ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИТНАЯ ФАСАДНАЯ ПАНЕЛЬ, СПОСОБ ЕЁ ПОДГОТОВКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ КОМПОЗИТНОЙ ФАСАДНОЙ ПАНЕЛИ
THERMAL INSULATING COMPOSITE FACADE PANEL, METHOD OF ITS PREPARATION AND USE OF THERMAL INSULATING COMPOSITE FACADE PANEL

Объект данного изобретения представляет собой готовую к использованию теплоизоляционную композитную фасадную панель, способ подготовки и использование теплоизоляционной композитной фасадной панели для одновременного монтажа фасада и теплоизоляции зданий.
В настоящее время фасады зданий обычно покрывают различными типами штукатурок. Однако рост цен на энергоносители и новые правовые нормы стимулируют инвестиции в теплоизоляцию зданий. Самая частая технология для тепловой изоляции внешних стен - так называемый "light wet" метод. При использовании данного метода щиты из вспененного полистирола фиксируются к стенам здания и механически монтируются с помощью специальных стержней, проходящих через изоляционный слой. После этого на щиты из вспененного полистирола наносится слой клея, который полностью покрывает слой вспененного полистирола, на который устанавливается армирующая сетка (чаще всего - стекловолоконная), которая впоследствии покрывается еще одним слоем клея. В конце данная изолированная и подготовленная стена здания покрывается тонким слоем штукатурки. Цена полученного таким способом фасада приемлема для строительного рынка, но срок службы данного типа фасада ограничен. Помимо этого, данный метод представляет собой многоэтапный и технологически сложный процесс, который должен выполняться должным образом обученным персоналом (установщики изоляции).
2
В то же самое время существует значительный сегмент рынка прочных фасадов, выполненных из натуральных или искусственных материалов, песчаника, различных видов мрамора, гранита или базальта, а также из имитации данных камней. Фасадные щиты, выполненные из данных материалов, имеют толщину от 12 до 40 мм. Большой вес данных щитов требует использования системы решеток и механических петель, которые могут выдержать вес до 400 кг на 1 м поверхности фасада. При использовании данного типа фасадов, теплоизоляция, выполненная из минеральной ваты или вспененного полистирола, располагается под щитами. При этом она должна находиться на расстоянии от крепежного каркаса и крюков для фиксации панели. Однако, при этом методе образуются тепловые мостики, которые сильно нарушают изоляционные свойства строительных фасадов. Из-за высокой поглощающей способности используемых теплоизоляционных материалов и отсутствия диффузии влаги через монолитные обшивочные листы следует использовать вентилируемые фасады, в которых обшивочные листы будут находиться на расстоянии от 1 до 4 см от теплоизоляционного материала. Полученный таким образом воздушный просвет позволяет высушить влажную изоляцию. При этом вентиляционный канал, сформировавшийся в воздушном промежутке, усиливает долгосрочные конвекционные процессы, что ухудшает изоляционные свойства фасада.
Данную ситуацию можно улучшить, если использовать в качестве выстилки фасада, щиты из волокнистого цемента или керамических материалов, таких как грес, клинкер, терракота и т.д. Щиты, выполненные из данных материалов, имеют толщину от 6 до 12 мм. Это позволяет использовать более тонкую систему монтажных каркасов и подвесов, что позволяет сократить потери тепла. Также можно использовать щиты с большей поверхностью, которые из эстетических соображений, чаще выбирают архитекторы. Однако чаще всего по-прежнему требуется использование вентилируемых фасадов.
При этом еще один метод, который используется для производства фасадов с длительным сроком службы, заключается в монтаже изоляции, например, щитов из вспененного полистирола, на стене здания с последующим покрытием изолированной таким образом стены легкими фасадными плитками. Однако данный метод требует нанесения их на поверхность вспененного полистирола, используя методику адгезии с помощью специальных клеевых составов и промежутков для цементирования между щитами. Клеи, которые можно найти на рынке строительных материалов, имеют ограниченный срок службы и, вместе с этим, относительно высокую цену.
Фиксация относительно тяжелых плиток на мягкое основание, которое представляет собой поверхность щита из вспененного полистирола, несет в себе риск деформации поверхности всего фасада. Более того, вода, попадающая в промежутки, несет в себе риск ослабления фиксации фасадных плиток в результате замерзания в зимний сезон.
