Навесная тёпло-холодная ограждающая конструкция здания

Полезная модель относится к строительству и ремонту зданий и сооружений гражданского, промышленного и сельскохозяйственного назначения, в частности к системам ограждения зданий с теплоизоляцией и отделкой наружных стен и фасадов, для придания им эстетических качеств и повышения степени теплоизоляции и защиты от воздействия внешних атмосферных явлений.
Фасад формирует внешний облик здания, является его визитной карточкой. Однако является ошибкой полагать, что фасад здания несет только декоративную функцию. Грамотно выбранная и качественно выполненная отделка фасада защищает строение от воздействия внешней среды, поэтому очень важно, чтобы фасад всегда находился в безупречном состоянии. Главные цели, которые преследуют фасадные работы - утепление и защита зданий от воздействия внешних атмосферных явлений, а также повышение их эстетических качеств. Задачи энергосбережения стали определяющим фактором эволюции фасадных систем
Ограждающие конструкции - строительные конструкции (стены, перекрытия, перегородки и т.п.), которые образуют наружную оболочку здания, защищающую ее от воздействия тепла, холода, влаги, ветра и т.п., а также разделяют здание на отдельные помещения.
«Теплая» зона фасада здания - область фасада за которой расположено отапливаемое помещение, как правило, проем образованный по вертикали между перекрытиями или парапетом и перекрытием, по горизонтали между стенами.
«Холодная» зона фасада здания - область фасада за которой расположено не отапливаемое помещение, парапет, колонна или стена здания.
«Тепло-холодный» фасад здания - комбинированная навесная ограждающая конструкция, которая служит защитой для теплых и холодных участков здания.
При строительстве современных зданий и сооружений трудно добиться оригинальных решений и привлекательных эстетических форм без использования архитектурных фасадных профильных систем. Используя надежные и простые в монтаже профильные системы, можно создавать современные стильные фасады, окна и двери, светопрозрачные крыши, балконы и т.д. Выпуском системных профилей занимается множество мелких и крупных отечественных и зарубежных компаний. Среди российских производителей алюминиевых профильных конструкций хорошо зарекомендовали себя компании Алютех, Татпроф, Сиал, Инициал, Unistem и еще ряд не менее известных изготовителей. Среди импортных лидируют такие фирмы, как Reynaers, Hueck, Wicona, Shueco и др. Если сравнивать визуально между собой фасадные профильные системы, то особые различия между российскими и зарубежными фасадными конструкциями почти незаметны. К тому же множество элементов конструкций импортных системных профилей уже давно производятся в нашей стране. Основные отличия могут быть в конструктивных возможностях той или иной системы.
Известно, что тепловые потери в жилых зданиях происходят не только за счет стен, но именно внешние светопрозрачные ограждающие конструкции традиционно считаются их основной причиной. Даже для малоэтажных домов эта величина достигает 35% от общих потерь. В многоэтажных зданиях она может доходить до 60-80%.
Применение герметичных окон и стремление снизить энергозатраты за счет сокращения вентиляционных потерь существенно повышают влажность воздуха внутри помещения. Другой причиной служат ошибки в проектах, способствующие возникновению мостиков холода, что при повышенных влажности и температуре внутренней поверхности наружной стены являются причиной выпадения конденсата. Достаточно высока вероятность появления конденсата в угловых комнатах, что связано с аэродинамическим эффектом, способствующим более эффективной теплоотдаче и снижению теплоизоляционных свойств материала.
В странах Западной Европы работа по энергосбережению в жилищном строительстве является одним из основных направлений повышения эффективности экономики и возведена в ранг государственной политики. В результате проделанной работы в течение последних 30 лет по утеплению зданий в странах Западной Европы расход на их отопление сократился на 40-50%.
Среди существующих вариантов увеличения термического сопротивления наружных ограждающих конструкций наиболее эффективными и, соответственно, перспективными можно считать системы с наружным утеплением стен и последующей защитой утеплителя либо слоями штукатурки (так называемый «мокрый» способ), либо конструктивными навесными элементами, образующими защитно-декоративный экран, отделяемый от утеплителя воздушной прослойкой (навесные вентилируемые фасады).
