PL210627B1 - Element budowlany - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest element budowlany, złożony z rdzenia z materiału termoizolacyjnego oraz z osnowy, przeznaczony do murowania ścian, zwłaszcza jednowarstwowych.

Znany jest ze zgłoszenia wynalazku nr PL. 341998 zestaw elementów ściennych, który charakteryzuje się tym, że składa się z pustaka podstawowego, pustaka uzupełniającego i pustaka uzupełniającego symetrycznego. Ściany boczne pustaków mają z jednej strony ukształtowane liniowe wgłębienia, przechodzące w liniowe występy, a w części środkowej w owalne gniazdo, zaś na przeciwległej ścianie bocznej znajdują się, ukształtowane z tym samym rozmieszczeniem i wymiarami, z zamianą w płaszczyznach liniowych wgłębień, liniowe występy, a w płaszczyznach liniowych występów liniowe wgłębienia, tworząc po połączeniu z przyległymi elementami ściennymi zamki pionowe, przy czym w części środkowej owalne gniazdo, po połączeniu z przyległym, owalnym gniazdem, tworzy obustronnie kanały przelotowe, wypełniane w procesie budowy zaprawą ciepłochronną. W wewnętrznej przestrzeni pustaka podstawowego znajdują się komory, rozmieszczone równolegle wzdłuż osi podłużnej, w dwóch rzędach, mając w przekrojach poprzecznych kształty figur geometrycznych, natomiast w pustaku uzupełniającym i w pustaku uzupełniającym symetrycznym, między dwoma rzędami komór, ukształtowanych jak w pustaku podstawowym, wypełnionych masą ocieplającą, znajduje się szczelina podziałowa z karbami na ścianach czołowych. Wynalazek opisany w zgłoszeniu PL 341 998 dotyczy grupy elementów budowlanych, w których pustki posiadają charakter wybrań, a więc w tej kwestii są znanymi od wielu dziesięcioleci pustakami, które od tych znanych w pewnym stopniu różnią się kształtem, ale te różnice w stosunku do znanych pustaków ALFA czy KONTRA są termicznie niekorzystne. W znanych pustakach ALFA i wielu innych, pustki o charakterze wybrań w kolejnych warstwach mijają się wydłużając drogę dla ciepła płynącego przez beton. W przeciwieństwie do tych starych rozwiązań w elementach według zgłoszenia PL 341 998 osnowa nośna tworzy bezpośrednie mostki termiczne. Ponadto, bardzo niekorzystna ze względu na termoizolacyjność elementów jest ich dolna warstwa stanowiąca dno pustek i zwieńczająca wszystkie ścianki. Mostek termiczny, jaki stanowi ta warstwa, jest po prostu wielki. Mimo to, ta warstwa stanowiąca dno pustek musi występować w elementach według zgłoszenia PL 341 998, ponieważ zgodnie ze zgłoszeniem do pustek aplikowana jest, spełniająca rolę izolatora, masa będąca mieszaniną granulatu styropianowego ze spoiwem wapienno - cementowym, a więc w czasie aplikacji jest w stanie płynnym. Ta postać materiału izolacyjnego wymaga przestrzeni, które są pojemnikami dla jego płynnej postaci. Twardnienie takiej mieszanki trwa kilkanaście a nawet kilkadziesiąt godzin. Takim bezpośrednim mostkiem termicznym są także boczne powierzchnie elementów. Owalne gniazdo w ich środkowej części nie wydłuża mostka termicznego na tyle, aby mogło to mieć jakiekolwiek znaczenie, poza tym, gniazdo to jest miejscem dla zaprawy murarskiej, która nawet w swej najbardziej izolacyjnej wersji jest termicznie daleko gorsza od materiałów termoizolacyjnych. Nawet wewnętrzne ścianki poprzeczne łączące wzdłużne warstwy betonu i usytuowane pod pewnym kątem do nich w bardzo niewielkim stopniu wydłużają mostek termiczny. Z rysunków zawartych w zgłoszeniu łatwo można wyliczyć, że wydłużenie drogi dla ciepła, jakie ma wywołać kąt ustawienia tych ścianek, wynosi kilka procent w stosunku do drogi, jaką by miało ciepło, gdyby ścianki te były usytuowane pod kątem prostym do warstw które łączą. Tak niewielkie wydłużenie drogi przewodzenia ciepła praktycznie nie daje żadnego termicznego efektu, a nawet teoretycznie trudno by się tego efektu doliczyć. Ponadto całe elementy charakteryzują się zamkniętym obrysem i bardzo niekorzystnym stosunkiem ich długości do szerokości. W efekcie budowa tych elementów skutkuje występowaniem stosunkowo dużej ilości bezpośrednich mostków termicznych jak i bardzo dużą powierzchnią przewodzenia ciepła w stosunku do powierzchni całego elementu. Oznacza to, że droga, jaką ma do pokonania strumień ciepła, jest bardzo krótka i efekt omijania izolatora przez ciepło jest w tych elementach duży. Zastosowanie dobrych izolatorów w tych elementach, mija się z celem i z pewnością nie da spodziewanego efektu. Jeżeli do elementów według zgłoszenia PL 341 998 będzie aplikowany materiał o coraz mniejszym współczynniku lambda to coraz większy strumień ciepła będzie płynął drogą mostków termicznych omijając izolator. Ciepło poza tym, że płynie zgodnie z gradientem temperatur, to również płynie drogą mniejszego oporu cieplnego, a dysproporcja między przewodnością cieplną materiału osnowy nośnej a współczesnymi materiałami izolacyjnymi mogącymi wypełniać pustki elementu jest gigantyczna. Współczynnik lambda lekkiego betonu założonego w zgłoszeniu PL 341 998 A1 czyli betonu o gęstości 1100 kg/m³ wynosi ok. 0,3 - 0,2 W/mK, a współczynnik lambda neoporu to 0,031 W/mK, a są izolatory o jeszcze mniejszym współczynniku lambda, więc oczywistym jest, że strumień ciepła w znaczący sposób opływa izolator, a przede