Изобретение и первое применение итальянской компанией «ЛАМИНАМ» технологии глубокого спекания пылевидного горного хрусталя, которая позволяет производить крупные керамические панели типичными размерами 1000×3000 мм и толщиной 3 мм, революционизировало рынок строительных материалов. В настоящее время данная технология была усовершенствована, что позволило производить панели толщиной 2 мм. Данные панели можно окрашивать в любой цвет на этапе спекания, в результате чего можно получить высочайшие эстетические свойства. Помимо этого, низкая толщина данного типа панелей позволяет достичь дальнейшего снижения веса и упрощения системы механических подвесов.
Керамические панели толщиной от 3 до 10 мм в настоящее время фиксируются на металлических подвесах без взаимодействия с теплоизоляционными материалами в вентиляционных системах, при этом панели монтируются на комплексную опорную конструкцию, присоединенную к теплоизоляционному слою посредством постоянного эластичного клея. Фасадные панели фиксируются после монтажа теплоизоляционных элементов, фиксированных к опорной конструкции на стенах здания, квалифицированным персоналом в соответствии с рекомендациями и инструкциями поставщика клеевых систем. В результате эффективность монтажа панелей с помощью клея зависит в основном от атмосферных условий в ходе их монтажа. Влага, низкая температура и запыленность могут оказывать неблагоприятное влияние на прочность скрепления клея.
На данный момент еще не был разработан метод фиксации керамических панелей толщиной 2 мм к опорной конструкции или напрямую к теплоизоляционному слою. Это вызвано тем фактом, что панели такой толщины слишком хрупкие и подвержены повреждению, при этом их нельзя монтировать на опорную конструкцию с помощью клеевых систем. Однако все попытки разработать технологию фиксации напрямую к слою теплоизоляционного материала были безуспешны, поскольку очень тонкие панели и, в особенности, панели с большой поверхностью, после фиксации подвергаются деформации различными путями из-за разницы в тепловом расширении соединенных материалов, что приводит к значительному снижению адгезии панели теплоизоляционного материала и, как следствие, к его отсоединению.
Таким образом, в области фасадов с длительным сроком службы существует потребность в готовых к использованию структурных панелях, которые одновременно являются теплоизоляционными фасадными панелями, а также потребность в разработке метода постоянной фиксации фасадных панелей, особенно панелей с малой толщиной и большой поверхностью, к теплоизоляционной панели и к системе ее крепления к стене здания с созданием готовой к использованию теплоизолированной фасадной панели.
Таким образом, цель данного изобретения заключается в том, чтобы разработать готовую к использованию теплоизолированную композитную панель, которая будет одновременно сочетать в себе три элемента:
- керамическая панель, выполняющая защитную и декоративную функции;
- слой, выполняющий функцию теплоизоляции; и
- система для фиксации теплоизолированной фасадной панели на стенах здания.
Еще одна цель данного изобретения состояла в том, чтобы разработать постоянное соединение фасадных панелей со слоем теплоизоляции и с системой фиксации панели, данный метод позволяет производить готовые к использованию, теплоизолированные композитные фасадные панели.
Данные цели были достигнуты путем разработки теплоизолированных композитных фасадных панелей и метода их подготовки.
Таким образом, объект данного изобретения относится к теплоизоляционным композитным фасадным панелям, характеризующимся тем, что они состоят из фасадного щита и каркаса, предпочтительно выполненного из металла, которые необратимо фиксированы друг к другу через изоляционный слой, изоляционный слой состоит из пенопласта, который в процессе вспенивания необратимо соединяет фасадную панель с каркасом, при этом пенопласт представляет собой вспененный полистирол полиуретан, состоящий из двух пластмасс: жесткого пенополиуретана и вспененного полистирола.
Фасадные панели лучше выбирать из группы, включающей керамические панели, панели из натурального или искусственного камня, стекла, панели из металла или сплавов, панели из дерева, панели из дерева или фанеры, имитирующей древесину, панели из волокнистого цемента, гипсокартона.
Предпочтительным вариантом является производство фасадных панелей из керамики.
Предпочтительной толщиной фасадной панели является диапазон от 0.1 мм до 10 см.
Предпочтительная толщина изоляционного слоя составляет от 4 до 25 см, более предпочтительным вариантом является 8-16 мм, а самым предпочтительным вариантов является 10-14 мм.
