СТЕКЛОПАНЕЛЬ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ПРОЕМОВ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ
GLASS PANEL FOR INSTALLATION IN FACADE SYSTEM OPENINGS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области строительства, конкретнее к элементному остеклению фасадов из металлических профильных конструкций и ПВХ.
Уровень техники
В современном строительстве все большее распространение получают фасады зданий, выполненные целиком из стекла. Элементное заполнение таких фасадов включает прозрачные и непрозрачные элементы, закрепляемые в несущих конструкциях, обычно в одной вертикальной плоскости. «Прозрачные» элементы (однослойное остекление и стеклопакеты) обеспечивают естественное освещение и проветривание здания, «непрозрачные» элементы устанавливаются в местах расположения конструктивных перегородок и перекрытий, служат для их маскировки, и при этом выполняют функции стенового наружного ограждения, обеспечивающего тепловую изоляцию помещений.
Известна фасадная стена здания, содержащая непрозрачные элементы остекления, каждый из которых выполнен в виде группы, образованной листом стекла и листом утеплителя, смонтированными в металлических профилях фасада на некотором расстоянии между собой (патент RU № 2143037, МПК: Е04В 2/96, опубл. 1999.12.20 и патент US № 4.662.145, МПК: Е04В 1/00, опубл. 05.05.1987 г.). Наличие свободного пространства между листом стекла и слоем утеплителя позволяет повышать тепловую защиту помещения путем увеличения толщины изоляционного слоя или размещения дополнительного теплоизолирующего материала. Однако наличие воздушной прослойки между стеклом и утеплителем ведет к возможности образования конденсата на внутренней поверхности стекла, а наличие нескольких самостоятельных элементов «непрозрачной группы», требующих последовательного монтажа в несущей конструкции, снижает производительность строительных работ.
Известна многослойная панель, содержащая пару параллельных листов стекла, один из которых с внутренней стороны покрыт слоем отражающего металла, и размещенный между стеклами слой изоляционного материала (пенопласта, пенополиуретана или др.). По периметру панель заключена в металлическую раму (патент на изобретение US № 3999345, МПК: В04В 2/28, опубл. 28.12.76). Выполнение непрозрачного элемента в виде единой (многослойной) панели, полностью готовой к установке, позволяет значительно повысить производительность строительно-монтажных работ, с одной стороны, и исключить возникновение конденсата на внутренней поверхности стекла, с другой. Однако упомянутая конструкция не позволяет значительно увеличивать теплоизоляционные характеристики панели. Кроме того, закрепление такой стеклопанели может быть осуществлено только за металлическую раму, обрамляющую панель по периметру, например, как это осуществляют в патенте на изобретение US № 3994107, МПК: Е04Н 1/00, опубл. 30.11.76, вследствие чего между внутренним стеклом и перекрытием образуется щель, что ведет к проблеме обеспечения дымо- и шумоизоляции, между этажами и помещениями.
Известна сэндвич-панель для изготовления ограждающих конструкций зданий, содержащая два поверхностных слоя из металлических листов и центральную часть, комбинированную из полос теплоизоляционного материала (см. патент на изобретение № 2270902, МПК: Е04С 2/26, опубл. 2006.02.27). Достоинством этого решения, как и предыдущего, является выполнение непрозрачного элемента в виде завершенной секции, изготовленной в заводских условиях. Недостатком упомянутой панели является выполнение ее наружного слоя из металла, имеющего низкую долговечность и повышенную теплопроводность, что ухудшает теплоизоляционные свойства панели. Увеличение слоя изоляции приведет к утолщению панели, и, далее - к проблеме монтажа в имеющихся несущих конструкциях. Кроме того, при использовании упомянутой сэндвич-панели невозможно получить полностью «стеклянный» фасад здания.
Ближайшим аналогом для заявляемого решения принята многослойная клееная стеклопанель, содержащая лицевую поверхность из зеркального стекла с непрозрачным внутренним покрытием и слой тепловой изоляции в виде минерального волокна. Внутренняя поверхность панели, т.е. ее внутренняя обшивка, образована слоем фольги, служащей для защиты минерального слоя (см. патент US № 4016324, МПК: В32В 7/00, опубл. 05.04.77). Конструкция известной стеклопанели позволяет осуществлять ее монтаж с использованием унифицированных крепежных элементов, однако в этом случае зажим панели осуществляется только за слой стекла, что значительно ухудшает ее итак низкие теплотехнические характеристики. К недостаткам упомянутого решения можно также отнести низкую прочность и надежность панели, вследствие возможности отрыва слоя изоляции от поверхности стекла, а также необходимость дополнительного упрочнения ее внутренней поверхности для обеспечения возможности закрепления к панели отделочных крепежных элементов, позволяющих устранить технологические зазоры и обеспечить дымо- и шумоизоляцию помещений.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого изобретения является создание элемента непрозрачного остекления в виде стеклопанели, обеспечивающей комплексное решение вопросов, связанных с повышением тепло-, дымо- и шумоизоляции внутренних помещений здания, при одновременном сохранении простоты и высокой производительности монтажа.
