Строительная панель

Область техники
Полезная модель относится к области строительства, а именно к конструкции панели, используемой для строительства ограждающих, несущих и/или самонесущих конструкций, стен и перегородок зданий и сооружений.
Уровень техники
Из уровня техники известны различные конструкции строительных панелей. Наиболее близким по конструкции к заявляемой полезной модели является техническое решение, известное из патента Великобритании № GB157597 Усовершенствования в деревянных строительных элементах, приоритет от 06.11.1919. Для обеспечения лучшего понимания на Фиг. 1 и Фиг. 1.1 показана конструкция строительной панели согласно патенту №GB157597.
Строительная панель содержит чередующиеся сплошные слои 101 и слои элементов 102 (1021, 1022, 1023). Слой элементов 102 образован множеством вытянутых элементов 103, ориентированных в одинаковом направлении на расстоянии друг от друга с образованием множества воздушных каналов 104, ограниченных вытянутыми элементами 103 и сплошными слоями 101. При этом слои элементов 1021 и 1022, а также слои элементов 1022 и 1023, являются смежными.
r
0
Современные наружные стены и другие ограждения имеют сложную конструкцию, в которых теплопроводные характеристики зависят не только от характеристик материалов и толщины слоев, составляющих ограждение, но и от наличия внутренних связей конструкции, являющихся теплопроводными включениями. В которых тепловой поток движется через всю конструкцию, максимально используя материал с наибольшим значением коэффициента теплопроводности. В следствии чего ограждающая конструкция имеет неоднородное температурное поле, которое характеризуется R (м2/С*Вт) приведенным сопротивлением теплопередаче наружного ограждения. Для улучшения теплотехнических свойств (увеличения приведенного сопротивления теплопередаче) необходимо уменьшить тепловые потери через теплопроводные включения.
В ГОСТ Р 54851-2011 («Национальный стандарт Российской Федерации. Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчёт приведенного сопротивления теплопередаче»), указано, что при наличии в конструкции теплозащиты сквозных теплопроводных включений (которым является путь АВ на Фиг. 1) необходимо предусматривать вставки, являющимися разрывами мостиков холода. Это решение отражено в заявляемой полезной модели Фиг. 2, где улучшение теплотехнических свойств достигается, в частности, за счёт увеличения пути движения теплового потока по теплопроводному включению (которым является CDEFGH на Фиг. 2) по сравнению с известным уровнем техники Фиг. 1.
Раскрытие
Технический результат в заявляемой строительной панели, содержащей чередующиеся сплошные слои и слои элементов, соединенные между собой,  слой элементов образован множеством вытянутых элементов, ориентированных (расположенных)  в одинаковом направлении на расстоянии друг от друга с образованием воздушных каналов, ограниченных вытянутыми элементами и сплошными слоями ДОСТИГАЕТСЯ ТЕМ, что в смежных слоях элементов вытянутые элементы разнесены друг относительно друга, так, чтобы их проекции не пересекались на плоскости сплошного слоя, расположенного между смежными слоями элементов.
Возможные уточняющие признаки заявляемой полезной модели указаны ниже.
Строительная панель содержит n+1 сплошных слоев и n слоев элементов, где n- любое целое число больше или равное 2. Сплошные слои и слои элементов выполнены из одинакового материала. Сплошные слои выполнены из фанеры. Сплошные слои выполнены из шпона. Сплошные слои выполнены из ЦСП (цементно-стружечная плита). Сплошные слои и слои элементов выполнены из различных материалов. Вытянутые элементы имеют форму параллелепипеда. Вытянутые элементы имеют форму отличную от параллелепипеда. Вытянутые элементы смежных слоев элементов имеют одинаковую толщину. Вытянутые элементы смежных слоев элементов имеют различную толщину.  Вытянутые элементы смежных слоев элементов имеют одинаковую ширину. Вытянутые элементы смежных слоев элементов имеют различную ширину. Вытянутые элементы смежных слоев элементов имеют одинаковую площадь поперечного сечения. Вытянутые элементы смежных слоев элементов имеют различную площадь поперечного сечения. Вытянутые элементы одного слоя элементов имеют различную ширину. Вытянутые элементы одного слоя элементов имеют одинаковую ширину. Слой элементов образован множеством вытянутых элементов, ориентированных в одинаковом направлении на одинаковом расстоянии друг от друга с образованием множества одинаковых воздушных каналов. Слой элементов образован множеством вытянутых элементов, ориентированных в одинаковом направлении на различном расстоянии друг от друга с образованием множества воздушных каналов различного объема. Соединение чередующихся слоев осуществлено посредством клеевого состава. Соединение чередующихся слоев осуществлено посредством крепежных элементов. На одной из внутренних поверхностей воздушных каналов размещен отражающий теплоизоляционный материал. На нескольких внутренних поверхностях воздушных каналов размещен отражающий теплоизоляционный материал. На одной из внутренних поверхностей воздушных каналов размещен пленочный материал. На нескольких внутренних поверхностях воздушных каналов размещен пленочный материал. В воздушные каналы помещен теплоизоляционный материал. Вытянутый элемент слоя элементов имеет сквозные отверстия или имеет паз. Вытянутый элемент слоя элементов образован из частей, расположенных последовательно на расстоянии друг от друга, с образованием дополнительного воздушного канала, в промежутке между частями вытянутого элемента и сплошными слоями.
Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в повышении теплотехнических свойств строительной панели без существенного ухудшения массогабаритных и прочностных параметров строительной панели.
Улучшение теплотехнических свойств конструкции за счёт щелевидных пустот, расположенных в шахматном порядке (увеличение пути движения теплового поток через ограждающую конструкцию, по отношению к нормали – мостику холода) отражено так же в других строительных конструкциях, например, в стальном тонкостенном термопрофиле (рисунок 7.24 в СП 260.1325800.2016) или бетонный камень (рисунок 8 в ГОСТ 6133-52).
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 – конструкция строительной панели по патенту GB157597 (уровень техники).
На Фиг.1.1 – конструкция строительной панели по патенту GB157597 (уровень техники), без теплопроводных включений.
На Фиг.2 – конструкция заявляемой строительной панели с показанным отличием от известной конструкции.
На Фиг.2.1 – конструкция заявляемой строительной панели с показанным отличием от известной конструкции, без теплопроводных включений.
На Фиг.3 – пример заявляемой строительной панели.
Описание
На Фиг.2 показан неограничивающий вариант осуществления конструкции заявляемой строительной панели, для наглядности отображенной в той же стилистике, как и ближайший аналог (Фиг.1).  Заявляемая строительная панель содержит 4 сплошных слоя 201 (2011, 2012, 2013, 2014) и 3 слоя элементов 202 (2021, 2022, 2023). Слой элементов 202 образован множеством вытянутых элементов 203, ориентированных в одинаковом направлении на расстоянии друг от друга с образованием множества воздушных каналов 204, ограниченных вытянутыми элементами 203 и сплошными слоями 201. При этом слои элементов 2021 и 2022, а также слои элементов 2022 и 2023, являются смежными.
Количество чередующихся сплошных слоев 201 и слоев элементов 202 никак конкретно не ограничено. Стоит лишь отметить, что строительная панель содержит n+1 сплошных слоев 201 и n слоев элементов 202, где n- любое целое число больше или равное 2. То есть нижней границей диапазона количества слоев для сплошных слоев 201 равно 3, а для слоев элементов 202 равно 2.
Существенными отличительными признаками заявляемой полезной модели от известного уровня техники является то, что в смежных слоях элементов 202 вытянутые элементы 203 разнесены друг относительно друга, так, чтобы их проекции не пересекались на плоскости сплошного слоя 201, расположенного между смежными слоями элементов 202.
Другими словами, существенными отличительными признаками заявляемой полезной модели от известного уровня техники является то, что в смежных слоях элементов 202 (2021 и 2022, а также 2022 и 2023) вытянутые элементы 203 ориентированы в одном направлении и разнесены друг относительно друга в плоскости сплошного слоя, расположенного между смежными слоями элементов, причем проекции (2031 и 2032, а также 2032 и 2033) вытянутых элементов 203 смежных слоев элементов 202 (2021 и 2022, а также 2022 и 2023) не пересекаются на плоскости сплошного слоя 201 (2012, а так же 2013), расположенного между смежными слоями элементов 202 (2021 и 2022, а также 2022 и 2023). То есть проекции, 2031 и 2032, вытянутых элементов 203 смежных слоев элементов, 2021 и 2022, не пересекаются на плоскости сплошного слоя 2012, расположенного между смежными слоями элементов 2021 и 2022. А так же проекции, 2032 и 2033, вытянутых элементов 203 смежных слоев элементов, 2022 и 2023, не пересекаются на плоскости сплошного слоя 2013, расположенного между смежными слоями элементов 2022 и 2023.
r
0
Следствием этого (отличительного признака) путь прохождения тепла будет представлять собой ломаную линию CDEFGH, что будет существенно больше, чем в известной конструкции, показанной на Фиг.1, где путь прохождения тепла AB по существу равен толщине строительной панели. В результате этого приведенное сопротивление теплопередаче R будет разное у известной строительной панели (Фиг.1) и заявляемой строительной панели (Фиг. 2).