Еще один объект изобретения - способ подготовки теплоизоляционных композитных фасадных панелей, характеризующийся тем, что он состоит из нескольких шагов:
- на дно открытой формы, предварительно нагретой до температуры 10-100°С, помещают фасадную панель,
- форму закрывают панелью высокой прочности, на поверхности которой смонтирован готовый каркас,
- после чего в форму подается вспененный материал, представляющий собой вспененный полистирол полиуретан, состоящий из двух пластмасс: жесткого пенополиуретана и вспененного полистирола, в результате расширяющаяся пена заполняет внутреннее пространство формы и остается в ней до окончания процесса полимеризации и отверждения,
- а когда процесс полимеризации и отверждения будет завершен, форму открывают, поднимая крышку и раздвигая боковые стенки формы.
Предпочтительным вариантом формы для использования в способе, указанном в изобретении, является форма, чьи боковые стенки покрыты материалом, который не фиксируется к полимеризующемуся вспененному материалу, например, Тефлон, Тарфлен.
Предпочтительным вариантом открывания формы является подача сжатого воздуха высокого давления между стенками панели и формы посредством каналов, сформированных в стенках формы.
Предпочтительным вариантом является выдерживание подготовленных панелей при температуре 10-30°С в течение 2-30 часов.
Объект изобретения - также теплоизолированная композитная фасадная панель, выполненная с использованием указанного выше способа.
Данное изобретение также относится к использованию теплоизолированной композитной фасадной панели в соответствии с указанным изобретением для одновременного монтажа фасада и тепловой изоляции зданий, в особенности высотных.
Воплощение теплоизолированной композитной фасадной панели в соответствии с указанным изобретением показано на чертеже, где:
Фиг. 1 дана теплоизолированная композитная фасадная панель в соответствии с изобретением, показанная в перспективе;
Фиг. 2 - теплоизолированная композитная фасадная панель в соответствии с изобретением, показанная в разрезе, выполненном по линии А-А на Фиг. 1; и
на Фиг. 3 и 4 показаны фотографии теплоизолированной композитной фасадной панели в соответствии с изобретением после проведения теста на воспламеняемость.
Теплоизолированная композитная фасадная панель в соответствии с изобретением, показанная на чертежах, производится с использованием известного процесса заливки в форму под низким давлением смеси сырья для образования вспененных пластмасс, предпочтительно вспененного полиуретана, полиэфира и полистирола или смесей и композитов данных вспененных пластмасс, например вспененного полистирола-полиуретана. На дно открытой формы, выполненной из известного материла высокой прочности и жесткости, например из стали или из чугуна, чья форма отражает форму готовой панели, помещают фасадную панель. Фасадные панели могут изготавливаться из всех известных фасадных материалов. Они могут включать в себя керамические панели, панели из натурального или искусственного камня, стекла, панели из металла или сплавов, панели из дерева, панели из дерева или фанеры, имитирующей древесину, панели из волокнистого цемента, гипсокартона или подобных материалов. Следует выбрать толщину и тип панелей, чтобы их вес на единицу площади не вызывал напряжения, которые бы превышали прочность используемого теплоизоляционного вспененного материала, при этом указанная прочность была получена по завершении производственного процесса, и несоблюдение данных рекомендаций может вызвать повреждение вспененного материала, нарушение связи с фасадным щитом и его отсоединение от панели. Вычисление максимальной толщины вспененного материала, соответствующей данному условию, осуществляется с использованием известных инженерных методов. Минимальная толщина использованных фасадных панелей ограничена из эстетических соображений в связи с возможным выходом пены через слой панели. Толщина панелей, вызванная данным состоянием, составляет от 0.1 мм для листов металла до 10 мм для панелей из волокнистого цемента и других легких материалов. Боковые стенки формы покрыты материалом, который не прилипает к полимеризующемуся вспененному материалу, например, Тефлоном, Тарфленом и т.д. Форма закрывается щитом высокой прочности, который был выбран с использованием известных принципов проектирования, при этом он может выдерживать давление расширяющегося и полимеризующегося вспененного материала. Готовая металлическая рама фиксируется к поверхности крышки. Фиксация осуществляется с помощью постоянных магнитов, закрепленных на крышке формы или же с помощью других известных методов. Пена выходит из насадки устройств для смешивания и диспенсеров, которые можно найти на рынке. Внутренняя часть формы подвергается предварительному нагреву при температуре от 10 до 100 градусов Цельсия. Теплоизолирующая пена во время расширения заполняет внутреннюю часть формы и надежно фиксируется к фасадной панели, а также к каркасу, это достигается за счет сил адгезионного взаимодействия. Пена остается в форме до завершения процесса полимеризации и отверждения. Когда процесс полимеризации и отверждения будет завершен, форму открывают, поднимая крышку и раздвигая боковые стенки формы. Данный процесс сопровождается подачей сжатого воздуха высокого давления между стенками панели и формы посредством небольших каналов, сформированных заранее в стенках формы. После удаления формы и охлаждения до температуры окружающего воздуха, теплоизоляционная композитная фасадная панель готова к использованию.