Поставленная задача решена за счет того, что в стеклопанели для заполнения проемов фасадных систем, содержащей соединенные посредством клеевых слоев лицевой наружный слой из непрозрачного зеркального стекла, слой изоляции и внутреннюю обшивку, согласно заявляемому изобретению, внутренняя обшивка выполнена в виде элемента коробчатой формы с плоским фланцем по периметру, соединенным со слоем изоляции, выполненным из вспененного полимерного материала, при этом внутренний объем элемента коробчатой формы заполнен, по меньшей мере, одним дополнительным слоем изоляции.
Основным моментом, отличающим заявляемую стеклопанель от прототипа и других известных панелей наружного ограждения, является выполнение внутренней обшивки в виде объемного тонкостенного элемента коробчатой формы, которая образована днищем и боковыми стенками элемента, по открытому (свободному) краю которых выполнен единый плоский выступающий наружу фланец.
Фланец оперт на слой тепловой изоляции, который выполнен из вспененного полимерного материала и соединен с ним посредством клеевого слоя, при этом по краю панели по ее периметру образуется так называемый «посадочный пояс». Толщина стеклопанели в пределах посадочного пояса, т.е. на краевых участках, предназначенных для закрепления стеклопанели в несущих конструкциях, постоянна и складывается из толщины стекла, толщины вспененного полимерного материала и толщины материала обшивки. В зависимости от условий и требований конкретного строительства можно увеличивать (или уменьшать) глубину короба обшивки, изменяя заполнение его внутреннего объема. Однако при любом исполнении срединной части стеклопанели, т.е. независимо от глубины короба и количества размещенных в нем дополнительных изоляционных слоев, краевые участки стеклопанели имеют постоянную толщину, а значит сохраняется возможность монтажа стеклопанели в одних и тех же имеющихся несущих конструкциях.
Таким образом, вышеприведенная совокупность существенных признаков позволила получить новый технический результат, заключающийся в возможности увеличения толщины слоя тепловой изоляции стеклопанели при сохранении ее установочных монтажных размеров.
Такое решение значительно повышает технологичность производства, обеспечивает возможность его быстрой переналадки под конкретные требования строительства, позволяет исключить необходимость разработки новых несущих конструкций и установочных узлов при изменении требований к теплоизолирующим свойствам панели.
Толщина стеклопанели на краевых участках, предназначенных под прижим, соответствует толщине используемых в строительстве стеклопакетов, что позволяет применять для ее установки и закрепления унифицированные узлы и детали, аналогичные тем, что применяют для установки и закрепления стеклопакетов. Применение унифицированных узлов для всех элементов (прозрачных и непрозрачных) фасадного остекления значительно ускоряет и удешевляет строительство.
В отличие от прототипа, соединение слоев стекла и внутренней обшивки осуществляется со слоем вспененного полимерного материала, преимущественно пенополистирола, который, в отличие от минерального материала, имеющего волокнистую структуру, имеет высокую плотность, однородную мелкопористую структуру и характеризуется большой жесткостью. Клеевые соединения слоев панели отличаются высокой прочностью и надежностью. Минеральное волокно используют только в качестве слоя дополнительной изоляции, который не воспринимает нагрузок, располагаясь внутри объемного элемента обшивки, представляющего для него, по сути, защитный кожух, краевые участки которого, т.е. фланец, прочно соединен со слоем вспененного полимерного материала.
Зажим стеклопанели в несущих конструкциях осуществляется через слой утеплителя, что обеспечивает повышенную тепловую защищенность внутренних помещений здания. При этом высокие прочностные характеристики вспененного полимерного материала обеспечивают высокую плотность стыковых соединений стеклопанели с несущими конструкциями. При зажиме стеклопанели слой утеплителя, в отличие от прототипа, не сминается, за счет чего сохраняется первоначальная герметичность уплотнительных соединений.
Выполнение внутренней обшивки панели в виде элемента коробчатой формы также позволяет значительно повысить жесткость и прочность стеклопанели.