PL 210 627 B1 wszystkim przy takiej dysproporcji oporu cieplnego boczne powierzchnie i dolna powierzchnia tych elementów stają się bardzo dużym, bezpośrednim mostkiem cieplnym nieakceptowalnym w dzisiejszych rozwiązaniach ściennych. Dlatego autor tego rozwiązania przewiduje zastosowanie jako izolatora materiału o słabych właściwościach izolacyjnych jakim jest mieszanka granulatu styropianowego ze spoiwem wapienno - cementowym, ponieważ im lepszy zastosowany zostałby izolator, tym więcej ciepła popłynie drogą mostków termicznych jakie tworzy osnowa nośna elementów omijając ten izolator, czyli w efekcie praktycznie nie uzyska się zwiększenia izolacyjności całego elementu, a znacznie zwiększy się niekorzystny efekt jakim jest niejednorodność termiczna elementów, a zatem i ściany co w dzisiejszych domach energooszczę dnych a w szczególnoś ci pasywnych jest nie akceptowalne.

W związku z przedstawionymi wł a ściwoś ciami elementy zgodne z opisem zgł oszenia wynalazku PL. 341998 jak i elementy im podobne posiadają wiele ograniczeń. Ograniczenia te to;

- Zamknię ty obrys brył y elementu w przekroju poziomym i cz ęściowo pionowym, kształ t ten powoduje obecność bezpośrednich mostków termicznych jakie stanowią boczne powierzchnie elementów i powierzchnia dolna, co jest doskonale widoczne w przedstawionych rysunkach.

- Duża ilość (duż a w porównaniu z elementami wedł ug wynalazku) połączeń mię dzy poszczególnymi warstwami w stosunku do długości elementów. Na rysunkach przedstawiających element podstawowy uwidocznione są 3 takie, międzywarstwowe połączenia przy długości elementu zdecydowanie mniejszej od jego grubości. Ta ilość połączeń między ściankami ogranicza możliwość wydłużenia drogi ciepła i tworzy dużą powierzchnię przewodzenia ciepła w stosunku do jego powierzchni całkowitej.