На основании ГОСТ Р 54851-2011 («Национальный стандарт Российской Федерации. Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчёт приведенного сопротивления теплопередаче»), приведенное сопротивление теплопередаче определяется по формуле:
r
0
0
R = ΣA / (ΣA/R + ΣL*ψ + ΣN*K)                (4.2)
2
где А это площадь конструкции в рассматриваемом фрагменте, м;
0
2
R это сопротивление теплопередаче однородной части конструкции, м*С/Вт;
L это протяженность всех стыков в рассматриваемом фрагменте, м;
N это число точечных теплотехнических неоднородностей в рассматриваемом фрагменте, шт;
К это дополнительные удельные потери теплоты через точечную теплотехническую неоднородность, Вт/С;
ψ это дополнительные удельные линейные потери теплоты через стык, Вт/(м*С), определяемые по формуле:
L
ψ = ΔQ / Т                 (4.3)
L
где ΔQ это дополнительные потери теплоты через стык, приходящиеся на один погонный метр стыка, Вт/м. Определяемые по формуле:
L
L
j
ΔQ = Q – Q(4.4)
j
где Q это потери теплоты через участок однородного заполнения, вошедший в расчетную область при расчете температурного поля стыка, Вт/м. Определяемые по формуле:
j
j
0
j
Q = A * Т / R * l                  (4.5)
Т = (+t - (-t))
j
Где l это протяженность расчетной области при расчете двухмерного температурного поля в направлении перпендикулярном к сечению, равная 1 м;
j
A это площадь однородных заполнений, вошедших в расчетную область при расчете температурного поля, м2;
+t это расчетная температура воздуха со стороны внутренней поверхности конструкции, °С;
-t это расчетная температура воздуха со стороны наружной поверхности конструкции, °С;
L
Q это потери теплоты через стык, приходящиеся на один погонный метр стыка, являющиеся результатом расчета температурного поля, Вт/м. Определяемые по формуле:
L
L
L
Q = A*Т / R * l
L
L
j
где A,Т, l аналогично Q
2
R это термическое сопротивление однородного слоя, м*С/Вт.
R = δ / λ                 (4.15)
где δ это толщина слоя, м;
λ это расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м*С.
Подставим все элементы (4.3) – (4.5) в формулу, а также учтём, что в фиг. 1 и фиг. 2 отсутствуют точечные технические неоднородности (следовательно, ΣN*K = 0), то формула (4.2) приобретает вид:
r
0
0
L
j
0
R = A / (A/R + L* (A/ R – A / R))
На основании того, что у иллюстративных примеров конструкций строительной панели, показанных на Фиг. 1 и Фиг. 2 однородная часть (без теплопроводных включений) имеет одинаковый вид и габариты L и P (показано на, неограничивающей, иллюстрации Фиг. 1.1 и Фиг. 2.1), то делаем допущение и все одинаковые части формулы (между Фиг. 1 и Фиг. 2) обозначим как Δ:
r
0
R = Δ / (Δ / Δ + Δ * (Δ / R – Δ / Δ))
r
0
Видно, что в формуле Rу Фиг. 1 и Фиг. 2 отличается только значение R, следовательно:
АB
1
Для Фиг. 1: R = δ / λ
CDEFGH
2
Для Фиг. 2:R = δ / λ
1
2
CDEFGH
AB
0
0
0
r
r
r
Так как известная строительная панель Фиг. 1 и заявляемая строительная панель Фиг. 2 в качестве рассматриваемого, неограничивающего, примера сделаны из одинакового материала (λ= λ), а δ больше δ (путь прохождения тепла CDEFGH и АВ, соответственно), следовательно, R заявляемой строительной панели на Фиг. 2 больше R известной строительной панели Фиг. 1. А так как при увеличении Rувеличивается R, то делаем вывод, что R заявляемой строительной панели Фиг. 2 больше R известной строительной панели Фиг. 1. На основании вышеизложенного делаем вывод что теплотехнические свойства заявляемой строительной панели Фиг. 2 лучше, чем у известной строительной панели Фиг. 1.