Решение, предложенное данными изобретателями, представляет собой теплоизоляционную композитную фасадную панель, состоящую из трех элементов, которые выполняют три разные функции. Первый элемент - металлический каркас, предпочтительно - легкий и выполненный из стали, он представляет собой опорную конструкцию и одновременно элемент системы для крепления панели к стене здания. Второй элемент - фасадные панели, такие как керамические панели, панели из натурального или искусственного камня, стекла, панели из металла или сплавов, панели из дерева, панели из дерева или фанеры, имитирующей древесину, панели из волокнистого цемента, гипсокартона или подобных материалов, предпочтительно - керамические панели, например, панели, производимые Итальянской компанией «Ламинам С.П.А.». Выбор керамических панелей, а также предпочтительные их варианты зависят от конкретных характеристик данного материала. Поверхность данных панелей очень прочная и устойчива к механическим воздействиям, помимо этого она абсолютно химически пассивна. Такие свойства керамических панелей делают их устойчивыми к атмосферным условиям и обеспечивают легкость их очистки (устойчивость к граффити). Помимо этого, керамические панели данного типа характеризуются близкой к нулю поглощающей способностью, а следовательно, полной морозостойкостью. В то же время они представляют собой превосходный декоративный материал с исключительными эстетическими свойствами.
Элемент, который объединяет в себе металлический каркас и фасадные панели, представляет собой третий компонент - слой изоляционного материала, такого как вспененный полистирол-полиуретан, PSUR. Особое предпочтение отдается изоляционному материалу - вспененному полистирол-полиуретану, в дальнейшем именуемому PSUR. Данный материал представляет собой композит, состоящий из двух пластмасс: жесткий пенополиуретан (PUR) и вспененный полистирол (EPS). Это их физическая смесь. В предложенном варианте эти три компонента объединены в один процесс: в результате прессования, адгезии и одновременного перекрестного сшивания вспененного полиуретана при расширении полистирола, формируется очень прочное соединение фасадных панелей с системой механических подвесок и с теплоизоляционным материалом, PSUR.
Создание прототипа теплоизоляционных панелей данными изобретателями подтверждает возможность интеграции в одном процессе (за один этап) трех разных материалов, таких как сталь, керамическая панель и изоляционный материал. Ключевым элементом был выбор композита PSUR в качестве материала, который соединяет керамические панели с системой механических подвесок. Данный композит - один из небольшого количества полимерных материалов с очень хорошими механическими свойствами, который на момент создания имеет превосходные адгезионные свойства, обеспечивающие связь данного композитного материала в единое целое. Таким образом, использование композита PSUR дает возможность создавать постоянные соединения между опорным каркасом и керамическими панелями в ходе одного процесса - в ходе синтеза вспененного полиуретана и расширения гранулята полистирола. Композит PSUR намного дешевле, чем жесткие пенополиуретаны, что также очень важно и имеет большое значения для рынка строительных материалов.
Еще одно преимущество решения, предложенного данными изобретателями, заключается в том, что в отличие от описанной ранее многоэтапной техники производства фасадов зданий, использование панелей такого типа позволяет создавать теплоизоляционные стены здания за один этап. Таким образом, фасад здания одновременно покрыт изоляционным слоем и защитным керамическим слоем. Более того, монтаж таких панелей может осуществляться рабочими после их общего обучения с использованием базовых строительных инструментов.
Таким образом, предложенное решение является уникальным, о нем не было известно ранее другим производителям строительных материалов. Благодаря данному решению, появится возможность впервые представить на мировом рынке строительных материалов панель, которая одновременно включает в себя систему фиксации, изоляционный слой и керамические щиты небольшой толщины, например, 2 и 3 мм, что позволит создавать фасады зданий с длительным сроком службы, очень привлекательным внешним видом и превосходными эксплуатационными параметрами.