- Wykorzystanie jako izolatora mieszanki granulatu styropianowego ze spoiwem wapienno

- cementowym przy dzisiejszej dostę pnoś ci stosunkowo tanich materiał ów termoizolacyjnych takich jak, np. styropian, uniemożliwia osiągnięcie odpowiedniej, dla ścian jednowarstwowych, izolacyjności termicznej dla domów energooszczędnych. Ponadto izolator zastosowany w tych elementach charakteryzuje się bardzo dużą nasiąkliwością. Jego izolacyjność dramatycznie zależy od wilgotności, a wilgotność ś ciany nie jest mał a, ś rednio wynosi 5-12%, ponadto wilgotność ś ciany się waha, a wię c izolacyjność ściany także będzie się wahać i to w bardzo szerokim zakresie co ogranicza użytkowanie elementów w miejscach narażonych na zawilgocenie.

- Niemoż ność sensownego wykorzystania dobrych izolatorów, takich jak styropian, neopor czy poliuretan. W elementach skonstruowanych według opisu zastąpienie mieszanki granulatu styropianowego dobrym izolatorem nie da praktycznie zauważalnego zwiększenia izolacyjności, gdyż elementy te nie dają możliwości wykorzystania właściwości izolacyjnych jakie mają współczesne izolatory, natomiast zastosowanie dobrego izolatora uwypukli wadę tych elementów jaką jest ich niejednorodność termiczna, która będzie poważnie się zwiększać wraz ze wzrostem izolacyjności zastosowanego izolatora.

- Symetryczny kształ t elementów na ich szerokoś ci nie pozwala na optymalizację kształ tu elementu. Powszechnie wiadomo, że korzystnym jest jeżeli izolator znajduje się możliwie blisko zewnętrznej powierzchni ściany, a osnowa nośna możliwie blisko wewnętrznej powierzchni ściany co jest korzystne nie tylko ze względów konstrukcyjnych ale i dla akumulacji energii. W elementach według zgłoszenia PL 341 998, izolator rozmieszczony jest symetrycznie na całej ich szerokości.

Efektem powyższych ograniczeń jest podstawowe ograniczenie jakim jest, jak podaje autor w opisie, współczynnik U = 0,28 W/m²K osiągany w tych elementach. Jest to izolacyjność zdecydowanie za mała dla domów energooszczędnych i pasywnych, a nawet dla współczesnych domów w ogóle. Poza tym, że jest to izolacyjność mała to dodatkowo mocno zmniejsza się wraz ze wzrostem wilgotności ściany.

Istotą wynalazku jest element budowlany w skład którego wchodzi osnowa elementu zawierająca ścianki i żebra oraz termoizolacyjne rdzenie wypełniające przestrzenie pomiędzy ściankami i żebrami osnowy. Osnowa ma ściankę zewnętrzną i wewnętrzną, a pomiędzy nimi rozmieszczone jest ażurowe wypełnienie w postaci żeber usytuowanych wzdłuż co najmniej jednej linii łamanej, korzystnie faliście. Co najmniej jedną linię żeber tworzą żebra o większej szerokości niż pozostałe. Termoizolacyjne rdzenie umieszczone przy ściance zewnętrznej są szersze od rdzeni umieszczonych przy ściance wewnętrznej. Rdzenie po obu czołowych bokach w najszerszej części swego przekroju posiadają wykonane uchwyty do przenoszenia elementu, a na płaszczyznach bocznych posiadają wybrania na odpowiadające im wypusty na ściankach żeber osnowy. Rdzenie są wykonane w kształcie trójkąta, pięciokąta i wielokąta.

PL 210 627 B1

Element według wynalazku rozwiązuje problem efektywnego wykorzystania w elementach przeznaczonych do ścian jednowarstwowych, współczesnych materiałów termoizolacyjnych o małym współczynniku lambda z zachowaniem paroprzepuszczalności tych elementów. Konstrukcja elementów według wynalazku efektywnie wykorzystuje bardzo dobrą izolacyjność tych materiałów jednocześnie pozwala na radykalne obniżenie kosztów ich stosowania.