В качестве материала для изготовления внутренней обшивки стеклопанели используют, преимущественно, листовой металл, например, сталь (нержавеющую, оцинкованную) или алюминий. При этом в качестве альтернативного материала для изготовления объемного элемента обшивки возможно использование композиционных материалов на основе органического или неорганического связующего и стеклянного наполнителя - стеклопластиков, с пониженной горючестью или негорючих. Упомянутые материалы обеспечивают получение достаточно прочной внутренней поверхности стеклопанели, к которой можно осуществить закрепление различных отделочных элементов, таких как кронштейны, уголки и проч., что позволяет осуществить зашивку и/или замоноличивание технологических зазоров между стеклопанелью и конструктивными элементами здания (внутренними межкомнатными перегородками, межэтажными перекрытиями) с целью организации пожаро-, дымо- и шумоизоляции между этажами и помещениями.
Таким образом, заявляемая конструкция стеклопанели характеризуется высокой прочностью и надежностью и позволяет комплексно решить вопросы, связанные с повышением тепловой защищенности здания, и вопросы пожарной безопасности и изоляции внутренних помещений.
С целью повышения огнестойкости стеклопанели во внутреннем объеме короба обшивки размещают слой минерального материала - базальта.
С целью повышения теплозащитных характеристик стеклопанели, во внутреннем объеме короба обшивки размещают дополнительно еще один или нескольких слоев вспененного полимерного материала.
Для сохранения показателей огнестойкости и одновременного повышения теплоизоляционных характеристик стеклопанели, размещенный во внутреннем объеме короба дополнительный изоляционный материал может представлять собой комбинацию базальта и вспененного полимерного материала. Предпочтительным является размещение минерального материала вдоль внутренних поверхностей объемного элемента, где наиболее вероятен контакт панели с огнем в случае возникновения пожара.
В качестве непрозрачного зеркального стекла предпочтительным является использование стемалита - листового строительного стекла, толщиной обычно 6-9 мм, покрытого с одной стороны несмываемой, вжигаемой в стеклянную пластину краской, которая становится ее частью и не снимается даже металлическими предметами. Термическая обработка при нанесении такого покрытия значительно упрочняет стекло, что позволяет отнести его к классу безопасных, закаленных стекол.
В качестве вспененного полимерного материала наиболее предпочтительным является использование экструзионной пенополистирольной плиты. Экструзионный пенополистирол имеет высокие теплоизоляционные свойства, характеризуется минимальным влагопоглощением, высокими прочностными характеристиками, стабильностью объема и формы, долговечностью, низкой паропроницаемостью, легкостью нарезки и обработки.
Кроме пенополистирола может быть использован и другой пенопласт. В этом случае желательно осуществить склеивание панели по периметру бутиловой лентой, что позволит с торцов защитить слой утеплителя от влаги.
3
В качестве базальтового изоляционного материала предпочтительно использование минераловатной плиты с плотностью не менее 70 кг/м.
В заявляемом решении предусмотрена возможность повышения теплостойкости панели от наружного нагрева путем размещения между слоем стекла и слоем изоляции дополнительного теплостойкого слоя в виде листа паронита или другого материала с указанными свойствами. Это позволяет использовать заявляемый элемент непрозрачного остекления в районах с повышенной средней температурой воздуха.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид в изометрии участка фасадного остекления здания с использованием заявляемой стеклопанели; на фиг.2 изображена заявляемая стеклопанель, в разрезе; на фиг.3 внутренняя обшивка стеклопанели, общий вид, изометрия; на фиг.4 показана последовательность сборки стеклопанели,
на фиг.5 приведены несколько возможных вариантов заполнения внутреннего объема коробчатого элемента обшивки: на фиг.5а - дополнительный слой изоляции выполнен в виде еще одного слоя вспененного полимерного материала, на фиг.5б - дополнительная изоляция представлена в виде комбинации из пенополистирола и базальта,
на фиг.6a - фрагмент с фиг.2 (увеличено), показан «посадочный пояс» в разрезе; фиг.6б показано исполнение стеклопанели с защитной окантовкой торцовой поверхности панели лентой типа ЛБМ, на фиг.6в показана возможность установки дополнительного теплостойкого слоя для защиты от наружного нагрева;
на фиг.7 приведено частичное поперечное сечение по линии А-А с фиг.1, показывающее вертикальный стенной стык в соответствии с изобретением, схематично;
на фиг.8 приведено частичное поперечное сечение по линии Б-Б с фиг.1, показывающее горизонтальный стенной стык, схематично;
на фиг.9 частичное поперечное сечение по линии С-С с фиг.1.