Сплошные слои 201 и слои элементов 202 одной строительной панели могут быть выполнены из одинакового материала, например, из дерева или на основе дерева (в частности, из фанеры, шпона, ЦСП (цементно-стружечная плита) и т.д.).
Сплошные слои 201 и слои элементов 202 могут быть выполнены из различных материалов. Например, сплошные слои 201 могут быть выполнены из фанеры, а слои элементов 202 могут быть выполнены из деревянных реек. Сплошные слои 201 могут быть выполнены из ЦСП (цементно-стружечная плита), а слои элементов 202 из дерева и т.д. без введения каких-либо ограничений. Выбор материала может быть обусловлен эксплуатационными характеристиками или назначением изготавливаемой панели. Например, для несущих конструкций может быть целесообразно использование одной комбинации материалов, а для перегородок другой. Очевидно, что возможно изготовление универсальных панелей, подходящих для различных целей и условий.
Вытянутые элементы слоя элементов 202 могут иметь форму параллелепипеда. Одним из возможных примеров могут быть деревянные рейки или бруски. Вытянутые элементы имеют форму отличную от параллелепипеда, например, иметь овальное сечение, или круглое сечение, или ромбовидное сечение ил сечение иной формы без введения ограничений. Вытянутые элементы смежных слоев элементов 202 могут иметь одинаковую толщину или различную толщину. Данное условие не является ограничивающим. Вытянутые элементы смежных слоев элементов 202 могут иметь одинаковую площадь поперечного сечения как показано на Фиг. 2. Вытянутые элементы смежных слоев элементов 202 могут иметь различную площадь поперечного сечения (не показано). Вытянутые элементы одного слоя элементов могут иметь различную ширину (не показано) или одинаковую ширину как показано на Фиг. 2. Слой элементов 202 образован множеством вытянутых элементов, ориентированных в одинаковом направлении на одинаковом расстоянии друг от друга с образованием множества  одинаковых воздушных каналов как показано на Фиг. 2. Слой элементов 202 может быть образован множеством вытянутых элементов, ориентированных в одинаковом направлении на различном расстоянии друг от друга с образованием множества  воздушных каналов различного объема (Фиг. 3)
Различное сочетание материалов, форм, размеров, количество слоев, количество элементов, расстояния между элементами слоя элементов 202 направлено в первую очередь на дополнительное повышение теплотехнических свойств заявляемой строительной панели.
Так же дополнительно на одной из внутренних поверхностей воздушных каналов может быть размещен отражающий теплоизоляционный материал. На нескольких внутренних поверхностях воздушных каналов может быть размещен отражающий теплоизоляционный материал. В качестве такого материала может быть использована, например, фольга, закрепленная на одной или нескольких внутренних поверхностях воздушного канала. В частности, на поверхности сплошного слоя 201 и/или боковых поверхностях элементов слоя элементов 202.  В примечании таблицы 7 в СП 23-101-2004 («Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование тепловой защиты зданий.»), написано, что при наличии на одной или обеих поверхностях воздушной прослойки теплоотражающей алюминиевой фольги термическое сопротивление следует увеличивать в два раза. То есть использование отражающий поверхности напрямую связано с увеличением приведенного сопротивления теплопередаче, следовательно, влияет на улучшение теплотехнических свойств.
Аналогичным образом на одной или нескольких внутренних поверхностях воздушных каналов может быть размещен пленочный материал. В качестве такого материала может быть использован, например, полиэтилен, закрепленный на одной или нескольких внутренних поверхностях воздушного канала. В частности, на поверхности сплошного слоя 201 и/или боковых поверхностях элементов слоя элементов 202. Плёночный материал необходим для снижения паропроницания и воздухопроницания строительной панели, так как проникновение холодного воздуха или переувлажнение ограждающих конструкций становится причиной увеличения теплопотерь. Следовательно, его присутствие улучшает теплотехнические свойства строительной панели. В пункте 8.1. СП 50.13330.2012 «Свод правил. Тепловая защита зданий.» написано: «Защита от переувлажнения ограждающих конструкций должна обеспечиваться путем проектирования ограждающих конструкций с сопротивлением паропроницанию…».
