороны термопрофиля по всей его длине могут быть дополнительно сформированы выступы из теплоизоляционного материала с разных сторон панели со смещением относительно друг друга на половину ширины сетчатой стенки и высотой равной половине ширины сетчатой стенки, или сформирован выступ из теплоизоляционного материала с одной стороны панели, с высотой равной ширине сетчатой стенки.
Сущность конструкции предложенного термопрофиля сетчатого и теплоизоляционной панели с каркасом, изготовленным из указанного термопрофиля сетчатого, поясняются следующими чертежами:
- Фиг.1. Схема термопрофилей сетчатых с П - (а). С - (б) и Z - (в) образными профилями.
- Фиг.2. Поперечные разрезы теплоизоляционных панелей, содержащих каркас, изготовленный из П - (а, б, в) и Z - (г) образных термопрофилей сетчатых.
- Фиг.3. Монтажная схема крепления каркаса теплоизоляционной панели к перекрытиям здания.
Термопрофиль сетчатый состоит из сетчатой стенки 1 с tg α=0,05-0,2 и боковых полок 2 с Н-образными просечками 3 на полке или Т-образными просечками 4 на полке (L - длина термопрофиля сетчатого, h - ширина сетчатой стенки, а - высота полки).
Термопрофиль сетчатый формируется следующим образом: металлическая лента необходимой ширины с разматывателя поступает в просечную клеть, где на поверхности ленты в расчетной области стенки термопрофиля с помощью дисковых ножей или любым другим способом наносят ряды продольных сквозных прорезей, равных по длине и расположенных в шахматном порядке. Одновременно с этими просечками наносят H- или Т-образные просечки по краям боковых полок перпендикулярно сетчатой поверхности. Расстояние между H- или Т-образными просечками устанавливается в зависимости от требований по креплению и типу ограждающих панелей или облицовки стены здания. После просечек заготовка поступает в профилегибочный станок, где осуществляется деформирование металла до получения нужного профиля (П-, С- или Z- образного). Затем производится растяжение прорезей в вытяжных клетях за счет давления валиками на боковые полки или любыми другими способами. Необходимая степень растяжения ограничивается значением тангенса угла, образованного боковой полкой и стороной ячейки сетки (tg α), равным 0,05-0,2.
При значении tg α меньше 0,05 растяжение прорезей незначительное. При таком растяжении экономия металла будет малозначимой, а соединение теплоизоляционного слоя со стенкой термопрофиля предложенным в изобретении способом, неэффективным.
При слишком большом растяжении, когда значение tg α больше 0,2, несущие характеристики теплоизоляционной панели снижаются.
Термопрофиль, изготовленный таким способом или любым другим, позволяющим достичь требуемый результат, имеет стенку сетчатой конструкции по всей плоскости стенки с tg α=0,05-0,2, причем ячейки характеризуются естественной деформацией, приобретенной при растяжении прорезей. Деформированная сетчатая конструкция стенки, в отличие от известного сетчатого термопрофиля, не разглаживается в плоскость, излишки металла на перемычках между ячейками не убираются, что упрощает процесс изготовления термопрофилей сетчатых. Естественная незначительная деформация металла в сетчатой конструкции стенки способствует более прочному сцеплению стенки с теплоизоляционным слоем, что дополнительно закрепляется в жестком соединении этих элементов при изготовлении панели. Недостаточная несущая способность термопрофиля с сетчатой стенкой компенсируется при изготовлении теплоизоляционной панели за счет жесткого соединения теплоизоляционного слоя с сетчатой стенкой термопрофиля, в результате чего в этой области формируется армированная диафрагма. Возможная коррозия металла в местах нарушения коррозионно-защитного покрытия при нанесение прорезей и их растягивании в сетку полностью предотвращается за счет изоляции сетчатой стенки от окружающей среды диафрагмой из клеющих составов или из дополнительного жесткого теплоизоляционного слоя при изготовлении панели.
Так как сетчатая конструкция формируется по всей плоскости стенки, значительно экономится металл, а масса термопрофиля облегчается. Н- или Т-образные просечки на боковых полках позволяют использовать их конструктивно для крепления облицовки или других дополнительных элементов стены здания.
Для изготовления теплоизоляционной панели собирается каркас из термопрофиля сетчатого предложенной конструкции. Деформированная сетчатая стенка обеспечивает упрочненное, надежное сцепление теплоизоляционного слоя с каркасом панели. Несущая способность панели обеспечивается жестким соединением теплоизоляционного слоя с сетчатой стенкой термопрофиля, в результате чего в области сетчатой стенки формируется упрочненная армированная диафрагма. Жесткое соединение можно осуществлять различными способами. Ниже приведено описание облегченных каркасных теплоизоляционных панелей с несущими свойствами.