«Мокрый фасад» - это многослойная конструкция, каждый элемент которой необходим для решения определенных задач. Как правило, технология «мокрый фасад» подразумевает наличие трех слоев. Базовый слой представляет собой армированный клеевой состав, который необходимо для выравнивания поверхности стен и более надежного сцепления между другими слоями. Следующий, теплоизоляционный слой, изготавливается из специализированных щитов из минеральной ваты, и, наконец, третий слой «мокрого фасада» состоит их штукатурки, которая призвана защитить теплоизоляционный материал и придать привлекательный внешний вид зданию.
Навесной вентилируемый фасад (НВФ) - это система, состоящая из облицовочного материала, который крепиться на каркас (нержавеющий, оцинкованный или алюминиевый) к несущему слою стены или монолитному перекрытию. Между облицовкой и стеной имеется зазор по которому циркулирует воздух. Такая конструкция исключает образование конденсата и влаги. Вентилируемые фасады домов утепляют здания. Для этого к стене крепится минераловатный утеплитель, который не пропускает и не впитывает влагу. При этом величина зазора между утеплителем и фасадом здания не должна быть менее 40 мм. В России зазоры делают больше, чем в других странах. Это позволяет восходящим потокам воздуха циркулировать между облицовочным материалом и утеплителем, высушивая слой утеплителя в случае попадания на него влаги. С целью предотвращения выдувания воздуха из утеплителя, он защищается влаговетрозащитной, паропроницаемой мембраной. Мембрана в системе навесного фасада выполняет сразу несколько задач. Во-первых, она препятствует выдуванию волокон минеральной ваты (а главное - тепла) из слоя утеплителя движущимися в вентиляционном зазоре воздушными потоками. Во-вторых, она защищает слой теплоизоляции от намокания, которое может вызвать образующийся на внутренней поверхности облицовки конденсат.
Для обеспечения пожарной безопасности в систему навесных фасадов включаются трудносгораемые (НГ) или несгораемые материалы и изделия. Используются стальная, желательно оцинкованная, система крепежа и панели из искусственного камня, керамика или асбестоцементные листы, специальные алюминиевые панели категории НГ. В качестве утеплителя применяют минеральную вату, которая выдерживает температуру 1200°С. Это особенно важно для зданий повышенной этажности.
Наряду с положительными качествами применения вентилируемых фасадов выявлено ряд недостатков, связанных с выбором навесной системы, которые не всегда отвечают российскому климату. Необходимо помнить, что толщина утеплителя на российских фасадах значительно больше, чем в Европе, и поэтому некоторые зарубежные системы не выдерживают наши нормативные нагрузки.
Каждая из систем имеет ряд преимуществ и недостатков, и только их объективный анализ с учетом исторически сложившегося архитектурного облика города позволяет проектировщику сделать выбор.
Фасадные системы отличаются конструкцией несущих подсистем, способами крепления плит утеплителя, используемыми материалами и крепежными деталями, размерами и характеристиками защитно-декоративных экранов (облицовками) и способами их крепления к несущей подсистеме.
Известна конструкция ограждения с теплоизоляцией см. патент RU №2229573, кл. МКИ E04F 13/08, 27.05.2004, Бюл. №15), содержащая металлический каркас, образованный горизонтально и вертикально расположенными профилями и смонтированный на кронштейнах, закрепленных на стене здания, при этом горизонтально расположенные Z-образные профили удерживают паровоздухопроницаемый утеплитель, а вертикально расположенные П-образные профили своими отгибами прикреплены к полке Z-образного профиля. Наличие на наружной стороне стены 1 утеплителя 2 обеспечивает экономию тепловой энергии внутри помещений и отсутствие конвекции воздуха, создавая комфорт в помещении при более низкой температуре воздуха (18-20°С).