Описание композита PSUR
Сочетание двух очень разных материалов в один композитный материал всегда хранит в себе множество тайн. В результате такой комбинации можно получить материал, в котором будут сочетаться недостатки двух его составляющих, при этом также можно получить новый материал с неудачными или особо ценными свойствами. Так и произошло при создании комбинации двух хорошо известных материалов: жесткий пенополиуретан (PUR) и пенополистирол (EPS).
EPS (пенополистирол) представляет собой дешевый изоляционный материал, который очень часто используется в строительной промышленности. Его ключевые преимущества - легкость монтажа и цена такого типа изоляции. Однако данное решение не лишено недостатков, например:
- низкая устойчивость к механическим повреждениям;
- относительно высокие операционные затраты, связанные с восстановлением механических повреждений, с оштукатуриванием и окрашиванием фасада;
- под влиянием повышенных температур, панели из EPS расплавляются и полностью теряют свои теплоизоляционные и механические свойства;
- панели EPS, используемые в строительной промышленности, представляют собой самозатухающие панели, при этом они не являются горючими, по этой причине их нельзя использовать в высотных зданиях;
- очень низкая устойчивость к химическим веществам, в частности к растворителям, содержащимся в клеях;
- EPS, благодаря открытым каналам в структуре представляют собой не полностью водонепроницаемый материал. Таким образом, он подвергается риску замерзания и вымерзания воды, конденсирующейся в зоне запотевания.
Коэффициент теплопроводности EPS зависит от плотности и технологии производства, он варьируется в диапазоне от 0.032-0.042 Вт/мК (Elzbieta Radziszewska-Zielina: Przeglqd Budowlany, 4/2009).
Жесткий пенополиуретан (PUR) не имеет всех тех недостатков, которые существуют у EPS панелей. Он является превосходным теплоизоляционным материалом, который также характеризуется очень хорошими механическими свойствами. Плотность его близка к EPS, в то время как коэффициент теплопроводности PUR находится в диапазоне от 0.023 Вт/мК (закрытые ячейки) до 0.035 Вт/мК (открытые ячейки). Несмотря на все преимущества, использование данных материалов в строительной промышленности ограничивается их ценой. Стоимость панелей, выполненных из жесткого пенополиуретана, в несколько раз выше, чем аналогичных панелей из вспененного полистирола. Именно стоимость данного типа изоляции в значительной мере ограничивает ее использование в жилищном строительстве (Elzbieta Radziszewska-Zielina: Przeglqd Budowlany, 4/2009).
Композитный полимерный материал, PSUR, представляет собой комбинацию двух пластмасс, его характеристики приведены выше. Это новый материал с особыми характеристиками, который в будущем будет широко использоваться в технологии производства изоляционных и строительных материалов. Данный материал был разработан польской компанией HIT Konsulting, а процесс приготовления композита использовался для патентной защиты в серии заявок на патенты (PL 387535, PL 395886, PL 396151, PL 396152). Подготовка PSUR заключается в одновременном синтезе и перекрестном сшивании жесткого пенополиуретана (двухкомпонентный процесс) и совместном вспенивании (совместном расширении) гранулята полистирола, используемого для производства вспененного полистирола. Полученный таким образом материал представляет собой смесь двух пластмасс и композит, проявляющий новые характеристики, которых не было ни в одном из компонентов, которые составляют готовый продукт. Комбинация двух настолько разных материалов - пенополистирола и жесткого пенополиуретана, в ходе одного описанного выше процесса, позволяет создать специальный материал, сочетая уникальные преимущества жесткого пенополиуретана, и значительное снижение стоимости, не оказывая значительного влияния на свойства вспененного материала.
Композит полиуретана и полистирола, полученный в процессе одновременного перекрестного сшивания и совместного вспенивания, представляет собой превосходный клеящий материал, расположенный поблизости от пористых покрытий (кирпич, бетон, натуральный или искусственный камень, керамика), а также от металлического каркаса. Это свойство материала, которое в сочетании с процессом одновременного прессования при повышенной температуре в ходе подготовки композитных теплоизолированных панелей в соответствии с изобретением, позволяет использовать его в качестве материала для фиксации стальной системы подвесок и керамических панелей друг к другу. Таким образом не образуется никаких промежутков, в которые могла бы попасть дождевая вода или вода, конденсирующаяся
в условиях высокой влажности. Более того, не наблюдается явление попадания воды в промежутки, которое несет в себе риск ослабления фиксации фасадных плиток в результате замерзания в зимний сезон.