Element według wynalazku rozwiązuje także problem uzyskania odpowiedniej grubości ściany przy stosunkowo dużej długości elementu połączonej z małą ilością warstw osnowy w elemencie. W elemencie według wynalazku występują przeważnie dwie wzdłużne warstwy wewnętrzne osnowy nośnej połączone tylko dwoma łączącymi je żebrami. Efektem tego jest bardzo mała powierzchnia przewodzenia ciepła poza izolatorem oraz bardzo mała powierzchnia przewodzenia ciepła w stosunku do całkowitej powierzchni elementu. Problem ten, czyli minimalizacja efektu mostków termicznych przy małej ilości warstw osnowy nośnej, w elementach według wynalazku rozwiązany został przez: zastosowanie stosunkowo grubych brył izolatora w części zewnętrznej elementu gdzie żebra osnowy są cieńsze i w warstwie środkowej mającej jedynie dwa żebra poprzeczne osnowy, wyeliminowanie mostków termicznych jakie zwykle stanowią boczne ścianki elementów, długą drogę dla strumienia cieplnego omijającego pojedyncze bryły izolatora oraz zastosowanie betonów lekkich o niskim współczynniku lambda. Grube warstwy izolatora są efektem małej ilości warstw osnowy nośnej. Elementy według wynalazku charakteryzują się wysoką sztywnością i stosunkowo dużą wytrzymałością na ściskanie, a w szczególności na siły działające w przekroju poziomym i niezwykle niskim współczynnikiem przenikalności cieplnej, praktycznie jednakowym na całej płaszczyźnie budowanej ściany, uzyskanym dzięki nowej konstrukcji osnowy i usytuowania rdzeni z elementów termoizolacyjnych, skutecznie minimalizujących występowanie mostków termicznych. W miejscach występowania potencjalnych mostków cieplnych, tworzonych przez strumienie cieplne w elementach osnowy na drodze ich przenikania przez element budowlany umieszczone są najszersze w tych miejscach części rdzeni termoizolacyjnych. Również ograniczeniu przenikania strumieni cieplnych na drugą stronę elementu budowlanego sprzyja bardzo mała powierzchnia przewodzenia ciepła jaką stanowią zebra osnowy w stosunku do powierzchni całego elementu, a co za tym idzie i w stosunku do powierzchni całej ś ciany. Ponadto stosunek przekrojów termoizolacyjnego rdzenia do gorszych po tym względem elementów osnowy jest niezwykle wysoki i niespotykany w dotychczasowych konstrukcjach. Ukształtowanie żeber osnowy nośnej wywołując wsparcie dla powierzchni czołowej elementów powoduje, że w wytrzymałości elementów na siły działające w płaszczyźnie poziomej wzrasta, podobnie jak to się ma w konstrukcjach łukowych. Element według wynalazku uwypukla zalety betonu minimalizując jego wady.

Element według wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z góry, fig. 2 widok z boku, fig. 3, 4, 5, 6 ukazują róż ne przekroje elementu, fig. 7 i fig. 8 ukazują samą osnowę elementu pozbawionego rdzeni.

W skład osnowy elementu budowlanego wchodzi ścianka zewnętrzna 1 i ścianka wewnętrzna 2 oraz ścianki boczne. Ponadto, pomiędzy ściankami rozmieszczone jest ażurowe wypełnienie w postaci wzdłużnych węższych i szerszych żeber 3, które wewnątrz elementu budowlanego za wyjątkiem jego części środkowej są usytuowane ukośnie do ścianek 1, 2. Linia wzdłużnych żeber 3 w pobliżu ścianki 2 jest szersza niż przy ściance 1. W otworach pomiędzy żebrami i ściankami są umieszczone rdzenie z materiału termoizolacyjnego. Rdzenie 4, 5 umieszczone przy ściance 1 są szersze aniżeli naprzeciwległe rdzenie 6, 7 umieszczone przy ściance 2. Rdzenie 6, 7 są wykonane w kształcie trójkąta, a rdzenie 4, 5 w kształcie pięciokąta. Podobne do siebie są rdzenie 8, 9, 10, z tym że rdzenie 9 i 10 są w kształcie zbliżonym do połowy rdzenia 8 w kształcie wieloboku, umieszczonego w środku elementu budowlanego. Rdzenie 9 i 10 w najszerszej części swego przekroju tworzącego płaszczyznę boczną elementu posiadają wybrania 11 na odpowiadające im wypusty na ściankach żeber osnowy. Ponadto na ściankach bocznych, tj. ściankach stycznych do innych elementów w trakcie wznoszenia ściany, są wykonane odpowiadające sobie wybrania i wypusty zamków, których zadaniem jest stabilne związanie elementów bez konieczności stosowania zaprawy wiążącej. W zewnętrznej powłoce rdzeni 9, 10 są wykonane otwory 12 do przenoszenia elementu.