Повышается надежность работы и долговечность ограждающих конструкций, так как точка «росы» перемещается из внутреннего помещения наружу, где температура ниже и где выпадающий конденсат испаряется, благодаря системе вентиляции навесного фасада. Тем более, конденсат не образуется и не испаряется внутри стены, где температура выше.
Недостатками известного устройства являются трудоемкий монтаж, вызванный необходимостью многоточечного крепления каждой плиты, отсутствие возможности регулировки установки каркаса, выход крепежных средств панелей на наружную поверхность плиты, что сказывается на внешнем виде облицовки.
Известен блок светопрозрачного заполнения проема здания (оконный или дверной блок), который содержит неподвижную раму (иначе - короб, коробка) и раму створки с одним или более элементами остекления, выполненными в виде одинарного стекла или же стеклопакета, Рама и рама створки изготовлены из профиля ПВХ на станках известного оконного техпроцесса. Стеклопакет состоит из двух или более листов стекла, соединенных между собой по контуру с помощью дистанционных рамок и герметиков. Стеклопакет зафиксирован в раме створки любым известным способом, например при помощи съемного штапика установленного в пазу рамы на внутренней ее стороне, обращенной в помещение. С внешней стороны на раме закрепляют облицовочный профиль. По краям профиля, ориентированным, по существу, поперечно к плоскости стеклопакета, выполнены отгибы, предназначенные для зацепления за верхний наплыв и ножку профиля наружной части рамы и защелкивания на ней. Изготовление облицовочного профиля и штапика осуществляют на известном оборудовании методом экструдирования, преимущественно, из алюминия или его сплавов, однако возможно использование и других материалов.
В качестве эластичного уплотнителя и уплотнения могут быть использованы известные промышленно-выпускаемые эластичные уплотнители трубчатого или более сложного сечения (Патент РФ №2530873, опубликованное 20.10.2014 г. ).
Существенным недостатком профилей является низкая надежность работы сформированных из профилей конструкций в условиях сильных перепадов температур, особенно частых в условиях Сибири, а также ветровым нагрузкам.
В процессе эксплуатации под действием нагрузок конструкция может деформироваться, а именно половинки вертикального профиля стойки могут сдвигаться относительно друг друга под действием вертикальной весовой нагрузки.
Известна система наружной теплоизоляции зданий, представляющая собой навесную фасадную систему с воздушным зазором или фасадную систему со штукатурным слоем, у которой теплоизоляционный материал установлен и закреплен на внешней стороне стен упомянутого здания таким образом, чтобы он выступал за край по меньшей мере одного оконного проема не менее чем на толщину дополнительного материала, и содержащая дополнительный теплоизоляционный материал, который устанавливают и закрепляют на откос упомянутого по меньшей мере одного оконного проема таким образом, чтобы он закрывал весь упомянутый откос; причем упомянутый дополнительный теплоизоляционный материал имеет коэффициент теплопроводности (λ) не более 0,035 Вт/(м⋅°С). В конструкции наружных ограждений утепляющие панели выполнены из листов асбестоцемента с заключенным между ними пеностеклом. Соединение между листами и блоками пеностекла выполнено склеиванием специальными составами, компонентом которых было жидкое стекло.(патент №115578 (З. №2012103056/03) опубл. 27.04.2012 г. ).
Такая конструкция весьма трудоемка: ее изготовление кустарно и практически не поддавалось механизации.
Основной недостаток известного технического решения является то, что установку теплоизоляционного материала осуществляют до оконного проема. Поскольку оконные проемы выполнены с четвертями, то при такой установке теплоизоляционного материала появляются «мосты холода», через которые выводится тепло из утепляемого здания, то есть эффективность утепления снижается.
Как правило, в строительстве применяется комбинация представленных решений, а именно вентилируемый фасад для утепления стен и оконный блок установленный в проем. Общим недостатком навесного фасада можно отнести высокую трудоемкость и низкое качество узлов стыковки НВФ расположенного в «холодной» зоне с светопрозрачной конструкцией или окном расположенном в «теплой» зоне здания, в результате чего возможны продувания, промерзание узла стыковки и проникновения внешней влаги внутрь помещения.