Поскольку жесткий пенополиуретан представляет собой матрицу PSUR, данный материал обычно сохраняет свои превосходные свойства: он обладает механической стабильностью, не трескается и не крошится. В то же самое время он обладает необходимыми структурными свойствами, которые позволяют монтировать керамические фасадные панели не только в виде вентилируемых фасадов, но и в виде панелей, которые фиксируются и монтируются напрямую к наружным стенам изолированных зданий.
Композит PSUR характеризуется низким коэффициентом поглощения влаги. В результате не происходит никакой сколько-нибудь значимой диффузии влаги во внешние изоляционные слои. В зимний период не происходит вымораживания воды в замкнутых ячейках изоляционного вспененного материала. Поэтому предложенная конструкция фасадных панелей со встроенной теплоизоляцией из PSUR материала не подвергается разрушительному влиянию замораживаемой воды. Таким образом, не происходит разрушения теплоизоляции из-за поглощения воды в изоляционном слое и возможность нарушения связывания внешнего керамического слоя.
Поскольку композитный материал PSUR основан на перекрестно-сшитом пластике, он также отличается очень высокой химической стойкостью. Это позволяет использовать широкий ассортимент очень прочных промышленных клеев, например, в момент фиксации данного материала к стене здания или при фиксации отдельных панелей друг к другу в ходе монтажа фасада.
Помимо этого, композитная конструкция материала PSUR позволяет получить материал, имеющий хорошие параметры для ослабления звука. Он заглушает звук намного лучше, чем однофазные материалы, такие как пенополистирол и пенополиуретан. В этой области только минеральная вата обладает лучшими свойствами.
Несмотря на то, что теплоизоляционный материал PSUR представляет собой горючий материал в данном классе: "огнезадерживающий" - панели этого типа отличаются высокой огнестойкостью, поскольку их монтаж гарантирует отсутствие кислорода, проникающего в изоляционный материал. Более того, полиуретановая матрица, отжигаемая при температуре выше 140°С, не разрушается, а образует специфический шлак, который продолжает удерживать внешний керамический слой из-за своей низкой толщины, а следовательно, и из-за низкого веса. Что, в свою очередь, продолжает отсекать теплоизоляцию от поступающего кислорода и гарантирует безопасность в ходе возможной спасательной операции или в ходе борьбы с огнем.
Как и в случае с пенополиуретаном, композитный PSUR, из-за своих механических и химических свойств обладает устойчивостью к различным типам микроорганизмов, грибов и грызунов.
Основные характеристики данного материала приведены в следующей таблице:
Описание теплоизоляционной панели
Данные изобретатели создали прототип теплоизоляционной композитной фасадной панели. Создание необходимой формы и производство такой панели оказалось сложной конструктивной и технологической задачей, но при этом было показано, что можно производить за один этап теплоизолированную композитную фасадную панель, состоящую из системы механических подвесов, фасадной панели и слоя композитного теплоизоляционного материала, который в то же самое время представляет собой строительный и теплоизоляционный материал, связывающий отдельные элементы.
Отдельные теплоизоляционные фасадные панели фиксируются к стенам здания с помощью расширяющихся болтов. Конструкция системы механических подвесов позволяет выполнить позиционную корректировку отдельных панелей в отношении стен и в отношении последовательных элементов фасада. Отдельные элементы фасада - теплоизолированные фасадные панели - не фиксируются друг к другу, а лишь соединяются с помощью соединения "вполунахлест", следующие панели накладываются на предыдущие. Между стеной здания и задней стенкой панели оставлен промежуток 1 см, который можно заполнить легким пенополиуретаном. Такое решение позволяет размещать теплоизоляционные фасадные панели на здании с неровной поверхностью стен и предотвратить образование мостиков холода в месте соединения отдельных панелей.
Чтобы предотвратить попадание воды между элементами фасада, а также для того, чтобы сохранить очень привлекательный внешний вид полученного фасада, в предложенном решении сварные соединения между отдельными щитами фасадных панелей цементируются и герметизируются с использованием надлежащих клеевых масс.