На фиг.2а показан поперечный разрез панели, состоящей из каркаса, сформированного из П-образного термопрофиля сетчатого и теплоизоляционного слоя 5 в нем. Закрепление теплоизоляционного слоя 5 с сетчатой стенкой 1 термопрофиля внутри каркаса осуществлено клеющими составами 6, общепринятыми в строительном производстве. При этом, в области стенки формируется упрочненная диафрагма из клеющего состава 6 и теплоизоляционного материала 5, армированного сеткой стенки. Таким образом, теплоизоляционный слой (минеральная вата, эковата, пеностекло и др.), не обладающий самостоятельно несущими свойствами, за счет армирования деформированной сеткой стенки и прочного закрепления этой области клеющими составами, становится несущим. Жесткое соединение деформированной сетчатой стенки термопрофиля с теплоизоляционным слоем предотвращает возможное образование пустот в местах их соединения, что повышает теплотехническую надежность панели. Изоляция сетчатой стенки от внешней среды клеющими составами предотвращает коррозию сетки при эксплуатации панели.
На фиг.2б показан поперечный разрез панели, состоящей из каркаса, сформированного из П-образного термопрофиля сетчатого и теплоизоляционного слоя 5 в нем. В области сетчатой стенки 1 термопрофиля дополнительно сформирована диафрагма 7 из жесткого теплоизоляционного слоя, армированного сетчатой стенкой. В качестве теплоизоляционного материала такой диафрагмы можно использовать пенополистирол, пеностекло, пенобетон, смесь клеющих составов с перлитом или вермикулитом и любые другие жесткие теплоизоляционные материалы. Армированная диафрагма 7 соединяется с основным теплоизоляционным слоем 5 внутри каркаса панели клеющими составами 6, общепринятыми в строительной индустрии. В качестве основного теплоизоляционного слоя внутри каркаса можно использовать более дешевые мягкие теплоизоляционные материалы - минеральная вата, эковата и другие аналогичные. Сетчатая стенка изолируется в диафрагме из жесткого теплоизоляционного материала, что предотвращает ее коррозию при эксплуатации панели.
На фиг.2в показан поперечный разрез теплоизоляционной панели, в которой жесткое соединение теплоизоляционного слоя 5 с сетчатой стенкой 1 П-образного термопрофиля осуществлено аналогично фиг.2а. Дополнительно с обеих внешних сторон каркаса по всей длине термопрофиля сформированы выступы 8 из теплоизоляционного материла, высота которых равна половине ширины стенки. Выступы расположены зеркально и смещены относительно друг друга по высоте на половину ширины стенки. Выступы из теплоизоляционного материала соединяются с каркасом клеющими составами. Такая конструкция панели позволяет собирать стену здания по принципу соединения пазлов. При этом в области контактов двух панелей всегда будет находиться плотно пригнанный друг к другу шов из теплоизоляционного материала. В такой конструкции панели выступы целесообразно изготавливать из мягких теплоизоляционных материалов типа минеральной ваты или эковаты. Это обеспечит более плотное примыкание выступов в местах стыков. Все остальные характеристики (несущая способность, изоляция сетчатой стенки от коррозии) такой панели аналогичны панели на фиг.2а.
На фиг.2 г показан поперечный разрез теплоизоляционной панели с каркасом из Z-образных термопрофилей сетчатых. Жесткое крепление теплоизоляционного слоя 5 с сетчатой стенкой 1 термопрофиля осуществлено аналогично фиг.2а. Z-образный термопрофиль позволяет формировать выступ 9 из теплоизоляционного материала с одной внешней стороны каркаса. Такой выступ выполняется также по всей длине термопрофиля с высотой, равной ширине сетчатой стенки термопрофиля. Сборка стен здания из таких панелей осуществляется методом обратной сопряженности - сторона панели с выступом соединяется со стороной другой панели без выступа. Такое соединение панелей, также как и на фиг.2в, позволит создать плотное примыкание соседних панелей в области их контакта через теплоизоляционный шов. Самонесущая способность панели и изоляция сетчатой стенки от внешней среды сохраняются.
При строительстве, как показано на фиг.3, каркас 10 теплоизоляционной панели из термопрофиля сетчатого, во внутреннем объеме 11 которого осуществляют жесткое соединение теплоизоляционного слоя (на фиг. не показан) и сетчатой стенки 1 термопрофиля любым описанным способом, шарнирно соединяется с перекрытием здания 12.
Таким образом, теплоизоляционная панель с каркасом из предложенной конструкции термопрофиля сетчатого легче известных конструкций панелей, так как каркас панели изготавливается из облегченных термопрофилей сетчатых. Она более функциональна в связи с наличием на боковых полках термопрофиля Н- или Т-образных просечек, с помощью которых при необходимости осуществляется крепление облицовки или других дополнительных элементов стены здания. Дополнительные выступы из теплоизоляционного материала с внешней стороны панели позволяют повысить теплозащитные свойства панели за счет формирования в области стыка двух панелей шва из теплоизоляционного материала. Изоляция сетчатой стенки от воздействия окружающей среды предотвращает коррозию металла.
Жесткое соединение теплоизоляционного слоя с сетчатой стенкой каркаса не ограничивается описанными примерами, но включает любые другие способы и последовательность операций, позволяющих достичь требуемый результат.