Известна система модульного (элементного) фасада  Facade USC 65 (Unitised System Construction) предназначенная для организации ограждающих навесных стен. Как правило применяется для высотных зданий с металлическим иил железобетонным каркасом без наружных стен. Конструкция представляет собой готовые модули состоящие из металлических (алюминиевых) каркасов В качестве светопрозрачного заполнения могут использоваться различные стеклопакеты. Конструкция модуля крепится на перекрытии при помощи опорных узлов. Система обладает высокой надежностью к восприятию ветровых нагрузок, достаточно герметична. Исключает влияние человеческого фактора, так как имеет полную заводскую готовность и не требует сборки на строительной площадке.
К недостаткам системы относится возможность промерзания при выполнении системы в зданиях с наружными стенами или колоннами, при переходе из «холодной» зоны в «теплую» как по вертикали так и по горизонтали, т.к. расположение несущей части каркаса находится с внутренней стороны (со стороны помещения) модуля.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемой полезной модели является тепло - холодный фасад КП50К ТХ фирмы Сиал (Каталог алюминиевых конструкций и профилей системы СИАЛ, г. Красноярск, 2009 г.).
Система предназначена для остекления зданий, где необходимо отделение холодной зоны с одинарным стеклом (в районе глухих стен) от теплой зоны (в районе оконных проемов).
Особенностью системы является отсутствие внешнего отличия между «теплыми» и «холодными» участками здания. С внешней стороны фасада не видны рама и створка оконного блока, видимыми являются только декоративные крышки.
Профили скрытой створки являются комбинированными и состоят из двух частей (наружной и внутренней) соединенные между собой полиамидными термовставками.
В качестве несущих элементов используются различные профили системы Сиал. Конструкция оконных блоков, предназначенных для «теплой» зоны, собираются в цехе и поставляются в сборе, «Холодная» часть поставляют в виде отдельных стоек и ригелей и собирают непосредственно на объекте.
Остекление, а также установка оконных блоков производится снаружи здания. Заполнение фиксируется прижимными планками, которые крепятся самонарезающими винтами из нержавеющей стали к несущим профилям. Вертикальные декоративные профили (держатели крышки) проходят без разрыва от одной «холодной» области, насквозь, через «теплую» область к следующей «холодной» зоне. Для отвода конденсата в рамах и створках окон предусмотрены специальные дренажные отверстия. Вентиляция «холодной» зоны фасада происходит за счет воздушной прослойки между утеплителем и стеклом, что позволяет избежать накопление конденсата на внутренней стороне стекла. Сплошные стены («холодная» зона) могут быть облицованы закаленным стеклом или различными панелями, а при заполнении «теплой» зоны используются стеклопакеты. Заполнение устанавливается на внутренние резиновые уплотнители и фиксируются алюминиевыми держателями с установленными в них наружными уплотнителями. Стекла. Стеклопакеты или панели при установке в конструкцию фасада опираются на подкладки. Материал подкладок - полиамид, полиэтилен, ПВХ или полипропилен. Выбор термовставок и штапиков осуществляется в зависимости от толщины заполнения.
Опорные узлы (кронштейны) крепятся к стене посредством анкеров, причем для уменьшения потери тепла под кронштейны устанавливают прокладки. Установка плит с утеплителем.
К недостаткам системы следует отнести ограниченность ее применения, т.к. подразумевается использование только листовых, преимущественно стекла, материалов в «холодной» зоне, в то время как современная архитектура требует разнообразных отделочных материалов. Так же к недостаткам относится высокая трудоемкость и зависимость от человеческого фактора и погодных условий в следствии того, что система полностью собирается на строительной площадке, а в этой связи плохую герметичность. Кроме того, сохраняется вероятность промерзания по стойкам и импостам при переходе из холодной в теплую зону, а также в связи с тем, что несущая часть расположена с внутренней стороны конструкции.