Двухсторонняя герметизация изоляционного слоя PSUR с помощью пенополиуретана изнутри и с помощью клеевой массы между отдельными фасадными щитами приводит к тому, что материал не имеет контакта с кислородом воздуха. При этом медленное разрушение органического материала, такого как PSUR, которое может произойти за долгие годы использования, невозможно. Это позволяет использовать данный тип панелей и описанный метод их монтажа для создания фасадов зданий с длительным сроком службы.
Представленная конструкция теплоизоляционных фасадных панелей и метод их монтажа в виде фасада на стенах здания также имеют несколько дополнительных преимуществ:
- быстрый и простой монтаж готовых теплоизолированых фасадных панелей;
- возможность создания фасада персоналом с одним лишь общим обучением и базовыми строительными инструментами;
- конструкция системы механических подвесов и использование системы выводных планок позволяет легко выровнять и сдвинуть отдельные панели относительно друг друга, чтобы адаптировать созданный таким образом фасад к разным размерам стен здания;
- отдельные теплоизолированные фасадные панели в предложенной системе фиксации механически фиксированы к стенам здания и друг к другу, при этом исключена возможность отделения или падения отдельных элементов фасада здания;
- система механических подвесов, скрытых за теплоизоляцией предотвращает образование холодовых мостиков;
- слой теплоизоляционного материала PSUR толщиной 10-14 см, а в особенности - 12 см, соответствует слою вспененного полистирола примерно 15-20 см, используемого в энергоэффективных домах;
- более низкая паропроницаемость по сравнению с традиционными фасадами.
Преимущества изобретения
1. Высокая теплоизоляция: экономия энергии и низкие затраты на обогрев помещений.
2. Прочность и длительный срок службы: более длительные периоды эксплуатации (без потребности в ремонте), более высокая устойчивость к атмосферным условиям, механическим и биологическим повреждениям, легкое обслуживание, огнестойкость выше, чем у щитов из пенополистирола и возможность использования на стенах высотных зданий.
3. Композитная конструкция: легкость монтажа, снижение времени и стоимости монтажа, экономическая эффективность транспортировки, индустриализация производственных процессов изоляции (отсутствие риска недостаточной изоляции из-за ручной подготовки на строительной площадке: отсутствие надзора, плохие атмосферные условия, отсутствие квалифицированных работников, то есть монтажников изоляции).
4. Очень низкое влагопоглощение: рост срока службы здания за счет снижения разрушения изоляции, а также за счет снижения растрескивания или отсоединения фасадных панелей из-за замерзания или вымораживания воды, сконденсировавшейся в зоне запотевания и более длительный период эксплуатации.
5. Снижение толщины стен: удаление воздушных пустот/промежутков, которые необходимы в вентилируемых фасадах, возможность производства намного более тонких изоляционных стен, постоянное усовершенствование эстетических свойств архитектуры из-за сокращения оконных ниш, возможность получения более крупных эффективных зон системы по ее контуру.
6. Очень низкий вес крупных панелей: снижение нагрузки на стены, рост безопасности во время монтажа и эксплуатации, рост безопасности в случае пожара, землетрясения или оползней, меньше затраты на транспортировку.
7. Более высокие эстетические свойства: возможность создания неограниченных рисунков и цветов фасадов, возможность использования изоляционных панелей большого размера, которые востребованы на рынке, возможность достижения эффекта современного фасада, устойчивого к грязи и граффити.
8. Привлекательная цена: возможность снижения стоимости высококачественного фасада с длительным сроком службы, сохраняя высокие эстетические свойства и превосходные теплоизоляционные свойства.
Пример теплоизолированной композитной фасадной панели в соответствии с указанным изобретением показан на фиг. 1 и фиг. 2.
Панель состоит из фасадного керамического щита 1 толщиной 3 мм, шириной 50 см и высотой 150 см, стального каркаса 3, структура которого показана на фиг. 1 и фиг. 2, которые присоединены друг к другу с помощью клеевого слоя вспененного материала PSUR 3 толщиной 12 см. Данная панель была подготовлена следующим образом.