Осуществление изобретения
Стеклопанель предназначена для заполнения проемов фасадных систем из металлических сплавов и ПВХ для зданий и сооружений различного назначения. На фиг.1 представлен общий вид фасадного остекления здания с использованием заявляемого элемента. W - светопрозрачные элементы фасадного остекления, S - непрозрачные, в качестве которых использована заявляемая стеклопанель.
Стеклопанель S представляет собой многослойную конструкцию, состоящую (см. фиг.2) из наружного слоя 1 из закаленного рефлективного стекла с непрозрачным покрытием, слоя 2 теплоизоляции из вспененного полимерного материала и внутренней обшивки 3, соединенных между собой клеевыми слоями 4.
В качестве закаленного рефлективного стекла с непрозрачным покрытием для наружного слоя 1 был использован «Стемалит Stop Sol Super Silver…Greu» толщиной 6 мм. Однако может быть использовано любое другое стекло, отвечающее требованиям безопасности эксплуатации и обслуживания, т.е. соответствующее ГОСТу 30698-2000 «Стекло закаленное строительное».
3
В качестве вспененного полимерного материала была использована экструзионная пенополистирольная плита «Пеноплекс» ТУ 5767-002-46261013-99, плотностью 45 кг/м.
Внутренняя обшивка 3 выполнена (см. фиг.3) в виде элемента коробчатой формы, образованной днищем 5 и боковыми стенками 6, 6', 7 и 7' элемента. По периметру элемента 3 по открытому (свободному) краю его боковых стенок образован плоский фланец 8.
Короб обшивки 3 может быть изготовлен из листового металла, например, стали оцинкованной или нержавеющей не менее 0,8 мм толщиной, или алюминия с толщиной не менее 1,2 мм. Изготовление короба из листового металла осуществляют, используя известные технологии: по заданным размерам осуществляют вырубку заготовки, которую затем подвергают гибке с образованием отбортовочных элементов. Сваривают угловые швы и, если необходимо, окрашивают.
В качестве материала для внутренней обшивки может быть использован стеклопластик. Этот материал характеризуется высокой прочностью, стойкостью к агрессивным и водным средам, низкой теплопроводностью и значительно меньшим удельным весом, чем различные металлы, что позволяет уменьшить общий вес стеклопанели. В этом случае короб обшивки 3 может быть изготовлен методом контактного формования из стекловолокнистых армирующих материалов, пропитанных полиэфирными смолами на матрицах с последующим отверждением. Технология изготовления короба из стеклопластика более дорогостоящая, т.к. требуется применение специализированного оборудования.
Во внутреннем объеме 9, полученном в результате выполнения элемента обшивки 3 коробчатой формы, размещают один или более дополнительных слоев изоляции.
3
На фиг.2 и 4 показано выполнение дополнительного слоя изоляции из минераловатной плиты 10 плотностью не менее 70 кг/м.
Сборку стеклопанели осуществляют следующим образом.
Подготовленные по заданным размерам слои будущей панели последовательно укладывают друг на друга, нанося клеевую композицию на склеиваемые поверхности. На фиг.4 показана последовательность размещения слоев, снизу вверх: листа стемалита 1, экструзионного пенополистирола 2, минеральной ваты 10 и коробчатого элемента внутренней обшивки 3. При этом последний размещают так, чтобы фланец 8 был оперт на слой пенополистирола 2 по периметру последнего, а слой минеральной ваты 10 был расположен во внутреннем объеме 9 короба 3. (Слой минеральной ваты 10 может быть изначально уложен во внутренний объем 9 короба 3). Подготовленную таким образом многослойную конструкцию спрессовывают, обеспечивая прочное соединение слоев.
Слой пенополистирола 2 определяет теплозащитные характеристики стеклопанели, слой минеральной ваты (базальтовый слой) 10 обеспечивает усиление теплозащитных характеристик и повышение огнестойкости панели.
На фиг.5 показаны некоторые возможные варианты заполнения внутреннего объема 9 короба 3 дополнительным изоляционным материалом. На фиг.5а дополнительный слой изоляции выполнен в виде еще одного листа пенополистирола 11. На фиг.5б во внутреннем объеме 9 короба 3 размещены сразу два дополнительных изолирующих слоя: пенополистирола 12 и базальта 13. Причем слой базальта 13 размещен вдоль внутренних поверхностей боковых стенок и днища короба 3.
Базальтовый слой (10, 13) в силу своей плохой способности к приклеиванию, может быть просто уложен во внутреннем объеме короба 3, при этом его удержание и сохранность обеспечиваются тем, что фланец 8 обшивки 3 прочно соединен с остальными слоями панели.