Вытянутый элемент слоя элементов может иметь сквозные отверстия (не показано). Например, в плоскости параллельной сплошным слоям строительной панели и сквозные отверстия связаны с соседними воздушными каналами, разделенными указанным вытянутым элементом. И/или, например, сквозные отверстия могут быть выполнены в плоскости перпендикулярной сплошным слоям строительной панели и сквозные отверстия могут создавать воздушные отсеки внутри вытянутых элементов для дополнительного снижения теплопроводности строительной панели. Сквозные отверстия могут представлять собой, например, перфорацию, и обеспечивают дополнительную циркуляцию воздушных масс между воздушными каналами сквозь вытянутые элементы слоя элементов. Возможно комбинирование вытянутых элементов со сквозными отверстиями и без них в рамках одного или разных слоев элементов. Сквозные отверстия уменьшают площадь теплопроводного включения, следовательно, увеличивается приведенное сопротивление теплопередаче, а значит улучшаются теплотехнические свойства.
Вытянутый элемент слоя элементов может иметь один или несколько пазов. Что уменьшает площадь теплопроводного включения, следовательно, увеличивается приведенное сопротивление теплопередаче, а значит улучшаются теплотехнические свойства.
Вытянутый элемент слоя элементов может быть образован из частей, расположенных последовательно на расстоянии друг от друга, с образованием дополнительных воздушных каналов 305 (Фиг. 3), в промежутке между частями вытянутого элемента и сплошными слоями. Что уменьшает площадь теплопроводного включения, следовательно, увеличивается приведенное сопротивление теплопередаче, а значит улучшаются теплотехнические свойства.
В воздушные каналы может быть помещен теплоизоляционный материал, например, базальтовая вата.
На Фиг. 3 показан пример возможного осуществления заявляемой строительной панели, содержащей 5 сплошных слоя 301 чередующихся с 4 слоями элементов 302 (3021, 3022, 3023, 3024). Слой элементов 3021 является смежным со слоем элемента 3022, а слой элементов 3022 является смежным со слоем элементов 3023, а также слой элементов 3023 является смежным со слоем элементов 3024. Слои элементов 302 состоят из вытянутых элементов 303, ориентированных в одинаковом направлении на расстоянии друг от друга с образованием множества воздушных каналов 304, ограниченных вытянутыми элементами 303 и сплошными слоями 301. Вытянутые элементы 303 слоя элементов 302 образованы из частей 30341 и 30342, расположенных последовательно на расстоянии друг от друга, с образованием дополнительного воздушного канала 305, в промежутке между частями вытянутого элемента 30341, 30342 и сплошными слоями 301.
Очевидно, что приведенный иллюстративный пример не является ограничивающим, возможно выполнение слоя элементов 302 таким образом, что часть вытянутых элементов могут быть выполнены цельными без воздушного канала 305, а часть вытянутых элементов могут быть образованы из двух или более частей как показано на Фиг.3 (позиции 30341 и 30342). При этом расстояние между частями вытянутого элемента 30341 и 30342 может сохраняться или отличаться в рамках одного слоя элементов 302, так и в рамках различных слоев элементов 302 (3021, 3022, 3023, 3024) строительной панели.
Введение дополнительного воздушного канала 305 уменьшает площадь теплопроводного включения, следовательно, увеличивается приведенное сопротивление теплопередаче, а значит улучшаются теплотехнические свойства.
Производство строительной панели может быть осуществлено, например, аналогично способу, известному из ближайшего аналога. А именно, путем соединения элементов конструкции (сплошных слоев и слоев элементов) посредством клеевого состава. Альтернативно или дополнительно соединение всех или некоторых элементов конструкции может быть осуществлено посредством крепежных элементов. Например, гвоздей, саморезов, заклёпок и т.д. без введения каких-либо ограничений.
Установка отражающего теплоизоляционного материала и/или пленочного материала может быть так же осуществлена посредством клеевого состава или крепежных элементов.
Технологические операции, связанные с изготовлением строительной панели, очевидны для специалиста и могут быть произведены вручную, либо по меньшей мере частично с помощью различных технических средств, известных в настоящее время.
Данная панель может выполнять как ограждающие, так и несущие функции. Для достижения различного назначения заявляемая строительная панель может иметь различную форму, размер, расположение, количество слоев. Слои могут быть выполнены из различных материалов. На внутренних поверхностях воздушных каналов могут быть размещены теплоотражающие или пленочные материалы, а в сами воздушные каналы может быть помещен теплоизоляционный материал. Представленные усовершенствования направлены на повышение теплотехнических свойств строительной панели.
Представленные иллюстративные варианты осуществления, примеры и описание служат лишь для обеспечения понимания заявляемого технического решений и не являются ограничивающими. Другие возможные варианты осуществления будут ясны специалисту из представленного описания. Объем настоящей полезной модели ограничен лишь прилагаемой формулой полезной модели.