На дно открытой стальной формы поместили керамический лист Ламинам 1 указанных выше размеров. Боковые стенки формы покрыли Тефлоном. Форму закрыли крышкой высокой прочности, на поверхности которой с помощью постоянных магнитов был установлен стальной каркас, показанный на фиг. 2. После этого нанесли пену через насадку системы для смешивания и нанесения. Внутреннюю часть формы подвергли предварительному нагреву до температуры примерно 50 градусов Цельсия. Теплоизолирующая пена во время расширения заполнила внутреннюю часть формы и надежно фиксировалась к керамическому листу, а также к стальному каркасу, это достигается за счет сил адгезионного взаимодействия. Пена осталась в форме до завершения процесса полимеризации и отверждения. Когда процесс полимеризации и отверждения был завершен, форму открыли, подняв крышку и раздвинув боковые стенки формы. Данный процесс сопровождался подачей сжатого воздуха высокого давления между стенками панели и формы посредством небольших каналов, сформированных заранее в стенках формы. После удаления формы и охлаждения до температуры окружающего воздуха, теплоизоляционная композитная фасадная панель готова к использованию.
Полученная теплоизоляционная композитная фасадная панель была подвергнута испытаниям на огнестойкость в соответствии со стандартной процедурой Научно-Исследовательского Института Строительства, Варшава.
Объектом испытания была фасадная панель, выполненная из листов Ламинам со встроенной изоляцией, выполненной из материала PSUR. Размеры, мм:
Лист Ламинам
1500×500×3
Изоляция PSUR
1510×510×120
Испытательный стенд представлял собой окно с исследуемой панелью, которая располагалась над окном. Тест на воспламеняемость воспроизводил натуральный огонь в здании, рядом с окном. Было сделано предположение о том, что время сгорания составит 30 минут, что достаточно для получения сертификата, разрешающего использование в строительной промышленности. Огонь получили путем сжигания отмеренного количества дерева, чтобы получить энергию, подаваемую в ходе процедуры, а также предопределенное количество тепла. Для сжигания взяли сухие березовые дрова. В ходе сжигания оказалось, что данного количества древесины недостаточно, чтобы поддерживать огонь в течение исследуемого периода. По этой причине дополнительная порция древесины была добавлена через 15 минут, а потом еще одна порция спустя 30 минут теста. Задняя стенка и боковые стенки панели были изолированы минеральной ватой, чтобы предотвратить прямое горение изоляционного материала PSUR. Температура наружного воздуха составила примерно 10°С.
Для измерения температуры использовался пирометр Conbest, модель testo 845. Для измерения низких и высоких температур использовались термографические камеры, модели V20 и V50, с их помощью оценивалось распределение температуры. Ход процесса регистрировали с помощью фотографических изображений и видео.
По причине превосходной огнестойкости время теста было увеличено до 50 минут. Зарегистрированные термограммы отражали распределение температуры на поверхности исследуемой панели. На задней стороне панели не было отмечено никакого значимого увеличение температуры, которая достигла максимума около 20°С. Максимальная температура (485.2°С) была получена на нижнем крае панели.
После теста панель была разрезана вдоль по центральной линии. На фиг. 3 показана фотография панели, разрезанной вдоль центральной линии, по которой ясно, что огонь не распространяется на внутреннюю поверхность панели, обугливается только внешний слой материала PSUR, что не ведет к разрушению панели, ослаблению металлического каркаса и отделению внешнего слоя фасада. Несмотря на то, что высокий температурный градиент вызвал разрыв поверхности керамического листа, отсоединения фрагментов от панели отмечено не было, поскольку они надежно фиксированы к изоляционному материалу. На фиг. 4 показано сечение панели с указанием отдельных компонентов.
Данная исследуемая панель выдержала тест с горением в течение 45 минут. Распространение пламени не наблюдалось. Ни один из фрагментов листа Ламинам не упал с панели. Не было отмечено никакого ослабления фиксации стального каркаса. Частично сгоревшая задняя поверхность панели была вызвана плохой теплоизоляцией задней поверхности. При фиксации к стене здания, данный эффект отмечен не был из-за отсутствия контакта с открытым огнем.
С точки зрения огнестойкости, самая большая опасность вызывается высокими температурными градиентами, которые ведут за собой растрескивание поверхности керамического листа. Образовавшиеся в тот момент промежутки обеспечивают доступ воздуха к изоляционному материалу. Несмотря на очень низкую массу плиток Ламинам, данные плитки остаются фиксированными к шлаку, который частично образовался при сжигании материала PSUR. По этой причине подача кислорода ограничена и дальнейшее горение изоляционного материала невозможно. Это защищает всю конструкцию фасада от распространения огня и позволяет использовать теплоизоляционные панели в высотных зданиях.