Пенополистирол является легким материалом с высокими теплоизолирующими характеристиками, вследствие чего полученная стеклопанель имеет высокие теплоизолирующие характеристики, причем для повышения тепловых показателей панели может быть добавлен один дополнительный слой пенополистирола (как на фиг.5а), а также два и более, в зависимости от конкретных требований строительства (см. таблицу). По вариантам конструктивного исполнения стеклопанели могут быть 3-х, 4-х, 5-ти и более слойными.
Различное исполнение стеклопанели позволяет использовать ее в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе -20°С и выше (нормальное исполнение), а также в районах более крайнего Севера, где среднемесячная температура воздуха в январе ниже -20°С (морозостойкое исполнение).
общ.
Общая толщина (h) панели определяется толщиной слоев изоляции.
общая толщина панели (h<sub>общ.</sub>), мм
Показатель приведенного сопротивления теплопередачи, м<sup>2</sup> с/Вт
55
1,0-1,5
85
1,5-1,7
105
>1,7
Готовая стеклопанель S имеет по периметру так называемый «посадочный пояс», за который осуществляется зажим панели при ее установке в несущих фасадных конструкциях (см. фиг.6).
общ.
уст
Если общая толщина (h) панели зависит от толщины всех слоев изоляции, то «посадочный пояс», образованный склеенными между собой краевыми участками листов стекла 1 и вспененного полимера 2 и фланцем 8 обшивки 3, имеет постоянную «толщину» - толщину под прижим h - установочный размер, не зависящий от размеров внутреннего объема 9 короба 3 и толщины размещенных в нем дополнительных слоев изоляции.
уст
1
1
уст
h определяется на стадии проектирования конкретного здания. В зависимости от того, какому коэффициенту тепловой защищенности должно соответствовать проектируемое здание, подбираются возможные варианты стеклопакетов. Исходя из толщины используемых в строительстве здания стеклопакетов h идет изготовление непрозрачных стеклопанелей. Так, если толщина используемых в строительстве стеклопакетов h=32 мм, то и стеклопанель для непрозрачного остекления изготавливается с толщиной под прижим h=32 мм (см. фиг.7), что позволяет применить для монтажа прозрачных W и непрозрачных S элементов остекления однотипные унифицированные установочных узлы несущих конструкций. Таким образом, заявляемое решение позволяет значительно упростить процесс подготовки производства, т.е. изготовления элементов несущих конструкций, значительно облегчает монтаж, повышает производительность строительно-монтажных работ и удешевляет строительство. При этом достаточно легко достигается расположение прозрачных и непрозрачных элементов фасада в единой вертикальной плоскости.
Зажим стеклопанели в несущих конструкциях осуществляется через слой 2 пенополистирола, что обеспечивает высокие теплоизолирующие характеристики панели.
Пенополистирол имеет закрытые поры и, как следствие, хорошие показатели влагостойкости. В случае выполнения слоя 2 из пенопласта, имеющего открытые поры, необходимо использование дополнительной защиты панели от попадания влаги, например, за счет склеивания торцов панели лентой 14 типа ЛБМ (см. фиг. 6б).
Заявляемая конструкция стеклопанели предусматривает возможность теплостойкого исполнения к наружному нагреву для возможности ее использования в районах, где среднемесячная температура воздуха в июле превышает +38°С. Для предотвращения подплавления слоя 2 пенополистирола между упомянутым слоем 2 и листом стекла 1 дополнительно размещают теплостойкий слой в виде листа паронита 15 (см. фиг.6в).
На фиг.8 показано стыковое соединение двух непрозрачных панелей S1 и S2 с вертикальной несущей стойкой (середником) 16.
На фиг.9 проиллюстрирована возможность закрепления к стеклопанели S отделочных конструктивных элементов 17, что позволяет устранить технологические зазоры 18 между стеклопанелью и перекрытием 19. Обычно зазор заполняют изоляционным материалом и омоноличивают. Аналогично устраняются зазоры между стеклопанелями и внутренними перегородками. Устранение технологических зазоров между конструктивными элементами обеспечивает дымо- и шумоизоляцию между этажами и внутренними помещениями здания.
Внутренняя обшивка 3 стеклопанели является завершенной внутренней поверхностью, окрашенной или же готовой под финишную отделку, что устраняет необходимость построения отдельной завершенной внутренней стены, значительно экономит время и средства.
Обычно непрозрачные элементы остекления монтируются только в пределах перекрытия. Заявляемая конструкция стеклопанели может значительно превышать размеры перекрытия. Рекомендуемые габариты заявляемой панели составляют: min 200×300 мм, a max 2000×3000 мм.