Технической задачей настоящего изобретения является:
- снижение трудоемкости и сроков монтажа фасадного навесного ограждения и затрат при его эксплуатации за счет изготовления в заводских условиях «холодного» и «теплого» модулей,
- при одновременном повышении теплотехнических характеристик
- надежности к восприятию атмосферного воздействия (ветровых нагрузок, защиты от продувания и протечек).
Технический результат достигается за счет того, что в известную навесную тепло-холодную ограждающую конструкцию здания, выполненную из отдельных блоков (модулей), расположенных в «теплых» и «холодных» зонах фасада здания, причем каждый модуль содержит металлический каркас рамы, выполненный из вертикально ориентированных профильных стоек и горизонтально ориентированных профильных импостов, причем модули стыкуются друг с другом при помощи уплотнителей, сами модули крепятся на здании при помощи опор, одной частью жестко связанных со зданием, а другой с соответствующим модулем, заполнение рамы модулей может быть выполнено полностью или частично стеклопакетами или листовыми панелями, внесены изменения, а именно:
- стойки и импосты рамы (каркаса) модуля расположенного в «теплой» зоне фасада здания выполнены комбинированными и состоят из двух частей (наружной и внутренней) соединенных термовставками (термомостами);
- причем их несущая часть расположена с наружной стороны здания и соединена с модулем, размещенным в «холодной» зоне, посредствам упругого уплотнителя;
- стойки и импосты рамы (каркаса) модуля расположенного в холодной зоне выполнены без термоизоляции (без термовставок, без термомостов).
- «теплый» и «холодный» модули полностью изготавливается в заводских условиях, с возможностью поставки на объект в собранном виде.
Кроме того, модули, расположенные в «теплой» зоне могут быть оснащены элементами проветривания, например, клапанами или створками различного типа открывания, а каркас рамы некоторых модулей, расположенных в любой зоне, может быть выполнен с возможностью установки в нем заполнения из двух или более листовых материалов, которое может быть выполнено частично или полностью светопрозрачным. Причем в случае частичного выполнение «теплого» модуля светопрозрачным, отделка непрозрачной зоны может быть выполнена любым декоративным материалов допущенным к применению на фасадах.
Облицовка холодных модулей может быть выполнена как листовым материалом, так и любым декоративным материалов допущенным к использованию на фасадах.
Проведенный заявителем анализ уровня техники не выявил источников информации, в которых раскрыто техническое решение, характеризуемое совокупностью признаков заявляемого решения, поэтому можно сделать вывод о соответствии последнего требованиям «новизна» и «промышленная применимость», т.к. изготовление его не вызывает трудностей и осуществляется в заводских условиях.
Для лучшего понимания сущности предлагаемого технического решения, применяемого в качестве навесной тепло-холодной ограждающей конструкции здания приведены следующие рисунки (фиг. 1 -).
На фиг. 1 приведен фрагмент фасада здания; на фиг. 2 представлено горизонтальное сечение 1-1 фасада; на фиг. 3 - сечение 2-2 по вертикали «теплой» зоны; на фиг. 4 - сечение 3-3 по вертикали «холодной» зоны; на фиг. 5, 6, 7 приведено более наглядное выполнение узлов 1, 2, 3 соответственно.
Фрагмент здания (фиг.1) включает «теплую» и «холодную» зоны 19 и 20 и показаны различное заполнение модулей (со створкой и без, светопрозрачным и листовыми панелями или декоративной облицовкой).
На фиг. 2 (сечение 1-1) показана стена 1 здания, термоизоляция 2 стены здания, ограждающая конструкция 3 фасада здания (обведена пунктирными линиями), включающая «теплые» и «холодные» модули и другие элементы, которые будут раскрыты ниже, перекрытия здания 4 (показано условно), рама 5 «холодного» модуля, наружная чаша 6 «теплого» модуля, внутренняя чаша 7 «теплого» модуля, штапик 8 крепления заполнения модуля, терморазрыв 9, уплотнение стыка модулей 10, заполнение 11 «теплого» модуля (стеклопакет или листовая панель, створка и др), декоративная облицовка 12 (схематично).