Ukośne i faliste wyprofilowanie żeber wzdłużnych 3 osnowy w stosunku do ścianek 1, 2 podnosi odporność elementu budowlanego nie tylko na uszkodzenia wynikłe z uderzenia w ściankę, na przykład w trakcie transportu i układania na murze ale również zwiększa wytrzymałość elementu na ściskanie. Wynika to z odmiennego niż w przypadku żeber równoległych rozkładu sił działających na element budowlany, sił działających bardziej na ściskanie niż na łamanie. Ma to szczególne znaczenie w przypadku stosowania jako budulca osnowy kruchego, ale o wysokich termicznych właściwościach

PL 210 627 B1 materiału - keramzytu, czy pianobetonu, a zwłaszcza elementów wyposażonych na boku we wpusty i pióra nie wypełniane spoiwem. Przewaga konstrukcji elementu według wynalazku jeszcze bardziej uwidacznia się w przypadku stosowania dodatkowych elementów elastycznych, gdzie pojawia się zjawisko hydraulicznego wyciskania, uszkadzającego nieobciążone, małe ściany podokienne. Również rozmieszczenie rdzeni 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, wykonanych z elastycznego materiału o wysokich parametrach termoizolacyjnych, ma niemały wpływ na wytrzymałość konstrukcji. W najczęściej narażonych na uszkodzenia miejscach elementu, jakim są jego naroża, przekroje rdzeni są najmniejsze. Natomiast w miejscach mało narażonych na uszkodzenia największa jest grubość rdzeni 9, 10, która pozwala na wykonanie tam wygodnych uchwytów 12 do transportu i układania elementu. Przekroje i położenie rdzeni izolacyjnych zostały dobrane również pod kątem najlepszej izolacji na przenikanie zimna czy też ucieczkę ciepła przez element budowlany. W miejscach wnikania strumieni cieplnych przez materiał osnowy, kolejna warstwa, warstwa rdzeni termoizolacyjnych ustawiona jest tak, że rdzenie w tych miejscach posiadają największą szerokość. Pogrubienie linii żeber w pobliżu ścianki wewnętrznej 2 ma korzystny wpływ nie tylko na sztywność elementu ale przede wszystkim na zwiększenie użytecznej nośności elementu w murze.

Claims (3)

1. Element budowlany o długości większej od szerokości, o kształcie górnej powierzchni takim samym jak powierzchni dolnej w skład którego wchodzi osnowa elementu zbudowana z warstw pionowych wykonanych z betonu lekkiego, zawierająca ściankę zewnętrzną i wewnętrzną oraz ścianki boczne, pomiędzy którymi rozmieszczone jest ażurowe wypełnienie w postaci żeber oraz termoizolacyjne rdzenie wypełniające przestrzenie pomiędzy ściankami i żebrami osnowy na całej wysokości elementu, znamienny tym, że żebra osnowy (3) są usytuowane wzdłuż co najmniej jednej linii łamanej, korzystnie faliście pomiędzy ściankami (1, 2) osnowy, przy czym co najmniej jedną linię żeber tworzą żebra o większej szerokości niż pozostałe, a rdzenie umieszczone przy ściance zewnętrznej (1) są szersze od rdzeni umieszczonych przy ściance wewnętrznej (2).

2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że w najszerszej części swego przekroju rdzenie (9, 10) po obu czołowych bokach posiadają wykonane uchwyty (12) do przenoszenia elementu, a na płaszczyznach bocznych posiadają wybrania (11) na odpowiadające im wypusty na ściankach żeber (3) osnowy.

3. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzenie (4, 5, 6, 2, 8, 9, 10) są wykonane w kształcie owalnym, zbliżonym do trójkąta (6, 7), pięciokąta (4, 5) i wielokąta (8, 9, 10).