На фиг. 3 (сечение 2-2) показаны «теплые» модули, размещенные по высоте (этажам) здания, которые могут иметь различное исполнение. На фиг. 3 кроме уже ранее указанных позиций: 6, 7, 8, 9, 10,11 показано перекрытие 4, утеплитель 13, опорный узел 15 (кронштейн) установленный на перекрытие 4, наружная 16 и внутренняя 17 чаша импоста «теплого» модуля соответственно.
На фиг. 4 (сечение 3-3), кроме ранее указанных позиций: 1, 2, 4, 5, 10, 12 показаны импосты 14 «холодного» модуля.
На фиг. 5 (узел 1) показана стыковка по вертикали «теплых» модулей 19, каждый из которых содержит раму, боковая стойка которой выполнена комбинированной, т.е. состоит из двух частей 6 и 7 между которыми размещается термовставка 9, заполнение модуля 11 (стеклопакет) закрепленно штапиком 8. Между соседними модулями размещены уплотнители 10.
На фиг.. 6 (узел 2) показана стыковка по вертикали «холодных» модулей 20, которые содержат раму 5, между которыми размещается уплотнитель 10. Заполнение «холодного» блока может быть выполнено из листовых панелей 12 (или декоративных материалов).
На фиг. 7 (узел 3) показана стыковка по горизонтали «теплого» 19 и «холодного» модуля 20. Рамы «холодного» модулей 5 и наружная часть 6 рамы «теплого» модуля соответственно соединяются между собой уплотнителем 10. На фиг. 7, также показаны внутренняя часть боковой стойки рамы 7, соединенная с наружной частью стойкой рамы 6 терморазрывом 9, а также заполнение 11 «теплого» модуля (стеклопакет) и штапик 8. На фигуре показана декоративная облицовка 12 «холодного» модуля 20.
Изготовление навесной ограждающей конструкции здания не вызывает трудностей, т.к. она состоит из модулей навесного тепло - холодного ограждения здания, которые изготавливаются в заводских условиях на специализированных станках. Профили всех элементов модуля (боковых стоек, импостов, штапиков створки и т.д.) выполняются экструзионным способом, что обеспечивает качество отдельных деталей. После изготовления отдельных элементов конструкции осуществляется сборка модуля с установкой в каркас его листового заполнения. Набор модулей производится в соответствии с пожеланиями клиента и конструктивно могут отличаться как количеством листов заполнения, так и комбинацией расположения прозрачных и непрозрачных элементов в листах, их материале и т.п.
Монтаж модулей ограждения осуществляется путем навески их на опорные кронштейны с помощью грузового крана или лебедки в зависимости от веса модуля.
Крепление теплоизоляции к стене здания осуществляют известными способом, посредством дюбелей.
Для устройства декоративной облицовки непрозрачной части «теплого» модуля и «холодного» модуля используются различные плитные, объемные и листовые материалы, в том числе плиты из натурального камня (гранита, мрамора, известняка), плиты керамические и на основе цемента, облицованные каменной крошкой или окрашенные слоистые плиты из негорючих или трудногорючих полимерных материалов и металлические листы (стальные и алюминиевые) с покрытием и без них. Значительное разнообразие видов отделочных материалов в сочетании с большим выбором цвета и фактуры поверхности позволяет значительно обогатить архитектурно-художественную выразительность строящихся и реконструируемых зданий.
Основными преимуществами предлагаемого технического решения перед известными являются: снижение трудоемкости и сроков монтажа фасадного навесного ограждения и затрат при его эксплуатации, при одновременном повышении теплотехнических характеристик за счет исключения мостиков «холода» посредством применения терморазрывов и обеспечения надежных стыков «теплого» и «холодного» модулей.
Кроме того, повышается надежность к восприятию атмосферного воздействия (ветровых нагрузок, защиты от продувания и протечек).
В настоящее время, на основании опытно-промьппленных испытаний заявляемой ограждающей конструкции, закончены работы по созданию технической документации на серийное производство различных вариантов навесной тепло- холодной ограждающей конструкции фасада здания.